CN105755051B - 沼气的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种沼气的制备方法，用于制备沼气的原料包括秸秆和糖蜜酒精废水。包括以下步骤：(1)原料处理，将秸秆和糖蜜酒精废水混合置入酸化罐中进行酸化处理；(2)厌氧发酵，投入已经接好厌氧菌种的厌氧发酵罐中；(3)厌氧出水处理：将厌氧发酵罐反应后的出水进行生物脱硫，得到厌氧出水；(4)将厌氧出水置入酸化罐中对秸秆和糖蜜酒精废水混合物进行酸化，然后置入厌氧发酵罐中进行厌氧发酵。本发明沼气的制备方法，利用秸秆和糖蜜酒精废水含有较大的碳氮比，通过两者混合，促进秸秆中纤维素的降解，同时通过秸秆纤维对糖蜜酒精废水硫酸根、色素的吸附，及通过生物脱硫罐对厌氧出水硫的脱除，使沼气产量也大幅增加，并可以持续运行。

Description

沼气的制备方法
技术领域
本发明涉及沼气制备领域，特别涉及一种沼气的制备方法。
背景技术
国家“十二五”规划纲要提出，生物质能将作为新能源产业发展新一代能源的重点之一。作为战略性新兴产业重点培育之一的生物质能源产业将在“十二五”期间迎来新一轮的发展机遇、迎来巨大政策效应和经济效应。
我国南方是甘蔗的主产区，每年有大量的糖厂产生的废糖蜜，该废糖蜜大部分用于生产酒精，但糖蜜酒精废水的污染治理一直没有经济的处理方法，一般都是蒸发浓缩后进行焚烧处理，造成了大气雾霭超标的环境污染及资源的浪费。糖蜜酒精废水的主要成份是有机物，含有较高的硫酸根，如果直接用于厌氧制取沼气，则发酵厌氧发酵会酸化，厌氧发酵不可持续，最终导致厌氧无法运行。同时农作物秸秆目前也没有可行的处理方法，一般农民直接在田间进行燃烧处理，也造成了大气雾霭超标的环境污染及资源的浪费。国家提倡利用农作物秸秆制取沼气，纯秸秆制取沼气技术虽然已经可行，但纯秸秆厌氧产沼气量很少，没有经济可行性。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种沼气的制备方法，利用秸秆和糖蜜酒精废水作为主要原料，解决农业废弃物的资源化应用的同时，使得工程具有本身的经济可行性。解决了农作物秸秆焚烧造成环境污染的问题。使农业废弃物得到充分利用，资源得到充分利用。
为实现上述目的，本发明提供了一种沼气的制备方法，用于制备沼气的原料包括秸秆和糖蜜酒精废水。
优选地，上述技术方案中，所述的沼气的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料处理，将秸秆和糖蜜酒精废水混合置入酸化罐中，并调节酸化罐中的pH值，在厌氧启动运行前用含有厌氧菌种的污水对秸秆和糖蜜酒精废水混合物进行酸化，在厌氧启动后，用厌氧发酵罐中的厌氧出水对秸秆和糖蜜酒精废水混合物进行酸化；当厌氧发酵罐中的厌氧出水的量不够秸秆和糖蜜酒精废水酸化时，可再充入含有厌氧菌种的污水；
(2)厌氧发酵，将步骤(1)处理后的秸秆和糖蜜酒精废水混合物投入已经接好厌氧菌种的厌氧发酵罐中；
(3)厌氧出水处理：将厌氧发酵罐反应后的出水进行生物脱硫，得到厌氧出水；
(4)将步骤(3)得到的厌氧出水置入酸化罐中对秸秆和糖蜜酒精废水混合物进行酸化，然后将酸化处理后的秸秆和糖蜜酒精废水混合物置入厌氧发酵罐中进行厌氧发酵。
优选地，上述技术方案中，糖蜜酒精废水与秸秆的质量比为1:2-2:1。
优选地，上述技术方案中，所述步骤(1)秸秆和糖蜜酒精废水混合物过程中，调节pH值为6-6.5，保存4-8小时。
优选地，上述技术方案中，所述步骤(1)中使用石灰调节秸秆和糖蜜酒精废水混合物的pH值。
