一種泥炭活化的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種泥炭活化的方法，包括下列步驟：（1）蒸汽爆破預(yù)處理活化泥炭：將自然風(fēng)干泥炭裝進(jìn)蒸汽爆破罐，在140-190℃，壓力0.6-1.6MPa下維持4-20min，瞬間爆破得到活化的泥炭；（2）厭氧發(fā)酵：將活化的泥炭添加占其質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%-90%的厭氧活性污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵，調(diào)節(jié)固液比為1:（5-20）g/ml，調(diào)節(jié)pH為6.5-7.5，在30-50℃厭氧發(fā)酵7-30天，排水集氣法收集沼氣，測(cè)定沼氣中的甲烷含量。本發(fā)明采用蒸汽爆破的方法對(duì)泥炭進(jìn)行活化，提高泥炭轉(zhuǎn)化為沼氣的得率，有助于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)泥炭的規(guī)模化利用，擴(kuò)大泥炭的用途，提高泥炭開(kāi)采和利用的經(jīng)濟(jì)效益。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種泥炭活化的方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種泥炭活化的方法，具體涉及一種以蒸汽爆破法活化泥炭增加甲烷產(chǎn)量的方法。屬于煤炭綜合利用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]煤炭是我國(guó)分布最廣，儲(chǔ)量較多的能源資源，在我國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占主要的地位。煤根據(jù)煤化程度的不同，可分為泥炭、褐煤、煙煤和無(wú)煙煤。泥炭(Peat)又稱(chēng)草炭或泥煤，是煤化程度最低的煤，由沼澤植物殘?bào)w在水分過(guò)多、通氣不良、氣溫較低的條件下，未能充分分解，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期積累而形成的一種不易分解、性質(zhì)十分穩(wěn)定的堆積成層的有機(jī)物。我國(guó)泥炭資源比較豐富，總儲(chǔ)量為46.87億噸(干基)，相對(duì)集中分布于四川、云南、內(nèi)蒙古、黑龍江等地。
未經(jīng)處理的泥炭難于被微生物降解，天然泥炭大量轉(zhuǎn)化為甲烷是困難的。因?yàn)槟嗵恐锌伤怄I數(shù)目很少，泥炭中醚鍵和C-C鍵很難被厭氧菌大量降解，不能形成足夠小的分子? 500Da)被厭氧微生物吸收轉(zhuǎn)化，此外天然泥炭的氫含量很低，難以低成本地轉(zhuǎn)化為甲烷。因此用未處理的泥炭作為基質(zhì)，僅有少部分能轉(zhuǎn)化成甲烷，泥炭生物轉(zhuǎn)化的前景不容樂(lè)觀(guān)。
[0004]泥炭形成的本質(zhì)就是植物有機(jī)體的有效積累和抑制分解。張英(張英，王曉波，李謹(jǐn)，等.不同類(lèi)型有機(jī)質(zhì)生物產(chǎn)甲烷模擬實(shí)驗(yàn)研究.石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2009，36:633-636)研究不同類(lèi)型有機(jī)質(zhì)的生物產(chǎn)甲烷能力和特征，發(fā)現(xiàn)泥炭和藻類(lèi)、水生草本植物、陸生草本植物相比，生物產(chǎn)甲烷能力最弱，`并且不同的有機(jī)質(zhì)在一定時(shí)間內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化率相差巨大，其中藻類(lèi)最高，泥炭最低。為了提高泥炭的生物可降解性，國(guó)內(nèi)僅有的不多的文獻(xiàn)報(bào)道泥炭與木質(zhì)纖維原料混合、泥炭與豬糞混合，進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，都沒(méi)有解決單獨(dú)以泥炭為原料生物甲烷化制備沼氣的難題，限制了泥炭的綜合利用和高值化利用。這是由于泥炭有機(jī)質(zhì)的生物可降解性低，或是缺乏某些養(yǎng)份，也可能兩種因素都有。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題就在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種泥炭活化的方法，它采用蒸汽爆破的方法活化泥炭，提高泥炭的生物降解性，實(shí)現(xiàn)泥炭的生物轉(zhuǎn)化利用。
