CN101830744A - 原料特性互补型混合连续干发酵联产电肥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种原料特性互补型混合连续干发酵联产电肥的方法。包括步骤为：原料预处理、原料混配、接种、厌氧干发酵、固液分离、灭菌、沼气利用。本发明方法能够同时处理多种类型和种类的原料(包括流态化原料、低固体原料和高固体原料)，通过不同类型和种类原料的混合，调节发酵原料的TS浓度、可降解性(即水解酸化性)、营养结构(碳氮比)处于厌氧干发酵的最佳范围，以在密闭的条件下实现TS为15％~60％的固体原料的连续输送。本发明方法提高了废弃物处理能力和产沼气能力，保证厌氧干发酵工艺的连续运行，同时生产出电能和高品质固体有机肥。
Description
原料特性互补型混合连续干发酵联产电肥的方法
技术领域
[0001] 本发明属于废弃物处理和可再生能源开发领域，具体涉及一种原料特性互补型混 合连续干发酵联产电肥的方法。
技术背景
[0002] 生命周期分析结果表明，厌氧发酵技术是有机废弃物处理的最佳方式，因为它处 理废弃物的同时，可以获得清洁可再生能源（沼气）和有机肥料。能够进行厌氧发酵处理 的原料和工艺类型多种多样，不同的原料特性和厌氧发酵工艺有着大相径庭的废弃物处理 能力和产气能力。优化发酵原料特性并开发高效厌氧发酵工艺，从而提高废弃物处理能力 以及产气能力，对于规模化和商业化应用具有至关重要的意义。
[0003] 厌氧发酵原料的原料特性主要表现在物理特性、可降解性和营养结构（C/N)三个 方面。以物理特性为依据，原料主要分为：（1)流态化原料，包括生活污水、工业有机废水、 养殖场冲洗废水、初沉池污泥、剩余活性污泥、造纸污泥、混合污泥。（2)低固体原料（TS < 40% )，包括动物粪便（猪粪、鸡粪、牛粪、马粪、兔粪、人粪）、新鲜的树叶、新鲜的青草 (包括但不局限于象草、巨菌草、米草、芦苇、苜蓿）、藻类（包括但不局限于蓝藻、羊栖菜、麒 麟菜、马尾藻、江蓠、蜈蚣藻）、水生植物（包括但不局限于水葫芦和满江红）、餐厨垃圾、果 蔬废弃物、肉类加工废弃物。（3)高固体原料（TS >40%)，包括羊粪、农作物秸秆（包括但 不局限于稻秆、麦秆、玉米秆和高粱秆）、干树叶、干草、废纸、废纸板。
[0004] 对于流态化原料和TS < 15%的低固体原料，目前的首选工艺自然是湿式厌氧发 酵工艺（反应器TS < 15% )，但是，由于反应器中原料浓度较低，湿式厌氧发酵工艺的池容 产气力较低。对于高固体原料和TS> 15%的低固体原料的厌氧发酵，除了采用湿式厌氧发 酵工艺外，更适合采用干发酵工艺（反应器TS为15%、0% )，因为湿式厌氧发酵工艺不仅 要添加大量的水，降低反应器的原料处理能力和产沼气能力，而且容易引起结壳，阻碍厌氧 发酵反应器的正常运行。当然，即使采用干发酵工艺也还需要添加适量的水调节固体浓度 在15%〜40%之间。
[0005] 根据生化过程原理，厌氧发酵包括水解酸化和产甲烷两个过程，原料只有通过水 解酸化生成各种小分子有机酸（乙酸、丙酸、丁酸等），才能被进一步利用转化为甲烷，因 此，原料的可降解性主要指水解酸化的难易程度。根据水解酸化的难易程度，原料主要分 为：（1)易水解酸化原料，主要为富含有机酸、糖、淀粉、蛋白和脂类的原料，包括各种有机 酸废水、藻类、餐厨垃圾、果蔬废弃物、肉类加工废弃物，这类原料在厌氧发酵过程中的水解 酸化速度较快，或原料本身就含有大量有机酸，而产甲烷菌的生长代谢速率较慢，不能及时 消耗掉发酵体系内的有机酸，极易造成有机酸累积从而抑制产甲烷的持续稳定进行，即“酸 中毒”。