專利名稱：藻類沼氣能源化發(fā)酵方法及其產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用藻類沼氣能源化發(fā)酵方法及其產(chǎn)品，屬于環(huán)保和新能源技術(shù)領(lǐng)域，專用于富營(yíng)養(yǎng)化水體藻類發(fā)酵為沼氣能源和沼氣、沼液、沼渣的綜合利用。
背景技術(shù)：
世界40％以上的湖泊受到了污染，中國(guó)情況更為嚴(yán)重，66％的湖泊處于富營(yíng)養(yǎng)化狀況，44％以上為重富營(yíng)養(yǎng)化。由于水體氮、磷超標(biāo)，湖泊等水體富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致水華暴發(fā)。水華主要種類為有毒藍(lán)藻，構(gòu)成水華的藍(lán)藻群體大量滋生后又大量死亡，分解時(shí)散發(fā)出難以忍受的惡臭污染水質(zhì)和空氣，同時(shí)大量消耗水中溶解的氧氣，常造成大批魚類窒息死亡，嚴(yán)重地破壞了湖泊等生態(tài)系統(tǒng)。水華中藻毒素，是強(qiáng)烈的促癌物質(zhì)，人、畜飲用被產(chǎn)毒藍(lán)藻污染的水會(huì)中毒或死亡，藍(lán)藻毒素被稱為新型污染物，因此藍(lán)藻水華對(duì)引用水源水以及水產(chǎn)品質(zhì)量影響更大。藍(lán)藻暴發(fā)頻繁，嚴(yán)重影響了湖泊等景觀價(jià)值和居民生活。
湖泊中的“水華”與海洋里的“赤潮”一樣是當(dāng)前困擾國(guó)內(nèi)外水環(huán)境的兩大難題。以前，在減少水華治理湖泊過程中，國(guó)內(nèi)外也有采用過人工、機(jī)械打撈措施，但由于藍(lán)藻的毒性導(dǎo)致其難以直接作為飼料利用；腐爛后造成了嚴(yán)重的二次污染，而采用掩埋卻占用大量土地資源。因此打撈收獲的巨大藍(lán)藻生物量始終是一個(gè)有待解決的難題。
其實(shí)應(yīng)該辯證地看待富營(yíng)養(yǎng)化水體藻類，藻類是水體中N、P的最大富集者，富營(yíng)養(yǎng)化水體中藻類高效吸收和消納污染水體中大量的氮、磷及有機(jī)污染物，如能將其取出就能發(fā)揮凈化水質(zhì)的作用。當(dāng)水體暴發(fā)水華時(shí)，其藻類細(xì)胞數(shù)量往往超過100億個(gè)，高于螺旋藻、小球藻人工養(yǎng)殖池內(nèi)細(xì)胞密度。據(jù)研究，滇池外海藍(lán)藻的現(xiàn)存生物量干重約為10000噸以上，顯然湖泊等水體藻類是水體中N、P的最大富集者，也是巨大的資源庫(kù)。那么如何利用藻類這種極有潛力的資源庫(kù)，使之資源化，既達(dá)到治理湖泊富營(yíng)養(yǎng)化，又達(dá)到達(dá)變廢為寶將是未來湖泊治理和水體生態(tài)修復(fù)的發(fā)展方向。
目前國(guó)際石油價(jià)格高漲，能源安全已經(jīng)威脅到國(guó)家安全，因此國(guó)家非常重視生物質(zhì)能源的研發(fā)。生物質(zhì)能源又稱為“綠色能源”，是指通過植物的光合作用將大量能以生物質(zhì)能形式固定下來的能源。開發(fā)利用“綠色能源”，已成為許多國(guó)家開源節(jié)流、化害為利和保護(hù)環(huán)境的重要措施。藻類通過發(fā)酵可以轉(zhuǎn)化為沼氣，是優(yōu)質(zhì)的綠色能源材料。
通過厭氧發(fā)酵技術(shù)對(duì)水體藻類進(jìn)行無害化處理、資源化利用，在生產(chǎn)沼氣能源的同時(shí)，向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)高效的有機(jī)肥源，促進(jìn)綠色食品生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，這樣既解決了富營(yíng)養(yǎng)化湖泊暴發(fā)水華藍(lán)藻的巨大生物量處置難題，又可以轉(zhuǎn)化為清潔能源，達(dá)到改善環(huán)境、增加經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益目的。
但是目前國(guó)內(nèi)外利用富營(yíng)養(yǎng)化水體藻類進(jìn)行沼氣發(fā)酵能源化利用的研究處于空白狀態(tài)，本發(fā)明不僅填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白而且走出了自己的路，具有自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明目的在于針對(duì)湖泊、水庫(kù)、河流與池塘等水體富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致藻類暴發(fā)嚴(yán)重地影響生態(tài)環(huán)境的問題，給出一種沼氣發(fā)酵的能源化利用湖泊等水體藻類資源庫(kù)及沼氣、沼液、沼渣的綜合利用技術(shù)。
