CN102120681A - 农作物秸秆与污泥耦合发酵制取沼气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种农作物秸秆与污泥耦合发酵产沼气的方法。将破碎的农作物秸秆与污水厂污泥混合后进行加热预处理，得混合物(1)；将破碎的农作物秸秆在加酸加热的条件下预处理后与污水厂污泥在加碱加热预处理后进行混合，得混合物(2)；将混合物(1)或混合物(2)进行固液分离，分离得到的液体进行厌氧发酵制取沼气，或将混合物(1)与混合物(2)分别直接进行酸发酵，发酵结束后再进行固液分离，得到的液体进行甲烷发酵。本发明解决了厌氧发酵过程的C/N失调问题，且大大提高了厌氧发酵速率。

Description

农作物秸秆与污泥耦合发酵制取沼气的方法
技术领域
本发明涉及一种农作物秸秆与污泥耦合发酵制取沼气的方法，属于固体废弃物资源化技术领域。
背景技术
农作物秸秆和污水处理厂污泥是目前亟待解决的固体废弃物问题，目前常采用的处理方法有焚烧、堆肥、厌氧发酵等技术。厌氧发酵技术在处理废弃物的基础上，又可以产生沼气能源，因此受到了广泛的关注。
适用于微生物进行厌氧消化的适宜C/N在17-24之间，而秸秆单独消化处理C/N不能满足要求。污水处理厂的污泥经处理后，细胞内的蛋白质可以释放出来，氮源充足。因此可以用于秸秆的厌氧发酵过程，用以调节消化反应需要的适宜的C/N。同时，由于秸秆的结构复杂，用于厌氧发酵产沼气必须进行预处理，成本很高。而污泥处理的费用也是居高不下。如果秸秆和污泥能够耦合厌氧发酵产沼气，则大大节省了污泥的处理费用，总成本降低。
如果简单的将秸秆和污泥混合进行固相发酵，则发酵速率缓慢，效率低。而液相发酵速率快，效率高。因此，如果能够开发一种处理技术，将秸秆和污泥中大部分有机成分转移到液相，混合后进行液相发酵，则不仅可以解决厌氧发酵过程中存在的速率慢、效率低、C/N失调的难题，同时也能处理废弃物，改善环境。
发明内容
本发明的目的在于提供一种农作物秸秆与污泥耦合发酵制取沼气的方法。该方法与其他方法比较具有成本低、效率高、速率快等优点。
本发明是采用如下技术方案实现的：
技术方案一：
首先将农作物秸秆破碎到1mm至10mm之间的任意长度，并与污水处理厂污泥按重量比5-25∶1的比例混合。该污水处理厂的污泥是通过重力浓缩后未使用化学絮凝剂的污泥，含水率为99-97％；或是重力浓缩后不使用化学絮凝剂而直接经机械浓缩的污泥，含水率为95-90％；或是添加占污泥干重0.2％以下的高分子絮凝剂或0.5％以下的无机絮凝剂后经机械压滤的污泥，含水率为90-80％；或加占污泥干重0.3％及以上的高分子絮凝剂并压滤后的污泥，含水率为85-75％；
其次，将秸秆与污泥的混合物在100-160℃，且添加小于占液体量1％的酸或碱的条件下进行预处理，处理时间为1-180min。酸可以是硫酸，硝酸，盐酸的混合物，也可以是单种酸：各种酸的比例可以根据实际情况优化。
第三，将秸秆与污泥预处理后的混合物固液分离，得到的液体进行厌氧发酵制取沼气。水力停留时间1-3天。或将秸秆与污泥预处理后的混合物进行酸发酵，之后进行固液分离得到的液体进行甲烷发酵制取沼气。
技术方案二：
首先将农作物秸秆破碎到1mm至10mm之间的任意长度。
其次，将秸秆在100-160℃，且酸浓度小于1％条件下进行预处理，预处理时间为1-180min。同时将污水处理厂通过重力浓缩后未使用化学絮凝剂的污泥，含水率为99-97％；或是重力浓缩后不使用化学絮凝剂而直接经机械浓缩的污泥，含水率为95-90％；或是添加占污泥干重0.2％以下的高分子絮凝剂或0.5％以下的无机絮凝剂后经机械压滤的污泥，含水率为90-80％；或加占污泥干重0.3％及以上的高分子絮凝剂并压滤后的污泥，含水率为85-75％，在100-160℃，且碱浓度小于1％条件下进行预处现，预处理时间为1-180min。