因此，为了避免有机酸抑制，目前的厌氧发酵技术只允许采用湿式厌氧发酵工艺处 理该类原料，即添加大量的水调低原料的固体浓度，相应地稀释有机酸浓度以解除“酸中 毒”。(2)难水解酸化原料，主要为纤维类原料和各种污泥，包括农作物秸秆（包括但不局 限于稻秆、麦秆、玉米秆和高粱秆）、食草类动物粪便（如牛粪、马粪、羊粪、兔粪）、树叶、草(包括但不局限于象草、巨菌草、米草、芦苇、苜蓿)、废纸、废纸板、初沉池污泥、剩余活性污 泥和造纸污泥，这类原料的水解酸化速度较慢，水解酸化步骤是整个厌氧发酵产甲烷的限 速步骤。尤其是对于农作物秸秆类原料、废纸和剩余活性污泥，为了促进原料的水解酸化， 需要对发酵原料进行预处理，通常采取物理（如气爆、超声波）、化学（酸、碱处理）和生物 (堆怄）方法进行预处理。物理和化学方法成本较高，目前主要采用堆怄预处理，但是堆怄 处理由于是好氧处理，会造成20%〜30%的有机质损耗。
[0006] 根据微生物学原理，厌氧发酵产甲烷适宜的碳氮比（C/N)值为15〜30 ： 1，据此 可把发酵原料分为：（1)高碳原料（C/N>30 ： 1)，包括农作物秸秆（包括但不局限于 稻秆、麦秆、玉米秆和高粱秆）、树叶、废纸、废纸板、造纸污泥；（2)碳氮适合原料（C/N = 15^30 ： 1)，包括餐厨垃圾、果蔬废弃物、草（包括但不局限于象草、巨菌草、米草、芦苇、苜 蓿）、食草类动物粪便（如牛粪、马粪、羊粪、兔粪）；（3)高氮原料（C/N< 15 ： 1)，包括猪 粪、人粪、肉类加工废弃物、初沉池污泥、剩余活性污泥、混合污泥。对于高碳原料和高氮原 料，厌氧发酵均不能在最佳条件下运行，高碳原料缺乏作为微生物生长的氮源，限制发酵微 生物的生长繁殖，而高氮原料缺乏用于形成甲烷的碳源，对于某些富含氨基酸或蛋白质的 高氮原料（如猪粪、人粪、肉类加工废弃物），还会形成氨抑制。
[0007] 从以上分析可以看出，单一原料的厌氧发酵难以获得较佳的产气能力和较大的废 弃物处理能力，原料浓度较低、“酸中毒”、难水解酸化、碳氮比过高或过低均可能限制产气 能力和处理能力。因此，开发原料特性互补型多原料混合厌氧发酵工艺能够显著提高厌氧 发酵技术处理有机废弃物的优越性和竞争性。
[0008] 由于具有节约水资源、原料预处理简单、加热和保温成本低、废弃物处理能力大、 池容产气率高、发酵残渣无需脱水或脱水成本较低等优点，干发酵工艺越来越备受人们的 青睐，尤其对于高固体原料。然而，目前的干发酵工艺还不成熟，主要存在进料和密封问题。 目前沼气工程行业内使用的能够连续进料且密封性能较好的泵和输送设备大部分只适用 于固体含量低于15%的液体或半固体原料，当采用干发酵工艺（反应器TS = 15%〜40% ) 时，为了解决厌氧反应器的密封问题，普遍采用间歇发酵的方式，即“进料一密封一产气一 停气一出料”，这种方式势必造成间歇性发酵产气与原料连续产生和连续供气的矛盾，且由 于出料、进料和启动期间不产气，造成反应器时间利用率低下。因此，开发连续式高效干发 酵工艺，提高废弃物处理能力和沼气生产能力，能够进一步提高厌氧发酵技术处理有机废 弃物的优越性和竞争性，实现能源供给与废弃物处理的共赢，为真正落实节能减排和发展 循环经济做出应有贡献。
发明内容
[0009] 本发明的目的是针对现有厌氧发酵技术存在的上述问题，提供一种原料特性互补 型混合连续干发酵联产电肥的方法，提高废弃物处理能力和产沼气能力，保证厌氧干发酵 工艺的连续运行，同时生产出电能和高品质固体有机肥。
