[发明专利]一种基于发酵过程菌落平衡的小麦秸秆稳定、高效制气方法

说明书

一种基于发酵过程菌落平衡的小麦秸秆稳定、高效制气方法，属于农业生产技术领域。解决了小麦秸秆发酵制气量随时间波动、总体发酵效率低的问题。从菌落平衡入手，通过人为干预产甲烷菌和不产甲烷菌的活性，将产甲烷菌控制并维持在产气效率较高但又不会影响菌种失衡的规模，从而将制气效率维持在波动较小区间，进而提高总体发酵制气效率。本发明的特点是产气稳定、发酵周期短、成本低。

技术领域

本发明属于农业生产技术领域的方法，特别涉及一种小麦秸秆稳定、高效制气方法。

背景技术

化石能源(煤、石油等)的供需矛盾以及其非清洁燃用产生的环境污染是目前最为棘手的世界性问题，生产并利用可再生能源如生物质能是解决能源短缺及环境问题的极佳选择。利用生物原料如小麦秸秆制取沼气可以充分利用废弃的秸秆资源，同时可避免小麦秸秆直接燃烧引起的生态环境破坏及大量温室气体排放问题。小麦秸秆制取沼气方法关系秸秆原料利用率和制气效率，而目前的制气方法大多关注秸秆预处理及工艺控制，较少对制气过程进行干预和管理；小麦秸秆制气方法有待进一步精进。

小麦秸秆制气效率主要依赖于秸秆产甲烷菌厌氧发酵效率，其影响因素包括温度、pH值、预处理、接种量、进料浓度、微量元素等，单独或几个因素相互耦合一起影响发酵过程。其中，对小麦秸秆进行适当的预处理以提高制气效率是目前的主流研究内容。申请号为CN201610853878.9CN201210054373.8CN201610854245.X的中国专利公开了分别对秸秆进行酸预处理、氨预处理以及碱预处理，以提高制气效率的方法，行之有效。尽管秸秆预处理可通过改变秸秆结构、调整发酵池pH值、溶出还原糖含量等提升发酵效率；但整个发酵过程中微生物种群的动态变化仍不可控，产甲烷菌群落规模存随时间波动明显，导致制气效率随时间起伏，影响制气效率。

实际上，小麦秸秆发酵制气过程中，其发酵池内同时包含产甲烷菌群落和不产甲烷菌群落，两者之间是即竞争又依赖的关系：不产甲烷菌中能将复杂的有机物分解为有机酸或者醇类、酯、碳水化合物、氢气和二氧化碳，不仅满足自身的生长繁殖，还为产甲烷菌群提供大量的营养物质和能量；产甲烷菌利用不产甲烷菌群产生的代谢产物而生长繁殖，并生成CH4和CO2等。在不干预情况下，产甲烷菌落和不产甲烷菌落动态波动，小麦秸秆制气效率受产甲烷菌大幅波动特性影响而难以持续高效制气。

值得注意的是，产甲烷菌规模并非越大越好，其规模过大虽能室制气效率短时间内最高，但会导致不产甲烷菌代谢产物消耗过快，引起菌落失衡，不产甲烷菌规模的减少不利于复杂有机物的分解，从而减少产气。因此，存在较佳的产甲烷菌和不产甲烷菌的菌落平衡状态，此时产气效率较高且能持续。

综上，本发明提出了小麦秸秆高效制气方法的全新思路：人为干预发酵过程菌落状态，促使菌落平衡在产甲烷菌菌落规模较大状态，从而使产甲烷菌持续、高效产气。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：小麦秸秆制气过程中，产甲烷菌落和不产甲烷菌落规模动态波动，影响制气稳定性和高效性。

提出一种基于发酵过程菌落平衡的小麦秸秆稳定、高效制气方法：通过人为干预发酵(调节氯化铵浓度)过程菌落平衡状态，促使产甲烷菌菌落规模维持在较大状态，从而提高小麦秸秆制气的稳定性和高效性。

本发明的技术方案：

一种基于发酵过程菌落平衡的小麦秸秆稳定、高效制气方法，该方法包括如下步骤：(1)小麦秸秆预处理；(2)发酵试验及产甲烷特征菌和不产甲烷特征菌识别；(3)氯化铵浓度对产甲烷特征菌和不产甲烷特征菌活性的影响分析；(4)产甲烷特征菌-不产甲烷特征菌群落平衡控制。

所述的小麦秸秆是指：剪切成1-2cm小段并自然晾晒的小麦秸秆。