專利名稱：一種互花米草厭氧生物酸化轉化的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于資源與環(huán)境技術領域，具體涉及一種互花米草厭氧生物酸化轉化的方法。
背景技術：
互花米草(Spartina atemiflora)原產于美國，是一種生長在潮間帶的多年鹽沼植物。1980年代初期，互花米草被引入中國用于保灘護岸、促淤造陸，互花米草引進一度對保護海堤安全，促進沿海地區(qū)經濟發(fā)展、生態(tài)環(huán)境的改善和減災等多方面做出了重大貢獻。但經過20多年的發(fā)展，互花米草在我國沿海地區(qū)形成80-100萬畝得群落，以這種外來入侵種形成的優(yōu)勢群落，給沿海地區(qū)帶來一系列的負面影響。作為一個具有極強繁殖能力的外來物種，互花米草具有生長旺，繁殖快，植株高而密，與本土物種競爭激烈，改變了淤泥質光灘的景觀和本土物種的棲息環(huán)境，譬如互花米草侵占灘涂貝類養(yǎng)殖的場所，導致貝類在密集的米草草灘中無法自由活動，健康生長，甚至會窒息死亡；一些貝類不得不遷移至米草草灘外；一些港區(qū)也由于互花米草的侵入淤積加快，影響船只出入。在夏秋季互花米草的落葉隨著潮水四處漂移，進入灘涂或淺海的藻類養(yǎng)殖地，就會對紫菜，海帶等海藻的生產與產品的質量產生一定的影響。
互花米草生長在潮間帶高礦質環(huán)境中的C4植物，在長期適應的過程中，形成了高生產力和高抗逆性。根據在蘇北和上海兩地多年的研究，互花米草單位面積地上部分收獲產量在蘇北可以達到2.5-3kg/m2，即1600-2000kg/畝；上海地區(qū)可以達到3-5kg/m2，即2000-3333kg/畝。目前在良好田間管理的條件下，三大傳統(tǒng)糧食作物及其單產(含秸稈產量)分別為小麥500-600kg/畝，水稻600-1000kg/畝，玉米800-1200kg/畝。在沒有任何人為投入管理的條件下，互花米草幾乎達到傳統(tǒng)作物良好的田間管理產量的2-3倍，如果輔以施肥和人為管理，互花米草可以獲得更高的單位產量。互花米草如此高效的生產力，如能夠進行轉化成產品和原料，將能夠很大程度造福沿海居民。
當前，互花米草的利用研究研究剛剛開始，因為互花米草的含鹽量過高，目前還沒有成熟的利用途徑被報道。不僅如此，類似于互花米草的草本植物秸稈有機物的利用目前的進展都非常有限，一些文獻報道通過生物轉化利用草本植物生產乙醇，還有報道生產沼氣和氫等，但是反應條件都較為苛刻，管理復雜。根據微生物發(fā)酵的研究可知，在厭氧條件微生物非常容易利用各種有機質進行發(fā)酵產酸，而產生的有機酸可以多種產業(yè)使用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在開放或半開放條件下，管理非常方便的互花米草厭氧生物酸化轉化的方法。
本發(fā)明提出的互花米草厭氧生物酸化轉化的方法，其具體步驟如下(1)原料互花米草的粉碎預處理；(2)向步驟(1)所得的預處理互花米草中添加含N元素物質，混合，控制混合料的碳氮比為20∶1-30∶1；(3)將步驟(2)所得混合料投入到生物產酸發(fā)酵裝置中，加入接種物進行接種，接種物的加入量為互花米草原料干重的3％-5％；(4)向步驟(3)中所得的發(fā)酵原料中加水進行發(fā)酵，水的加入量為水面至少高于發(fā)酵原料20cm，發(fā)酵溫度控制在20-40℃；(5)步驟(4)中的生物產酸發(fā)酵進行2-5天后，發(fā)酵裝置中的發(fā)酵液pH值降到5-6，揮發(fā)性有機酸(VFA)為30-50mol/l，開始周期性的從發(fā)酵裝置中提取10％-100％含酸發(fā)酵液用于后續(xù)利用，同時加入與提取酸液相同體積的補充水，進行持續(xù)發(fā)酵產酸；(6)當發(fā)酵裝置中的發(fā)酵液pH值降到5-6，重量步驟(5)；(7)整個發(fā)酵周期為15-30天，當生物產酸反應器中的發(fā)酵液的VFA降到10mol/l以下，停止產酸發(fā)酵。
