專利名稱：海藻孔石莼在發(fā)酵制取沼氣中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海藻孔石莼在發(fā)酵制取沼氣中的應(yīng)用，屬生物質(zhì)能中沼氣發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
沼氣是一種與天然氣相似的清潔燃?xì)?，發(fā)熱量(熱值)比天然氣低30％左右，通常1m3沼氣燃燒產(chǎn)生的熱量相當(dāng)于5kW·h～7kW·h的電能。沼氣的主要成分甲烷可以與鹵素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成鹵代甲烷，也可以與氧發(fā)生反應(yīng)，生成甲醇、甲醛、甲酸等化工產(chǎn)品，因而沼氣可以作為一種化工原料。沼氣還可以用于種植、養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品加工等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，如大棚溫室保溫、烘烤農(nóng)產(chǎn)品、沼氣防蛀、沼氣儲糧、水果保鮮、孵雞育雛、蛋雞增光、誘蛾養(yǎng)魚、養(yǎng)蠶、育秧等。此外，沼氣還可用于發(fā)電，大中型沼氣工程生產(chǎn)的沼氣可用來發(fā)電、燒鍋爐、加工食品、采暖或供給城市居民使用等。利用工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活產(chǎn)生的各種廢棄發(fā)酵制取沼氣，不但可以獲得能源，還可以處理環(huán)境污染物，即在獲得能源效益的同時，也保護(hù)和治理了環(huán)境。因此，發(fā)酵沼氣作為一項(xiàng)重要的可再生能源技術(shù)和環(huán)境治理技術(shù)受到世界各國的重視。目前，沼氣發(fā)酵原料主要是糞便、有機(jī)廢水、秸稈、垃圾等工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活有機(jī)廢棄物，可參見CN93110816.0、CN97107814.9、CN99802553.4、CN00128561.0、CN01103983.3、CN02122387.4、CN01130972.5、CN03118570.3、CN01817788.3、CN01821931.4、CN200510008564.0、CN200510040013.2、CN02240001.X、CN03118038.8、CN200410016077.4等中國專利及各種大量的報道，中國專利CN00111993.1也公開了利用水生綠萍植物制沼氣的方法，這些專利和各種報道的原料主要屬于陸地或淡水性生物質(zhì)。
海洋面積占地球表面的70％，海洋中具有豐富的生物質(zhì)資源。其中，海藻是一種豐富的海洋生物質(zhì)資源，有250屬，1500余種。此外，世界人工栽培海藻非常普及，產(chǎn)量巨大，已可以實(shí)現(xiàn)某些海藻的快速生長。目前，國內(nèi)對海藻的食用、藥用價值的研究開發(fā)較多，而作為能源資源利用的研究或報道還比較少。
孔石莼屬全球性泛曖帶性海藻，廣見于中國、前蘇聯(lián)、韓國、日本、琉球群島、菲律賓、馬來西亞、澳洲、新加坡、印尼、阿拉伯海、大西洋、印度洋等地。藻體草綠色，薄葉狀，形態(tài)多變，有圓形、卵形、長橢圓形。藻體厚度約30μm～50μm，高可達(dá)30cm。生長在中低潮帶至潮下帶2米深的礁巖上，在靜水域可較寬較大的葉面，繁盛期在二月～四月。在野生狀態(tài)，孔石莼是潮間帶生物量最大的海藻。目前也可以人工栽培，栽培的孔石莼可以達(dá)到1米左右。孔石莼作為一種重要的經(jīng)濟(jì)海藻，分布廣泛，生物資源量巨大。
