本发明专利技术涉及一种利用水葫芦与水浮莲制取生物质能的方法，属于环境保护与生物质能利用领域。放养水葫芦与水浮莲或将两者混养，轮流打捞，打捞后的水葫芦与水浮莲经强化酸化处理，再经螺旋式挤压固液分离，所获得的挤压汁与挤压渣分别进行厌氧发酵产沼气，将分离后的沼液再添加部分化学氮、磷等养分，回流到水体中。本发明专利技术大大提高了反应器有机负荷、滞留时间由１？５天缩短到３天、容积产气率由０．３ｍ３／ｍ３？ｄ提高到０．８ｍ３／ｍ３？ｄ以上与投资效率提高３０％以上。厌氧发酵后的水葫芦与水浮莲渣，再经高温堆制后，可作为有机肥或栽培基质使用，这样可长期周年利用水葫芦与水浮莲制取获得生物质能，本发明专利技术开辟了一条生物质能利用的新途径。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，是利用水生植物捕获太阳能获取生物质的方法，同时，也是将富营养化水体修复及水葫芦与水浮莲能源化利用相结 合的一种方法，是水葫芦与水浮莲能源化利用的关键技术，属于环境保护与生物质能利用 领域。
技术介绍
将水葫芦用作厌氧发酵原料产沼气最早可追溯到上世纪的七十年代，国外 Hanisak(1980)较早报道了水葫芦产气潜力，此后，又有大量试验研究结果。由于众多研究 是在不同条件下进行，其水葫芦产气潜力结果相差较大，Ellegard etal (1983)以水葫芦为 唯一底物，获得的产气潜力为400ml/gVS，而Chynoweth et al (1983)同样以水葫芦为唯一 底物，其获得的产气潜力仅为190ml/gVS， Chanakya et al (1993)分别用鲜样与风干样水 葫芦为底物，采用批次方法，常温下，发酵300天，所获得的鲜、风干样产气潜力分别为291、 245ml/gTS， 348、292ml/gVS。 我国四川成都食品公司水葫戸科研组，于1979-1980年进行了水葫戸与秸秆产气 潜力对比研究，认为水葫芦产气潜力高于秸秆，可达400ml/gTS，查国君等(2006)报道的水 葫戸在25t:恒温条件下，其TS产气潜力为634ml/g， VS产气潜力为834ml/g，新鲜原料产气 潜力为33. 36mL/g，该试验数据明显高于其它文献报道的结果。 Chanakya， et. al (1993)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，但因较高木素质含量，影响了水葫芦的实际生物产气量。此外，由于水葫芦比 重轻，含水量高，不仅使反应器中有机负荷量调节困难，也由于它飘浮的特性，使反应器进 出料增加难度且易堵塞，即是将水葫芦切碎在传统的批次反应器中仍然存在困难(Abbasi et al， 1992)，因此，水葫芦的预处理技术对利用水葫芦进行产能利用尤为重要。 水葫芦的切碎处理，因增加微生物接触底物的比表面积，而有利于提高产气 (Haung， 1993) ， Moorhead and Nordstedt (1993)在中温条件下，研究了不同接种量以及氮 水平条件下，切碎不同长短对水葫芦产气的影响，当接种量最大(4.7 : 10，W/V)与C/N比 最小(C/N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 兰吉武等(2004)比较了简单切分与粉碎对水葫芦产气率的影响，结果发现简单 切分比粉碎可以获得更高的产气量与产气率，分析其原因认为水葫芦酸化反应与甲烷化 反应间存在一个平衡点，粉碎样水葫芦粒度小，酸化速度过快，不利于酸化反应与产甲烷反 应之间的平衡；简单切分样酸化速率较慢，酸化反应与产甲烷反应达到更好的平衡，有利于 反应进行。另一方面，简单切分样孔隙率高，产气更易溢出，在一定程度上促进了厌氧发酵 反应的进行。 Patel et al (1993a)采用热化学方法，在pH值11、12rC条件下处理1小时，以减 轻木素质对纤维素与半纤维素生物降解的影响，结果处理组产气效率与产气量较对照提高了60% ;Ali et al， (2004)应用真菌或化学方法对水葫戸进行预处理，也增加了水葫戸产 众多研究结果还发现，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:Fe3+， Zn2+， Ni2+， Co2+， and Cu2+，不仅有利产气，提高产气量，还可以提高气体中甲烷 含量与系统运行的稳定性(Patel et al， 1993b) 。 Geeta et al (1990)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。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、提高产气量的作用(Singh, et al 1993)。 Patel et al (1992)还试验了不同吸附材料对水葫芦产气效率的影B向，结果表明在厌氧反应器中添加一定的的活性碳、硅胶及铝粉等，均一定程度上提高了产气率，同时还减少了出 水中C0D、B0D的量。 将水葫芦与其它畜禽粪便或人粪尿混合发酵，因粪便可以为水葫芦发酵提供更多 微生物数量、更丰富的生物多样性以及更多的养分，而可以增加水葫芦本身的产气量与产 气效率(El-Shinnawi et al. ， 1989 ;Kumar， 2005)。 为了克服水葫芦易飘浮、易堵塞进出料管道以及进料困难、产气效率低的缺点，许 多科技工作者，进行了不同工艺发酵试验，Annachhatre and Khanna(1987)用碱进行预处 理、结合细胞固定化技术，采用两相法，S卩酸化相与产甲烷相，获得了比批次工艺高得多的 产气效率(0. 