CN106399386A - 果蔬垃圾生产生物燃气的方法 - Google Patents

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黄超
熊莲
陈雪芳
张海荣
郭海军
王璨
林晓晴
黎海龙
彭芬
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Xuyi Attapulgite Research & Development Center Of Guangzhou Institute Of Energy Conversion Chinese Academy Of Sciences
Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P5/00—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
    • C12P5/02—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons acyclic
    • C12P5/023—Methane
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Abstract

本发明公开了一种果蔬垃圾生产生物燃气的方法，采用稀酸对果蔬垃圾进行水解得到含有水溶性有机物的水解液；然后调节pH，过滤，得到水解液清液；加水稀释，加入氮源和磷源营养物质得到发酵原料；在厌氧反应器中加入厌氧发酵菌株，进行连续厌氧发酵，生物燃气（沼气）从发酵反应器顶部排出。本发明采用稀酸对果蔬垃圾进行水解，提高产气速率和产气效率，发酵所用进料方式为液体进料，克服传统果蔬垃圾沼气发酵的周期较长、传质传热效率低下、沼气产率低、生产规模不能过大、发酵过程容易酸化导致沼气发酵失败等缺点。

Description

果蔬垃圾生产生物燃气的方法
技术领域
本发明涉及生物燃气的生产方法，具体涉及一种果蔬垃圾生产生物燃气的方法。
背景技术
生物燃气俗称沼气，是微生物群体在厌氧条件下协同发酵可降解有机废弃物的产物，作为生物能源广泛应用于城镇与农村。果蔬垃圾是指人类生活中加工果蔬后剩下的果皮、烂菜叶、烂菜杆、腐烂水果等，内含丰富的有机物，通常作为沼气发酵的原料。目前，国内外利用果蔬垃圾进行沼气发酵的方式大部分为固体或半固体进料，即将固体半固体的果蔬垃圾直接放入发酵罐或者反应器中，通过添加菌种以及其它配料（如氮源、磷源）使之在发酵罐或者反应器中进行固体或者半固体的发酵。这种固体或者半固体的发酵模式存在周期较长、传质传热效率低下、沼气产率低、生产规模不能过大、发酵过程容易酸化导致沼气发酵失败等缺点，限制了果蔬垃圾沼气发酵的技术推广，因此亟需开发一种新型的果蔬垃圾沼气发酵模式，克服上述缺点，从而使果蔬垃圾沼气发酵技术得到规模化应用。
发明内容
本发明的目的是：提供一种果蔬垃圾生产生物燃气的方法，果蔬垃圾通过水解、液体厌氧发酵生产生物燃气，提高产气速率和产气效率。
本发明的技术解决方案是：首先采用稀酸对果蔬垃圾进行水解，水解后过滤除去水解残渣，得到果蔬垃圾水解液，其特征在于它还包括以下步骤：
(a)在水解液中加入碱性物质调节水解液pH为6.0～10.5之间，过滤，得到水解液清液；
(b)在水解液清液中加水稀释，使水解液清液的COD达到1000～15000 mg/L，再加入氮源和磷源营养物质得到发酵原料；所述发酵原料中C/N质量比为50-400:5，C/P质量比为50-400:1；
(c)在厌氧反应器中加入占反应器体积5%～75%的厌氧发酵菌株，然后将发酵原料连续送到厌氧反应器进行连续厌氧发酵，发酵原料在厌氧反应器中停留时间为4～32 h，发酵温度为10～50℃，生物燃气从发酵反应器顶部排出。
其中，所述果蔬垃圾原料选自果皮、烂菜叶、烂菜杆、腐烂水果。
其中，所述稀酸为无机酸、有机酸、或有机酸和无机酸的混合酸，酸质量分数为0.01～5%，果蔬垃圾与稀酸的固液质量比为1.5～15，反应温度为80～220℃，反应时间为15～200min；无机酸为硫酸、盐酸或亚硫酸，有机酸为甲酸或乙酸。
其中，所述碱性物质选自石灰、氢氧化钠、碳酸钙、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种或一种以上。
其中，所述氮源和磷源营养物质选自硫酸铵、氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵、尿素、磷酸二氢铵、玉米浆、玉米粉、麸皮、米糠、酵母膏、蛋白胨、鱼粉、豆饼粉、酵母粉、豆饼、磷酸氢二铵、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、磷酸氢钾或磷酸氢钠中的一种或一种以上。
其中，所述厌氧发酵菌株来源于厌氧活性污泥或厌氧颗粒污泥。
其中，所述厌氧反应器选自厌氧生物滤池、厌氧发酵罐、上流式厌氧污泥床反应器、厌氧颗粒污泥膨胀床反应器或内循环厌氧反应器。
