CN101665807A

CN101665807A - 一种浒苔与其它生物质厌氧共发酵制沼气的方法

Info

Publication number: CN101665807A
Application number: CN200810212215A
Authority: CN
Inventors: 郭荣波; 许晓晖; 张亚杰; 蒋礼玲; 李潇萍
Original assignee: Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology of CAS
Current assignee: Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology of CAS
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2010-03-10

Abstract

一种浒苔与其它生物质厌氧共发酵制沼气的技术，浒苔的体积分数在30％～70％之间。本发明可依托已有牛粪、猪粪大型厌氧发酵处理设施及农村户用沼气工程等厌氧发酵设施，用于快速处理自然爆发浒苔或浒苔能源化利用。本发明能迅速分流处理短时间内爆发的浒苔，是低成本、无污染的浒苔能源化处理技术。本发明提供的浒苔厌氧共发酵制沼气技术具有发酵启动速度快、产气量大的优势，且对其它生物质沼气发酵过程具有促进作用。本发明分为浒苔堆肥预处理、投料、搅拌匀质、厌氧发酵过程四个步骤。本发明具有操作简单，易于掌握的特点，便于推广应用。本发明的应用具有显著的社会效益和经济效益。

Description

一种浒苔与其它生物质厌氧共发酵制沼气的方法

技术领域

本发明属于一种沼气制备技术，具体地说涉及一种浒苔与其它生物质厌氧共发酵制沼气的方法。

背景技术

浒苔爆发具有季节性和突然性，如果专门建设浒苔厌氧处理设施有造成浪费的风险，而且面对突然爆发的大量浒苔，即使具有专门的厌氧发酵设施，由于厌氧发酵过程的特点，也很难在短时间内迅速处理大量的浒苔。

随着我国经济社会的发展，特别是在浒苔易爆发的沿海地区，目前已经有大量以禽畜粪便、城市污水厂污泥等为处理对象的规模化和小型厌氧处理设施。如果能够充分利用这些资源，可在短时间内提供很大的厌氧发酵处理能力，进行爆发浒苔的迅速分流与厌氧发酵处理，这种处理措施不仅可以有效处理浒苔，而且可以为企业或者农户提供燃气能源。

目前的大型禽畜粪便处理设施一般以单一发酵原料为主，如牛粪、猪粪、污泥等，这种单一的原料组成不利于为微生物群落生长提供丰富的、充足的营养。也不能充分利用厌氧发酵设施的处理能力。而多种原料的厌氧共发酵过程能够充分利用多种原料的特性及相互间的互补性，如有的原料可提供丰富的微生物菌种，有的原料可为发酵过程提供丰富的易降解的碳水化合物，有的原料可提供丰富的氮源、磷源、微量元素等。浒苔中多糖、蛋白质、微量元素等较为丰富，能够为厌氧发酵提供丰富的营养。但收集的新鲜浒苔其表面厌氧微生物数量较少，以浒苔为单一原料进行浒苔厌氧发酵处理，处理过程启动缓慢，沼气产量低。而牛粪、猪粪、污泥等生物质垃圾拥有丰富的厌氧发酵微生物群落，因此将这些生物质垃圾与浒苔混合进行厌氧发酵能够充分发挥各自的优势，有利于提高厌氧发酵效率和物料降解率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浒苔与其它生物质厌氧共发酵制沼气的方法，为季节性爆发的浒苔提供一种无害化、能源化的处理措施。

为实现上述目的，本发明提供的浒苔与其它生物质厌氧共发酵制沼气的方法，主要步骤包括：

a)将浒苔进行堆肥预处理，堆肥预处理的温度大于30℃，堆肥时间不少于48小时；

b)将经过堆肥预处理的浒苔与其它生物质混合成均匀混合物，利用公知的厌氧发酵制沼气设备进行共发酵以制备沼气；其中，浒苔占混合物总体积的30～70％。

本发明无需投资建设浒苔处理专用设备，通过充分利用已有的企业沼气工程、农村沼气池等多种厌氧处理设施，可在短时间内分流和处理大量浒苔，进行爆发浒苔的应急能源化处理。本发明不仅可以大量处理浒苔，而且可利用厌氧发酵技术从浒苔回收能源，同时可以提高其它生物质厌氧处理过程的产气效率。该发明可作为浒苔爆发时应急处理措施之一，也可以将浒苔收集后晾干储存，作为提高其它生物质厌氧发酵系统运行效率和产气量的措施之一，作为浒苔能源化利用的重要措施。

