专利名称：藻类沼气能源化发酵方法及其产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用藻类沼气能源化发酵方法及其产品，属于环保和新能源技术领域，专用于富营养化水体藻类发酵为沼气能源和沼气、沼液、沼渣的综合利用。
背景技术：
世界40％以上的湖泊受到了污染，中国情况更为严重，66％的湖泊处于富营养化状况，44％以上为重富营养化。由于水体氮、磷超标，湖泊等水体富营养化，导致水华暴发。水华主要种类为有毒蓝藻，构成水华的蓝藻群体大量滋生后又大量死亡，分解时散发出难以忍受的恶臭污染水质和空气，同时大量消耗水中溶解的氧气，常造成大批鱼类窒息死亡，严重地破坏了湖泊等生态系统。水华中藻毒素，是强烈的促癌物质，人、畜饮用被产毒蓝藻污染的水会中毒或死亡，蓝藻毒素被称为新型污染物，因此蓝藻水华对引用水源水以及水产品质量影响更大。蓝藻暴发频繁，严重影响了湖泊等景观价值和居民生活。
湖泊中的“水华”与海洋里的“赤潮”一样是当前困扰国内外水环境的两大难题。以前，在减少水华治理湖泊过程中，国内外也有采用过人工、机械打捞措施，但由于蓝藻的毒性导致其难以直接作为饲料利用；腐烂后造成了严重的二次污染，而采用掩埋却占用大量土地资源。因此打捞收获的巨大蓝藻生物量始终是一个有待解决的难题。
其实应该辩证地看待富营养化水体藻类，藻类是水体中N、P的最大富集者，富营养化水体中藻类高效吸收和消纳污染水体中大量的氮、磷及有机污染物，如能将其取出就能发挥净化水质的作用。当水体暴发水华时，其藻类细胞数量往往超过100亿个，高于螺旋藻、小球藻人工养殖池内细胞密度。据研究，滇池外海蓝藻的现存生物量干重约为10000吨以上，显然湖泊等水体藻类是水体中N、P的最大富集者，也是巨大的资源库。那么如何利用藻类这种极有潜力的资源库，使之资源化，既达到治理湖泊富营养化，又达到达变废为宝将是未来湖泊治理和水体生态修复的发展方向。
目前国际石油价格高涨，能源安全已经威胁到国家安全，因此国家非常重视生物质能源的研发。生物质能源又称为“绿色能源”，是指通过植物的光合作用将大量能以生物质能形式固定下来的能源。开发利用“绿色能源”，已成为许多国家开源节流、化害为利和保护环境的重要措施。藻类通过发酵可以转化为沼气，是优质的绿色能源材料。
通过厌氧发酵技术对水体藻类进行无害化处理、资源化利用，在生产沼气能源的同时，向农业生产提供优质高效的有机肥源，促进绿色食品生产和农业可持续发展，这样既解决了富营养化湖泊暴发水华蓝藻的巨大生物量处置难题，又可以转化为清洁能源，达到改善环境、增加经济、社会和生态效益目的。
但是目前国内外利用富营养化水体藻类进行沼气发酵能源化利用的研究处于空白状态，本发明不仅填补了国内空白而且走出了自己的路，具有自主的知识产权。
发明内容
技术问题本发明目的在于针对湖泊、水库、河流与池塘等水体富营养化导致藻类暴发严重地影响生态环境的问题，给出一种沼气发酵的能源化利用湖泊等水体藻类资源库及沼气、沼液、沼渣的综合利用技术。
技术方案为了达到以上目的，本发明的水体藻类能源化及综合利用技术采沼气发酵方法其工艺包括备料、进料前处理→微生物接种→密封启动运转→温度控制→进出料、回流搅拌日常管理→沼气、沼液、沼渣利用，其特征在于，A.备料、进料前处理——用石灰水将pH值调节为6.8～7.5；发酵材料水分调节到20％以上满足干发酵条件；C/N调节为20～30∶1。
B.微生物接种——采用厌氧活性污泥或已有的沼液对新料液进行微生物接种，接种比例到达发酵料液总量的10～30％。
C.恒温发酵控制——发酵罐中微生物对料液进行发酵，通过自动控制系统中的温度智能控制仪，将冬季设定为30℃～40℃，夏季设定为40℃～55℃，利用太阳能热水器中的热水，打开水泵，使热水在换热器中循环加热料液，当料液温度达到设定温度时，由自动控制系统断开电源，水泵停止工作，系统停止加热当反应器内料液温度降低时，自动控制系统启动水泵，继续向料液加热，直至达到所设定的温度。C′.塑料大棚增温——采用塑料膜覆盖发酵罐方法，增加春、秋和冬季。