本發(fā)明中，所述含N元素物質為尿素、碳酸氫銨或畜禽糞便等中一至多種。
本發(fā)明中，所述接種物為沼渣、沼液或厭氧消化污泥等中任一種。
本發(fā)明中，所述互花米草原料粉碎預處理可以采取以下常規(guī)方法將收割后的互花米草地上部分，通過人工或機械方法切成2～3cm的小段；或者通過秸稈搓揉粉碎機對其進行預處理等。
本發(fā)明中，步驟(5)中所述補充水為海水、河水、湖水或自來水等中一種或多種。
本發(fā)明中，步驟(5)中所述提取發(fā)酵酸液可以使用泵抽出或由發(fā)酵酸液自身重力自流出發(fā)酵裝置。
本發(fā)明中，生物產酸反應裝置要保證邊沿高于當地最大暴雨淹沒深度，發(fā)酵反應裝置上部1.5-3米高度要建設防雨遮蓋物。
本發(fā)明中，生物酸化轉化反應中，生物產酸反應裝置不進行絕對密閉，但是為了減少液面的氧氣交換和降低有機酸揮發(fā)引發(fā)的氣味，在反應器內的液面上可以平鋪塑料薄膜。
本發(fā)明中，生物產酸反應裝置中抽出的含酸發(fā)酵液的后續(xù)利用可以有多種用途，如可用于飼料添加劑、發(fā)酵產沼氣、發(fā)酵產氫等。
本發(fā)明的優(yōu)點利用互花米草這一高生產力的植物進行發(fā)酵，發(fā)酵后的發(fā)酵液中富含有機酸和礦物質。有機酸能提高飼料的酸度。降低飼料的緩沖能力，同時具有殺菌、抑菌、防止飼料霉變的作用，可添加在飼料或飲水中發(fā)揮作用，廣泛應用于豬、雞的飼料中，牛、魚的飼料中也有越來越多的研究應用。隨著抗生素的禁用，有機酸替代抗生素。與一些抗生素產生協(xié)同作用從而將細菌抗藥性的危險降低到最低限度的效用得到人們的重視。飼料中添加有機酸可促進鐵、銅等微量元素的吸收利用，減輕其對環(huán)境的污染。有機酸具有一些抗生素沒有的作用，包括可以降低食糜的pH值和增強胰液的分泌。有機酸液還可用于發(fā)酵產氫、發(fā)酵產沼氣、提取有用藥物和微量元素等。


圖1為實施例1酸化轉化酸液VFA和COD的變化情況。
圖2為實施例2酸化轉化酸液VFA和COD的變化情況。
具體實施實式下面通過實施例進一步說明本發(fā)明。
實施例1(1)建造1立方不透水的坑或池體，上面架設防雨覆蓋物，作為生物產酸發(fā)酵裝置；(2)原料的預處理將收割后的互花米草地上部分，通過機械方法切成2～3cm的小段；(3)把步驟(2)中經預處理后的原料60kg互花米草(干重)投加到生物產酸發(fā)酵裝置中，加入1.2kg尿素，混合，調節(jié)混合料的C∶N比為25∶1；(4)接種應后續(xù)利用的要求，將接種含水量80％的厭氧消化污泥10kg投入生物產酸發(fā)酵裝置中，接種量為3.33％；(5)向生物產酸發(fā)酵裝置中加水進行發(fā)酵，加入量為水面高于發(fā)酵原料20cm，發(fā)酵溫度為40℃；(6)生物產酸發(fā)酵進行3天后，發(fā)酵裝置內的發(fā)酵液pH值降到5.64，開始從發(fā)酵裝置中提取0.3立方發(fā)酵液，同時向生物產酸發(fā)酵裝置加入0.3立方的自來水補足水量，進行持續(xù)發(fā)酵產酸；(7)pH降到6以下后，再從發(fā)酵裝置中抽出發(fā)酵液0.3立方，同時加入與提取酸液相同體積的自來水補足水量，如此循環(huán)進行酸液置換；(8)整個發(fā)酵進行23天，當生物產酸反應器中的發(fā)酵液的VFA降到8.6以下，COD降到1546mg/l以下，停止產酸發(fā)酵。
整個過程中，抽出液的VFA和COD監(jiān)測結果見圖1。
實施例2
(1)建造1立方不透水的坑或池體，上面架設防雨覆蓋物，作為生物產酸發(fā)酵裝置(2)原料的預處理將收割后的互花米草地上部分，通過機械方法切成2～3cm的小段。
(3)把把步驟(2)中經預處理后的原料40kg(干重)投加到生物產酸發(fā)酵裝置中，加入0.6kg碳酸氫銨，混合，調節(jié)混合料的C∶N比為30∶1。
