一種利用酒糟為原料高溫厭氧發酵產沼氣的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及生物質沼氣發酵，具體是一種利用酒糟為原料高溫厭氧發酵產沼氣的 方法。
【背景技術】
[0002] 面對化石能源的日益枯竭以及化石燃料燃燒排放的二氧化碳導致的環境惡化，尋 找新的替代能源已經成為全球共同努力的目標。目前，我國能源資源短缺，油氣人均剩余可 采儲量僅為世界平均水平的6%，常規天然氣新增產量僅能滿足新增需求的30%左右。
[0003] 可再生資源受到大家的廣泛關注，現有技術中利用甜高粱秸桿發酵生產生物乙醇 具有不與人爭糧、不與糧爭地的優點，對于提升未來能源結構確保能源安全、持續改善人類 生存環境具有重要的戰略意義。但是利用甜高粱秸桿生產生物乙醇會產生大量的酒糟，這 些酒糟若儲存不當或未及時利用，易霉變變質，不僅浪費了寶貴的資源，還會嚴重污染周圍 環境；除此以外，酒糟從蒸餾塔出來之后帶有一定的高溫，這部分溫度如果加以利用將會節 省很大一部分能耗。
[0004] 如果通過厭氧消化技術在高溫下將甜高粱秸桿生產生物乙醇產生的酒糟轉化成 可再生清潔能源一生物氣，不但解決了大量酒糟無法處理的難題，而且還將酒糟的溫度充 分利用；生成的生物氣首先可直接用作農村新社區戶用燃氣，進一步提純后生產車用燃料 或注入天然氣管網；除此以外，發酵完成后產生的沼渣還可生產有機肥料，具有環境污染治 理、可再生能源和土地改良等多方面的作用。而現有技術中沒有此類技術方案可實現。
【發明內容】
[0005] 本發明是針對以甜高粱秸桿、木薯、甘蔗或者糧食等為原料生產生物乙醇后產生 的酒糟無法處理以及能源資源短缺的問題，提供一種利用酒糟為原料高溫發酵產沼氣的方 法。
[0006] 本發明的技術方案為：一種利用酒糟為原料高溫厭氧發酵產沼氣的方法，其特征 在于其具體步驟如下：其中沼氣發酵技術的常用術語，TS:原料中固體物質的含量VS:原 料中揮發性固體物質的含量； (1 )、將酒糟和接種物加入發酵瓶中混合； (2 )、向發酵瓶中添加水及堿性物質，調節PH值； (3) 、調PH值后，將發酵瓶放在高溫搖床中進行發酵； (4) 、發酵中，利用排水集氣法收集沼氣； (5) 、記錄每日的產沼氣量以及累計產沼氣量，并利用氣相色譜測定每日的沼氣成分； (6) 、發酵結束后計算酒糟為原料在高溫下發酵產沼氣的單位容積產沼氣率以及單位 TS產沼氣率。
[0007] 所述酒糟添加量控制在：酒糟TS濃度為2%~3. 5%。
[0008] 所述酒糟為以甜高粱秸桿、木薯、甘蔗或者糧食為原料發酵生產乙醇后產生的醪 渣，酒糟粒徑<2cm，酒糟TS含量10%~40%，酒糟VS含量10%~30%，酒糟中碳氮比為23~27。
[0009] 所述接種物添加量控制在：接種物TS濃度為0. 5%~1. 5%。
[0010] 所述接種物為含有甲烷菌的新鮮沼液或者牛糞或者污泥的一種。
[0011] 所述水的添加量控制在：使最終總沼液體積為發酵瓶體積的3/4。
[0012] 所述堿性物質為NaOH，PH調至7. 5~8. 5。
[0013] 所述搖床轉速為100~300rpm，設定每小時搖3~15min。
[0014] 所述高溫搖床中發酵溫度為50~60°C，發酵時間為30~50天。
[0015] 本發明的有益效果可通過上述方案得出： (1)酒糟在發酵產乙醇時已經經歷了一次發酵，酒糟中的纖維素、半纖維素以及木質 素的包裹作用得到初步分解，相當于對酒糟進行了生物預處理，所以以酒糟為原料厭氧發 酵產沼氣省去了生物預處理過程。