[0006]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
本發(fā)明提供了一種泥炭活化的方法，所述方法包括下列步驟:
(O蒸汽爆破預(yù)處理活化泥炭:將自然風(fēng)干泥炭裝進(jìn)蒸汽爆破罐，在140-190°C，壓力
0.6-1.6MPa下維持4_20min,瞬間爆破得到活化的泥炭；
(2)厭氧發(fā)酵:將活化的泥炭添加占其質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%-90%的厭氧活性污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵，調(diào)節(jié)固液比為1: (5-20)g/ml，調(diào)節(jié)pH為6.5-7.5，在30_50°C厭氧發(fā)酵7_30天，排水集氣法收集沼氣，測(cè)定沼氣中的甲烷含量。
[0007]本發(fā)明所述泥炭為有機(jī)質(zhì)含量30%_70%、pH值5.0-6.5的草本泥炭。
[0008]天然泥炭生物甲烷化過(guò)程中，預(yù)處理活化泥炭是不可或缺的步驟。泥炭是芳香環(huán)組成并由鹽橋、脂肪鏈等連接起來(lái)的大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)化合物，預(yù)處理活化泥炭的目的是通過(guò)預(yù)處理，活化泥炭，促使泥炭發(fā)生分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分的變化，容易進(jìn)入微生物細(xì)胞內(nèi)，提高比表面積和可及性，提高后續(xù)轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率，提高泥炭的生物可降解性，進(jìn)而被微生物代謝轉(zhuǎn)化利用。 [0009]為解決泥炭活性差，生物降解性低造成的泥炭資源綜合利用瓶頸的問(wèn)題，本發(fā)明采用蒸汽爆破的方式對(duì)泥炭進(jìn)行活化。蒸汽爆破法，在爆破過(guò)程中，高壓蒸汽滲入泥炭?jī)?nèi)部，以氣流的方式從封閉的孔隙中釋放出來(lái)，物料在膨脹氣體沖擊波的作用下發(fā)生多次剪切變形運(yùn)動(dòng)，使纖維發(fā)生一定的機(jī)械斷裂，同時(shí)物料內(nèi)的高壓液態(tài)水迅速暴沸形成閃蒸，對(duì)外做功，使泥炭從胞間層解離成單個(gè)纖維細(xì)胞，高溫高壓加劇了泥炭?jī)?nèi)部氫鍵的破壞和有序結(jié)構(gòu)的重排，泥炭含有的水分被鎖定在細(xì)胞壁上，水以氫鍵的形式結(jié)合與泥炭中的纖維素等結(jié)合，水分子取代了不少原來(lái)纖維素的結(jié)合位點(diǎn)，達(dá)到了潤(rùn)脹的作用；由于水的附著，水質(zhì)子的催化作用也加快了化學(xué)反應(yīng)速率，加快了泥炭中纖維素、半纖維素等的水解，同時(shí)游離出新的羥基，增加了泥炭的吸附能力，也促進(jìn)了泥炭中半纖維素的水解和木質(zhì)素的轉(zhuǎn)化。
[0010]本發(fā)明所采用蒸汽爆破工藝穩(wěn)定可靠、無(wú)污染、對(duì)環(huán)境友好，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)完成相應(yīng)設(shè)備的規(guī)模化放大，能夠滿(mǎn)足工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的需要。
[0011]因而，本發(fā)明的有益效果為:
1、建立泥炭活化預(yù)處理技術(shù)體系是泥炭資源高值化的根本途徑，利用蒸汽爆破處理技術(shù)，活化泥炭，解除泥炭的天然抗降解屏障，處理工藝穩(wěn)定可靠、無(wú)污染、對(duì)環(huán)境友好。
[0012]2、泥炭活化所采用的蒸汽爆破技術(shù)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)完成設(shè)備的放大，能夠滿(mǎn)足泥炭大規(guī)模工業(yè)化利用的需要，為泥炭的生物轉(zhuǎn)化奠定了基礎(chǔ)。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例1
取300g有機(jī)質(zhì)含量68%，pH值6.5的草本自然風(fēng)干泥炭裝進(jìn)蒸汽爆破罐，在190°C，壓力L 6MPa下維持20min,瞬間爆破得到活化的泥炭。
