CN104878046A - 一种好氧与厌氧耦合两相发酵产沼气工艺方法 - Google Patents

Abstract

一种好氧与厌氧耦合两相发酵产沼气工艺方法属于可再生能源利用技术；本方法包括将作物秸秆配料与混料、湿法好氧水解发酵和湿法厌氧产甲烷发酵三个步骤，在湿法好氧水解发酵步骤中利用好氧微生物的快速繁殖，将作物秸秆木质素降解，破坏木质纤维素结构，使为后续湿法厌氧产甲烷发酵步骤中能被充分利用的纤维素和半纤维素暴露出来，以提高甲烷产气率；本方法充分发挥和利用了好氧发酵和厌氧发酵的各自优势，无需添加任何化学试剂，操作简便，工艺简单，甲烷产率高，作物秸秆综合利用效果好，适用范围广。

Description

一种好氧与厌氧耦合两相发酵产沼气工艺方法

技术领域

本发明属于可再生能源开发利用与环境保护领域，具体涉及一种好氧与厌氧耦合两相发酵产沼气工艺技术。

背景技术

我国是农业大国，各类农作物秸秆资源十分丰富，年产量约为0.79亿t。秸秆是宝贵的可再生资源，含有80％～90％的有机质，但目前秸秆的利用率仅为33％左右，大部分被就地焚烧，不仅易造成火灾事故，同时还污染环境，造成雾霾天气，危害人体健康。

以秸秆为原料进行厌氧发酵生产沼气是秸秆能源化利用的有效途径。秸秆中的主要的有机成分为纤维素和半纤维素，其次为木质素及其它可溶性物质和灰分。秸秆中的木质素联接于纤维素和半纤维素之间，三者相互缠绕所形成的结构在植物细胞壁中形成一个致密的物理屏障，阻止微生物的接触，致使秸秆中的纤维素和半纤维素不宜被微生物降解，如不经处理就进行厌氧发酵易出现水解酸化缓慢，产气周期长、秸秆利用效率低等问题，这是导致秸秆不能够被大规模用于沼气生产的主要原因，已成为秸秆厌氧发酵技术中的瓶颈问题。

秸秆类物料的水解酸化首要步骤是木质素的降解，有研究表明木质素最初的裂解需要分子氧的存在，未经过好氧处理的木质素几乎不能在厌氧环境下被微生物降解。

现有Biopercolat工艺、Linder KCA工艺、APS工艺中，也都采用了好氧或微好氧水解酸化，但这三种工艺水解酸化过程中TS较高，都是利用干法对秸秆进行水解酸化，干法发酵传热传质困难，阻碍微生物向粗纤维内部的渗透，使得微生物不能有效地与底物接触，粗纤维的降解速度慢、降解不均匀，并且干法发酵秸秆原料进出料困难，难以连续运行,因此提出一种适应于秸秆沼气发酵的新工艺方法是提高秸秆沼气发酵利用率成为当务之急。

发明内容

本发明的目的就是针对上述问题，提出一种好氧与厌氧耦合两相发酵产沼气工艺方法，首先采用湿法好氧发酵进行水解酸化，有利于微生物向粗纤维内部的渗透，为后续湿法厌氧发酵提供适宜底物。该工艺能够同时发挥好氧发酵和厌氧发酵的优势，起到互相支持和促进作用，提高农作物秸秆的降解率和产气率，利用工艺参数的控制使该工艺达到较佳的效果，有利于秸秆沼气进一步推广应用，可满足和适应大型沼气工程的工艺需要。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种好氧与厌氧耦合两相发酵产沼气工艺方法，所述方法步骤如下：

①配料及混料：将作物秸秆粉碎成粒径为10-30mm的秸秆原料，经黄储后，与产甲烷发酵相回流沼液混合调浆，混合调浆总固体浓度为6-10％，物料均匀混合；

②湿法好氧水解发酵：将上述得到的混合均匀物料送入湿法好氧水解发酵反应器中进行好氧水解酸化，加热，控制好氧产酸发酵相温度为30-42℃中温发酵，根据水解产酸发酵相溶解氧、均质状况控制曝气和搅拌的周期及频率，同时加入菌剂，所述菌剂为木霉和黑曲霉按质量比为1:1混合，根据pH控制水解产酸发酵相水力停留时间；