(3)接種應后續(xù)利用的要求，接種將含水量80％的沼渣8kg投入生物產酸發(fā)酵裝置中；(4)向生物產酸發(fā)酵裝置中加水進行發(fā)酵，加入量為水面高于發(fā)酵原料20cm，發(fā)酵溫度為25℃；(5)生物產酸發(fā)酵進行3天后，發(fā)酵裝置中的發(fā)酵液pH值降到5.35，開始從發(fā)酵裝置中提取0.4立方發(fā)酵液，同時向生物產酸發(fā)酵裝置加入0.3立方的海水補足水水量，進行持續(xù)發(fā)酵產酸；(6)當發(fā)酵裝置中的發(fā)酵液pH值降到6以下后，再次從發(fā)酵裝置中抽出發(fā)酵液0.4立方，同時加入與提取酸液相同體積的海水補足水量；如此循環(huán)；(7)整個發(fā)酵進行20天，當生物產酸反應器中的發(fā)酵液的VFA降到10，COD降到1900mg/l以下，停止產酸發(fā)酵。
整個過程中，抽出液的VFA和COD監(jiān)測結果見圖2。
權利要求
1.一種互花米草厭氧生物酸化轉化的方法，其特征在于具體步驟如下(1)原料互花米草的粉碎預處理；(2)向步驟(1)所得的預處理互花米草中添加含N元素物質，混合，控制混合料的碳氮比為20∶1--30∶1；(3)將步驟(2)所得混合料投入到生物產酸發(fā)酵裝置中，加入接種物進行接種，混合，接種物的加入量為互花米草原料干重的3％-5％；(4)向步驟(3)中所得的發(fā)酵原料中加水進行發(fā)酵，水的加入量為水面至少高于發(fā)酵原料20cm，同時在發(fā)酵裝置的液面上平鋪塑料薄膜，發(fā)酵溫度為20-40℃；(5)步驟(4)中的生物產酸發(fā)酵進行2-5天后，發(fā)酵裝置中的發(fā)酵液pH值降到5-6，揮發(fā)性脂肪酸即VFA到30-50mol/l，開始周期性的從發(fā)酵裝置中提取10％-100％含酸發(fā)酵液用于后續(xù)利用，同時加入與提取酸液相同體積的補充水，進行持續(xù)發(fā)酵產酸；(6)當發(fā)酵裝置中的發(fā)酵液pH值降到5-6，重量步驟(5)；(7)整個發(fā)酵為15-30天，當生物產酸反應器中的發(fā)酵液的VFA降到10mol/l以下，停止產酸發(fā)酵。
2.根據權利要求1所述的互花米草厭氧生物產酸轉化的方法，其特征在于所述含N元素物質為尿素、碳酸氫銨或畜禽糞便中一至多種。
3.根據權利要求1所述的互花米草厭氧生物產酸轉化的方法，其特征在于所述接種物為沼渣、沼液或厭氧消化污泥中任一種。
4.根據權利要求1所述的互花米草厭氧生物產酸轉化的方法，其特征在于所述互花米草原料粉碎預處理采取將收割后的互花米草地上部分，通過人工或機械方法切成2～3cm的小段；或者通過秸稈搓揉粉碎機對其進行預處理。
5.根據權利要求1所述的互花米草厭氧生物酸化轉化的方法，其特征在于步驟(5)中所述補充水為海水、河水、湖水或自來水之一種或多種。
6.根據權利要求1所述的互花米草厭氧生物酸化轉化的方法，其特征在于步驟(5)中所述提取發(fā)酵酸液使用泵抽出或由發(fā)酵酸液自身重力自流出發(fā)酵裝置。
全文摘要
本發(fā)明屬于資源和環(huán)境技術領域，具體涉及一種互花米草厭氧生物酸化轉化的方法。具體步驟為互花米草經過切碎、搓揉等機械或人工方法進行原料的預處理，投加到產酸發(fā)酵裝置中，添加一定量N元素調整碳氮比和接種物啟動反應，在厭氧條件下，微生物發(fā)酵產酸，并周期性的抽取酸液用于后續(xù)利用。酸液可以有多種用途，如飼料添加劑、發(fā)酵產沼氣、發(fā)酵產氫等。本發(fā)明能夠更加高效的利用互花米草，充分實現互花米草的資源化利用，變害為利，變廢為寶。
文檔編號C12P5/02GK1932018SQ20061011614
公開日2007年3月21日 申請日期2006年9月18日 優(yōu)先權日2006年9月18日
發(fā)明者朱洪光, 陳小華, 王彪, 朱鵬 申請人:同濟大學