[0014]取30g的活化泥炭添加占其質(zhì)量分?jǐn)?shù)90%的厭氧活性污泥，調(diào)節(jié)固液比1:5 g/ml,調(diào)節(jié)pH為6.5，在50°C厭氧發(fā)酵7天，排水集氣法收集沼氣1046ml，氣相色譜測(cè)定沼氣中的甲烷含量為60%。
[0015]實(shí)施例2
取200g有機(jī)質(zhì)含量30%，pH值6.0的草本自然風(fēng)干泥炭裝進(jìn)蒸汽爆破罐，在180°C，壓力L 5MPa下維持IOmin,瞬間爆破得到活化的泥炭。
[0016]取30g的活化泥炭添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%的厭氧活性污泥，調(diào)節(jié)固液比1:10 g/ml，調(diào)節(jié)pH為7.0，在30°C厭氧發(fā)酵28天，排水集氣法收集沼氣822ml，氣相色譜測(cè)定沼氣中的甲烷含量為58%。
[0017]實(shí)施例3取300g有機(jī)質(zhì)含量68%，pH值6.5的草本自然風(fēng)干泥炭裝進(jìn)蒸汽爆破罐，在180°C，壓力1.4MPa下維持20min,瞬間爆破得到活化的泥炭。
[0018]取20g的活化泥炭添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%的厭氧活性污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵，調(diào)節(jié)固液比1:11 g/ml，調(diào)節(jié)pH為7.5，在35°C厭氧發(fā)酵30天，排水集氣法收集沼氣543ml，氣相色譜測(cè)定沼氣中的甲烷含量為56%。
[0019]實(shí)施例4
取300g有機(jī)質(zhì)含量58%，pH值6.0的草本自然風(fēng)干泥炭裝進(jìn)蒸汽爆破罐，在140°C，壓力0.6MPa下維持4min,瞬間爆破得到活化的泥炭。
[0020]取IOg的活化泥炭添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)70%的厭氧活性污泥，調(diào)節(jié)固液比1:20 g/ml，調(diào)節(jié)pH為7.5，在50°C厭氧發(fā)酵28天，排水集氣法收集沼氣384ml，氣相色譜測(cè)定沼氣中的甲烷含量為61%。
[0021]實(shí)施例5
取20g有機(jī)質(zhì)含量56%，pH值5.0的草本自然風(fēng)干泥炭，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)90%的厭氧活性污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵，調(diào)節(jié)固液比1:9 g/ml，調(diào)節(jié)pH為7.0，在50°C厭氧發(fā)酵30天，排水集氣法收集沼氣246ml，氣相色譜測(cè)定沼氣中的甲烷含量為56%。
[0022]最后應(yīng)說(shuō)明的是:顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)`仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種泥炭活化的方法，其特征在于，所述方法包括下列步驟: (O蒸汽爆破預(yù)處理活化泥炭:將自然風(fēng)干泥炭裝進(jìn)蒸汽爆破罐，在140-190°C，壓力0.6-1.6MPa下維持4_20min,瞬間爆破得到活化的泥炭； (2)厭氧發(fā)酵:將活化的泥炭添加占其質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%-90%的厭氧活性污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵，調(diào)節(jié)固液比為1: (5-20)g/ml，調(diào)節(jié)pH為6.5-7.5，在30_50°C厭氧發(fā)酵7_30天，排水集氣法收集沼氣，測(cè)定沼氣中的甲烷含量。
2.如權(quán)利要求1所述的泥炭活化的方法，其特征在于，所述泥炭為有機(jī)質(zhì)含量30%-70%、pH值5.0-6.5的草本泥炭。
【文檔編號(hào)】C12P5/02GK103773808SQ201410033033
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】馬力通, 李珺 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古科技大學(xué)