优选地，上述技术方案中，所述步骤(1)中在厌氧启动前，用污水处理厂的厌氧液对秸秆和糖蜜酒精废水进行酸化处理，厌氧菌种水分含量为90-95％。
优选地，上述技术方案中，所述步骤(2)厌氧发酵时，厌氧发酵罐内的温度为35-40℃或55-60℃，厌氧发酵时间为18-22天。
优选地，上述技术方案中，所述步骤(3)中经厌氧发酵罐反应后的出水进行固液分离，然后进行生物脱硫；所述的生物脱硫为将厌氧出水置入脱硫罐中，往脱硫罐中通入压缩空气，溶解氧控制为0.1-1mg/L，保持1-5小时。
优选地，上述技术方案中，所述的沼气的制备方法，所用的制备装置包括：酸化灌，其用于容纳秸秆和糖蜜酒精废水；厌氧发酵罐，其与所述酸化灌连接，所述厌氧发酵罐设有厌氧污泥排放口、沼气收集口以及多个进料口，多个所述进料口设于所述厌氧发酵罐的上部；以及生物脱硫罐，其包括进水口、出水口和单质硫排放口，所述生物脱硫罐的进水口与所述厌氧发酵罐连接，所述生物脱硫罐的出水口与所述调节罐连接。
优选地，上述技术方案中，还包括污水处理系统，其与所述厌氧发酵罐连接。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明沼气制备方法，利用秸秆和糖蜜酒精废水含有相差较大的碳氮比，通过两者混合，促进秸秆中纤维素的降解，同时通过秸秆纤维对糖蜜酒精废水硫酸根、色素的吸附及对通过生物脱硫罐对厌氧出水硫的脱除，使得两种原料沼气产量也大幅增加，并可以持续运行。
(2)本发明成分利用含有高有机物浓度的糖蜜酒精废水容易在酸化罐中产酸活动的特点，通过停留4-8小时，分解了大部分大分子的纤维素为小分子有机物，同时未被分解的纤维素吸附了大量的色素和硫酸根，降低了其对厌氧菌种的抑制作用，使得两种原料发酵周期大大缩短，
(3)厌氧发酵罐的进料口设于上部，出水口设于下部，设于厌氧发酵罐上部的进料口，在进料时，可对厌氧发酵罐中对浮渣层进行喷淋，将厌氧发酵罐内顶部的结块浮渣冲散，防止顶部浮渣结壳，使生产得以连续稳定运行。设于厌氧发酵罐下部的出水口可将厌氧出水排出，使厌氧发酵罐内形成循环流动。
(4)该制取沼气装置中厌氧出水回用部分增设了生物脱硫装置。进一步降低了色素和硫酸根对厌氧菌种的抑制作用，使得糖蜜酒精废水的厌氧发酵得以持续进行。
(5)对厌氧发酵后的出水进行渣夜分离，分离出的沼渣可作为有机肥料加以利用。
附图说明
图1是根据本发明沼气制备方法的制备装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1所示，根据本发明具体实施方式的一种沼气的制备方法的制备装置，包括：酸化灌1，其用于容纳秸秆和糖蜜酒精废水的混合物；厌氧发酵罐2的进料口21通过进水管与所述酸化灌1连接，进料口21设于厌氧发酵罐2的上部，厌氧发酵罐2设有厌氧污泥排放口22和沼气收集口23。厌氧发酵罐2的下部设有出水口24，出水口24与生物脱硫罐3的进水口31连接。优选地，进料口21为多个。设于厌氧发酵罐1上部的进料口，在进料时，可对厌氧发酵罐中对浮渣层进行喷淋，将厌氧发酵罐内顶部的结块浮渣冲散，防止顶部浮渣结壳，使生产得以连续稳定运行。设于厌氧发酵罐下部的出水口可将厌氧出水排出，使厌氧发酵罐内形成循环流动。生物脱硫罐3设有单质硫排放口32，通过生物脱硫罐3处理后产生的硫产物即通过单质硫排放口32排出，生物脱硫罐3设有出水口33，出水口33与酸化罐1连接。本发明制备沼气装置中厌氧出水回用部分增设了生物脱硫装置。进一步降低了色素和硫酸根对厌氧菌种的抑制作用，使得糖蜜酒精废水的厌氧发酵得以持续进行。污水处理单元4，其与厌氧发酵罐2连接，用于处理多余部分的厌氧出水。
实施例1
秸秆原料单独厌氧发酵
(1)秸秆预处理：取100千克秸秆粉碎为不大于0.5公分长度的小段，制备秸秆碎片；
