專利名稱：一種以皇竹草為原料生產沼氣的方法
技術領域：
本發明屬于可再生能源開發利用與環境保護領域，具體來說涉及一種以皇竹草為原料 厭氧發酵制取沼氣的方法。
背景技術：
皇竹草(尸e""/"/ww Zy^nWww)，英文名為Hybrid Giant Napier，原產于哥倫比亞， 由象草和美洲狼尾草雜交選育而成，屬于四碳植物，有較強的光合作用能力，對凈化 空氣、吸收有毒氣體具有很強的作用。皇竹草屬于禾本科甘蔗系植物，具有萌芽快、分 蘗多、適應性強、耐旱、高產等特點， 一般種植一次可連續利用IO年左右。它的外形類 似小斑竹,但高大粗壯,畝產鮮草量可達15.25t，被譽為牧草之王,故名皇竹草。黃竹草又像甘 蔗，葉長，莖粗可達3厘米，高達2米；與甘蔗不同的是不開花，葉光滑。黃竹草又像聲 葦，根系發達，且根所伸到之處，均可發芽生長；與蘆葦不同的是實心，不易被風吹倒。 種植黃竹草可選莖節栽種或取根移植，成活率都較高。皇竹草適種于各種類型的土壤， 酸性粗砂質紅壤土和輕度鹽堿地均能生長，其耐酸性可達pH值4.5。在旱地、水田地、 山坡、平地、田埂、河埂、湖泊邊等各類型地上及庭院、盆栽等一切可以充分利用的 地方均可種植。由于皇竹草生存能力、抗逆性較強，所以它的成活率極高，在一般氣 候條件下，成活率均在98%以上，在高寒低濕地區，成活率也可達到90%以上。云南 省農科院對黃竹草標本進行了鑒定，鑒定結果是含有氨基酸17種，精蛋白16.68%，糖 8.3%，是一種兼具飼料和綠化為一體的優良草種。2001年引入我國安徽省滁州市，通過 兩年在不同生態環境下種植示范，長勢良好，保持了皇竹草的各種生產指標。通過在 不同的生態環境下的種植示范，在無灌溉條件下長勢良好，其產量、干物質、粗蛋白、 粗脂肪等主要經濟技術指標保持了較高的水平，是一種高產優質的刈割型詞草。
目前對皇竹草的利用包括(1)皇竹草葉柔多汁口感好，可作為飼養各種草食性牲 畜和魚類的飼料，可用于飼喂牛、羊、豬、鵝、兔等草食畜禽和草魚；(2)皇竹草纖維 長1.48m，寬30mm，纖維含量為25.26°/。，可作為造紙、建筑材料的新型原料；(3)皇 竹草具有發達的根系，可保持水土； (4)皇竹草屬四碳植物，有較強的光合作用能力，對凈化空氣、吸收空氣中的有毒氣體具有較強作用。皇竹草飼料化是一種很好的資源化利用 方式，但是生長后期的皇竹草由于木質纖維含量高、動物需要的粗蛋白等營養物質的含量 低的特點不適合作為飼料利用，這部分皇竹草如果得不到及時有效的處理將會給農村生態 環境帶來新的污染源。厭氧發酵技術是一種成熟的處理有機固體廢棄物的方式，將皇竹草 厭氧發酵不但可以獲得清潔的能源——沼氣，還可以獲得大量高品質的有機肥——沼渣和 沼液，實現皇竹草的最大資源化利用，同時可以彌補農村能源不足的問題，解決農村由于 化肥施用量過大、有機肥短缺造成土壤板結的問題，這在國內外尚未見報道。目前，皇竹 草在國內正大張旗鼓的推廣，但目前的利用方式較為單一 (多以飼料利用為主)，不可避 免的存在一些問題，提高皇竹草利用方式的多樣性可以彌補單一處理方式的缺點，為皇竹 草的推廣應用掃清障礙。

發明內容
本發明的目的在于提供一種能夠提高荒地經濟效益和生態效益的以皇竹草為發酵原 料制備沼氣的方法。
本發明提出的以皇竹草為原料生產沼氣的方法，其具體步驟如下
(1) 原料皇竹草的粉碎處理；
(2) 將步驟(1)所得原料加入到厭氧反應器中，厭氧反應器可為單相或兩相厭氧反 應器，加入接種物進行接種，接種物的加入量為發酵物干重的5% 30%,混合；