本发明能够利用已有的多种厌氧发酵制沼气处理设施，与多种常见的厌氧发酵材料进行混合共发酵制取沼气，本发明对于浒苔爆发时的快速处理及浒苔的能源化利用具有重要意义。

具体实施方式

本发明提供的浒苔与其它生物质厌氧共发酵制沼气技术，包括发酵原料堆肥预处理、投料、搅拌匀质和厌氧发酵过程4个步骤，其中：

其它生物质主要包括牛粪、猪粪、鸡粪、污水处理厂污泥、餐厨垃圾等可厌氧发酵制取沼气的生物质；

本发明可利用的已有厌氧发酵处理设施包括：大型禽畜粪便沼气工程、污水处理厂污泥厌氧发酵处理设施和农村户用沼气工程，也可以按照本发明的方法在专门的厌氧处理设施中进行浒苔厌氧发酵处理；

本发明的堆肥预处理物料可以是浒苔与其它生物质的均匀混合物，也可以是单独的浒苔。堆肥预处理时需要塑料薄膜覆盖，如果环境温度较低，应当适当延长堆肥时间；

本发明的投料过程需要按照厌氧共发酵过程所用设施不同按照不同方式处理，其中依赖于CSTR工艺的厌氧共发酵过程可完全按照原有操作过程进行，不必做其它改动。依赖于USR工艺的厌氧共发酵过程，应在投料前将物料充分搅拌，由于浒苔质量较轻，容易随产生的气泡浮至反应器顶部，造成结壳，为降低结壳，USR反应器内物料浓度不宜过低，固含率通常应不低于10％；

基于农村户用沼气工程的厌氧共发酵过程，发酵物料的投加应遵循先向沼气池中加入约为池体体积16％左右的水，然后开始投加包含浒苔的混合发酵原料，每投加约50L发酵原料，需要充分搅拌沼气池一次，防止沼气池内物料不均匀。在农村沼气池完成物料投加之后需要一个投料后搅拌匀质过程，这个过程至少持续2天，每天充分搅拌沼气池2～3次，这一过程结束后，封闭沼气池，进入厌氧发酵阶段；

在浒苔高混合比(大于50％)的情况下，为防止浒苔表面盐分造成发酵后沼渣、沼液中盐分浓度较高，避免对土壤造成盐碱化的风险，可以采取水洗方法清除浒苔表面盐分，具体方法是：将收集的浒苔装车后运到离收集地点较近的河流入海口，抽取河水冲洗浒苔，可以充分去除浒苔表面盐分，而且不浪费淡水资源，不会产生其它环境污染，不会影响环境水质；

基于USR、CSTR和农村户用沼气工程的浒苔与其它生物质的厌氧共发酵过程，浒苔不需要进行粉碎打浆等其它预处理，可直接与其它生物质混合进料，不影响厌氧消解效率；

浒苔与其它生物质共发酵体系的固体停留时间根据浒苔含量进行调整，调整的原则是发酵原料中浒苔所占比例越高，发酵过程固体停留时间越短。

下面通过实施例，进一步阐明本发明的突出和显著的优势，仅在于说明本发明而绝非限制本发明。

实施例1

本发明开发的厌氧共发酵技术可用于浒苔-牛粪厌氧共发酵。以目前我国农村常见的水压式、圆柱形、地下式、常温发酵沼气池为实施依托加以说明，沼气池体积8m³，环境温度平均在24℃～28℃之间。发酵原料为33％浒苔和67％牛粪(均为体积分数)，混合均匀后于阳光充足处堆积成堆，覆盖薄膜，每日测量堆肥内部温度，两日所测温度均高于30℃，堆肥两天。两天后可以将物料加入沼气池中，加料前向沼气池中注水约1.3m³，然后投加物料，所投加物料共计4m³，每加料0.05m³左右，即搅拌沼气池一次，搅拌完全后再次加料0.05m³，如此反复，直到物料全部加入沼气池中。发酵物料全部投加完毕后，沼气池敞口两天，在这段时间内，每日彻底搅拌物料至少2次，两天后沼气池可以封闭，进入厌氧发酵产沼气阶段。