本发明的有益效果是：
1）采用稀酸对果蔬垃圾进行水解得到水溶性有机物，大大提高厌氧发酵过程中水解效率，进而大大提高产气速率和产气效率。
2) 沼气发酵所用的进料方式为液体进料，克服了传统果蔬垃圾固体或者半固体发酵的周期较长、传质传热效率低、沼气产率低、生产规模不能过大、发酵过程容易酸化导致沼气发酵失败等问题，因此其发酵规模根据实际需要进行放大。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但不能理解为是对本发明的限制。
实施例1：依以下步骤生产生物燃气
（1）将烂苹果粉碎，采用质量分数为0.01%稀硫酸进行稀酸水解，其固液质量比15，反应温度为220℃，反应时间15 min，水解后过滤，得到初始的烂苹果稀酸水解液；
（2）用石灰把上述水解液pH调至10.0，过滤，中和后得到烂苹果稀酸水解液清液；
（3）所得烂苹果稀酸水解液清液中加水稀释至初始COD 1000 mg/L，再加入尿素与磷酸二氢钾调节稀释后的水解液C/N质量比为50:5，C/P质量比为50:1；
（4）把厌氧颗粒污泥装入厌氧发酵罐，装泥量为反应器体积的75%，利用泵把含氮源与磷源的烂苹果稀酸水解液打入厌氧发酵罐中进行连续发酵，发酵原料在厌氧反应器中停留时间为4 h，发酵温度为35℃，生物燃气（沼气）从发酵反应器顶部排出。
当发酵反应器中原料液位达到一半时，即自水解液进入反应器后6小时，反应器顶部就有沼气产生，大大提高了沼气产气速率，常规的固体或半固体果蔬垃圾发酵产气时间需要两天以上才有沼气产生。
实施例2：依以下步骤生产生物燃气
（1）以香蕉皮为原料，采用质量分数为5%稀盐酸进行稀酸水解，其固液质量比为2.5，反应温度80℃，反应时间200min，水解后过滤，得到初始的香蕉皮稀酸水解液；
（2）用碳酸钙把上述水解液pH调至6.0，过滤，中和后得到香蕉皮稀酸水解液清液；
（3）所得香蕉皮稀酸水解液清液中加水稀释至初始COD 10000 mg/L，加入酵母膏与磷酸二氢铵调节稀释后的水解液C/N质量比为100:5，C/P质量比为200:1；
（4）把厌氧颗粒污泥装入上流式厌氧污泥床反应器，装泥量为反应器体积的5%；利用泵把含氮源与磷源的香蕉皮稀酸水解液打入上流式厌氧污泥床反应器中进行连续发酵，发酵原料在厌氧反应器中停留时间为32h，发酵温度为10℃，生物燃气（沼气）从发酵反应器顶部排出。
自水解液进入反应器后12小时，反应器顶部有沼气产生。
实施例3：依以下步骤生产生物燃气
（1）以废弃油菜叶为原料，粉碎后采用质量分数为3%甲酸进行稀酸水解，其固液质量比10，反应温度170℃，反应时间150min，水解后过滤，得到初始的油菜叶水解液；
（2）用氢氧化钠把上述水解液pH调至7.5，过滤，中和后得到油菜叶水解液清液；
（3）所得油菜叶水解液清液中加水稀释至初始COD 15000 mg/L，再加入蛋白胨与磷酸氢钾调节稀释后的水解液C/N质量比为400:5，C/P质量比为400:1；
（4）把厌氧颗粒污泥装入厌氧颗粒污泥膨胀床反应器，装泥量为反应器体积的60%；利用泵把含氮源与磷源的油菜叶水解液打入厌氧颗粒污泥膨胀床反应器中进行连续发酵，发酵原料在厌氧反应器中停留时间为4 h，发酵温度为50℃，生物燃气（沼气）从发酵反应器顶部排出。
实施例4：依以下步骤生产生物燃气
（1）以废弃油菜杆为原料，粉碎后加入含有质量分数为1%乙酸以及2%硫酸的稀酸溶液进行水解，其固液质量比为8，反应温度120℃，反应时间150min，水解后过滤，得到初始的油菜杆酸水解液；
（2）用碳酸钠把上述水解液pH调至7.5，过滤，中和后得到油菜杆酸水解液清液；
（3）所得油菜杆酸水解液清液中加水稀释至初始COD 8000 mg/L，再加入玉米浆与磷酸氢钠调节稀释后的水解液C/N质量比为180:5，C/P质量比为120:1；
（4）把厌氧活性污泥装入内循环厌氧反应器，装泥量为反应器体积的55%；利用泵把含氮源与磷源的油菜杆酸水解液打入内循环厌氧反应器中进行连续发酵，发酵原料在厌氧反应器中停留时间为12 h，发酵温度为40℃，生物燃气（沼气）从发酵反应器顶部排出。
实施例5：依以下步骤生产生物燃气
（1）以橙子皮为原料，粉碎后加入含有质量分数为0.5%的盐酸和2%的硫酸的稀酸溶液进行水解，其固液质量比为6，反应温度180℃，反应时间100min，水解后过滤，得到初始的橙子皮水解液；
（2）用氢氧化钾把上述水解液pH调至10.5，过滤，中和后得到橙子皮水解液清液；
（3）所得橙子皮水解液清液中加水稀释至初始COD 16000 mg/L，再加入硫酸铵与磷酸氢二铵调节稀释后的水解液C/N质量比为160:5，C/P质量比为220:1；
（4）把厌氧活性污泥装入厌氧生物滤池，装泥量为反应器体积的30%；利用泵把含氮源与磷源的橙子皮水解液打入厌氧生物滤池中进行连续发酵，发酵原料在厌氧反应器中停留时间为8 h，发酵温度为30℃，生物燃气（沼气）从发酵反应器顶部排出。