(3) 向厭氧反應器中加水，將TS負荷調節至2.013/。 8.0。/。，密封反應器，封閉發酵 裝置，發酵裝置的出氣口通過輸氣管道連接儲氣裝置，反應溫度為25'C 55'C，進行發 酵產氣。反應過程中，定期通過外動力攪拌(通過機械裝置攪拌)，使發酵原料與厭氧微 生物混合均勻，24小時內即可產氣，即目標產品；在發酵末，即經過一個發酵周期(25 50天)的厭氧發酵，皇竹草中的可厭氧生物降解的有機物已基本被厭氧微生物利用，當 發酵裝置的日產氣量大幅度降低時，即日產氣量低于平均日產氣量的30%時，反應即可 結束，進行新一輪的發酵。
阜.竹草可以是不同生長階段、不同生長環境的皇竹草。將收割后的皇竹草地上部分通 過人工或機械方法切成2 4cm的小段；或者通過秸稈粉碎機進行粉碎至2 4cm，達到 使原料均勻的目的。皇竹草的C/N為20 30，其進行厭氧發酵時一般不需人為添加氮源。
接種物為污水處理廠的厭氧消化污泥、老沼氣池污泥、腐敗河泥、新鮮牛糞等其中的 一種或多種，接種物用量為發酵物干重的5% 30%。
本發明中，厭氧反應器可以是單相或兩相反應器，可根據用戶的實際條件選擇。厭氧發酵溫度為25'C 55'C。
本發明的優點本發明充分實現了皇竹草資源化、無害化和減量化的要求，將草中之 王一皇竹草轉化為一種能源植物。由于皇竹草生命力強、對生長環境的要求不高的特點， 可在田埂、荒地等不太適合農作物生長的地塊生長，且皇竹草超強的繁殖能力，畝產鮮草 量可達15.25t，是作為能源植物的極佳物種。目前，皇竹草己在我們的安徽、江西、寧夏、 四川等地推廣，如果能夠在全國農村推廣，不但可以將農村的一些荒地充分利用，皇竹草
發酵產生的沼氣作為農村用能的補充，發酵后的沼渣作為有機肥料回田，實現了荒地的資 源利用。目前，我國可用荒地面積在2680萬hn^以上，按實際可使用率60%計算，畝產 皇竹草鮮樣15噸，含水率85%，收獲率按80%計算，根據研究皇竹草干物質產氣量可達 0.2 0.3 1/gTS,則每年可獲得868.32 1302.48億立方米沼氣，相當于0.9 1.5億噸標準 煤。


圖1為實施例1日產氣量和累積產氣量的變化曲線。 圖2為實施例2日產氣量和累積產氣量的變化曲線。
具體實施例方式
下面通過實施例對本發明作進一步的闡述。
實施例1:
生長周期為1個月的皇竹草發酵制沼氣實驗。
(1) 原料皇竹草的粉碎預處理；將收割后的皇竹草地上部分，通過人工或機械的方 法切成2-4cm的小段；
(2) 稱取歩驟(1)所得皇竹草670g (以干物質重90g計)投入到2.5L的發酵罐中， 加入接種物進行接種，混合，接種物的加入量為發酵物干重的5% 30%，得到發酵原料。
(3) 向步驟(2)中的原料加水調節系統TS負荷為6"3/。。
(4) 封閉發酵裝置，發酵裝置的出氣口通過輸氣管與儲氣裝置連接，反應溫度控制 在35±I'C，發酵過程中通過攪拌裝置對發酵物進行攪拌，24h內即可產生沼氣，反應進 行了45天，日產氣量和累積產氣量的結果見圖1。當產氣高峰過后，產氣量明顯下降， 結束一輪反應進行下一輪的投料與接種。
實施例2:
生長周期為2個月的皇竹草發酵制沼氣實驗。
(1)原料皇竹草的粉碎預處理；將收割后的皇竹草地上部分，通過人工或機械的方法切成2-4cm的小段；
(2) 稱取步驟(1)所得皇竹草650g (以干物質重90g計)投入到2.5L的發酵罐中， 加入接種物進行接種，混合，接種物的加入量為發酵物干重的5%~30%,得到發酵原料。
