专利名称：一种互花米草厌氧生物酸化转化的方法
技术领域：
本发明属于资源与环境技术领域，具体涉及一种互花米草厌氧生物酸化转化的方法。
背景技术：
互花米草(Spartina atemiflora)原产于美国，是一种生长在潮间带的多年盐沼植物。1980年代初期，互花米草被引入中国用于保滩护岸、促淤造陆，互花米草引进一度对保护海堤安全，促进沿海地区经济发展、生态环境的改善和减灾等多方面做出了重大贡献。但经过20多年的发展，互花米草在我国沿海地区形成80-100万亩得群落，以这种外来入侵种形成的优势群落，给沿海地区带来一系列的负面影响。作为一个具有极强繁殖能力的外来物种，互花米草具有生长旺，繁殖快，植株高而密，与本土物种竞争激烈，改变了淤泥质光滩的景观和本土物种的栖息环境，譬如互花米草侵占滩涂贝类养殖的场所，导致贝类在密集的米草草滩中无法自由活动，健康生长，甚至会窒息死亡；一些贝类不得不迁移至米草草滩外；一些港区也由于互花米草的侵入淤积加快，影响船只出入。在夏秋季互花米草的落叶随着潮水四处漂移，进入滩涂或浅海的藻类养殖地，就会对紫菜，海带等海藻的生产与产品的质量产生一定的影响。
互花米草生长在潮间带高矿质环境中的C4植物，在长期适应的过程中，形成了高生产力和高抗逆性。根据在苏北和上海两地多年的研究，互花米草单位面积地上部分收获产量在苏北可以达到2.5-3kg/m2，即1600-2000kg/亩；上海地区可以达到3-5kg/m2，即2000-3333kg/亩。目前在良好田间管理的条件下，三大传统粮食作物及其单产(含秸秆产量)分别为小麦500-600kg/亩，水稻600-1000kg/亩，玉米800-1200kg/亩。在没有任何人为投入管理的条件下，互花米草几乎达到传统作物良好的田间管理产量的2-3倍，如果辅以施肥和人为管理，互花米草可以获得更高的单位产量。互花米草如此高效的生产力，如能够进行转化成产品和原料，将能够很大程度造福沿海居民。
当前，互花米草的利用研究研究刚刚开始，因为互花米草的含盐量过高，目前还没有成熟的利用途径被报道。不仅如此，类似于互花米草的草本植物秸秆有机物的利用目前的进展都非常有限，一些文献报道通过生物转化利用草本植物生产乙醇，还有报道生产沼气和氢等，但是反应条件都较为苛刻，管理复杂。根据微生物发酵的研究可知，在厌氧条件微生物非常容易利用各种有机质进行发酵产酸，而产生的有机酸可以多种产业使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够在开放或半开放条件下，管理非常方便的互花米草厌氧生物酸化转化的方法。
本发明提出的互花米草厌氧生物酸化转化的方法，其具体步骤如下(1)原料互花米草的粉碎预处理；(2)向步骤(1)所得的预处理互花米草中添加含N元素物质，混合，控制混合料的碳氮比为20∶1-30∶1；(3)将步骤(2)所得混合料投入到生物产酸发酵装置中，加入接种物进行接种，接种物的加入量为互花米草原料干重的3％-5％；(4)向步骤(3)中所得的发酵原料中加水进行发酵，水的加入量为水面至少高于发酵原料20cm，发酵温度控制在20-40℃；(5)步骤(4)中的生物产酸发酵进行2-5天后，发酵装置中的发酵液pH值降到5-6，挥发性有机酸(VFA)为30-50mol/l，开始周期性的从发酵装置中提取10％-100％含酸发酵液用于后续利用，同时加入与提取酸液相同体积的补充水，进行持续发酵产酸；(6)当发酵装置中的发酵液pH值降到5-6，重量步骤(5)；(7)整个发酵周期为15-30天，当生物产酸反应器中的发酵液的VFA降到10mol/l以下，停止产酸发酵。