D.发酵液循环及搅动——采用水泵将发酵罐底部富集微生物的发酵液抽出再从发酵罐顶部淋喷的方法，使发酵原料分布均匀，增加微生物与原料的接触面。
E.沼气利用——将产生的沼气通入用户直接作为能源利用或者压成液体罐装后作为能源利用。
F.沼液、沼渣利用——将沼液、沼渣作为优质肥料或将沼液、沼渣作为饲料。
有益效果本发明通过厌氧发酵技术对水体藻类进行无害化处理、资源化利用，在生产沼气能源的同时，向农业生产提供优质高效的有机肥源，促进绿色食品生产和农业可持续发展，这样既解决了富营养化湖泊暴发水华蓝藻的巨大生物量处置难题，又可以转化为清洁能源，达到改善环境、增加经济、社会和生态效益目的。
由于本方法采用干发酵和温度控制技术，沼气中甲烷含量达74％远高于一般材料，且产气迅速、供气量稳定、产气率大。该项技术既能解决水体藻类暴发造成环境污染的问题又能提供清洁能源和优质肥料、饲料，可以应用于富营养化湖泊及其他水体的治理及生态恢复。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明的方法作进一步说明。
实施例一本实施例的蓝藻沼气发酵过程采用恒温发酵，其步骤如下A.备料、进料前处理——用石灰水将pH值调节为6.8～7.5；藻类本身碳氮比约为2.7∶1，为了高效利用蓝藻中氮素，采用秸秆等富碳原料(约40∶1)将其调节为20～30∶1的合适碳氮比。利用秸秆将藻类水分调节到20％以上，满足干发酵条件。
B.微生物接种——采用厌氧活性污泥对新料液进行微生物接种，接种比例到达发酵料液总量的10～30％，其中包括第一类发酵细菌，将复杂的有机物分解成较为简单的物质，例如多糖转化为单糖，蛋白质转化为肽或氨基酸，脂肪转化为甘油和脂肪酸；第二类产氢产乙酸细菌，将前一类细菌分解的产物进一步分解成乙酸和二氧化碳；第三类产甲烷菌，利用乙酸、氢气和二氧化碳产生甲烷。厌氧活性污泥中含有以上三类菌是公知公用的技术。
C.恒温发酵控制——发酵罐中微生物对料液进行发酵，通过自动控制系统中的温度智能控制仪，将冬季设定为30℃～40℃，夏季设定为40℃～55℃。利用太阳能热水器中热水，打开水泵，使热水在换热器中循环加热料液。当料液温度达到设定温度时，由自动控制系统断开电源，水泵停止工作，系统停止加热当反应器内料液温度降低时，自动控制系统启动水泵，继续向料液加热，直至达到所设定的温度。
D.发酵液循环及搅动——为了提高产气量和原料利用率，采用水泵将发酵罐底部富集微生物的发酵液抽出再从发酵罐顶部淋喷的方法，使发酵原料分布均匀，增加微生物与原料的接触面，加快产气速度，从而实现发酵过程中自动搅拌。
E.沼气利用——将产生的沼气通入用户直接作为能源利用或者压成液体罐装后作为能源利用。
F.沼液、沼渣利用——通过管道将沼液输送到农田作为蔬菜、花卉等优质液体肥料；塑料袋装后作为家庭花卉肥料。沼渣中含有丰富的氨基酸等营养物质作为饲料和优质肥料。
以上步骤中冬季设定为35℃，夏季设定为53℃，在这个温度条件下，池容产气率可为达2～2.5m3/m3·d左右，沼气中甲烷含量达74％。
实施例二本实施例的藻类沼气发酵过程采用塑料大棚增温发酵，其步骤如下A.备料、进料前处理——用石灰水将pH值调节为6.8～7.5；藻类本身碳氮比约为2.7∶1，为了高效利用蓝藻中氮素，采用秸秆等富碳原料(约40∶1)将其调节为20～30∶1的合适碳氮比。利用秸秆将藻类水分调节到20％以上，满足干发酵条件。
B.微生物接种——采用已有的沼液对新料液进行微生物接种，接种比例到达发酵料液总量的10～30％，其中包括第一类发酵细菌，将复杂的有机物分解成较为简单的物质，例如多糖转化为单糖，蛋白质转化为肽或氨基酸，脂肪转化为甘油和脂肪酸；第二类产氢产乙酸细菌，将前一类细菌分解的产物进一步分解成乙酸和二氧化碳；第三类产甲烷菌，利用乙酸、氢气和二氧化碳产生甲烷。已有的沼液中含有以上三类菌是公知公用的技术。
