人工湿地植物生物质资源的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种人工湿地植物生物质资源的应用，利用人工湿地植物生物质资源为原料制取燃料。本发明专利技术不仅可解决人工湿地的二次污染问题，而且可以制备品质优于现有技术的固体成型燃料、沼气和燃料乙醇，实现资源有效化利用；通过建立人工湿地——生物能源藕联技术模式，实现人工湿地技术和生物能源技术的藕联，经济适用性好、净化效果稳定和资源有效利用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生物质资源的应用及用其制备燃料的方法，尤其涉及一种人工湿地植物生物质资源的应用及用其制备燃料的方法。
技术介绍
人工湿地是20世纪70年代蓬勃兴起的处理污水的方式，它的原理主要是利用湿地中基质、湿地植物和微生物之间的相互作用，通过一系列物理的、化学的以及生物的途径来净化污水。湿地植物是人工湿地的核心，在人工湿地技术中起着重要作用，主要包括直 接吸收氮、磷等污染物，通过根系输氧促进根区的氧化还原反应与好氧微生物活动及增强和维持介质的水力传输等。通过湿地植物不但可以去除污染物，还可以促进污水中营养物质的循环和再利用，同时还能绿化土地，改善区域气候，促进生态环境的良性循环。人工湿地具有去除污染效果好、运行费用低和易维护等特点，已被广泛用于污水处理中。然而对于人工湿地植物的资源化和后续利用研究较为缺位，形成了人工湿地技术的二次污染问题。另外，现有技术中固体成型燃料、沼气和燃料乙醇一般采用农作物秸杆等为原料。农作物秸杆由于其质量轻、体积大，运输成本较高，同时区域性较为明显，主要适用于我国北方等粮食主产区；并且季节性较为明显。并且，采用农作物秸杆为原料制备的燃料乙醇，由于其木质素含量较高，乙醇发酵效率低；农作物秸杆等为原料制备沼气其产量也较低。同时在现有技术中生产燃料乙醇其预处理一般采用的是酸处理，其处理条件较为激烈，对设备腐蚀性较强，降低了设备的使用寿命。人工湿地植物，由于其生长速度快、生物量较高，如水葫芦等，据报道，每亩水葫芦的年产量可达5万吨；同时，湿地植物一次种植，可以永久收获，且采用水体中的营养物质作为营养源，不需额外添加营养物，因此，其种植成本较低；另外,人工湿地植物作为一种木质纤维类的生物质资源，具有较高的纤维素和半纤维素含量，较低的木质素含量，并且具有较高的热值，因而可作为一种新的生物质资源而加以利用。但目前这些湿地植物没有得到妥善处置，造成了资源浪费和二次污染等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有人工湿地及制备固体成型燃料、沼气和燃料乙醇存在的上述问题，提供一种人工湿地植物生物质资源的应用及用其制备燃料的方法，本专利技术不仅可解决人工湿地的二次污染问题，而且可以制备品质优于现有技术的固体成型燃料、沼气和燃料乙醇，提高乙醇发酵率，实现资源有效化利用；通过建立人工湿地——生物能源藕联技术模式，实现人工湿地技术和生物能源技术的藕联，经济适用性好、净化效果稳定和资源有效利用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下 一种人工湿地植物生物质资源的应用，其特征在于利用人工湿地植物生物质资源为原料制取燃料。利用人工湿地植物生物质资源为原料制取固体成型燃料。所述制取固体成型燃料为将人工湿地植物生物质资源经切割、干燥，再压缩成块状或颗粒状形成固体成型燃料。 所述人工湿地植物生物质资源经切割至6-10 cm、干燥至含水率小于15%，再经过固体成型设备压缩成块状或颗粒状作为固体成型燃料。利用人工湿地植物生物质资源为原料制取沼气燃料。所述制取沼气燃料为将人工湿地植物生物质资源切割至6-10 cm，直接放入厌氧发酵装置中发酵制取沼气燃料。利用人工湿地植物生物质资源为原料制取乙醇燃料。所述制取乙醇燃料为将人工湿地植物生物质资源经自然干燥至含水率小于10%、粉碎过20-80目筛，再经过预处理、酶水解、发酵制取乙醇燃料。