【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物发酵，具体涉及一种提高秸秆类原料厌氧发酵甲烷产量及纯度的方法。
技术介绍
1、随着化石能源的日益匮乏和碳达峰目标的逐步推进，可再生清洁能源的开发与利用被大力倡导。以秸秆类生物质为原料的厌氧发酵技术通过微生物将生物质能源转化成生物气，不仅可以利用有机废弃物以缓解环境污染，同时实现了传统能源替代，对发展可再生清洁能源具有重要意义。但受限于低产气率、发酵周期长及发酵底物利用率低等问题，我国沼气发展仍较为落后。因此，开发低成本、高效高值的秸秆类生物质厌氧发酵工艺成为我国可持续发展战略下的迫切需求。
2、在厌氧发酵过程中，有机物转化过程一般包括水解酸化、产氢产乙酸和甲烷化三个阶段，其中水解酸化阶段：在厌氧环境下，大分子有机物通过水解酶的作用被分解为小分子有机物，如氨基酸、单糖和脂肪酸等；产氢产乙酸阶段：在此阶段，小分子有机物在产氢产乙酸菌的作用下，被转化为乙酸和氢气。同时，部分乙酸也会被进一步转化为甲烷；甲烷化阶段：在甲烷化阶段，乙酸和氢气在甲烷菌作用下被转化为甲烷和二氧化碳。
3、传统技术中，上述三个阶段均在同一个反应器中完成(一般称之为单阶段反应产氢)，导致原料利用率低，甲烷产量和纯度较低。近年来，有研究将甲烷化之前的阶段(水解酸化和产氢产乙酸阶段)和甲烷化阶段分开在不同的反应器中进行(一般称之为两阶段发酵产氢)，甲烷化阶段利用前期阶段的产氢发酵尾液进行产甲烷，不仅可以缩短发酵周期，而且可以明显提升生物质转换率。而在两阶段厌氧发酵的基础上强化氢营养型甲烷生成途径，将产酸废气(h2和co2)转化
技术实现思路
1、本专利技术的目的就在于为解决现有技术的不足而提供一种提高秸秆类原料厌氧发酵甲烷产量及纯度的方法，该方法主要通过磁场和纳米气泡强化甲烷生成途径，该系统发酵周期短，产气率和能量转化效率高，运行高效。
2、本专利技术的目的是以下述技术方案实现的：
3、一种提高秸秆类原料厌氧发酵甲烷产量及纯度的方法，包括以下步骤：
4、s1.预处理：对秸秆类
5、原料接种好氧微生物进行好氧降解，得到初始料液；
6、s2.产氢产酸发酵：将所述初始料液，接种产氢产酸微生物，采用磁场强化和将反应料液外循环回流的方式进行厌氧发酵生产氢气和酸性底物；控制发酵液ph为6.0～6.2，且所述酸性底物中以乙酸为主；
7、s3.产甲烷发酵：包括，
8、s31.嗜氢产甲烷发酵：收集步骤s2发酵所产生的气体，制备纳米气泡水；然后利用所述纳米气泡水，添加预处理后的所述初始料液，接种嗜氢产甲烷微生物，进行厌氧发酵产甲烷；控制发酵液ph为7.0～7.2；
9、s32.嗜酸产甲烷发酵：收集步骤s2发酵所产生的发酵液，调节ph为7.0～7.2，接种嗜乙酸型产甲烷微生物，并采用磁场强化和将反应料液外循环回流的方式进行厌氧发酵产甲烷，控制发酵液ph为7.0～7.2。
10、优选地，步骤s1所述好氧降解时采用曝气后的沼液调整所述秸秆类原料的含水率为50％～70％；所述好氧降解结束后再调节原料中总固体物质质量百分含量为6％～8％，得到所述初始料液；
11、所述沼液为步骤s3发酵后物料经固液分离得到的液体。
12、优选地，步骤s1接种物质为污泥；
13、步骤s2接种物质为经过热处理后甲烷菌灭活后的污泥；
14、步骤s31接种物质为经过驯化后的嗜氢产甲烷微生物为优势菌群的污泥；
15、步骤s32接种物质为经过驯化后的嗜乙酸产甲烷微生物为优势菌群的污泥。
16、优选地，步骤s2、步骤s31和步骤s32所述发酵温度为30℃～35℃。
17、优选地，所述磁场强化在所述外循环过程中进行。
18、优选地，步骤s2在发酵初期，通过实时检测发酵液中vfas浓度，以乙酸为主要目标产物，调控磁场强度和回流参数，确定最优磁场强度和回流参数。
19、优选地，步骤s2所述磁场强度不超过100mt，所述外循环回流比为50％～55％。
20、优选地，步骤s31所述纳米气泡水进料量占总进料质量的8％～12％。
21、优选地，步骤s32在发酵初期，通过实时检测甲烷产量，调控磁场强度和回流参数，确定最优磁场强度和回流参数。
22、优选地，步骤s32所述磁场强度不超过100mt；所述外循环回流比为50％～55％。
23、本申请首先利用磁场强化提高了菌种群丰度，强化了厌氧发酵过程中有机物废弃物降解效果和产氢、产甲烷效果。另外通过外循环料液使得微生物与底物充分混合，有利于微生物的生长与繁殖。而且利用磁场和外循环的协同作用不仅增值并调控了产氢阶段的目标产物，使其以乙酸为主，利于后续产甲烷。
24、另一方面，本申请分别利用产酸底物和产酸废气进行发酵产甲烷，增大了物料利用率，而纳米气泡的引入提高了菌种与产酸废气间的热质传递效率，解决了传统氢营养型产甲烷过程中气液传质效率低下的问题。而且通过氢营养型甲烷生成途径加强了产甲烷阶段对氢气和二氧化碳的转化利用，减少了甲烷提纯成本，相比单一工艺在发酵过程中更大程度上地增加了生物质转换率，提高了甲烷产量以及实现沼气原位提纯。
25、本申请相对于现有技术具有适应性强，处理周期短，经济效益好的有益技术效果，适用于中大型沼气工程提升甲烷产量以及实现沼气原位提纯。
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1.一种提高秸秆类原料厌氧发酵甲烷产量及纯度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的提高秸秆类原料厌氧发酵甲烷产量及纯度的方法，其特征在于，
3.如权利要求1所述的提高秸秆类原料厌氧发酵甲烷产量及纯度的方法，其特征在于，
4.如权利要求1所述的提高秸秆类原料厌氧发酵甲烷产量及纯度的方法，其特征在于，
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9.如权利要求1所述的提高秸秆类原料厌氧发酵甲烷产量及纯度的方法，其特征在于，
10.如权利要求9所述的提高秸秆类原料厌氧发酵甲烷产量及纯度的方法，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种提高秸秆类原料厌氧发酵甲烷产量及纯度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的提高秸秆类原料厌氧发酵甲烷产量及纯度的方法，其特征在于，
3.如权利要求1所述的提高秸秆类原料厌氧发酵甲烷产量及纯度的方法，其特征在于，
4.如权利要求1所述的提高秸秆类原料厌氧发酵甲烷产量及纯度的方法，其特征在于，
5.如权利要求1所述的提高秸秆类原料厌氧发酵甲烷产量及纯度的方法，其特征在于，
...【专利技术属性】
技术研发人员：焦有宙，李鹏飞，贺超，尹太琨，林炳良，李刚，侯婷婷，孙辉，李攀攀，王海燕，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：发明
国别省市：
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