[发明专利]一种水葫芦制备生物气的高效方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水葫芦制备生物气的高效方法，是将水生植物捕获的太阳能通过厌氧发酵方式转化为生物质能的方法，是以水葫芦为代表的水生植物和新鲜多汁秸秆能源化利用的关键技术，属于环境保护与生物质能领域。

背景技术

水葫芦用作厌氧发酵原料制备生物气(沼气)研究可追溯到上世纪的五十年代，长期以来积累了丰富的研究和应用资料，虽然众多研究在不同实验条件下进行，其预处理方法、发酵条件、产气能力等结果相差较大，主要研究成果和公开专利综述如下。

一、代表性研究成果

大量研究报道均是以水葫芦为材料进行实验室研究，其技术主要针对水葫芦处置以及小型发酵装置，均为将水葫芦作为能源植物进行了能源化利用的技术性研究工作。

1、1980年，四川成都食品公司水葫芦科研组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，可达到400ml/gTS。

2、1983年，Chynoweth等人以水葫芦为唯一底物，其获得的产气潜力仅为190ml/gVS。

3、1983年，Ellegard等人以水葫芦为唯一底物，获得产气潜力为400ml/gVS。

4、1987年，Annachhatre和Khanna等人用碱进行预处理、结合细胞固化技术，采用酸化相与产甲烷相两相法，获得了比批次工艺高得多的产气率(0.44l/g·d干基)。

5、1989年，El-Shinnawi等人将水葫芦与其它畜禽粪便或人粪尿混合发酵，增加水葫芦本身的产气量与产气率。

6、1990年，Geeta等人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。

7、1992年，Abbasi等人研究认为水葫芦比较轻容易漂浮，含水量太高，导致反应器进出料增加难度且易堵塞，有机负荷量调节不便，即使将水葫芦切碎在传统的批次反应器中仍然存在实际应用的困难。

8、1992年，Patel等人试验了不同吸附材料对水葫芦产气率的影响，结果表明在厌氧反应器中添加一定的活性炭、硅胶及铝粉等，均在一定程度上提高了产气率。

9、1993年，Patel等人采用热化学方法，在pH值11、温度121℃条件下处理1小时，以减轻木质素对纤维素与半纤维素生物降解的影响，产气量较对照提高60％。

10、1993年，Chanakya等人分别用鲜样与干样水葫芦为底物，采用批次发酵，常温下所获得的鲜、风干样产气潜力分别为291、245ml/gTS，348、292ml/gVS。

11、1993年，Patel等人发现，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：F3³⁺，Zn²⁺，Ni²⁺，Co²⁺，和Cu²⁺，不仅有利产气，提高产气量，还可以提高反应系统的稳定性。

12、1993年，Singh等人报到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和提高产气量。

13、1993年，Haung等人水葫芦的切碎处理，增加微生物接触底物的比表面积，利于提高产气量。

14、1993年，Chanakya等人研究发现，水葫芦虽然含有较高的可发酵物质，具有较高的产气潜力，但因其较高的木质素含量，影响了水葫芦的实际生物气产气量。

15、1993年，Moorhead等人在中温条件下，研究了不同接种量以及氮水平条件，切碎不同长短对水葫芦产气得影响，当接种量最大(4.7∶10，W/V)与C/N比最小(C/C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。

16、1996年，Abbasi报到直接从水葫芦酸化过程中提取挥发性脂肪酸，然后采用液体进料方式进行连续发酵产沼气研究工作。

17、1996年，Abbasi等人试验将发酵产生的挥发性有机酸引入UAF反应器进行厌氧发酵，获得了甲烷含量60％、产气量为0.38m³/kgVAFF·d的结果。

18、1998年，Kivaisi和Mtila通过对有机负荷、水力滞留时间以及在酸化反应器中稀释度进行优化，酸化反应采用瘤胃式，厌氧反应采用UASB工艺，结果产生的有机酸100％转化成了沼气。

19、1999年，Ramasamy等人报到水葫芦酸化、挥发性脂肪酸提取、连续厌氧发酵等三段工艺研究。