所述预处理为，将原料放入浓度为1%的NaOH溶液中，原料与NaOH溶液的质量比为I : 10，在室温、180 rpm下处理12小时，再在原料和NaOH的混合料中加入浓度为31%的H2O2处理12小时，固液分离后，收集固体残渣，并且水洗涤，调节pH至4. 8，用于酶水解。所述酶水解为，将预处理后的固体残渣加入pH4. 8、0. I M柠檬酸钠缓冲液中，再加入2. 0%-4. 0%的纤维素酶，在45-50° C，120 rpm的条件下处理6-12小时。所述发酵为，将酶解结束后的水解液用NaOH调整至pH 6. 5，再接种乙醇发酵菌株，在30° C，180 rpm的条件下振荡培养至少24小时。所述人工湿地植物生物质资源包括再力花、水葫芦、伞草、芦苇、姜花、泽泻、长香蒲、肾蕨、香蒲、黄菖蒲、美人蕉、蜘蛛抱蛋、马蹄莲、水苦荬等所有用于人工湿地的植物资源。采用本专利技术的优点在于 一、本专利技术解决了现有人工湿地存在的二次污染，并且基于对人工湿地植物具有较高的纤维素和半纤维素含量，较低的木质素含量，并且具有较高的热值等特点，将其制备成生物质能源而加以能源化利用。二、本专利技术以人工湿地植物作为能源资源，具有环保、可持续和成本低的优点，符合低碳经济思想。三、本专利技术将人工湿地植物作为一种能源资源，生产方法简单，有助于提升人工湿地的综合效益，解决人工湿地的二次污染问题。四、本专利技术预处理中，NaOH溶液的浓度为1%，具有NaOH使用量小，处理条件较为温和等优点，原料与NaOH溶液的质量比为I :10，具有NaOH使用量小等优点，在室温、180 rpm下处理12小时，具有处理条件温和的优点，浓度为31%的H2O2处理12小时，可有效去除木质素等抑制发酵的物质产生。五、本专利技术酶水解中，采用pH4. 8、0. I M柠檬酸钠缓冲液，具有成本低廉的优点，再加入纤维素酶在50° C，120 rpm的条件下处理12小时，具有酶解条件温和，对设备要求低等优点。六、本专利技术发酵中，水解液用NaOH调整至pH 6. 5，具有成本低廉等优点，在30° C，180 rpm的条件下振荡培养至少24小时，提高乙醇发酵率，乙醇产率达最高值，为O. 22-8. 27 g/100 g 干燥原料。七、本专利技术中，制取固体成型燃料为将人工湿地植物生物质资源经切割至6-10 cm左右、干燥，再压缩成块状或颗粒状形成固体成型燃料，得到的固体成型燃料燃烧率明显优于采用农作物秸杆等制备的固体成型燃料。八、本专利技术中，制取沼气燃料为将人工湿地植物生物质资源切割至6-10 cm，直接放入厌氧发酵装置中发酵制取沼气燃料，沼气的产率明显高于采用农作物秸杆等制备的沼气。具体实施方式 实施例I一种人工湿地植物生物质资源的应用，利用人工湿地植物生物质资源为原料制取燃料。本专利技术可利用人工湿地植物生物质资源为原料制取固体成型燃料。制取固体成型燃料时将人工湿地植物生物质资源经切割、干燥，再压缩成块状或颗粒状形成固体成型燃料。例如，人工湿地植物生物质资源经切割6-10 cm左右、干燥至含水率小于15%，再经过固体成型设备压缩成块状或颗粒状作为固体成型燃料。实施例2一种人工湿地植物生物质资源的应用，利用人工湿地植物生物质资源为原料制取燃料。本专利技术可利用人工湿地植物生物质资源为原料制取沼气燃料。例如，将人工湿地植物生物质资源切割至6-10 cm，直接放入厌氧发酵装置中发酵制取沼气燃料。实施例3一种人工湿地植物生物质资源的应用，利用人工湿地植物生物质资源为原料制取燃料。本专利技术可利用人工湿地植物生物质资源为原料制取乙醇燃料。所述制取乙醇燃料为将人工湿地植物生物质资源经自然干燥至含水率小于10%、粉碎过20-80目筛，再经过预处理、酶水解、发酵制取乙醇燃料。预处理为，将原料放入浓度为1%的NaOH溶液中，原料与NaOH溶液的质量比为I :10，在室温、180 rpm下处理12小时，再在原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人工湿地植物生物质资源的应用，其特征在于：利用人工湿地植物生物质资源为原料制取沼气燃料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何明雄，胡启春，祝其丽，潘科，
申请(专利权)人：农业部沼气科学研究所，
类型：发明
国别省市：