Claims (8)

1.果蔬垃圾生产生物燃气的方法，首先采用稀酸对果蔬垃圾进行水解，水解后过滤除去水解残渣，得到果蔬垃圾水解液，其特征在于它还包括以下步骤：
(a)在水解液中加入碱性物质调节水解液pH为6.0～10.5之间，过滤，得到水解液清液；
(b)在水解液清液中加水稀释，使水解液清液的COD达到1000～15000 mg/L，再加入氮源和磷源营养物质得到发酵原料；所述发酵原料中C/N质量比为50-400:5，C/P质量比为50-400:1；
(c)在厌氧反应器中加入占反应器体积5%～75%的厌氧发酵菌株，然后将发酵原料连续送到厌氧反应器进行连续厌氧发酵，发酵原料在厌氧反应器中停留时间为4～32 h，发酵温度为10～50℃，生物燃气从发酵反应器顶部排出。
2.根据权利要求1所述的果蔬垃圾生产生物燃气的方法，其特征在于：所述果蔬垃圾原料选自果皮、烂菜叶、烂菜杆、腐烂水果。
3.根据权利要求1所述的果蔬垃圾生产生物燃气的方法，其特征在于：所述稀酸为无机酸、有机酸、或有机酸和无机酸的混合酸，酸质量分数为0.01～5%，果蔬垃圾与稀酸的固液质量比为1.5～15，反应温度为80～220℃，反应时间为15～200min。
4.根据权利要求3所述的果蔬垃圾生产生物燃气的方法，其特征在于：无机酸为硫酸、盐酸或亚硫酸，有机酸为甲酸或乙酸。
5.根据权利要求1所述的果蔬垃圾生产生物燃气的方法，其特征在于：所述碱性物质选自石灰、氢氧化钠、碳酸钙、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种或一种以上。
6.根据权利要求1所述的果蔬垃圾生产生物燃气的方法，其特征在于：所述氮源和磷源营养物质选自硫酸铵、氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵、尿素、磷酸二氢铵、玉米浆、玉米粉、麸皮、米糠、酵母膏、蛋白胨、鱼粉、豆饼粉、酵母粉、豆饼、磷酸氢二铵、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、磷酸氢钾或磷酸氢钠中的一种或一种以上。
7.根据权利要求1所述的果蔬垃圾生产生物燃气的方法，其特征在于：所述厌氧发酵菌株来源于厌氧活性污泥或厌氧颗粒污泥。
8.根据权利要求1所述的果蔬垃圾生产生物燃气的方法，其特征在于：所述厌氧反应器选自厌氧生物滤池、厌氧发酵罐、上流式厌氧污泥床反应器、厌氧颗粒污泥膨胀床反应器或内循环厌氧反应器。
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