一種提高短鏈脂肪酸厭氧產甲烷效率的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及有機廢棄物可再生能源利用和廢棄物處理技術。
【背景技術】
[0002] 隨著石油、煤炭等不可再生能源的短缺和環境問題的不斷加劇，我國乃至全世界 范圍都在提倡開發新型可再生能源。其中以ch 4、h2等為代表的生物質能由于其可再生性和 環境友好性的特點，已成為可再生能源的主要組成部分。沼氣的主要成分是〇1 4和CO 2，是 一種重要的生物質能源，在可再生新能源中占據著很高的地位。研宄發現，一座十幾立方的 高效沼氣池，全年的產氣能解決3戶人口十幾個月的生活燃料，Im 3含65% CH4的沼氣相當 于0. 6m3的天然氣、I. 375m 3的城市煤氣、0. 76kg的原煤、6. 4kwh的電。因此，沼氣的應用有 著強大的經濟效應，同時它還具有生態效應、節約其他能源、高效的利用率等作用。
[0003] 目前，人們多通過厭氧發酵技術獲得沼氣。厭氧發酵是指有機物在厭氧條件下，通 過多種厭氧微生物的共同作用，最終產出沼氣的過程。厭氧發酵是一個復雜的生化過程，一 般需要經過以下三個階段：水解發酵階段、產氫產乙酸階段和產甲烷階段。其中產甲烷階段 是整個厭氧發酵的最后一步，也是最重要的一步，該過程的好壞將直接影響到整個厭氧發 酵過程的甲烷產量和產率。對溶解性有機物的厭氧生物處理，產甲烷階段一般是整個厭氧 發酵的限速步驟。
[0004] 自然界中復雜的有機物不能直接被產甲烷菌利用，需要先經過水解發酵產酸菌降 解為乙酸、丙酸、丁酸等短鏈脂肪酸才能被其他厭氧菌（如產氫產乙酸菌）利用。乙酸、丙 酸、丁酸等常見短鏈脂肪酸是有機物發酵過程中主要的中間產物，同時其互營厭氧降解也 是自然厭氧環境中有機物降解的關鍵環節。由乙酸為底物的甲烷合成占自然界中甲烷合成 的60 %以上，由丙酸、丁酸降解所產生的甲烷可高達全部甲烷生成量的35 %和8 %。故而 產酸發酵階段產物種類和產率的不同對產甲烷過程有加大的影響。產甲烷階段是利用產甲 烷菌將乙酸、C0 2/H2、甲酸和甲醇、甲胺等轉化為甲烷，而該過程中產甲烷菌的數量和活性是 影響厭氧降解效率和甲烷產量的最主要因素。乙酸可以直接被產甲烷菌利用轉化為〇1 4和 CO2，丙酸、丁酸則可以在產氫產乙酸細菌和產甲烷菌共同作用下，最終轉化為CHdPCO2。因 此，直接選取乙酸、丙酸、丁酸作為碳源能省去厭氧發酵的水解階段，有助于更好地研宄石 墨如何提尚廣甲燒階段的甲燒廣量和廣率。
[0005] 目前，厭氧發酵技術已經廣泛應用于工業廢水、城市垃圾、農業廢棄物及禽畜糞便 的處理及潛在能源的開發，但仍存在著一些問題，如：有機物厭氧發酵速率慢、利用率低，產 甲烷效率低等。造成上述現象的一個主要原因是產甲烷階段效率低，產甲烷微生物活性低， 甲烷的產量小。產甲烷過程是由不同類型的微生物異化交互作用完成，不同微生物可以通 過體系中電子載體（如氫/甲酸等）進行種間電子轉移。在多種微生物共存的厭氧發酵產 甲烷體系中，直接種間電子轉移是一個重要的種間電子交換過程，促進微生物間的直接種 間電子轉移可以促進微生物的新陳代謝，提高產甲烷菌的活性，促進體系的甲烷產量。
【發明內容】
[0006] 為了改善厭氧發酵技術甲烷產量低的問題，本發明提供了一種方法簡單、成本低 廉的提高短鏈脂肪酸厭氧發酵產甲烷效率的方法。
[0007] 本發明解決技術問題采用如下技術方案：
[0008] 本發明提高短鏈脂肪酸厭氧產甲烷效率的方法，其特點在于：以石墨作為添加物， 加入到短鏈脂肪酸的厭氧發酵體系中，并與所述短鏈脂肪酸的厭氧發酵體系中的厭氧微生 物及短鏈脂肪酸混合均勻，以使石墨在厭氧微生物將短鏈脂肪酸轉化為甲烷的過程中，提 高厭氧微生物的活性及產甲烷菌的數量，提高短鏈脂肪酸厭氧產甲烷效率和甲烷產量。
[0009] 所述短鏈脂肪酸為乙酸鈉、丙酸鈉或丁酸鈉。
[0010] 所加入石墨的質量與短鏈脂肪酸的厭氧發酵體系中的短鏈脂肪酸的質量之比為 1:1 ?10〇
[0011] 所述短鏈脂肪酸的厭氧發酵體系的反應溫度為30?35°C。
[0012] 所述石墨為鱗片狀石墨和/或球形石墨；所述鱗片狀石墨的粒徑為50-3000目； 所述球形石墨的粒徑為100-500目。
[0013] 與已有技術相比，本發明具有以下優點：
[0014] 1、本發明通過向短鏈脂肪酸的厭氧發酵體系中內添加石墨，使得厭氧發酵體系內 微生物的優勢菌群發生變化，產甲烷菌的數量增多、活性增強；石墨能夠為微生物的生長提 供一個附著面，促進微生物的新陳代謝，微生物的數量增多；石墨由于其高導電性，可以在 厭氧發酵體系內充當電子載體，提高了厭氧發酵體系內微生物與微生物之間的電子傳遞效 率，促進種間電子轉移，提高了產甲烷效率和甲烷產量。
[0015] 2、本發明通過向乙酸鈉、丙酸鈉或丁酸鈉的厭氧發酵體系中添加石墨，使得厭 氧發酵體系內CH 3COO' CH3CH2COCT或CH 3CH2CH2CO(T的降解速率明顯提高，對CH 3COO' CH3CH2COCT或CH 3CH2CH2C0(T的利用率也有所增加，在厭氧發酵過程中，產甲烷菌可以直接將 CH3C00_、CH3CH2COOj CH 3CH2CH2C00_分解為CH 4和CO 2，該過程中，微生物利用乙酸鈉為電 子供體，將其分解并釋放電子，石墨在這一過程中充當電子載體，連接不同的微生物，在微 生物之間形成種間電子連接；石墨的儲存及接受電子的能力使得體系中接受電子的能力增 強，促進了微生物間的電子轉移，提高了甲烷產量。
[0016] 3、本發明通過向乙酸鈉、丙酸鈉或丁酸鈉的厭氧發酵體系內添加石墨，使得體系 內微生物之間的競爭關系改變，石墨的高導電性增大了產甲烷菌的活性，提高了甲烷產量； 并且石墨廣泛分布于自然環境中，儲量豐富，價格低廉。
【附圖說明】
[0017] 圖1為實施例中各組乙酸鈉厭氧反應器的累計甲烷產量與時間的關系曲線；
[0018] 圖2為實施例中各組乙酸鈉厭氧反應器的