第三，将秸秆预处理后的混合物与污泥处理后的混合物按重量比5-25∶1的比例混合并固液分离，得到的液体进行厌氧发酵制取沼气。水力停留时间1-5天。或将秸秆与污泥预处理后的混合物进行酸发酵，之后进行固液分离得到的液体进行甲烷发酵制取沼气。
本发明的有益效果：
本发明将农作物秸秆与污水处理厂污泥处理后进行耦合发酵制取沼气，克服了秸秆单独发酵存在的成本高、C/N失调等难题。同时解决了一部分剩余污泥的问题。另外，将秸秆和污泥预处理后，将秸秆和污泥的有机成分大部分转移到液相，通过液相发酵来制取沼气。大大提高了发酵速率和效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
实施例1：
将农作物秸秆破碎到2mm，与污水处理厂通过重力浓缩后未使用化学絮凝剂的含水率为98.5％的污泥进行混合，污泥与秸秆的比例为1∶5。将混合物在150℃，添加硫酸的浓度为0.8％下进行预处理，处理时间6min。将预处理后的混合物进行固液分离，得到的液体进行甲烷发酵，发酵温度35℃，水力停留时间为2天，沼气的产量达到了0.25m3//kg混合物干重。
实施例2：
将农作物秸秆破碎到10mm，与污水处理厂重力浓缩后不使用化学絮凝剂而直接经机械浓缩的污泥，含水率为90％，进行混合，污泥与秸秆的比例为1∶8，加适量的水。将混合物在100℃，添加氢氧化钠的浓度为0.9％下进行预处理，处理时间为180min。将预处理后的混合物进行酸发酵，然后固液分离，分离得到的液体进行甲烷发酵，发酵温度为35℃，水力停留时间为3天。
实施例3：
将农作物秸秆破碎到1mm，与污水处理厂添加占污泥干重0.1％的高分子絮凝剂后经机械压滤的污泥，含水率为80％，进行混合，污泥与秸秆的比例为1∶15。将混合物在120℃，添加硝酸浓度为0.6％的条件下进行预处理，处理时间为10min。将预处理后的混合物进行固液分离得到的液体进行甲烷发酵。水力停留时间为1天。
实施例4：
将农作物秸秆破碎至5mm，与污水处理厂添加占污泥干重0.35％的高分子絮凝剂并压滤后的污泥，含水率为75％，进行混合，污泥与秸秆的比例为1∶25。将混合物在160℃，添加盐酸浓度为0.4％的条件下进行预处理，处理时间为8min。将预处理后的混合物进行固液分离，分离得到的液体进行厌氧发酵。水力停留时间为3天。
实施例6：
将农作物秸秆破碎至5mm，在温度为160℃，硫酸，硝酸和盐酸3种酸按等比例其总浓度为0.4％条件下进行预处理，预处理时间为10min，得混合物1，；将污水处理厂重力浓缩后不使用化学絮凝剂而直接经机械浓缩的污泥，含水率为80％，在温度为120℃，氢氧化钠浓度为0.2％条件下进行预处理，预处理时间为5min，得到混合物2。将混合物1与混合物2按1∶8的比例混合后进行固液分离，分离后液体进行厌氧发酵，发酵温度为35℃，水力停留时间为2天。
实施例7：
将农作物秸秆破碎至5mm，在温度为150℃，硫酸和硝酸2种酸按等比例其浓度为0.6％条件下进行预处理，预处理时间为6min，得到混合物1；将污水厂添加占污泥干重0.3％的无机絮凝剂后经机械压滤的污泥，含水率为90％，在温度为100℃，氢氧化钠浓度为0.9％条件下进行预处理，预处理时间为180min，得混合物2。将混合物1与混合物2按1∶15的比例混合后进行酸发酵，然后固液分离，得到的液体进行甲烷发酵。水力停留时间为1天。
实例8：
将农作物秸秆破碎至3mm，在温度为120℃，硫酸，硝酸和盐酸3种酸按2∶1∶1的比例，或硝酸和盐酸按等比例，或硫酸和盐酸按等比例，其总酸浓度均为0.8％条件下进行预处理，预处理时间为1min，得混合物1；将污水厂添加占污泥干重0.3％的高分子絮凝剂并压滤后的污泥，含水率为85％，在温度为120℃，氢氧化钠浓度为0.8％条件下进行预处理，预处理时间为60min，得混合物2。将混合物1与混合物2按1∶25的比例混合后进行固液分离，分离后液体进行厌氧发酵，水力停留时间为3天。