本发明中，所述含N元素物质为尿素、碳酸氢铵或畜禽粪便等中一至多种。
本发明中，所述接种物为沼渣、沼液或厌氧消化污泥等中任一种。
本发明中，所述互花米草原料粉碎预处理可以采取以下常规方法将收割后的互花米草地上部分，通过人工或机械方法切成2～3cm的小段；或者通过秸秆搓揉粉碎机对其进行预处理等。
本发明中，步骤(5)中所述补充水为海水、河水、湖水或自来水等中一种或多种。
本发明中，步骤(5)中所述提取发酵酸液可以使用泵抽出或由发酵酸液自身重力自流出发酵装置。
本发明中，生物产酸反应装置要保证边沿高于当地最大暴雨淹没深度，发酵反应装置上部1.5-3米高度要建设防雨遮盖物。
本发明中，生物酸化转化反应中，生物产酸反应装置不进行绝对密闭，但是为了减少液面的氧气交换和降低有机酸挥发引发的气味，在反应器内的液面上可以平铺塑料薄膜。
本发明中，生物产酸反应装置中抽出的含酸发酵液的后续利用可以有多种用途，如可用于饲料添加剂、发酵产沼气、发酵产氢等。
本发明的优点利用互花米草这一高生产力的植物进行发酵，发酵后的发酵液中富含有机酸和矿物质。有机酸能提高饲料的酸度。降低饲料的缓冲能力，同时具有杀菌、抑菌、防止饲料霉变的作用，可添加在饲料或饮水中发挥作用，广泛应用于猪、鸡的饲料中，牛、鱼的饲料中也有越来越多的研究应用。随着抗生素的禁用，有机酸替代抗生素。与一些抗生素产生协同作用从而将细菌抗药性的危险降低到最低限度的效用得到人们的重视。饲料中添加有机酸可促进铁、铜等微量元素的吸收利用，减轻其对环境的污染。有机酸具有一些抗生素没有的作用，包括可以降低食糜的pH值和增强胰液的分泌。有机酸液还可用于发酵产氢、发酵产沼气、提取有用药物和微量元素等。
图1为实施例1酸化转化酸液VFA和COD的变化情况。
图2为实施例2酸化转化酸液VFA和COD的变化情况。
具体实施实式下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1(1)建造1立方不透水的坑或池体，上面架设防雨覆盖物，作为生物产酸发酵装置；(2)原料的预处理将收割后的互花米草地上部分，通过机械方法切成2～3cm的小段；(3)把步骤(2)中经预处理后的原料60kg互花米草(干重)投加到生物产酸发酵装置中，加入1.2kg尿素，混合，调节混合料的C∶N比为25∶1；(4)接种应后续利用的要求，将接种含水量80％的厌氧消化污泥10kg投入生物产酸发酵装置中，接种量为3.33％；(5)向生物产酸发酵装置中加水进行发酵，加入量为水面高于发酵原料20cm，发酵温度为40℃；(6)生物产酸发酵进行3天后，发酵装置内的发酵液pH值降到5.64，开始从发酵装置中提取0.3立方发酵液，同时向生物产酸发酵装置加入0.3立方的自来水补足水量，进行持续发酵产酸；(7)pH降到6以下后，再从发酵装置中抽出发酵液0.3立方，同时加入与提取酸液相同体积的自来水补足水量，如此循环进行酸液置换；(8)整个发酵进行23天，当生物产酸反应器中的发酵液的VFA降到8.6以下，COD降到1546mg/l以下，停止产酸发酵。
整个过程中，抽出液的VFA和COD监测结果见图1。
实施例2
(1)建造1立方不透水的坑或池体，上面架设防雨覆盖物，作为生物产酸发酵装置(2)原料的预处理将收割后的互花米草地上部分，通过机械方法切成2～3cm的小段。
(3)把把步骤(2)中经预处理后的原料40kg(干重)投加到生物产酸发酵装置中，加入0.6kg碳酸氢铵，混合，调节混合料的C∶N比为30∶1。