浒苔-牛粪厌氧发酵过程启动速度很快，在沼气池内温度不低于30℃情况下，厌氧发酵启动24h后即有气体产生，发酵前两天内，牛粪单独发酵产生气体约84L，牛粪-浒苔厌氧共发酵产生气体约280L，在此阶段浒苔-牛粪厌氧共发酵过程的产气量是单独牛粪厌氧发酵过程的大约4倍。而单独浒苔厌氧发酵过程启动非常慢，大约需20天以上，而且与单独牛粪厌氧发酵过程相比，浒苔-牛粪厌氧共发酵过程也表现出启动快、发酵效率高等明显优势，说明浒苔与牛粪在发酵过程中具有互补性，能够促进各自的发酵过程。

在将初始发酵过程产生的气体排空之后的1-2天时间内，产生的沼气中甲烷浓度可达到60％以上，沼气能正常点燃使用，燃烧火焰为蓝色。在其后的时间内(大于一周)，浒苔与牛粪混合共发酵运行状况良好、稳定，平均日产气量为224L，与单独牛粪发酵过程相比，加入浒苔的沼气池累积产气量是单独牛粪发酵池的2.4倍。浒苔-牛粪厌氧共发酵过程与单独的牛粪发酵过程相比，在产气量和初始产气速率上都表现出明显的优势。

实施例2

本发明设计的厌氧共发酵体系亦可用于浒苔-猪粪厌氧共发酵。以800m³的USR反应罐为设计实施的载体加以说明。发酵罐为中温发酵罐，温度基本可维持在35℃。由于USR发酵罐无搅拌装置，物料中较轻的组分容易被产生的气体带到发酵罐顶部，产生结壳问题，为尽量减少结壳现象发生，要求进入USR发酵罐的物料固含率不应低于10％。因此如果800m³反应罐有效体积为700m³，浒苔占发酵原料体积分数50％(未经稀释的猪粪和浒苔的固含率在本实施例中参照18％进行计算)，以分批进料方式进料，第一次进料约需要猪粪和浒苔各195m³。为加速厌氧共发酵体系的启动速度，在物料投加到发酵罐之前，同样可以将浒苔与猪粪混合均匀预先堆肥2天。为避免外排沼渣、沼液中盐分对周边土壤造成不利影响，可以将浒苔收集后运到就近的河流入海口处用淡水冲洗脱盐。

实施例3

本发明设计的厌氧发酵体系可以CSTR反应器为厌氧共发酵的实施依托。以浒苔和牛粪为共发酵的原料加以说明，浒苔和牛粪的体积比可以在3∶7～7∶3之间。两种原料的共发酵过程大部分运行参数与单独的牛粪发酵无明显差异。但由于浒苔在共发酵条件下发酵速率较快，因此固体停留时间需要做一定调整。如当发酵物料全部为牛粪的CSTR厌氧反应器，固体停留时间约为28天，而物料组成为浒苔∶牛粪＝30∶70(体积比)时，固体停留时间约为25天，物料组成为浒苔∶牛粪＝70∶30(体积比)时，固体停留时间约为20天。厌氧共发酵过程中体系的固含率可以高于单一原料发酵时体系固含率，在CSTR反应器中实施共发酵时，体系的最大固含量可以在原有单一原料发酵体系固含率的基础上上调5个百分点，不会对反应体系的正常运行造成不利影响，而且可以充分利用反应器的有效体积。

Claims

1、一种浒苔与其它生物质厌氧共发酵制沼气的方法，主要步骤包括：

b)将经过堆肥预处理的浒苔与其它生物质混合成混合物，在厌氧发酵制沼气设备中进行共发酵以制备沼气；其中，浒苔占混合物总体积的30～70％。

2、根据权利要求1所述的方法，其中，步骤a中的堆肥预处理是将浒苔与其它生物质混合成均匀混合物后再进行堆肥预处理。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其中，其它生物质是牛粪、猪粪、鸡粪、污水处理厂污泥及餐厨垃圾的可厌氧发酵制取沼气的生物质。

4、根据权利要求1所述的方法，其中，厌氧发酵制沼气设备包括：各种规模的禽畜粪便厌氧发酵灌、城市生活污水处理厂污泥厌氧消化设备或农村户用沼气池。

5、根据权利要求1或2所述的方法，堆肥预处理时使用塑料薄膜覆盖。

6、根据权利要求1或2所述的方法，其中，当浒苔占混合物总体积的50％以上时，浒苔在与其它生物质混合前先用水冲洗除去其表面盐份。