[0010] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
[0011] 如图1所示，本发明方法包括以下步骤：
[0012] (1)原料预处理，对于流态化原料，采用沉砂池、刮泥机和排砂泵去除无机沉淀物； 对于低固体原料，采用湿物料破碎机将原料粒径减小到20mm以下；对于高固体原料，采用干物料破碎机将原料粒径减小到40mm以下。[0013] (2)原料混配，将上述预处理后的流态化原料、低固体原料、高固体原料以及来自 于固液分离单元的沼液在混料仓（池）中进行混合，确保混合后原料总固体浓度（TS)为 15 %〜40 %，混合过程中使高碳原料、高氮原料和碳氮适合原料合理搭配，确保混合后原料 碳氮比C/N为15〜30 ： 1，并确保混合原料中同时含有易水解酸化原料和难水解酸化原料， 避免易水解酸化原料过多形成“酸中毒”，同时强化难水解酸化原料的水解酸化。
[0014] (3)接种，采用干发酵反应器中的发酵残余物作为接种物，接种量为上述混合原料 总质量的15%〜80%，将接种物搅拌混合。
[0015] 初次启动时采用沼气池或市政污水处理厂等处的厌氧活性污泥作为接种物，正常 运行期间采用步骤（4)干发酵反应器中的发酵残余物作为接种物，可以维持本方法的连续 运转。
[0016] (4)厌氧干发酵，利用液压固体泵将上述接种后的混合原料从干发酵反应器顶部 进料，每天进出料广2次，每次的进料量与出料量相同，且进料之前先出料，控制干发酵温 度为30°C〜60°C，优选温度为35°C〜38°C和54°C〜56°C，物料在干发酵反应器中的停留时间 为15〜30天。
[0017] (5)固液分离，从反应器卸出的发酵残余物，一部分用作接种物，其余部分进行固 液分离，并确保固液分离后固体部分（沼渣）的含水率为20%〜35%，固液分离后的液体部 分（沼液）存放于沼液储存池以备用，通常用来调节进料原料的TS浓度。
[0018] (6)灭菌，固液分离获得的沼渣进行高温灭菌，灭菌后的沼渣即可作为固体有机肥 料。
[0019] 灭菌优选参数为：灭菌温度为70°C〜100°C，灭菌时间为2(T60min。
[0020] (7)沼气利用，厌氧发酵产生的沼气经过净化后，供发电系统使用，发电系统在产 电的同时会产生余热，通过余热回收装置产生水蒸汽，水蒸汽首先用于步骤（6)中沼渣的 高温灭菌，完成灭菌后的水蒸汽变成高温热水，高温热水再用于干发酵反应器加热保温，随 后变成低温冷水，低温冷水进入余热回收装置用于循环生产水蒸汽。
[0021] 所述的流态化原料为生活污水、工业有机废水、养殖场冲洗废水、初沉池污泥、剩 余活性污泥、造纸污泥、混合污泥中的一种或几种的混合。
[0022] 所述的低固体原料为动物粪便（猪粪、鸡粪、牛粪、马粪、兔粪、人粪）、新鲜的树 叶、新鲜的青草（包括但不局限于象草、巨菌草、米草、芦苇、苜蓿）、藻类（包括但不局限 于蓝藻、羊栖菜、麒麟菜、马尾藻、江蓠、蜈蚣藻）、水生植物（包括但不局限于水葫芦和满江 红）、餐厨垃圾、果蔬废弃物、肉类加工废弃物中的一种或几种的混合。
[0023] 所述的高固体原料为羊粪、农作物秸秆（包括但不局限于稻秆、麦秆、玉米秆和高 粱秆）、干树叶、干草、废纸、废纸板中的一种或几种的混合。
[0024] 所述的易水解酸化原料为有机酸废水、藻类（包括但不局限于蓝藻、羊栖菜、麒麟 菜、马尾藻、江蓠、蜈蚣藻）、餐厨垃圾、果蔬废弃物、肉类加工废弃物中的一种或几种的混