技術(shù)方案為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明的水體藻類能源化及綜合利用技術(shù)采沼氣發(fā)酵方法其工藝包括備料、進(jìn)料前處理→微生物接種→密封啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)→溫度控制→進(jìn)出料、回流攪拌日常管理→沼氣、沼液、沼渣利用，其特征在于，A.備料、進(jìn)料前處理——用石灰水將pH值調(diào)節(jié)為6.8～7.5；發(fā)酵材料水分調(diào)節(jié)到20％以上滿足干發(fā)酵條件；C/N調(diào)節(jié)為20～30∶1。
B.微生物接種——采用厭氧活性污泥或已有的沼液對(duì)新料液進(jìn)行微生物接種，接種比例到達(dá)發(fā)酵料液總量的10～30％。
C.恒溫發(fā)酵控制——發(fā)酵罐中微生物對(duì)料液進(jìn)行發(fā)酵，通過自動(dòng)控制系統(tǒng)中的溫度智能控制儀，將冬季設(shè)定為30℃～40℃，夏季設(shè)定為40℃～55℃，利用太陽(yáng)能熱水器中的熱水，打開水泵，使熱水在換熱器中循環(huán)加熱料液，當(dāng)料液溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，由自動(dòng)控制系統(tǒng)斷開電源，水泵停止工作，系統(tǒng)停止加熱當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)料液溫度降低時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)啟動(dòng)水泵，繼續(xù)向料液加熱，直至達(dá)到所設(shè)定的溫度。C′.塑料大棚增溫——采用塑料膜覆蓋發(fā)酵罐方法，增加春、秋和冬季。
D.發(fā)酵液循環(huán)及攪動(dòng)——采用水泵將發(fā)酵罐底部富集微生物的發(fā)酵液抽出再?gòu)陌l(fā)酵罐頂部淋噴的方法，使發(fā)酵原料分布均勻，增加微生物與原料的接觸面。
E.沼氣利用——將產(chǎn)生的沼氣通入用戶直接作為能源利用或者壓成液體罐裝后作為能源利用。
F.沼液、沼渣利用——將沼液、沼渣作為優(yōu)質(zhì)肥料或?qū)⒄右骸⒄釉鳛轱暳稀?br> 有益效果本發(fā)明通過厭氧發(fā)酵技術(shù)對(duì)水體藻類進(jìn)行無害化處理、資源化利用，在生產(chǎn)沼氣能源的同時(shí)，向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)高效的有機(jī)肥源，促進(jìn)綠色食品生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，這樣既解決了富營(yíng)養(yǎng)化湖泊暴發(fā)水華藍(lán)藻的巨大生物量處置難題，又可以轉(zhuǎn)化為清潔能源，達(dá)到改善環(huán)境、增加經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益目的。
由于本方法采用干發(fā)酵和溫度控制技術(shù)，沼氣中甲烷含量達(dá)74％遠(yuǎn)高于一般材料，且產(chǎn)氣迅速、供氣量穩(wěn)定、產(chǎn)氣率大。該項(xiàng)技術(shù)既能解決水體藻類暴發(fā)造成環(huán)境污染的問題又能提供清潔能源和優(yōu)質(zhì)肥料、飼料，可以應(yīng)用于富營(yíng)養(yǎng)化湖泊及其他水體的治理及生態(tài)恢復(fù)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方法作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例一本實(shí)施例的藍(lán)藻沼氣發(fā)酵過程采用恒溫發(fā)酵，其步驟如下A.備料、進(jìn)料前處理——用石灰水將pH值調(diào)節(jié)為6.8～7.5；藻類本身碳氮比約為2.7∶1，為了高效利用藍(lán)藻中氮素，采用秸稈等富碳原料(約40∶1)將其調(diào)節(jié)為20～30∶1的合適碳氮比。利用秸稈將藻類水分調(diào)節(jié)到20％以上，滿足干發(fā)酵條件。
B.微生物接種——采用厭氧活性污泥對(duì)新料液進(jìn)行微生物接種，接種比例到達(dá)發(fā)酵料液總量的10～30％，其中包括第一類發(fā)酵細(xì)菌，將復(fù)雜的有機(jī)物分解成較為簡(jiǎn)單的物質(zhì)，例如多糖轉(zhuǎn)化為單糖，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為肽或氨基酸，脂肪轉(zhuǎn)化為甘油和脂肪酸；第二類產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌，將前一類細(xì)菌分解的產(chǎn)物進(jìn)一步分解成乙酸和二氧化碳；第三類產(chǎn)甲烷菌，利用乙酸、氫氣和二氧化碳產(chǎn)生甲烷。厭氧活性污泥中含有以上三類菌是公知公用的技術(shù)。
