[发明专利]一种可产生生物气的生物质能源块的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物质能源技术领域，具体涉及一种可产生生物气的生物质能源块的制备方法。

背景技术

据统计，目前我国每年秸秆产量大约有7亿吨，剩余秸秆的数量约为4亿吨左右。剩余秸秆的随地堆弃和任意焚烧，造成了大气污染、火灾事故、堵塞交通等大量的社会、经济和生态问题，迫切需要寻找新的利用途径。与此同时，秸秆作为一种可再生能源，蕴含着巨大的生物质能量。利用厌氧发酵技术可以将农作物秸秆转化为秸秆生物气，俗称“秸秆沼气”。秸秆生物气以甲烷为主，可以直接燃烧利用，也可以用来发电，发酵后产生的残渣是一种有机生态肥。

农作物秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素三大部分组成。秸秆厌氧发酵效率低下的主要因素有以下两点：其一，半纤维素作为分子黏合剂结合在纤维素和木质素之间，木质素具有网状结构，并作为支撑骨架包围并加固纤维素和半纤维素，而木质素是一种难以厌氧降解的芳香族高分子化合物，所以，秸秆厌氧发酵的效率很低；其二，由于木质素及其衍生物对厌氧微生物具有抑制作用，秸秆木质素含量高达15%，所以，秸秆厌氧发酵会受到比较严重的抑制，导致厌氧发酵效率低下。

以农作物秸秆为原料，通过厌氧发酵产生秸秆生物气时，一般原料先经过物理或化学方法预处理，再经厌氧发酵两个步骤完成。秸秆中含有大量的纤维素、木质素、半纤维素。这些物质之间相互混杂和交联，使得纤维素和其它可消化物质难以被微生物降解；为了促进有机物的分解，为微生物生长创造适宜的环境，增大微生物与发酵底物的接触面积，目前主要的预处理方法有物理法、化学法、生物法。

Luo等的研究表明，利用氢氧化钠预处理秸秆纤维素和半纤维素，秸秆生物气产率提高75%。生物方法主要是利用白腐菌进行预处理，研究表明，白腐菌是降解木质素类化合物能力最强的微生物。经白腐菌预处理后的秸秆其发酵的时间可大大缩短，很好的提高甲烷的转化率，有效的接近秸秆的理论产气率。杨玉楠等通过利用白腐菌预处理秸秆发酵产甲烷的研究表明：经白腐菌预处理后，木质素含量降低，甲烷转化率为47.63％，当继续发酵时甲烷转化率高达58.74％，从而大大缩短了厌氧发酵周期，提高了甲烷转化效率。

由于厌氧发酵过程存在产气不均并且在有的发酵反应过程中存在发酵短路的情况，目前对于厌氧发酵反应器和工艺的研究主要是集中于提高其产气效率，解决发酵过程中产气不均衡的的问题。叶森等在1989年通过研究自动排料干式厌氧发酵反应器利用产气高峰的规律提高了产气量和解决发酵产气均衡的问题。赵哈乐等人在1990年研究了半连续自动排料干式厌氧发酵反应器，该装置可将发酵旧料依靠反应器内沼气压力自动排出，变干式厌氧发酵批量投料为半连续工艺，使日产气量均匀，提高了发酵利用率。魏吉山在利用干式厌氧发酵反应器内沼气压力的基础上发明了自动进料干式厌氧发酵装置实现了干式厌氧发酵自动连续排料或在进料同时将发酵原料排出罐外实现进料和排料同步完成，同时干物质浓度提高到20～25%。90年代，德国开发了新式间歇式厌氧消化工艺，这种新型间歇式发酵解决了发酵初期与发酵结束发酵室内沼气和空气浓度的调节和发酵菌在发酵物中繁殖速度的问题并通过了中式，随后投入实际运行。连续发酵工艺是沼气池发酵启动后，根据设计时预定的处理量，连续不断地或每天定量地加入新的发酵原料，同时排走相同数量的发酵料液，使发酵过程连续进行下去。连续发酵是目前较为先进的工艺，其中以欧洲几种工艺为代表。比利时的有机垃圾处理公司开发的Dranco工艺采用单机高温反应器，每吨有机生物气产量100～200m3。Kompogas工艺是干式、高温厌氧消化技术,由瑞士Kompogas AG公司开发，其生物气效益:10000t。半连续发酵工艺是初始投料发酵是指一次性投入较多的原料经过一段时间，开始正常发酵产气，随后产气逐渐下降，此时就需要每天或定期加入新物料，以维持正常发酵产气，这种工艺就称为半连续沼气发酵。

目前秸秆厌氧发酵制秸秆生物气的技术难以推广的主要原因是现有的厌氧发酵技术效率较低，综合开发成本较高，研发高效的厌氧发酵技术和低成本的运行系统是此研究领域必须攻克的难题。

发明内容

本发明提供了一种厌氧发酵效率高、成本低廉的可产生生物气的生物质能源块的制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：

1）按质量份数，将50～70份的植物秸秆段、5～15份的粪便、0.02～0.2份的纤维素酶、2～5份的氨化剂、1～4份的厌氧污泥、2～5份的pH稳定剂混合，制成混料；