(3) 向步驟(2)中的原料加水調節系統TS負荷為6W。
(4) 封閉發酵裝置，發酵裝置的出氣口通過輸氣管與儲氣裝置連接，反應溫度控制 在35±rC，發酵過程中通過攪拌裝置對發酵物進行攪拌，24h內即可產生沼氣，反應進 行了45天，日產氣量和累積產氣量的結果見圖2。當產氣高峰過后，產氣量明顯下降， 結束一輪反應進行下一輪的投料與接種。
上兩例中，不同生長階段的皇竹草厭氧消化過程均可正常進行，例1和例2的累積產 氣量分別為20760 23119mL和19463 25008mL，皇竹草單位干物質產氣量達230.67 256.88mL/gTS和216.26 277.87mL/gTS，對比圖1和圖2可以看出，生長周期為1個月 的皇竹草厭氧發酵周期較短，日產氣量相對穩定；生長周期為2個月的皇竹草厭氧周期相 對延長，且日產氣量波動較大，但單位干物質產氣量較生長周期為1個月的稍高。生長周 期為1個月的皇竹草中所含粗蛋白類物質較高，生長周期為2個月的皇竹草中粗蛋白含量 降低，粗纖維含量明顯增加，而粗蛋白厭氧發酵轉化為沼氣的轉化率較低，粗纖維厭氧產 沼的得率較高，因此，對于生長周期較短的皇竹草建議作為飼料利用經濟價值更高，而對 于生長周期較長的皇竹草，由于其中粗蛋白含量低、粗纖維含量較高，更適合進行厭氧發 酵產沼氣。不同生長階段的皇竹草中所含粗蛋白、粗纖維的含量不同，這種差異導致其單 位產氣能力的差異。
權利要求
1、一種以皇竹草為原料生產沼氣的方法，其特征在于包括如下步驟(1)原料皇竹草粉碎處理；(2)將步驟(1)所得原料加入到厭氧反應器中，再加入接種物進行接種，混合；接種物的加入量為發酵物干重的5％～30％；(3)向厭氧反應器中加水，將TS負荷調節至2.0％～8.0％，密封反應器并連接儲氣裝置后進行發酵產氣，反應溫度為25℃～55℃，發酵過程中通過機械裝置攪拌，發酵周期為25～50天。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)中原料皇竹草粉碎至2.0 4.0cm。
3、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的厭氧反應器為單相或兩相厭氧反應器。
4、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的接種物選自厭氧消化污泥、老沼氣池 污泥、腐敗河泥或新鮮牛糞中的一種或幾種。
5、 根據權利要求1或4所述的方法，其特征在于在發酵末，當日產氣量低于平均日產氣 量的30%時，反應結束。
全文摘要
本發明公開了一種以皇竹草為原料生產沼氣的方法，先將原料皇竹草粉碎處理；將所得原料加入到厭氧反應器中，再加入接種物進行接種，混合；接種物的加入量為發酵物干重的5％～30％；向厭氧反應器中加水，將TS負荷調節至2.0％～8.0％，密封反應器并連接儲氣裝置后進行發酵產氣，反應溫度為25℃～55℃，發酵周期為25～50天。本發明充分實現了皇竹草的資源化、減量化和無害化，將具有極強生長能力和繁殖能力的牧草之王皇竹草轉化為一種能源作物。
文檔編號C12P5/02GK101519669SQ20091002920
公開日2009年9月2日 申請日期2009年4月3日 優先權日2009年4月3日
發明者張繼彪, 方彩霞, 楊世關, 艷 羅, 羅興章, 鄒星星, 正 鄭, 陳廣銀 申請人:南京大學