[0016] (2)酒糟中碳氮比在25左右，是厭氧發酵產沼氣的最佳碳氮比，不用加入尿素等 含氮物質進行調節，不但降低了成本，并且以酒糟為原料進行產沼氣時發酵啟動速度快。[0017] (3)酒糟中含有一部分酶、酵母等物質，這都增加了酒糟的有效發酵產氣成分，所 以本發明采用酒糟TS濃度為2%~3. 5%，比一般發酵產沼氣的TS濃度（8%左右）要低，此時 酒糟產氣酸化時間最短，產氣速率峰值出現時間縮短，其峰值也提高。
[0018] (4)酒糟從蒸餾塔出來之后具有一定的高溫，采用高溫厭氧發酵方式能夠充分利 用酒糟的溫度，節約能耗的同時提高了產沼氣量并縮短了產氣周期。
[0019] (5)在酒糟發酵前對發酵液的PH進行調節，加入的堿性物質電離出0H可以與一 部分有機酸進行中和使發酵液快速進入產甲烷階段。
[0020] (6)利用酒糟產氣時，接種物添加量太少會使產氣啟動速度慢甚至酸化嚴重，接 種物添加量太多浪費成本，本發明接種物TS濃度為0. 5%~1. 5%，此時酒糟的產氣速率峰值 出現時間以及累計產氣量都達到最佳狀態。
[0021] (7)實踐證明，采用本發明的方法利用酒糟高溫厭氧發酵產沼氣啟動速度很快， 在發酵第1天就開始產甲烷，產氣周期為32天，累計產氣量為25130 ml，平均日產氣量 為571 ml，單位TS產沼氣率高達503 ml/g比常規秸桿等農業廢棄物產氣的TS產沼氣率 (300ml/g)高很多，單位容積產沼氣率為16. 8ml/mL。
[0022] 由此可見，本發明與現有技術相比具有實質性特點和進步，其實施的有益效果也 是顯而易見的。
[0023]
【附圖說明】： 圖1為實施方式中用到的發酵裝置與集氣裝置的示意圖； 圖2為實施方式1中利用酒糟高溫厭氧發酵產沼氣的發酵天數與日產沼氣量關系曲 線； 圖3為實施方式1中利用酒糟高溫厭氧發酵產沼氣的發酵天數與累計產沼氣量關系曲 線。
[0024] 圖4為實施方式中3中利用酒糟高溫厭氧發酵產沼氣不同TS濃度下酒糟的單位 TS產沼氣率曲線。
[0025]
【具體實施方式】： 為了更好地理解本發明，下面結合附圖來詳細解釋本發明在實驗室中的實施方式。
[0026] 酒糟的選取：以甜高粱秸桿為原料發酵乙醇產生的酒糟，其基本組成及含量如下： 丁5含量16.55￥七％、75含量15.36￥七％、水83.45 ￥七％、總氮含量0.3￥七％、總碳含量7.22 wt %、有機質含量12. 45 wt %、灰分含量1. 19 wt %、粗脂肪含量4. 97 wt %、纖維素含量 6. 37 wt %、半纖維素含量5.47 wt %、木質素含量0.81 wt %。
[0027] 接種物的選取：秸桿發酵產生物氣的發酵液，其基本組成及含量如下：TS含量 7. 20 wt%、VS 含量 3. 34 wt %、水 92. 8 wt %、總氮含量 0? 2 wt %、總碳含量 1. 6 wt %、PH 7. 05。
【具體實施方式】 [0028] 1:如附圖1，先準確稱量300 g酒糟，轉移到2000 ml錐形瓶內，再 加入245 ml接種物，補加水至錐形瓶的1500 ml處，攪拌均勻，用lmol/L NaOH溶液調節PH 至8. 02,塞上帶有一根導氣管的橡膠塞，并用膠槍對橡膠塞與錐形瓶的連接處進行封口，將 導氣管連接集氣裝置，將錐形瓶放在55°C的搖床中，搖床轉速設定為120 rpm，設定每小時 搖3 min。做三組重復試驗。以只含接種物與水的發酵液做空白試驗。每天通過排水集氣 法記錄產沼氣量，通過氣相色譜儀測沼氣的氣體成分，并對集氣系統進行回水。發酵44天， 結束實驗，對數據進行分析，結果為：在發酵的第1天氣體成分中就出現甲烷，酒糟的累計 產氣量為25130 ml，平均日產氣量為571 ml，單位容積產氣率為16.8 ml/mL，單位TS產氣 率為503 ml/L，產氣周期（產氣量大于95%的天數）為32天，具體如圖2、3所示。