Claims (6)

1.一种利用农作物秸秆和污泥进行厌氧发酵产生沼气的方法，其特征是至少由以下工序组成；
(1)将农作物秸秆破碎到1mm至10mm间的任意长度；
(2)将破碎后的秸秆与污水处理厂的污泥混合；
(3)对上述混合物进行加热预处理；
(4)对上述加热预处理后的混合物进行固液分离；
(5)对上述分离得到的液体进行厌氧发酵制取沼气。
2.一种利用农作物秸秆和污泥进行厌氧发酵产生沼气的方法，其特征是至少由以下工序组成；
(1)将农作物秸秆破碎到1mm至10mm间的任意长度；
(2)将破碎后的秸秆在添加酸并且加热条件下预处理；污水处理厂的污泥在加碱和加热条件下进行预处理；
(3)对上述(2)预处理后的液态产物进行混合；
(4)对上述(3)预处理后的混合物进行固液分离；
(5)对上述分离得到的液体进行厌氧发酵制取沼气。
3.如权利要求1中(2)利权利要求2中的(2)所述的污水处理厂的污泥，其特征在于该污泥是通过重力浓缩后未使用化学絮凝剂的污泥，含水率为99-97％；或是重力浓缩后不使用化学絮凝剂而直接经机械浓缩的污泥，含水率为95-90％；或是添加占污泥干重0.2％以下的高分子絮凝剂或0.5％以下的无机絮凝剂后经机械压滤的污泥，含水率为90-80％；或加占污泥干重0.3％及以上的高分子絮凝剂并压滤后的污泥，含水率为85-75％。
4.如权利要求1中(3)和权利要求2中(2)所述的加热预处理方法，其特征在于加热温度在100-160℃之间。
5.如权利要求1中(3)所述的加热预处理方法，其特征在于在向液体中添加小于液体重量1％的酸，所述酸为硫酸，或硝酸，或盐酸的单种酸，或按任意比例添加的这几种酸的任意混合物，或添加小于液体重量1％的碱。
6.如权利要求1中(3)或权利要求2中(3)得到的固液混合物不经固液分离直接进行酸发酵，经酸发酵后得到的混合物进行固液分离，分离得到的液体进行甲烷发酵制取沼气，水力停留时间为1-3天。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103785669A (zh) * 2014-01-23 2014-05-14 天紫再生资源加工（天津）有限公司 生活垃圾与秸秆再利用综合系统
CN106276900A (zh) * 2016-08-03 2017-01-04 中国农业大学 一种热水解耦合厌氧发酵处理有机废弃物的方法
CN109207345A (zh) * 2018-09-25 2019-01-15 大连理工大学 一种玉米秸秆乙醇型发酵耦合城市污泥厌氧共消化的装置与工艺

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