441/g* d(干基)。 近年，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，也有众多报道(Abbasi and Ramasamy， 1996、 1999) 。 Abbasi等 (1996)试验将水葫芦放在一个可连续搅拌的酸化反应器中，用部分畜禽粪便作为接种物， 让水葫芦进行发酵，将发酵产生的挥发性有机酸引入UAF反应器中，用经驯化过的污泥作 接种物，进行厌氧发酵，获得了甲烷含量60^、产气量为0.38mVkgVAF d的结果。Kivaisi and Mtila(1998)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， 酸化采用瘤胃式反应器，厌氧反应采用UASB工艺，结果水葫芦酸化过程中产生的有机酸 100%地转化成了沼气。 针对农村水压式沼气池畜禽粪便来源短缺的问题，Sankar Ganesh等(2005)1设 计了一种简便的水葫芦产酸相反应器，把从酸化相中产生的VFA导入沼气池，该方法与以 畜禽粪便为唯一底物的对照池相比，产气量提高了 20%。 Sharma et al(1999)设计了一 种批次三相厌氧发酵工艺，即碱预处理反应器、酸化反应器与厌氧消化反应器；Ganesh et a1(2005)在综合各种资料及试验结果后，认为在小型厌氧发酵装置上，可以采用一种更 经济、更简便的方法，构建成水葫芦两相发酵反应器，并指出可以用塑料桶、带有龙头的塑 料袋以及皮管等作为获取水葫芦酸解液的反应器。 以上的大量研究报道，均是以水葫芦为材料进行了实验室研究结果，其技术主要 针对水葫芦处置以及小型发酵装置，均未将水葫芦作为能源作物进行了能源化利用研究工 作。 有关水葫芦能源利用技术，国内已有部分专利公开，其中 公开号为CN1740328专利，提出了一种综合利用水葫芦植株残体生产沼气的方法 及装置，其步骤包括用除草剂对水葫芦叶面进行喷雾，使水葫芦根系腐烂，植株失水而散 架，水葫芦失水减重后，打捞收集水葫芦植株残体；将水葫芦植株残体置于浸泡池中与生活废水混合并浸泡，通过双剪切机将植株破碎，加入适量发酵剂，制得水葫芦植株残体发酵 料；再将发酵料送到水葫芦植株残体发酵池进行厌氧发酵，生产沼气。 公开号为CN101407827的专利，提出了 一种提高沼气发酵原料产气率的方 法。所述方法包括制备植物源接种物，植物源接种物的原料包括水葫芦干基、EM菌和 沼液，其中，水葫芦干基来自打本文档来自技高网...
【技术保护点】
利用水葫芦与水浮莲制取生物质能的方法，其特征在于： １）原料放养水葫芦或水浮莲或将两者混养，轮次打捞，打捞的水葫芦与水浮莲粉碎后； ２）强化处理第一次先按体积比０．０５％的量接种乳酸菌种子液，种子液中乳酸菌数量为２×１０↑［８］ＣＦＵ／ｍｌ；再添加干物质重量比０．０５％的糖蜜，进行酸化，使水葫芦与水浮莲２－３天酸化到ｐＨ值４．５以下，螺旋挤压机进行固液分离； 从第二次开始，将固液分离后的挤压汁按需处理原料体积的１０％回流到酸化池中，并不再接种乳酸菌，使水葫芦与水浮莲２－３天酸化到ｐＨ值４．５以下，酸化处理后，再采用型螺旋挤压机进行固液分离； ３）挤压汁发酵处理 固液分离后的挤压汁，液体中ＣＯＤ浓度为１５０００－２００００ｍｇ／Ｌ，留占需要酸化处理原料体积的１０％挤压汁作为接种物，回流到酸化池；其余挤压汁，采用１０００立方米的ＣＳＴＲ厌氧消化池进行厌氧发酵产沼气，水力滞留时间ＨＲＴ为７２小时；经厌氧发酵后产生的沼液作为肥料利用； ４）挤压渣发酵处理 挤压后的水葫芦与水浮莲渣采用批次厌氧发酵方法产沼气，即将挤压渣６５０吨放入一１０×２０×３．５米的水泥池中，池顶用软性塑料进行封闭，同时按体积比２０％接种沼渣，然后进行厌氧发酵产沼气，厌氧发酵２０－３０天； 发酵结束后，将厌氧发酵残余物送至堆肥厂进行有氧高温６５℃堆肥３０天，然后进行风干，作为有机肥。...
【技术特征摘要】
利用水葫芦与水浮莲制取生物质能的方法，其特征在于1)原料放养水葫芦或水浮莲或将两者混养，轮次打捞，打捞的水葫芦与水浮莲粉碎后；2)强化处理第一次先按体积比0.05％的量接种乳酸菌种子液，种子液中乳酸菌数量为2×108CFU/ml；再添加干物质重量比0.05％的糖蜜，进行酸化，使水葫芦与水浮莲2-3天酸化到pH值4.5以下，螺旋挤压机进行固液分离；从第二次开始，将固液分离后的挤压汁按需处理原料体积的10％回流到酸化池中，并不再接种乳酸菌，使水葫芦与水浮莲2-3天酸化到pH值4.5以下，酸化处理后，再采用型螺旋挤压机进行固液分离；3)挤压汁发酵处理固液分离后的挤压汁，液体中COD浓度为15000-20000mg/L，留占需要酸化处理原料体积的10％挤压汁作为接种物，回流到酸化池；其余挤压汁，采用1000立方米的CSTR厌氧消化池进行厌氧发酵产沼气，水力滞留时间HRT为72小时；经厌氧发酵后产生的沼液作为肥料利用；4)挤压渣发酵处理挤压后的水葫芦与水浮莲渣采用批次厌氧发酵方法产沼气，即将挤压渣650吨放入一10×20×3.5米的水泥池中，池顶用软性塑料进行封闭，同时...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶小梅，常志州，严少华，郑建初，杜静，
申请(专利权)人：江苏省农业科学院，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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