[发明专利]利用水葫芦与水浮莲制取生物质能的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及利用水葫芦与水浮莲制取生物质能的方法，是利用水生植物捕获太阳能获取生物质的方法，同时，也是将富营养化水体修复及水葫芦与水浮莲能源化利用相结合的一种方法，是水葫芦与水浮莲能源化利用的关键技术，属于环境保护与生物质能利用领域。

背景技术：

将水葫芦用作厌氧发酵原料产沼气最早可追溯到上世纪的七十年代，国外Hanisak(1980)较早报道了水葫芦产气潜力，此后，又有大量试验研究结果。由于众多研究是在不同条件下进行，其水葫芦产气潜力结果相差较大，Ellegard etal(1983)以水葫芦为唯一底物，获得的产气潜力为400ml/gVS，而Chynoweth et al(1983)同样以水葫芦为唯一底物，其获得的产气潜力仅为190ml/gVS，Chanakya et al(1993)分别用鲜样与风干样水葫芦为底物，采用批次方法，常温下，发酵300天，所获得的鲜、风干样产气潜力分别为291、245ml/gTS，348、292ml/gVS。

我国四川成都食品公司水葫芦科研组，于1979-1980年进行了水葫芦与秸秆产气潜力对比研究，认为水葫芦产气潜力高于秸秆，可达400ml/gTS，查国君等(2006)报道的水葫芦在25℃恒温条件下，其TS产气潜力为634ml/g，VS产气潜力为834ml/g，新鲜原料产气潜力为33.36mL/g，该试验数据明显高于其它文献报道的结果。

Chanakya，et.al(1993)研究发现，水葫芦虽然含有较高的可发酵物质，具有较高的产气潜力，但因较高木素质含量，影响了水葫芦的实际生物产气量。此外，由于水葫芦比重轻，含水量高，不仅使反应器中有机负荷量调节困难，也由于它飘浮的特性，使反应器进出料增加难度且易堵塞，即是将水葫芦切碎在传统的批次反应器中仍然存在困难(Abbasi et al，1992)，因此，水葫芦的预处理技术对利用水葫芦进行产能利用尤为重要。

水葫芦的切碎处理，因增加微生物接触底物的比表面积，而有利于提高产气(Haung，1993)，Moorhead and Nordstedt(1993)在中温条件下，研究了不同接种量以及氮水平条件下，切碎不同长短对水葫芦产气的影响，当接种量最大(4.7∶10，W/V)与C/N比最小(C/N为15)条件下，切碎水葫芦为6.04mm长，较1.6与12.7mm长，可获得了更高的产气量。

兰吉武等(2004)比较了简单切分与粉碎对水葫芦产气率的影响，结果发现简单切分比粉碎可以获得更高的产气量与产气率，分析其原因认为：水葫芦酸化反应与甲烷化反应间存在一个平衡点，粉碎样水葫芦粒度小，酸化速度过快，不利于酸化反应与产甲烷反应之间的平衡；简单切分样酸化速率较慢，酸化反应与产甲烷反应达到更好的平衡，有利于反应进行。另一方面，简单切分样孔隙率高，产气更易溢出，在一定程度上促进了厌氧发酵反应的进行。

Patel et al(1993a)采用热化学方法，在pH值11、121℃条件下处理1小时，以减轻木素质对纤维素与半纤维素生物降解的影响，结果处理组产气效率与产气量较对照提高了60％；Ali et al，(2004)应用真菌或化学方法对水葫芦进行预处理，也增加了水葫芦产气量。

众多研究结果还发现，在以水葫芦为底物的厌氧发酵试验中，一些金属元素的添加，如：Fe³⁺，Zn²⁺，Ni²⁺，Co²⁺，and Cu²⁺，不仅有利产气，提高产气量，还可以提高气体中甲烷含量与系统运行的稳定性(Patel et al，1993b)。Geeta et al(1990)报道在水葫芦厌氧发酵过程中添加Ni，同样可以增加水葫芦或水葫芦与奶牛粪便混合的产气量。添加不同形态的硼化合物也起到促进水葫芦中有机物降解、提高产气量的作用(Singh，et al 1993)。Patel et al(1992)还试验了不同吸附材料对水葫芦产气效率的影响，结果表明在厌氧反应器中添加一定的的活性碳、硅胶及铝粉等，均一定程度上提高了产气率，同时还减少了出水中COD、BOD的量。

将水葫芦与其它畜禽粪便或人粪尿混合发酵，因粪便可以为水葫芦发酵提供更多微生物数量、更丰富的生物多样性以及更多的养分，而可以增加水葫芦本身的产气量与产气效率(El-Shinnawi et al.，1989；Kumar，2005)。