I=I O
[0025] 所述的难水解酸化原料为农作物秸秆（包括但不局限于稻秆、麦秆、玉米秆和高 粱秆）、食草类动物粪便（牛粪、马粪、羊粪、兔粪）、树叶、草（包括但不局限于象草、巨菌 草、米草、芦苇、苜蓿）、废纸、废纸板、初沉池污泥、剩余活性污泥和造纸污泥中的一种或几种的混合。
[0026] 所述的高碳原料为农作物秸秆（包括但不局限于稻秆、麦秆、玉米秆和高粱秆）、 树叶、废纸、废纸板、造纸污泥中的一种或几种的混合。
[0027] 所述的碳氮适合原料为餐厨垃圾、果蔬废弃物、草（包括但不局限于象草、巨菌 草、米草、芦苇、苜蓿）、食草类动物粪便（如牛粪、马粪、羊粪、兔粪）中的一种或几种的混合。[0028] 所述的高氮原料为猪粪、人粪、肉类加工废弃物、初沉池污泥、剩余活性污泥、混合 污泥中的一种或几种的混合。
[0029] 所述的湿物料破碎机为餐厨垃圾破碎机、杂草切碎机、芦苇切碎机或苜蓿切碎机， 所述的干物料破碎机为秸秆破碎机、废纸破碎机或纤维破碎机，这些破碎机均可从市场上 购买到。
[0030] 所述液压固体泵是一种能够在密闭的条件下连续输送固体浓度范围在15% 飞0%的固体原料的液压驱动的泵，包括单活塞液压固体泵（即EK0型）、S型摆管双活塞液 压固体泵（即K0S型）、球阀双活塞液压固体泵（即K0V型）或液压提升阀泵（即HSP型）， 这些泵可从市场上购买到，主要由德国普茨迈斯特机械公司生产销售。
[0031] 所述固液分离设备为挤压式螺旋分离机，也可从市场上购买到。
[0032] 与现有的厌氧发酵技术相比，本发明的主要优点如下：
[0033] (1)本发明方法能够同时处理多种类型和种类的原料（包括流态化原料、低固体 原料和高固体原料），通过不同类型和种类原料的混合，可以调节发酵原料的TS浓度、可降 解性（即水解酸化性）、营养结构（碳氮比）处于厌氧干发酵的最佳范围。
[0034] (2)本发明方法能够在密闭的条件下实现TS为15%〜60%的固体原料的连续输 送，从而保证了干发酵工艺的常年连续运行。
[0035] (3)本发明方法能够有效杀灭发酵残余物中的病原菌，提高发酵残余物用作固体 有机肥的安全性，这对于含有污泥和粪便的发酵原料处理是极为重要的。
[0036] (4)与传统的单原料湿式厌氧发酵相比，该本发明方法，能够显著提高原料的处理 能力和产气能力，单位反应器体积的原料处理能力能提高50%〜100%，最大池容产气率能 从 3m7(m3.d)提高到 6m3/(m、d)。
[0037] 本发明方法适合处理各种类型和种类的原料，可应用于农业废弃物处理、工业有 机废水处理、生活垃圾处理、污泥处理、以及新能源开发等行业，该发明方法，能够进一步提 升厌氧发酵技术处理有机废弃物的优越性和市场竞争性，实现能源供给与废弃物处理的共赢。
附图说明
[0038] 图1是本发明工艺流程图 具体实施方式
[0039] 下面结合实施例对本发明的内容做进一步详细说明。
[0040] 实施例1
[0041 ] 餐厨垃圾和稻秆混合连续干发酵联产电肥：[0042] (1)采用餐厨垃圾破碎机将餐厨垃圾的粒径减小到20mm以下；采用秸秆破碎机将 稻秆的粒径减小到40mm。经过分别采样分析，餐厨垃圾的TS含量为25%，C/N比为18 ： 1， 属于低固体、碳氮适合、易水解酸化原料；稻秆的TS含量为80%，C/N比为60 ： 1，属于高 固体、高碳、难水解酸化原料。
[0043] (2)将上述预处理后的餐厨垃圾727kg、稻秆273kg在混料仓中进行混合，混合后 原料总 TS 为 40%，C/N 为 29. 4 ： 1。