(2)取污水处理厂厌氧液300公斤(厌氧菌种水份含量为90％)，投入酸化罐。取步骤(1)的粉碎后秸秆投入酸化罐，混合均匀放置4小时，然后将混合液泵入已经接好厌氧菌种的厌氧罐(厌氧发酵罐有效容积6立方米)，开始厌氧发酵。
(3)保持厌氧发酵温度40℃不变。每天重复上述步骤(1)和步骤(2)，连续20天，同时收集这20天内产生的沼气量。
每天将厌氧出水进行固液分离，分别收集沼渣和沼液，将沼渣作为有机肥料加以循环利用，沼液进入下一处理单元。
实施例2
糖蜜酒精废水原料单独厌氧发酵
(1)糖蜜酒精废水预处理：取糖蜜酒精废水300千克，加石灰调节PH值到6.0；
(2)取污水处理厂厌氧液300公斤(厌氧菌种水份含量为90％)，投入酸化罐。取步骤(1)的糖蜜酒精废水投入酸化罐，混合均匀放置4小时，然后将混合液泵入已经接好厌氧菌种的厌氧罐(发酵罐有效容积6立方米)，开始厌氧发酵。
(3)保持厌氧发酵温度40℃不变。每天重复上述步骤(1)和步骤(2)，连续20天，同时收集这20天内产生的沼气量。
每天将厌氧出水进行固液分离，分别收集沼渣和沼液，将沼渣作为有机肥料加以循环利用，沼液进入下一处理单元。
实施例3：
糖蜜酒精废水和秸秆原料混合厌氧发酵，秸秆：糖蜜酒精废水配比为质量比2:1
(1)秸秆预处理：取200千克秸秆粉碎为不大于1公分长度的小段，制备秸秆碎片，投入酸化罐中；
(2)糖蜜酒精废水预处理：取糖蜜酒精废水100千克，加石灰调节PH值到6.0，置入酸化罐中；
(3)在厌氧启动前，取污水处理厂厌氧液300公斤，厌氧菌种水份含量为90％，投入酸化罐。混合均匀放置4小时，然后将混合液泵入已经接好厌氧菌种的厌氧罐(发酵罐有效容积6立方米)，开始厌氧发酵；待厌氧启动后，将厌氧发酵罐的厌氧出水置入酸化罐中，与秸秆和糖蜜酒精废水混合均匀，放置4小时，然后将混合液泵入已经接好厌氧菌种的厌氧罐(发酵罐有效容积6立方米)，开始厌氧发酵；
(4)保持厌氧发酵罐内温度40℃不变。每天重复上述步骤(1)至步骤(3)，连续20天，同时收集这20天内产生的沼气量。
每天将厌氧出水进行固液分离，分别收集沼渣和沼液，将沼渣作为有机肥料加以循环利用，沼液进入下一处理单元。
实施例4
糖蜜酒精废水和秸秆原料混合厌氧发酵，秸秆：糖蜜酒精废水配比为质量比1:2
(1)秸秆预处理：取100千克秸秆粉碎为不大于1公分长度的小段，制备秸秆碎片，投入酸化罐中；
(2)糖蜜酒精废水预处理：取糖蜜酒精废水200千克，加石灰调节PH值到6.0，置入酸化罐中；
(3)在厌氧启动前，取污水处理厂厌氧液300公斤，厌氧菌种水份含量为90％，投入酸化罐中。混合均匀放置4小时，然后将混合液泵入已经接好厌氧菌种的厌氧罐(发酵罐有效容积6立方米)，开始厌氧发酵；待厌氧启动后，将厌氧发酵罐的厌氧出水置入酸化罐中，与秸秆和糖蜜酒精废水混合均匀，放置4小时，然后将混合液泵入已经接好厌氧菌种的厌氧罐(发酵罐有效容积6立方米)，开始厌氧发酵；
(4)保持厌氧发酵罐内温度40℃不变。每天重复上述步骤(1)至步骤(3)，连续20天，同时收集这20天内产生的沼气量。
每天将厌氧出水进行固液分离，分别收集沼渣和沼液，将沼渣作为有机肥料加以循环利用，沼液进入下一处理单元。
实施例5
糖蜜酒精废水和秸秆原料混合厌氧发酵，秸秆：糖蜜酒精废水配比为质量比1:1
(1)秸秆预处理：取150千克秸秆粉碎为不大于1公分长度的小段，制备秸秆碎片，投入酸化罐中；
(2)糖蜜酒精废水预处理：取糖蜜酒精废水150千克，加石灰调节PH值到6.0，置入酸化罐中；