孔石莼的化學(xué)成分復(fù)雜，除了含多糖、脂肪、蛋白質(zhì)等主要成分外，還含有其它多種成分。據(jù)北戴河產(chǎn)的孔石莼干品分析，含氯2.10％、鉀5.21％、氯化鉀8.20％、碘0.013％、灰分8.12％、可溶性鹽21.12％和多種維生素、麥角固醇，此外還含有醋酸、丙酸、丁酸、戌酸、十四酸、十六酸和亞麻酸、香芹酮、糠醛、苯甲醛、檸檬酸、首香醛、香草醛、桂皮醛、異香草醛、檸檬烯、洋棕木醚、對聚傘檬花素、枝葉素、丁子香酚、芳香醇、維生素B12。所以，孔石莼是藥用海藻，中國專利CN1165551C公開了一種調(diào)節(jié)血脂的孔石莼多糖及其制備方法。目前，孔石莼較多地用作飼料和肥料，少量食用。孔石莼巨大的生物質(zhì)量和以多糖為主的化學(xué)成分將在能源資源化方面具有難以估量的巨大的潛在價值，將引起科學(xué)工作者的注意，以孔石莼為原料通過發(fā)酵制取沼氣的研究開發(fā)應(yīng)用前景廣闊。
經(jīng)文獻(xiàn)檢索，未見與本發(fā)明內(nèi)容相同的公開報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于利用海藻孔石莼的生物性特點(diǎn)和資源優(yōu)勢，將海藻孔石莼作為原料發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，通過深層次研究，開發(fā)利用孔石莼。
本發(fā)明的技術(shù)方案為(沼氣生產(chǎn)方法基本同常規(guī)方法)1、將打撈的新鮮或風(fēng)干的孔石莼粉碎至粒度小于50mm；2、將粉碎后的孔石莼與接種物加入發(fā)酵裝置中，攪拌混均，補(bǔ)充水或沼液，攪拌混均，控制TS濃度在10％-25％，接種物可以采用正常發(fā)酵狀況下沼氣發(fā)酵裝置中的沼渣或沼液、水體底下污泥、糞便堆漚富集、孔石莼堆漚富集，接種量大于10％；3、投料完成后，密封發(fā)酵裝置，在自然溫(常溫)下發(fā)酵30天-60天，停止發(fā)酵的時間以TS產(chǎn)氣量、產(chǎn)氣速度或甲烷含量定，在正常產(chǎn)氣情況下，TS產(chǎn)氣率達(dá)到300ml/g以上時結(jié)束發(fā)酵；在正常發(fā)酵溫度以上，即15℃以上，池容產(chǎn)氣率低于0.1m3/(m3·d)時結(jié)束發(fā)酵；在正常發(fā)酵情況下，所產(chǎn)沼氣中甲烷含量低于45％時結(jié)束發(fā)酵。
經(jīng)測定，孔石莼的沼氣發(fā)酵潛力為孔石莼TS產(chǎn)氣率和VS產(chǎn)氣率分別為317ml/g和405ml/g，沼氣中甲烷最高含量71.8％。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、孔石莼發(fā)酵后產(chǎn)生的沼氣品位高，為孔石莼提供了新的用途；2、孔石莼沼氣發(fā)酵殘留物是高品質(zhì)的有機(jī)肥料或土壤改良劑；3、孔石莼沼氣可替代化石燃料，減少溫室氣體的排放，緩解溫室效應(yīng)；4、屬于可再生資源的孔石莼的大規(guī)模人工種植，可防止和減少海洋赤潮的發(fā)生，起到海洋水體環(huán)境的保護(hù)和治理作用；5、孔石莼作為發(fā)酵產(chǎn)沼氣原料，其TS產(chǎn)氣率和VS產(chǎn)氣率均與許多陸地生物質(zhì)相當(dāng)，并且可以在高濃度下發(fā)酵，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，能夠在孔石莼產(chǎn)區(qū)大規(guī)模地推廣應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施及效果如下1)實(shí)驗(yàn)材料孔石莼從青島市海區(qū)打撈，清水沖洗后風(fēng)干。經(jīng)沼氣發(fā)酵常規(guī)測定孔石莼的TS為86.28％，VS為72.50％。
接種物在1999年時由豬糞富集，云南師范大學(xué)云南省農(nóng)村能源工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、教育部可再生材料先進(jìn)技術(shù)與制備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室長期添加豬糞培養(yǎng)和保存。經(jīng)沼氣發(fā)酵常規(guī)測定接種物的TS為8.27％，VS為60.85％。