(3)接种应后续利用的要求，接种将含水量80％的沼渣8kg投入生物产酸发酵装置中；(4)向生物产酸发酵装置中加水进行发酵，加入量为水面高于发酵原料20cm，发酵温度为25℃；(5)生物产酸发酵进行3天后，发酵装置中的发酵液pH值降到5.35，开始从发酵装置中提取0.4立方发酵液，同时向生物产酸发酵装置加入0.3立方的海水补足水水量，进行持续发酵产酸；(6)当发酵装置中的发酵液pH值降到6以下后，再次从发酵装置中抽出发酵液0.4立方，同时加入与提取酸液相同体积的海水补足水量；如此循环；(7)整个发酵进行20天，当生物产酸反应器中的发酵液的VFA降到10，COD降到1900mg/l以下，停止产酸发酵。
整个过程中，抽出液的VFA和COD监测结果见图2。
权利要求
1.一种互花米草厌氧生物酸化转化的方法，其特征在于具体步骤如下(1)原料互花米草的粉碎预处理；(2)向步骤(1)所得的预处理互花米草中添加含N元素物质，混合，控制混合料的碳氮比为20∶1--30∶1；(3)将步骤(2)所得混合料投入到生物产酸发酵装置中，加入接种物进行接种，混合，接种物的加入量为互花米草原料干重的3％-5％；(4)向步骤(3)中所得的发酵原料中加水进行发酵，水的加入量为水面至少高于发酵原料20cm，同时在发酵装置的液面上平铺塑料薄膜，发酵温度为20-40℃；(5)步骤(4)中的生物产酸发酵进行2-5天后，发酵装置中的发酵液pH值降到5-6，挥发性脂肪酸即VFA到30-50mol/l，开始周期性的从发酵装置中提取10％-100％含酸发酵液用于后续利用，同时加入与提取酸液相同体积的补充水，进行持续发酵产酸；(6)当发酵装置中的发酵液pH值降到5-6，重量步骤(5)；(7)整个发酵为15-30天，当生物产酸反应器中的发酵液的VFA降到10mol/l以下，停止产酸发酵。
2.根据权利要求1所述的互花米草厌氧生物产酸转化的方法，其特征在于所述含N元素物质为尿素、碳酸氢铵或畜禽粪便中一至多种。
3.根据权利要求1所述的互花米草厌氧生物产酸转化的方法，其特征在于所述接种物为沼渣、沼液或厌氧消化污泥中任一种。
4.根据权利要求1所述的互花米草厌氧生物产酸转化的方法，其特征在于所述互花米草原料粉碎预处理采取将收割后的互花米草地上部分，通过人工或机械方法切成2～3cm的小段；或者通过秸秆搓揉粉碎机对其进行预处理。
5.根据权利要求1所述的互花米草厌氧生物酸化转化的方法，其特征在于步骤(5)中所述补充水为海水、河水、湖水或自来水之一种或多种。
6.根据权利要求1所述的互花米草厌氧生物酸化转化的方法，其特征在于步骤(5)中所述提取发酵酸液使用泵抽出或由发酵酸液自身重力自流出发酵装置。
全文摘要
本发明属于资源和环境技术领域，具体涉及一种互花米草厌氧生物酸化转化的方法。具体步骤为互花米草经过切碎、搓揉等机械或人工方法进行原料的预处理，投加到产酸发酵装置中，添加一定量N元素调整碳氮比和接种物启动反应，在厌氧条件下，微生物发酵产酸，并周期性的抽取酸液用于后续利用。酸液可以有多种用途，如饲料添加剂、发酵产沼气、发酵产氢等。本发明能够更加高效的利用互花米草，充分实现互花米草的资源化利用，变害为利，变废为宝。
文档编号C12P5/02GK1932018SQ20061011614
公开日2007年3月21日 申请日期2006年9月18日 优先权日2006年9月18日
发明者朱洪光, 陈小华, 王彪, 朱鹏 申请人:同济大学