(3)在厌氧启动前，取污水处理厂厌氧液300公斤，厌氧菌种水份含量为90％，投入酸化罐中。混合均匀放置4小时，然后将混合液泵入已经接好厌氧菌种的厌氧罐(发酵罐有效容积6立方米)，开始厌氧发酵；待厌氧启动后，将厌氧发酵罐的厌氧出水置入酸化罐中，与秸秆和糖蜜酒精废水混合均匀，放置4小时，然后将混合液泵入已经接好厌氧菌种的厌氧罐(发酵罐有效容积6立方米)，开始厌氧发酵；
(4)保持厌氧发酵罐内温度40℃不变。每天重复上述步骤(1)至步骤(3)，连续20天，同时收集这20天内产生的沼气量。
每天将厌氧出水进行固液分离，分别收集沼渣和沼液，将沼渣作为有机肥料加以循环利用，沼液进入下一处理单元。
实施例6
糖蜜酒精废水和秸秆原料混合厌氧发酵，秸秆：糖蜜酒精废水配比为质量比2:1
(1)秸秆预处理：取200千克秸秆粉碎为不大于1公分长度的小段，制备秸秆碎片，投入酸化罐中；
(2)糖蜜酒精废水预处理：取糖蜜酒精废水100千克，加石灰调节PH值到6.0，置入酸化罐中；
(3)在厌氧启动前，取污水处理厂厌氧液300公斤，厌氧菌种水份含量为90％，投入酸化罐中。混合均匀放置4小时，然后将混合液泵入已经接好厌氧菌种的厌氧罐(发酵罐有效容积6立方米)，开始厌氧发酵；待厌氧启动后，将厌氧发酵罐的厌氧出水置入生物脱硫罐中，将该废水进行脱硫处理，脱硫罐通入压缩空气，溶解氧控制在0.5，保持3小时，然后泵入酸化罐，与秸秆和糖蜜酒精废水混合均匀，放置4小时，然后将混合液泵入已经接好厌氧菌种的厌氧罐(发酵罐有效容积6立方米)，开始厌氧发酵；
(4)保持厌氧发酵罐内温度40℃不变。每天重复上述步骤(1)至步骤(3)，连续20天，同时收集这20天内产生的沼气量。
每天将厌氧出水进行固液分离，分别收集沼渣和沼液，将沼渣作为有机肥料加以循环利用，多余的沼液进入下一处理单元。生物脱硫罐内底部单质硫排出后，进入下一处理单元。
实施例7
糖蜜酒精废水和秸秆原料混合厌氧发酵，秸秆：糖蜜酒精废水配比为质量比1:2
(1)秸秆预处理：取100千克秸秆粉碎为不大于1公分长度的小段，制备秸秆碎片，投入酸化罐中；
(2)糖蜜酒精废水预处理：取糖蜜酒精废水200千克，加石灰调节PH值到6.0，置入酸化罐中；
(3)在厌氧启动前，取污水处理厂厌氧液300公斤，厌氧菌种水份含量为90％，投入酸化罐中。混合均匀放置4小时，然后将混合液泵入已经接好厌氧菌种的厌氧罐(发酵罐有效容积6立方米)，开始厌氧发酵；待厌氧启动后，将厌氧发酵罐的厌氧出水置入生物脱硫罐中，将该废水进行脱硫处理，脱硫罐通入压缩空气，溶解氧控制在0.5，保持3小时，然后泵入酸化罐，与秸秆和糖蜜酒精废水混合均匀，放置4小时，然后将混合液泵入已经接好厌氧菌种的厌氧罐(发酵罐有效容积6立方米)，开始厌氧发酵；
(4)保持厌氧发酵罐内温度40℃不变。每天重复上述步骤(1)至步骤(3)，连续20天，同时收集这20天内产生的沼气量。
每天将厌氧出水进行固液分离，分别收集沼渣和沼液，将沼渣作为有机肥料加以循环利用，多余的沼液进入下一处理单元。生物脱硫罐内底部单质硫排出后，进入下一处理单元。
实施例8
糖蜜酒精废水和秸秆原料混合厌氧发酵，秸秆：糖蜜酒精废水配比为质量比1:1
(1)秸秆预处理：取150千克秸秆粉碎为不大于1公分长度的小段，制备秸秆碎片，投入酸化罐中；
(2)糖蜜酒精废水预处理：取糖蜜酒精废水150千克，加石灰调节PH值到6.0，置入酸化罐中；
(3)在厌氧启动前，取污水处理厂厌氧液300公斤，厌氧菌种水份含量为90％，投入酸化罐中；混合均匀放置4小时，然后将混合液泵入已经接好厌氧菌种的厌氧罐(发酵罐有效容积6立方米)，开始厌氧发酵；待厌氧启动后，将厌氧发酵罐的厌氧出水置入生物脱硫罐中；将该厌氧出水进行脱硫处理，往脱硫罐通入压缩空气，溶解氧控制在0.5，保持3小时，然后泵入酸化罐，与秸秆和糖蜜酒精废水混合均匀，放置4小时，然后将混合液泵入已经接好厌氧菌种的厌氧罐(发酵罐有效容积6立方米)，开始厌氧发酵；