發(fā)酵裝置1000ml自制實(shí)驗(yàn)型排水集氣發(fā)酵裝置，排水量(產(chǎn)氣量)經(jīng)標(biāo)定。
氣體分析儀器HP4890D型。
2)實(shí)驗(yàn)方法采用6套裝置，隨機(jī)分為2組實(shí)驗(yàn)組和對照組，各3個平行。實(shí)驗(yàn)組每套加入200g接種物，60g孔石莼；對照組每套加入200g接種物，60g清水。向所有發(fā)酵裝置中補(bǔ)加清水至800ml。在最高溫19.0℃、最低溫13.0℃下，共進(jìn)行了50天發(fā)酵，分析發(fā)酵前后料液的TS和VS。實(shí)驗(yàn)期間，從啟動開始每天定時記錄各套裝置產(chǎn)氣體積；每天上午8:00和下午5:00各記錄一次環(huán)境溫度；當(dāng)集氣瓶中沼氣體積超過400ml時，測量氣體中CO2含量和CH4含量。
3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在整個發(fā)酵過程中，3個對照裝置均沼氣均不足30ml，故忽略不計?？资话l(fā)酵產(chǎn)沼氣實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果分別見表1和表2。
表1 孔石莼發(fā)酵產(chǎn)沼氣量、二氧化碳和甲烷含量數(shù)據(jù)

表2 孔石莼發(fā)酵產(chǎn)沼氣前后料液變化及結(jié)果

由上面兩個表中數(shù)據(jù)可以看出，孔石莼原料的TS產(chǎn)氣率和VS產(chǎn)氣率分別達(dá)到317ml/g和405ml/g，所產(chǎn)沼氣中甲烷最高含量可達(dá)71.8％，與許多陸地生物質(zhì)產(chǎn)沼氣潛力相當(dāng)或接近，是比較理想的產(chǎn)甲烷原料。
權(quán)利要求
1.一種海藻孔石莼在發(fā)酵制取沼氣中的應(yīng)用，其特征在于將生物性特點(diǎn)和資源優(yōu)勢好的海藻孔石莼作為發(fā)酵制取沼氣的原料，開發(fā)利用海藻孔石莼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種海藻孔石莼在發(fā)酵產(chǎn)沼氣中的應(yīng)用，屬生物質(zhì)能中沼氣發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明利用海藻孔石莼的生物性特點(diǎn)和資源優(yōu)勢，將海藻孔石莼作為原料發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，通過深層次研究，開發(fā)利用海藻孔石莼。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1.孔石莼發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣品位高，為孔石莼提供了新的用途；2.孔石莼沼氣發(fā)酵殘留物是潛在的高品質(zhì)的有機(jī)肥或土壤改良劑；3.孔石莼沼氣替代化石燃料，減少溫室氣體的排放，緩解溫室效應(yīng)；4.孔石莼的大規(guī)模人工繁殖，可防止和減少海洋赤潮的發(fā)生，起到海洋水體環(huán)境的保護(hù)和治理作用；5.孔石莼作為發(fā)酵產(chǎn)沼氣原料，其TS和VS產(chǎn)氣率均與許多陸地生物質(zhì)相當(dāng)，并且可以在高濃度下發(fā)酵，實(shí)用性強(qiáng)，可大規(guī)模地推廣應(yīng)用。
文檔編號C12P5/02GK1858215SQ20061001074
公開日2006年11月8日 申請日期2006年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月14日
發(fā)明者宋洪川, 夏朝鳳, 王廣策, 董錦艷, 才金玲, 許玲, 彭光, 謝建, 高天榮 申請人:云南師范大學(xué), 中國科學(xué)院海洋研究所