C.恒溫發(fā)酵控制——發(fā)酵罐中微生物對(duì)料液進(jìn)行發(fā)酵，通過自動(dòng)控制系統(tǒng)中的溫度智能控制儀，將冬季設(shè)定為30℃～40℃，夏季設(shè)定為40℃～55℃。利用太陽(yáng)能熱水器中熱水，打開水泵，使熱水在換熱器中循環(huán)加熱料液。當(dāng)料液溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，由自動(dòng)控制系統(tǒng)斷開電源，水泵停止工作，系統(tǒng)停止加熱當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)料液溫度降低時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)啟動(dòng)水泵，繼續(xù)向料液加熱，直至達(dá)到所設(shè)定的溫度。
D.發(fā)酵液循環(huán)及攪動(dòng)——為了提高產(chǎn)氣量和原料利用率，采用水泵將發(fā)酵罐底部富集微生物的發(fā)酵液抽出再?gòu)陌l(fā)酵罐頂部淋噴的方法，使發(fā)酵原料分布均勻，增加微生物與原料的接觸面，加快產(chǎn)氣速度，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過程中自動(dòng)攪拌。
E.沼氣利用——將產(chǎn)生的沼氣通入用戶直接作為能源利用或者壓成液體罐裝后作為能源利用。
F.沼液、沼渣利用——通過管道將沼液輸送到農(nóng)田作為蔬菜、花卉等優(yōu)質(zhì)液體肥料；塑料袋裝后作為家庭花卉肥料。沼渣中含有豐富的氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)作為飼料和優(yōu)質(zhì)肥料。
以上步驟中冬季設(shè)定為35℃，夏季設(shè)定為53℃，在這個(gè)溫度條件下，池容產(chǎn)氣率可為達(dá)2～2.5m3/m3·d左右，沼氣中甲烷含量達(dá)74％。
實(shí)施例二本實(shí)施例的藻類沼氣發(fā)酵過程采用塑料大棚增溫發(fā)酵，其步驟如下A.備料、進(jìn)料前處理——用石灰水將pH值調(diào)節(jié)為6.8～7.5；藻類本身碳氮比約為2.7∶1，為了高效利用藍(lán)藻中氮素，采用秸稈等富碳原料(約40∶1)將其調(diào)節(jié)為20～30∶1的合適碳氮比。利用秸稈將藻類水分調(diào)節(jié)到20％以上，滿足干發(fā)酵條件。
B.微生物接種——采用已有的沼液對(duì)新料液進(jìn)行微生物接種，接種比例到達(dá)發(fā)酵料液總量的10～30％，其中包括第一類發(fā)酵細(xì)菌，將復(fù)雜的有機(jī)物分解成較為簡(jiǎn)單的物質(zhì)，例如多糖轉(zhuǎn)化為單糖，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為肽或氨基酸，脂肪轉(zhuǎn)化為甘油和脂肪酸；第二類產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌，將前一類細(xì)菌分解的產(chǎn)物進(jìn)一步分解成乙酸和二氧化碳；第三類產(chǎn)甲烷菌，利用乙酸、氫氣和二氧化碳產(chǎn)生甲烷。已有的沼液中含有以上三類菌是公知公用的技術(shù)。
C.恒溫發(fā)酵控制——發(fā)酵罐中微生物對(duì)料液進(jìn)行發(fā)酵，通過自動(dòng)控制系統(tǒng)中的溫度智能控制儀，將冬季設(shè)定為30℃～40℃，夏季設(shè)定為40℃～55℃，利用太陽(yáng)能熱水器中的熱水，打開水泵，使熱水在換熱器中循環(huán)加熱料液，當(dāng)料液溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，由自動(dòng)控制系統(tǒng)斷開電源，水泵停止工作，系統(tǒng)停止加熱當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)料液溫度降低時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)啟動(dòng)水泵，繼續(xù)向料液加熱，直至達(dá)到所設(shè)定的溫度。C′.塑料大棚增溫——采用塑料大棚增溫發(fā)酵罐方法，彌補(bǔ)常溫條件下發(fā)酵罐中料液溫度偏低的缺陷，提高春、秋、冬季產(chǎn)氣速度。
D.發(fā)酵液循環(huán)及攪動(dòng)——為了提高產(chǎn)氣量和原料利用率，采用水泵將發(fā)酵罐底部富集微生物的發(fā)酵液抽出再?gòu)陌l(fā)酵罐頂部淋噴的方法，使發(fā)酵原料分布均勻，增加微生物與原料的接觸面，加快產(chǎn)氣速度，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過程中自動(dòng)攪拌。