③湿法厌氧产甲烷发酵：将上述达到设定pH值的湿法好氧水解发酵物料送入湿法厌氧发酵反应器中进行厌氧产甲烷发酵，加热，控制厌氧产甲烷发酵相温度为30-42℃中温发酵；所述湿法厌氧发酵产出的甲烷经净化提纯成为生物燃气，将含有悬浮污泥的沼液回流到湿法好氧水解发酵反应器中进行调质，将高固含量沼液沼渣排出经固液分离后，其中的沼渣经粉碎调质制备成栽培基质，沼液浓缩制备成腐殖酸。

本发明的有益效果是：采用好氧与厌氧耦合两相发酵工艺产沼气，利用湿法好氧发酵阶段好氧微生物的快速繁殖及好氧微生物对木质纤维素的降解作用，水解产酸发酵相木质素降解3％-5％，使纤维素和半纤维素暴露出来，为后续湿法厌氧发酵过程提供适宜的底物，在湿法厌氧发酵过程中产甲烷发酵相纤维素降解30％-45％，可使产气率显著提高，好氧水解酸化效果明显；本发明充分利用好氧发酵和厌氧发酵的优势，取长补短，无需添加任何化学试剂对秸秆进行预处理，操作简便，产生的沼渣可作为栽培基质，沼液浓缩制备腐殖酸，有利于大中型沼气工程推广应用，同时解决农作物秸秆的资源化利用问题，改善环境污染和农村的居住环境。

附图说明

图1是一种好氧与厌氧耦合两相发酵产沼气工艺方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施方案进行详细描述。

一种好氧与厌氧耦合两相发酵产沼气工艺方法，所述方法步骤如下：

①配料及混料：将作物秸秆粉碎成粒径为10-30mm的秸秆原料，经黄储后，与产甲烷发酵相回流沼液混合调浆，混合调浆总固体浓度为6-10％，物料均匀混合；

②湿法好氧水解发酵：将上述得到的混合均匀物料送入湿法好氧水解发酵反应器中进行好氧水解酸化，加热，控制好氧产酸发酵相温度为30-42℃中温发酵，根据水解产酸发酵相溶解氧、均质状况控制曝气和搅拌的周期及频率，同时加入菌剂，所述菌剂为木霉和黑曲霉按质量比为1:1混合，根据pH控制水解产酸发酵相水力停留时间；

③湿法厌氧产甲烷发酵：将上述达到设定pH值的湿法好氧水解发酵物料送入湿法厌氧发酵反应器中进行厌氧产甲烷发酵，加热，控制厌氧产甲烷发酵相温度为30-42℃中温发酵；所述湿法厌氧发酵产出的甲烷经净化提纯成为生物燃气，将含有悬浮污泥的沼液回流到湿法好氧水解发酵反应器中进行调质，将高固含量沼液沼渣排出经固液分离后，其中的沼渣经粉碎调质制备成栽培基质，沼液浓缩制备成腐殖酸。所述作物秸秆包括玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆中的一种或两种以上秸秆的混合物。本发明与传统方法相比，作物秸秆纤维素降解率提高到50％以上，甲烷产率提高了10％-30％，本工艺方法技术效果显著。

Claims (2)

1.一种好氧与厌氧耦合两相发酵产沼气工艺方法，其特征在于：所述方法步骤如下：

①配料及混料：将作物秸秆粉碎成粒径为10-30mm的秸秆原料，经黄储后，与产甲烷发酵相回流沼液混合调浆，混合调浆总固体浓度为6-10％，物料均匀混合；

②湿法好氧水解发酵：将上述得到的混合均匀物料送入湿法好氧水解发酵反应器中进行好氧水解酸化，加热，控制好氧产酸发酵相温度为30-42℃中温发酵，根据水解产酸发酵相溶解氧、均质状况控制曝气和搅拌的周期及频率，同时加入菌剂，所述菌剂为木霉和黑曲霉按质量比为1:1混合，根据pH控制水解产酸发酵相水力停留时间；

③湿法厌氧产甲烷发酵：将上述达到设定pH值的湿法好氧水解发酵物料送入湿法厌氧发酵反应器中进行厌氧产甲烷发酵，加热，控制厌氧产甲烷发酵相温度为30-42℃中温发酵；所述湿法厌氧发酵产出的甲烷经净化提纯成为生物燃气，将含有悬浮污泥的沼液回流到湿法好氧水解发酵反应器中进行调质，将高固含量沼液沼渣排出经固液分离后，其中的沼渣经粉碎调质制备成栽培基质，沼液浓缩制备成腐殖酸。

2.根据权利要求1所述的一种好氧与厌氧耦合两相发酵产沼气工艺方法，其特征在于：所述作物秸秆包括玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆中的一种或两种以上秸秆的混合物。