[发明专利]一种电场和微波耦合强化海藻厌氧发酵制取甲烷的方法

说明书

本发明公开了一种电场和微波耦合强化海藻厌氧发酵制取甲烷的方法，包括以下步骤：(1)选取海藻，预处理后，加入水或其他溶液，得海藻混合液；(2)取步骤(1)中的海藻混合液，先进行微波预处理，再进行加热预处理；(3)将经步骤(2)微波预处理和加热预处理的海藻混合液在直流电场和微波的作用下进行厌氧发酵处理，在厌氧发酵过程中产生有甲烷，收集产生的甲烷即可。该方法通过弱电场和微波的耦合作用实现海藻高效厌氧发酵产甲烷，发酵速度快和系统运行高效。

技术领域

本发明属于海藻资源化处理技术领域，具体涉及一种电场和微波耦合强化海藻厌氧发酵制取甲烷的方法。

背景技术

世界能源需求不断增长，然而石油、煤炭等不可再生燃料的过度开发利用等一列问题导致了能源匮乏和环境污染等全球性问题。在新的能源形式下，世界各国开始将目光聚集到新能源和可再生能源领域，生物质能源是最安全、最稳定的能源，世界各国都针对生物能源产业制定了一系列的鼓励和刺激政策。作为缓解当今我国面临的“粮食、能源、环境”三大危机的有效途径之一，厌氧发酵技术已广受关注。厌氧发酵技术是生物质能源化、资源化利用的一种有效途径。早在几千年前人类已开始对厌氧消化技术加以挖掘利用，在科学飞速发展的今天，从现行市场生物厌氧工艺和技术看，无论小型厌氧工艺设备，还是大型工厂化厌氧工艺设备，都遵循着极力满足和维护生物厌氧工艺环境，及生物生长的要求。例如，生物厌氧需要无氧，在工艺和技术上就设法做到密闭。生物厌氧需要温度，在工艺和技术上就设法加温。生物厌氧需要相互流动，在工艺和技术上就设法搅动。生物厌氧需要增加菌种，在工艺和技术上就设法人工培养菌种添加或活化渣泥回流，留住菌种。厌氧发酵技术是能将生物质资源多层次转化为能源甲烷和优质有机肥的有效方法。

相对陆生能源作物而言，海藻作为厌氧发酵制取甲烷的生物质原料具有三个优势。首先，海藻光合作用效率高、生长迅速且生物质产量高，生物质产量为玉米的9倍。其次，海藻作为水生生物，大规模培养不占用宝贵的耕地面积。此外，海藻成分中很少含有在陆地高等植物中大量存在的木质纤维结构，相对容易水解和发酵产氢气、甲烷。因此，海藻是一种具有大规模能源化应用潜力的生物质原料。

对于海藻这种生物质原料，先进行物理或化学处理是必要的，以使之变为较适合于厌氧生物转化的原料。海藻厌氧发酵之后的尾液中含有大量的小分子有机物，例如乙酸、丁酸和乙醇等，不经过处理直接排放会造成能源损失和环境污染。针对海藻原料厌氧发酵的反应特点，需要研究相应的预处理方法解决海藻降解转化的难题，提高生物甲烷的得率。

电场刺激技术和微生物工程技术之间发生着日益紧密的联系。相关研究已经涉及到电场刺激对细胞生长、代谢、酶活以及细胞膜通透性等诸方面的影响作用，并被广泛应用于环境、生物化工等行业，同时也为生物工程领域提供了新的技术，推动了生物化工及电场技术的发展。在甲烷池中栖息着种类繁多、数量巨大、功能不同的可以将有机物分解产生甲烷的各类微生物。当利用弱电流激发电极反应时可以刺激微生物细胞的生长和代谢，产生促进作用。同时研究结果表明微波处理能够提高可发酵糖的释放量；非热效应对菌体的酶产量有提高作用或对酶的活性有促进作用；微波的振动作用有利于海藻表面新产生气体的释放，间接增加了可发酵的面积。因此微波耦合电场强化厌氧发酵技术具有发酵速度快和系统运行高效等优点，如何到达在电场与微波耦合作用下的快速、稳定的甲烷发酵是实现厌氧发酵高效产甲烷的关键。

因而，探索海藻高效可综合利用的发酵制甲烷的方法可实现生物质成分的高效分级利用，大幅度提高产气率和能量转化效率，从工程角度实现其资源化具有重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电场和微波耦合强化海藻厌氧发酵制取甲烷的方法，该方法通过电场和微波的耦合作用可实现海藻高效厌氧发酵产甲烷，发酵速度快，产气率和能量转化效率，系统运行高效。

本发明的第一个技术问题是通过如下技术方案来实现的：一种电场和微波耦合强化海藻厌氧发酵制取甲烷的方法，包括以下步骤：

(1)选取海藻，预处理后，加入水或其他溶液，得海藻混合液；