一种提高短链脂肪酸厌氧产甲烷效率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及有机废弃物可再生能源利用和废弃物处理技术。
【背景技术】
[0002] 随着石油、煤炭等不可再生能源的短缺和环境问题的不断加剧，我国乃至全世界 范围都在提倡开发新型可再生能源。其中以ch 4、h2等为代表的生物质能由于其可再生性和 环境友好性的特点，已成为可再生能源的主要组成部分。沼气的主要成分是〇1 4和CO 2，是 一种重要的生物质能源，在可再生新能源中占据着很高的地位。研宄发现，一座十几立方的 高效沼气池，全年的产气能解决3户人口十几个月的生活燃料，Im 3含65% CH4的沼气相当 于0. 6m3的天然气、I. 375m 3的城市煤气、0. 76kg的原煤、6. 4kwh的电。因此，沼气的应用有 着强大的经济效应，同时它还具有生态效应、节约其他能源、高效的利用率等作用。
[0003] 目前，人们多通过厌氧发酵技术获得沼气。厌氧发酵是指有机物在厌氧条件下，通 过多种厌氧微生物的共同作用，最终产出沼气的过程。厌氧发酵是一个复杂的生化过程，一 般需要经过以下三个阶段：水解发酵阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。其中产甲烷阶段 是整个厌氧发酵的最后一步，也是最重要的一步，该过程的好坏将直接影响到整个厌氧发 酵过程的甲烷产量和产率。对溶解性有机物的厌氧生物处理，产甲烷阶段一般是整个厌氧 发酵的限速步骤。
[0004] 自然界中复杂的有机物不能直接被产甲烷菌利用，需要先经过水解发酵产酸菌降 解为乙酸、丙酸、丁酸等短链脂肪酸才能被其他厌氧菌（如产氢产乙酸菌）利用。乙酸、丙 酸、丁酸等常见短链脂肪酸是有机物发酵过程中主要的中间产物，同时其互营厌氧降解也 是自然厌氧环境中有机物降解的关键环节。由乙酸为底物的甲烷合成占自然界中甲烷合成 的60 %以上，由丙酸、丁酸降解所产生的甲烷可高达全部甲烷生成量的35 %和8 %。故而 产酸发酵阶段产物种类和产率的不同对产甲烷过程有加大的影响。产甲烷阶段是利用产甲 烷菌将乙酸、C0 2/H2、甲酸和甲醇、甲胺等转化为甲烷，而该过程中产甲烷菌的数量和活性是 影响厌氧降解效率和甲烷产量的最主要因素。乙酸可以直接被产甲烷菌利用转化为〇1 4和 CO2，丙酸、丁酸则可以在产氢产乙酸细菌和产甲烷菌共同作用下，最终转化为CHdPCO2。因 此，直接选取乙酸、丙酸、丁酸作为碳源能省去厌氧发酵的水解阶段，有助于更好地研宄石 墨如何提尚广甲烧阶段的甲烧广量和广率。
[0005] 目前，厌氧发酵技术已经广泛应用于工业废水、城市垃圾、农业废弃物及禽畜粪便 的处理及潜在能源的开发，但仍存在着一些问题，如：有机物厌氧发酵速率慢、利用率低，产 甲烷效率低等。造成上述现象的一个主要原因是产甲烷阶段效率低，产甲烷微生物活性低， 甲烷的产量小。产甲烷过程是由不同类型的微生物异化交互作用完成，不同微生物可以通 过体系中电子载体（如氢/甲酸等）进行种间电子转移。在多种微生物共存的厌氧发酵产 甲烷体系中，直接种间电子转移是一个重要的种间电子交换过程，促进微生物间的直接种 间电子转移可以促进微生物的新陈代谢，提高产甲烷菌的活性，促进体系的甲烷产量。
【发明内容】
[0006] 为了改善厌氧发酵技术甲烷产量低的问题，本发明提供了一种方法简单、成本低 廉的提高短链脂肪酸厌氧发酵产甲烷效率的方法。
[0007] 本发明解决技术问题采用如下技术方案：
[0008] 本发明提高短链脂肪酸厌氧产甲烷效率的方法，其特点在于：以石墨作为添加物， 加入到短链脂肪酸的厌氧发酵体系中，并与所述短链脂肪酸的厌氧发酵体系中的厌氧微生 物及短链脂肪酸混合均匀，以使石墨在厌氧微生物将短链脂肪酸转化为甲烷的过程中，提 高厌氧微生物的活性及产甲烷菌的数量，提高短链脂肪酸厌氧产甲烷效率和甲烷产量。
[0009] 所述短链脂肪酸为乙酸钠、丙酸钠或丁酸钠。
[0010] 所加入石墨的质量与短链脂肪酸的厌氧发酵体系中的短链脂肪酸的质量之比为 1:1 ?10〇
[0011] 所述短链脂肪酸的厌氧发酵体系的反应温度为30?35°C。
[0012] 所述石墨为鳞片状石墨和/或球形石墨；所述鳞片状石墨的粒径为50-3000目； 所述球形石墨的粒径为100-500目。
[0013] 与已有技术相比，本发明具有以下优点：
[0014] 1、本发明通过向短链脂肪酸的厌氧发酵体系中内添加石墨，使得厌氧发酵体系内 微生物的优势菌群发生变化，产甲烷菌的数量增多、活性增强；石墨能够为微生物的生长提 供一个附着面，促进微生物的新陈代谢，微生物的数量增多；石墨由于其高导电性，可以在 厌氧发酵体系内充当电子载体，提高了厌氧发酵体系内微生物与微生物之间的电子传递效 率，促进种间电子转移，提高了产甲烷效率和甲烷产量。
[0015] 2、本发明通过向乙酸钠、丙酸钠或丁酸钠的厌氧发酵体系中添加石墨，使得厌 氧发酵体系内CH 3COO' CH3CH2COCT或CH 3CH2CH2CO(T的降解速率明显提高，对CH 3COO' CH3CH2COCT或CH 3CH2CH2C0(T的利用率也有所增加，在厌氧发酵过程中，产甲烷菌可以直接将 CH3C00_、CH3CH2COOj CH 3CH2CH2C00_分解为CH 4和CO 2，该过程中，微生物利用乙酸钠为电 子供体，将其分解并释放电子，石墨在这一过程中充当电子载体，连接不同的微生物，在微 生物之间形成种间电子连接；石墨的储存及接受电子的能力使得体系中接受电子的能力增 强，促进了微生物间的电子转移，提高了甲烷产量。
[0016] 3、本发明通过向乙酸钠、丙酸钠或丁酸钠的厌氧发酵体系内添加石墨，使得体系 内微生物之间的竞争关系改变，石墨的高导电性增大了产甲烷菌的活性，提高了甲烷产量； 并且石墨广泛分布于自然环境中，储量丰富，价格低廉。
【附图说明】
[0017] 图1为实施例中各组乙酸钠厌氧反应器的累计甲烷产量与时间的关系曲线；
[0018] 图2为实施例中各组乙酸钠厌氧反应器的