C.恒温发酵控制——发酵罐中微生物对料液进行发酵，通过自动控制系统中的温度智能控制仪，将冬季设定为30℃～40℃，夏季设定为40℃～55℃，利用太阳能热水器中的热水，打开水泵，使热水在换热器中循环加热料液，当料液温度达到设定温度时，由自动控制系统断开电源，水泵停止工作，系统停止加热当反应器内料液温度降低时，自动控制系统启动水泵，继续向料液加热，直至达到所设定的温度。C′.塑料大棚增温——采用塑料大棚增温发酵罐方法，弥补常温条件下发酵罐中料液温度偏低的缺陷，提高春、秋、冬季产气速度。
D.发酵液循环及搅动——为了提高产气量和原料利用率，采用水泵将发酵罐底部富集微生物的发酵液抽出再从发酵罐顶部淋喷的方法，使发酵原料分布均匀，增加微生物与原料的接触面，加快产气速度，从而实现发酵过程中自动搅拌。
E.沼气利用——将产生的沼气通入用户直接作为能源利用或者压成液体罐装后作为能源利用。
F.沼液、沼渣利用——通过管道将沼液输送到农田作为蔬菜、花卉等优质液体肥料；塑料袋装后作为家庭花卉肥料。沼渣中含有丰富的氨基酸等营养物质作为饲料和优质肥料。
以上步骤C中采用塑料大棚比恒温控制降低投入成本，发酵罐内温度比常温条件平均提高8℃～10℃；该温度条件下产气率可达0.15～0.3m3/m3·d，沼气中甲烷含量达70％～74％。
权利要求
1.一种藻类沼气能源化发酵方法，包括备料、进料前处理→微生物接种→密封启动运转→温度控制→进出料、回流搅拌日常管理→沼气、沼液、沼渣利用，其特征在于，A.备料、进料前处理——用石灰水将pH值调节为6.8～7.5；发酵材料水分调节到20％以上满足干发酵条件；C/N调节为20～30∶1；B.微生物接种——采用厌氧活性污泥或已有的沼液对新料液进行微生物接种，接种比例到达发酵料液总量的10～30％；C.恒温发酵控制——发酵罐中微生物对料液进行发酵，通过自动控制系统中的温度智能控制仪，将冬季设定为30℃～40℃，夏季设定为40℃～55℃，利用太阳能热水器中的热水，打开水泵，使热水在换热器中循环加热料液，当料液温度达到设定温度时，由自动控制系统断开电源，水泵停止工作，系统停止加热当反应器内料液温度降低时，自动控制系统启动水泵，继续向料液加热，直至达到所设定的温度；C′.塑料大棚增温——春、秋和冬季采用塑料膜覆盖发酵罐方法。
2.根据权利要求1所述藻类沼气能源化发酵方法，其特征在于在步骤C′之后还包括步骤D.发酵液循环及搅动——采用水泵将发酵罐底部富集微生物的发酵液抽出再从发酵罐顶部淋喷的方法，使发酵原料分布均匀，增加微生物与原料的接触面。
3.根据权利要求1或2所述藻类沼气能源化发酵方法，其特征在于采用富碳原料将待藻类发酵材料的碳氮比调节为20～30∶1，利用秸秆将藻类水分调节到20％以上。
4.权利要求1-3之一所述藻类沼气能源化发酵方法所获得的沼气、沼液、沼渣产品。
5.权利要求4所述沼气、沼液、沼渣产品的应用。
全文摘要
本发明涉及一种藻类沼气能源化发酵方法及其产品，属于环保和新能源技术领域，专用于藻类发酵为沼气能源和沼液、沼渣的综合利用。主要包括碳氮比调节和干发酵控制、微生物接种、温度控制、发酵液循环及搅动、沼气利用、沼液和沼渣利用等步骤。由于本方法采用干发酵和温度控制技术，沼气中甲烷含量达74％远高于一般材料，且产气迅速、供气量稳定、产气率大。该项技术既能解决水体藻类暴发造成环境污染的问题又能提供清洁能源和优质肥料、饲料，可以应用于富营养化湖泊及其他水体的治理及生态恢复。
文档编号C12P5/02GK1970776SQ20061009807
公开日2007年5月30日 申请日期2006年11月29日 优先权日2006年11月29日
发明者严少华, 韩士群, 刘海琴, 王振宇, 宋伟, 黄建萍, 高运强 申请人:江苏省农业科学院