[0044] (3)取800kg干发酵反应器中的发酵残余物作为接种物添加到上述混料仓中，并 搅拌使原料混合均勻，接种量为上述混合原料总质量的80%。接种后总原料（餐厨垃圾+ 稻秆+接种物)的质量为1800kg。
[0045] (4)先从反应器中卸出和进料量相同的发酵残余物，再利用S型摆管双活塞液压 固体泵（即K0S型）将上述1800kg混合原料从干发酵反应器顶部输送到已正常运行的干 发酵反应器中，所有原料一次性投入。
[0046] (5)每天重复上述步骤（2-4)，进行为期3个月的厌氧干发酵，原料在干发酵反应 器中的停留时间为30天，同时控制发酵温度为56°C。
[0047] (6)每天卸出的发酵残余物，除了取800kg作接种物使用，其余部分采用挤压式螺 旋分离机进行固液分离，固液分离后固体部分（沼渣）的含水率为20%，固液分离后的液体 部分（沼液）储存于沼液池中备用。
[0048] (7)厌氧发酵产生的沼气经过净化后，采用沼气发电机组发电，同时回收发电产生 的余热，并生产水蒸汽。水蒸汽首先用于沼渣的高温灭菌，灭菌温度为70°C，灭菌时间为 60min，灭菌后的沼渣作为固体有机肥料使用。水蒸汽从灭菌器出来后变成高温热水，高温 热水再用于干发酵反应器加热保温，随后变成低温冷水，低温冷水进入余热回收装置用于 循环生产水蒸汽。
[0049] 实施例2
[0050] 初沉池污泥、餐厨垃圾和玉米秆的混合连续干发酵联产电肥：
[0051] (1)采用沉砂池、刮泥机和排砂泵去除初沉池污泥中的无机沉淀物，采用餐厨垃圾 破碎机将餐厨垃圾的粒径减小到20mm以下；采用秸秆破碎机将稻秆的粒径减小到40mm。经 过分别采样分析，初沉池污泥的TS含量为6%，C/N比为9 ： 1，属于流态化、高氮、难水解 酸化原料；餐厨垃圾的TS含量为25%，C/N比为18 ： 1，属于低固体、碳氮适合、易水解酸 化原料；玉米秆的TS含量为80%，C/N比为50 ： 1，属于高固体、高碳、难水解酸化原料。
[0052] (2)将上述预处理后的初沉池污泥120kg、餐厨垃圾804kg、玉米秆93. 6kg在混料 仓中进行混合，混合后原料总TS为30%，C/N为23 ： 1。
[0053] (3)取509kg干发酵反应器中的发酵残余物作为接种物添加到上述混料仓中，并 搅拌使原料混合均勻，接种量为上述混合原料总质量的50%。接种后总原料（初沉池污泥 +餐厨垃圾+玉米秆+接种物）的质量为1526kg。
[0054] (4)先从反应器中一次性卸出和进料量相同的发酵残余物，再利用S型摆管双活 塞液压固体泵（即K0S型）将上述1526kg混合原料从干发酵反应器顶部输送到已正常运 行的干发酵反应器中，所有原料一次性投入。
[0055] (5)每天重复上述步骤（2-4)，进行为期3个月的连续厌氧干发酵，原料在干发酵 反应器中的停留时间为22天，同时控制发酵温度为54°C。
7[0056] (6)每天卸出的发酵残余物，除了取509kg作接种物使用，其余部分采用挤压式螺 旋分离机进行固液分离，固液分离后固体部分（沼渣）的含水率为30%，固液分离后的液体 部分（沼液）储存于沼液池中备用。
[0057] (7)厌氧发酵产生的沼气经过净化后，采用沼气发电机组发电，同时回收发电产生 的余热，并生产水蒸汽。水蒸汽首先用于沼渣的高温灭菌，灭菌温度为85°C，灭菌时间为 40min，灭菌后的沼渣作为固体有机肥料使用。水蒸汽从灭菌器出来后变成高温热水，高温 热水再用于干发酵反应器加热保温，随后变成低温冷水，低温冷水进入余热回收装置用于 循环生产水蒸汽。