(4)保持厌氧发酵罐内温度40℃不变。每天重复上述步骤(1)至步骤(3)，连续20天，同时收集这20天内产生的沼气量。
每天将厌氧出水进行固液分离，分别收集沼渣和沼液，将沼渣作为有机肥料加以循环利用，多余的沼液进入下一处理单元。生物脱硫罐内底部单质硫排出后，进入下一处理单元。
以上八个实施例对比情况如下表：(发酵20天累计产气量)
通过实施例8及对比例1、2、3、4、5、6、7的结果对比，秸秆与糖蜜酒精废水单独厌氧发酵及混合后进行厌氧发酵，实施例8发酵制备沼气，其发酵周期大大缩短，单位秸秆量沼气产量也大幅增加。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种沼气的制备方法，其特征在于，用于制备沼气的原料包括秸秆和糖蜜酒精废水；
包括以下步骤：
(1)原料处理，将秸秆和糖蜜酒精废水混合置入酸化罐中，并调节pH值，在厌氧启动运行前用含有厌氧菌种的污水对秸秆和糖蜜酒精废水混合物进行酸化，在厌氧启动后，用厌氧发酵罐中的厌氧出水对秸秆和糖蜜酒精废水混合物进行酸化；
(2)厌氧发酵，将步骤(1)处理后的秸秆和糖蜜酒精废水混合物投入已经接好厌氧菌种的厌氧发酵罐中；
(3)厌氧出水处理：将厌氧发酵罐反应后的出水进行生物脱硫，得到厌氧出水；
(4)将步骤(3)得到的厌氧出水置入酸化罐中对秸秆和糖蜜酒精废水混合物进行酸化，然后将酸化处理后的秸秆和糖蜜酒精废水混合物置入厌氧发酵罐中进行厌氧发酵；
糖蜜酒精废水与秸秆的质量比为1:2-2:1；
所述步骤(1)秸秆和糖蜜酒精废水混合物过程中，调节pH值为6-6.5，保存4-8小时。
2.根据权利要求1所述的沼气的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中使用石灰调节秸秆和糖蜜酒精废水混合物的pH值。
3.根据权利要求1所述的沼气的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中在厌氧启动前，用污水处理厂的厌氧液对秸秆和糖蜜酒精废水进行酸化处理，厌氧菌种水分含量为90-95％。
4.根据权利要求1所述的沼气的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)厌氧发酵时，厌氧发酵罐内的温度为35-40℃或55-60℃，厌氧发酵时间为18-22天。
5.根据权利要求1所述的沼气的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中经厌氧发酵罐反应后的出水进行固液分离，然后进行生物脱硫；所述的生物脱硫为将厌氧出水置入脱硫罐中，往脱硫罐中通入压缩空气，溶解氧控制为0.1-1mg/L，保持1-5小时。
6.根据权利要求1所述的沼气的制备方法，其特征在于，所用的制备装置包括：
酸化灌，其用于容纳秸秆和糖蜜酒精废水；
厌氧发酵罐，其与所述酸化灌连接，所述厌氧发酵罐设有厌氧污泥排放口、沼气收集口、出水口以及多个进料口，所述出水口设于所述厌氧发酵罐的下部，多个所述进料口设于所述厌氧发酵罐的上部；以及
生物脱硫罐，其包括进水口、出水口和单质硫排放口，所述生物脱硫罐的进水口与所述厌氧发酵罐连接，所述生物脱硫罐的出水口与所述调节罐连接。
7.根据权利要求6所述的沼气的制备方法，其特征在于，还包括污水处理系统，其与所述厌氧发酵罐连接。
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