[0029] 【具體實施方式】2 :將酒糟分別放在常溫25°C以及中溫38°C的搖床中進行發酵產氣 實驗，其他實驗步驟如實施方式1所示，結果如表1所示，由結果可知，酒糟在高溫下的產氣 效果明顯優于中溫、常溫下的產氣效果。
【具體實施方式】 [0030] 3 :將酒糟的TS濃度分別定為1%、2%、2. 5%、3%、3. 5%、4%、5%，然后在 高溫下進行厭氧發酵產氣實驗，其他實驗步驟如實施方式1所示，結果如圖4所示，由結果 可知，酒糟TS濃度為2%~3. 5%時其產氣效果較佳。
[0031] 上述說明并非是對本發明的限制，本發明也并不僅限于上述舉例，本技術領域的 普通技術人員在本發明的實質范圍內所做出的變化、添加或替換，也應屬于本發明的保護 范圍。
【主權項】
1. 一種利用酒糟為原料高溫厭氧發酵產沼氣的方法，其特征在于其具體步驟如下：其 中沼氣發酵技術的常用術語，TS :原料中固體物質的含量VS :原料中揮發性固體物質的含 量； (1 )、將酒糟和接種物加入發酵瓶中混合； (2 )、向發酵瓶中添加水及堿性物質，調節PH值； (3) 、調PH值后，將發酵瓶放在高溫搖床中進行發酵； (4) 、發酵中，利用排水集氣法收集沼氣； (5) 、記錄每日的產沼氣量以及累計產沼氣量，并利用氣相色譜測定每日的沼氣成分； (6) 、發酵結束后計算酒糟為原料在高溫下發酵產沼氣的單位容積產沼氣率以及單位 TS產沼氣率。2. 如權利要求1所述的利用酒糟為原料高溫厭氧發酵產沼氣的方法，其特征在于：所 述酒糟添加量控制在：酒糟TS濃度為2%~3. 5%。3. 如權利要求1或2所述的利用酒糟為原料高溫厭氧發酵產沼氣的方法，其特征在于： 所述酒糟為以甜高粱秸桿、木薯、甘蔗或者糧食為原料發酵生產乙醇后產生的醪渣，酒糟粒 徑<2cm，酒糟TS含量10%~40%，酒糟VS含量10%~30%，酒糟中碳氮比為23~27。4. 如權利要求1所述的利用酒糟為原料高溫厭氧發酵產沼氣的方法，其特征在于：所 述接種物添加量控制在：接種物TS濃度為0. 5%~1. 5%。5. 如權利要求1或4所述的利用酒糟為原料高溫厭氧發酵產沼氣的方法，其特征在于： 所述接種物為含有甲烷菌的新鮮沼液或者牛糞或者污泥的一種。6. 如權利要求1所述的利用酒糟為原料高溫厭氧發酵產沼氣的方法，其特征在于：所 述水的添加量控制在：使最終總沼液體積為發酵瓶體積的3/4。7. 如權利要求1所述的利用酒糟為原料高溫厭氧發酵產沼氣的方法，其特征在于：所 述堿性物質為NaOH，PH調至7. 5~8. 5。8. 如權利要求1所述的利用酒糟為原料高溫厭氧發酵產沼氣的方法，其特征在于：所 述搖床轉速為100~300rpm，設定每小時搖3~15min。9. 如權利要求1所述的利用酒糟為原料高溫厭氧發酵產沼氣的方法，其特征在于：所 述高溫搖床中發酵溫度為50~60°C，發酵時間為30~50天。
【專利摘要】本發明涉及生物質沼氣發酵，具體是一種利用酒糟為原料高溫厭氧發酵產沼氣的方法，其具體步驟如下：（1）、將酒糟和接種物加入發酵瓶中混合；（2）、向發酵瓶中添加水及堿性物質，調節PH值；（3）、調PH值后，將發酵瓶放在高溫搖床中進行發酵；（4）、發酵中，利用排水集氣法收集沼氣；（5）、記錄每日的產沼氣量以及累計產沼氣量，并利用氣相色譜測定每日的沼氣成分；（6）、發酵結束后計算酒糟為原料在高溫下發酵產沼氣的單位容積產沼氣率以及單位TS產沼氣率。本發明的方法利用酒糟高溫厭氧發酵產沼氣啟動速度快，產氣量高，節能環保，具有很高的推廣使用價值。
【IPC分類】C02F11/04, C12P5/02
【公開號】CN105039422
【申請號】CN201510517251
【發明人】周煥東, 張元成, 于萌萌, 呂志鳳, 田開艷
【申請人】山東寶力生物質能源股份有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年8月21日