[0058] 实施例3
[0059] 剩余活性污泥、新鲜猪粪、餐厨垃圾和稻秆的混合连续干发酵联产电肥：
[0060] (1)采用沉砂池、刮泥机和排砂泵去除剩余活性污泥中的无机沉淀物，采用餐厨垃 圾破碎机将餐厨垃圾的粒径减小到20mm以下；采用秸秆破碎机将稻秆的粒径减小到40mm。 经过分别采样分析，剩余活性污泥的TS含量为2 %，C/N比为5 ： 1，属于流态化、高氮、难 水解酸化原料；新鲜猪粪的TS含量为20%，C/N比为13 ： 1，属于低固体、高氮、难水解酸 化原料；餐厨垃圾的TS含量为25%，C/N比为18 ： 1，属于低固体、碳氮适合、易水解酸化 原料；稻秆的TS含量为80%，C/N比为60 ： 1，属于高固体、高碳、难水解酸化原料。
[0061] (2)将上述预处理后的剩余活性污泥527kg、新鲜猪粪400kg、餐厨垃圾400kg、稻 秆13. 3kg在混料仓中进行混合，混合后原料总TS为15 %，C/N为15 ： 1。
[0062] (3)取201kg干发酵反应器中的发酵残余物作为接种物添加到上述混料仓中，并 搅拌使原料混合均勻，接种量为上述混合原料总质量的15%。接种后总原料（剩余活性污 泥+新鲜猪粪+餐厨垃圾+稻秆+接种物）的质量为1541kg。
[0063] (4)先从反应器中一次性卸出和进料量相同的发酵残余物，再利用S型摆管双活 塞液压固体泵（即KOS型）将上述1541kg混合原料从干发酵反应器顶部输送到已正常运 行的干发酵反应器中，所有原料一次性投入。
[0064] (5)每天重复上述步骤（2-4)，进行为期3个月的连续厌氧干发酵，原料在干发酵 反应器中的停留时间为15天，同时控制发酵温度为38°C。
[0065] (6)每天卸出的发酵残余物，除了取201kg作接种物使用，其余部分采用挤压式螺 旋分离机进行固液分离，固液分离后固体部分（沼渣）的含水率为35%，固液分离后的液体 部分（沼液）储存于沼液池中备用。
[0066] (7)厌氧发酵产生的沼气经过净化后，采用沼气发电机组发电，同时回收发电产生 的余热，并生产水蒸汽。水蒸汽首先用于沼渣的高温灭菌，灭菌温度为100°c，灭菌时间为 20min，灭菌后的沼渣作为固体有机肥料使用。水蒸汽从灭菌器出来后变成高温热水，高温 热水再用于干发酵反应器加热保温，随后变成低温冷水，低温冷水进入余热回收装置用于 循环生产水蒸汽。
[0067] 实施例4
[0068] 沼液、剩余活性污泥、新鲜猪粪、餐厨垃圾和稻秆的混合连续干发酵联产电肥的运 行工艺过程：
[0069] (1)采用沉砂池、刮泥机和排砂泵去除剩余活性污泥中的无机沉淀物，采用餐厨垃 圾破碎机将餐厨垃圾的粒径减小到20mm以下；采用秸秆破碎机将稻秆的粒径减小到40mm。经过分别采样分析，剩余活性污泥的TS含量为2%，C/N比为5 ： 1，属于流态化、高氮、难 水解酸化原料；新鲜猪粪的TS含量为20%，C/N比为13 ： 1，属于低固体、高氮、难水解酸 化原料；餐厨垃圾的TS含量为25%，C/N比为18 ： 1，属于低固体、碳氮适合、易水解酸化 原料；稻秆的TS含量为80%，C/N比为60 ： 1，属于高固体、高碳、难水解酸化原料。
[0070] (2)将上述预处理后的剩余活性污泥500kg、新鲜猪粪400kg、餐厨垃圾400kg、稻 秆13. 3kg以及沼液27kg在混料仓中进行混合，混合后原料总TS为15 %，C/N为15 ： 1。