E.沼氣利用——將產(chǎn)生的沼氣通入用戶直接作為能源利用或者壓成液體罐裝后作為能源利用。
F.沼液、沼渣利用——通過管道將沼液輸送到農(nóng)田作為蔬菜、花卉等優(yōu)質(zhì)液體肥料；塑料袋裝后作為家庭花卉肥料。沼渣中含有豐富的氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)作為飼料和優(yōu)質(zhì)肥料。
以上步驟C中采用塑料大棚比恒溫控制降低投入成本，發(fā)酵罐內(nèi)溫度比常溫條件平均提高8℃～10℃；該溫度條件下產(chǎn)氣率可達(dá)0.15～0.3m3/m3·d，沼氣中甲烷含量達(dá)70％～74％。
權(quán)利要求
1.一種藻類沼氣能源化發(fā)酵方法，包括備料、進(jìn)料前處理→微生物接種→密封啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)→溫度控制→進(jìn)出料、回流攪拌日常管理→沼氣、沼液、沼渣利用，其特征在于，A.備料、進(jìn)料前處理——用石灰水將pH值調(diào)節(jié)為6.8～7.5；發(fā)酵材料水分調(diào)節(jié)到20％以上滿足干發(fā)酵條件；C/N調(diào)節(jié)為20～30∶1；B.微生物接種——采用厭氧活性污泥或已有的沼液對(duì)新料液進(jìn)行微生物接種，接種比例到達(dá)發(fā)酵料液總量的10～30％；C.恒溫發(fā)酵控制——發(fā)酵罐中微生物對(duì)料液進(jìn)行發(fā)酵，通過自動(dòng)控制系統(tǒng)中的溫度智能控制儀，將冬季設(shè)定為30℃～40℃，夏季設(shè)定為40℃～55℃，利用太陽(yáng)能熱水器中的熱水，打開水泵，使熱水在換熱器中循環(huán)加熱料液，當(dāng)料液溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，由自動(dòng)控制系統(tǒng)斷開電源，水泵停止工作，系統(tǒng)停止加熱當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)料液溫度降低時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)啟動(dòng)水泵，繼續(xù)向料液加熱，直至達(dá)到所設(shè)定的溫度；C′.塑料大棚增溫——春、秋和冬季采用塑料膜覆蓋發(fā)酵罐方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述藻類沼氣能源化發(fā)酵方法，其特征在于在步驟C′之后還包括步驟D.發(fā)酵液循環(huán)及攪動(dòng)——采用水泵將發(fā)酵罐底部富集微生物的發(fā)酵液抽出再?gòu)陌l(fā)酵罐頂部淋噴的方法，使發(fā)酵原料分布均勻，增加微生物與原料的接觸面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述藻類沼氣能源化發(fā)酵方法，其特征在于采用富碳原料將待藻類發(fā)酵材料的碳氮比調(diào)節(jié)為20～30∶1，利用秸稈將藻類水分調(diào)節(jié)到20％以上。
4.權(quán)利要求1-3之一所述藻類沼氣能源化發(fā)酵方法所獲得的沼氣、沼液、沼渣產(chǎn)品。
5.權(quán)利要求4所述沼氣、沼液、沼渣產(chǎn)品的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種藻類沼氣能源化發(fā)酵方法及其產(chǎn)品，屬于環(huán)保和新能源技術(shù)領(lǐng)域，專用于藻類發(fā)酵為沼氣能源和沼液、沼渣的綜合利用。主要包括碳氮比調(diào)節(jié)和干發(fā)酵控制、微生物接種、溫度控制、發(fā)酵液循環(huán)及攪動(dòng)、沼氣利用、沼液和沼渣利用等步驟。由于本方法采用干發(fā)酵和溫度控制技術(shù)，沼氣中甲烷含量達(dá)74％遠(yuǎn)高于一般材料，且產(chǎn)氣迅速、供氣量穩(wěn)定、產(chǎn)氣率大。該項(xiàng)技術(shù)既能解決水體藻類暴發(fā)造成環(huán)境污染的問題又能提供清潔能源和優(yōu)質(zhì)肥料、飼料，可以應(yīng)用于富營(yíng)養(yǎng)化湖泊及其他水體的治理及生態(tài)恢復(fù)。
文檔編號(hào)C12P5/02GK1970776SQ20061009807
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月29日
發(fā)明者嚴(yán)少華, 韓士群, 劉海琴, 王振宇, 宋偉, 黃建萍, 高運(yùn)強(qiáng) 申請(qǐng)人:江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院