[0071] (3)取201kg干发酵反应器中的发酵残余物作为接种物添加到上述混料仓中，并 搅拌使原料混合均勻，接种量为上述混合原料总质量的15%。接种后总原料（沼液+剩余 活性污泥+新鲜猪粪+餐厨垃圾+稻秆+接种物）的质量为1541kg。
[0072] (4)先从反应器中一次性卸出和进料量相同的发酵残余物，再利用S型摆管双活 塞液压固体泵（即KOS型）将上述1541kg混合原料从干发酵反应器顶部输送到已正常运 行的干发酵反应器中，所有原料一次性投入。
[0073] (5)每天重复上述步骤（2-4)，进行为期3个月的连续厌氧干发酵，原料在干发酵 反应器中的停留时间为15天，同时控制发酵温度为35°C。
[0074] (6)每天卸出的发酵残余物，除了取201kg作接种物使用，其余部分采用挤压式螺 旋分离机进行固液分离，固液分离后固体部分（沼渣）的含水率为35%，固液分离后的液体 部分（沼液）储存于沼液池中备用。
[0075] (7)厌氧发酵产生的沼气经过净化后，采用沼气发电机组发电，同时回收发电产生 的余热，并生产水蒸汽。水蒸汽首先用于沼渣的高温灭菌，灭菌温度为100°C，灭菌时间为 20min，灭菌后的沼渣作为固体有机肥料使用。水蒸汽从灭菌器出来后变成高温热水，高温 热水再用于干发酵反应器加热保温，随后变成低温冷水，低温冷水进入余热回收装置用于 循环生产水蒸汽。
[0076] 实施例2的运行效果：
[0077] 由于采用液压固体泵，可以实现固体原料在密闭条件下的连续输送，因此厌氧干 发酵反应器可以实现长期的连续运行。反应器TS浓度为30%，日处理能力1017kg，以干物 质计算，日处理能力305kg，厌氧发酵没有出现有机酸抑制现象，厌氧发酵系统的pH自己稳 定在6. 8^7. 5之间，总挥发性有机酸浓度在2000mg/L以下，低于厌氧发酵的抑制浓度，容积 产气率为4m3/(m3· d)，甲烷含量65%。
[0078] 以下为现有技术对比例。
[0079] 对比例一
[0080] 初沉池污泥单独湿式厌氧发酵的运行过程及运行效果：
[0081] 采用沉砂池、刮泥机和排砂泵去除初沉池污泥中的无机沉淀物，经过采样分析，初 沉池污泥的TS含量为6%，C/N比为9 ： 1，属于流态化、高氮、难水解酸化原料。将上述预 处理后的初沉池污泥进行单独湿式厌氧发酵，每天进料1017kg，控制发酵温度54°C，停留 时间22天。
[0082] 由于采用湿式厌氧发酵，反应器TS浓度仅为6%，且发酵原料为单一的高氮、难 降解初沉池污泥，其废弃物处理能力和产气能力均较差。日处理能力1017kg，但以干物质 计算，日处理能力仅为61kg，虽然厌氧发酵没有出现抑制现象，但容积产气率仅为0. 3m3/ (m3 · d)，甲烷含量55%。[0083] 对比例二
[0084] 餐厨垃圾单独厌氧发酵的运行过程及运行效果：
[0085] 采用餐厨垃圾破碎机将餐厨垃圾的粒径减小到20mm以下，经过采样分析，餐厨垃 圾的TS含量为25%，C/N比为18 ： 1，属于低固体、碳氮适合、易水解酸化原料。将上述预 处理后的餐厨垃圾直接单独进行厌氧发酵，每天进料1017kg，控制发酵温度54°C，停留时 间22天。
[0086] 餐厨垃圾的TS含量为25%，直接进行厌氧干发酵，虽然发酵原料的C/N比较为 适合，但是由于餐厨垃圾是易水解酸化原料，厌氧发酵受到挥发性有机酸的强烈抑制，致 使厌氧发酵一直未能正常启动运行，厌氧发酵系统的PH低于6. 0，总挥发性有机酸浓度在 30000mg/L以上，远远高于厌氧发酵的抑制浓度。
[0087] 对比例三
[0088] 玉米秆单独厌氧发酵的运行过程及运行效果：
[0089] 采用秸秆破碎机将玉米秆的粒径减小到40mm，经过采样分析，玉米秆的TS含量为 80%，C/N比为50 ： 1，属于高固体、高碳、难水解酸化原料。将上述预处理后的玉米秆进行 单独厌氧发酵，调节干发酵浓度TS为40%，控制发酵温度54°C，停留时间22天。
[0090] 由于玉米秆属于高固体原料，即使采用TS为40%的干发酵工艺，还需要额外添加 大量的水。另外，由于稻秆属于高碳的难水解酸化原料，产气速率较慢且产气质量较差，即 使在TS为40%的干发酵工艺条件下，池容产气率也仅为1. 2m3/(m3 • d)，甲烷含量58%。
[0091] 由上述比较分析，可以看出单一原料的厌氧发酵很难获得较佳的厌氧发酵产气能 力和较大的废弃物处理能力，要么原料浓度较低、要么容易出现挥发性有机酸抑制、要么碳 氮比不适合、要么原料的水解酸化较难进行，这些因素都可能限制产气能力和处理能力。而 采用本发明方法可以优化发酵原料结构（原料浓度、C/N、水解酸化性），获得较佳的厌氧发 酵产气能力和较大的废弃物处理能力。另外，由于干发酵的采用，可以降低发酵残余物的固 液分离成本及有机肥运输成本。
Claims (2)
- 一种原料特性互补型混合连续干发酵联产电肥的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)原料预处理，对于流态化原料，去除无机沉淀物；对于低固体原料，经破碎将原料粒径减小到20mm以下；对于高固体原料，经破碎将原料粒径减小到40mm以下；(2)原料混配，将上述预处理后的流态化原料、低固体原料、高固体原料以及来自于固液分离单元的沼液混合，确保混合后原料TS为15％~40％，同时控制高碳原料、高氮原料、碳氮适合原料的进料比例，确保混合后原料C/N为15~30∶1，并确保混合原料中同时含有易水解酸化原料和难水解酸化原料；(3)接种，采用干发酵反应器中的发酵残余物作为接种物，接种量为上述混合原料总质量的15％~80％，将接种物进行搅拌混合；(4)厌氧干发酵，将接种后的混合原料在密闭的干发酵反应器中进行发酵产沼气，每天进出料1~2次，每次的进料量与出料量相同，且进料之前先出料，控制发酵温度为30℃~60℃，物料在干发酵反应器中的停留时间为15~30天；(5)固液分离，上述卸出的发酵残余物，一部分用作接种物，其余部分进行固液分离，并确保固液分离后固体部分沼渣的含水率为20％~35％，固液分离后的液体部分沼液存放于沼液储存池以备用，用来调节进料原料的TS浓度；(6)灭菌，固液分离获得的沼渣进行高温灭菌，灭菌后的沼渣即可作为固体有机肥料；(7)沼气利用，厌氧发酵产生的沼气经过净化后，供发电系统使用，发电系统在产电的同时会产生余热，通过余热回收装置产生水蒸汽，水蒸汽首先用于步骤(6)中沼渣的高温灭菌，完成灭菌后的水蒸汽变成高温热水，高温热水再用于干发酵反应器加热保温，随后变成低温冷水，低温冷水进入余热回收装置用于循环生产水蒸汽。
- 2.如权利要求1所述的原料特性互补型混合连续干发酵联产电肥的方法，其特征在于 步骤（2)中所述易水解酸化原料为有机酸废水、藻类、餐厨垃圾、果蔬废弃物、肉类加工废 弃物中的一种或几种的混合；所述难水解酸化原料为农作物秸秆、食草类动物粪便、树叶、 草、废纸、废纸板、初沉池污泥、剩余活性污泥和造纸污泥中的一种或几种的混合。
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