CN108277235A - 一种增强高固体厌氧发酵系统稳定性的方法 - Google Patents

一种增强高固体厌氧发酵系统稳定性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及提高高固体厌氧发酵效率的方法。该方法包括：将物料进行厌氧发酵处理，所述物料的C/N比为(20～30)：1，进料量为5‑10kgVSm‑3d‑1，所述厌氧发酵处理是在压力为0.5～0.8atm的条件下进行的。当厌氧发酵系统中有机负荷较高而导致酸化时，该方法可以使厌氧发酵的pH降低速度缓慢，产甲烷速率受影响程度较小，pH恢复迅速，振动幅度小，系统的稳定性好，同时单位TS甲烷的产率高，厌氧发酵的效率高，可以有效实现基质营养成分的互补，中和、均化有毒有害的组分，优化微生物生长繁殖的环境。

Description

一种增强高固体厌氧发酵系统稳定性的方法
技术领域
本发明涉及固体废弃物资源化处理技术领域，具体地，本发明涉及提高高固体厌氧发酵效率的方法和厌氧发酵系统。
背景技术
有机废弃物含有大量可降解物质，被认为是最易获得的用于厌氧发酵的原料。
然而，提高有机废弃物厌氧发酵效率的方法还有待进一步研究。
发明内容
本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的：
厌氧发酵中的产甲烷菌对pH的变化非常敏感，产甲烷菌在pH为6.8-7.2的范围内时活性最高，不在此范围时活性下降。有机废弃物(如：厨余垃圾、果蔬垃圾)具有产酸快的特点，当厌氧发酵系统中的有机负荷增大到一定程度时，会导致厌氧发酵的pH大幅度降低，产甲烷菌活性下降，产甲烷速率降低，并且pH恢复速度缓慢，振动幅度大，系统的稳定性差，厌氧发酵的效率低。基于上述问题的发现，发明人通过在降低厌氧发酵的压力的同时控制有机物料的C/N比，使厌氧发酵的pH降低速度减慢，产甲烷速率受影响程度较小，pH恢复迅速，振动幅度小，系统的稳定性好，同时有效提高了单位TS(固体含量)甲烷的产率，提高了厌氧发酵的效率，实现了基质营养成分的互补，中和、均化了有毒有害的组分，优化了微生物生长繁殖的环境。
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种提高高固体厌氧发酵效率的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：将物料进行厌氧发酵处理，所述物料的C/N比为(20～30)：1，所述物料的进料量为5-10kgVSm-3d-1，所述厌氧发酵处理是在压力为0.5～0.8atm的条件下进行的。当厌氧发酵系统中的有机负荷高达5-10kgVS m-3d-1而出现酸化时，根据本发明实施例的方法，厌氧发酵的pH降低速度缓慢，产甲烷速率受影响程度较小，pH恢复迅速，振动幅度小，系统的稳定性好，同时单位TS甲烷的产率高，厌氧发酵的效率高，可以有效实现基质营养成分的互补，中和、均化有毒有害的组分，优化微生物生长繁殖的环境。其中，有机负荷指物料进料量。
根据本发明的实施例，上述方法还可进一步包括如下附加技术特征至少之一：
根据本发明的实施例，所述物料包括选自厨余垃圾、果蔬垃圾以及农业秸秆的至少之一。发明人发现，通过合理设置所述物料的配比，可以有效控制物料的C/N比，进而，在保证系统的稳定性的同时提高单位TS甲烷的产率，提高厌氧发酵的效率，进一步有效实现基质营养成分的互补，中和、均化有毒有害的组分，优化微生物生长繁殖的环境。
根据本发明的实施例，所述厨余垃圾、果蔬垃圾和农业秸秆的质量比为(0～1)：(0～1)：(0～0.5)。发明人发现，所述物料可以更加有效地控制物料的C/N比，进而，在保证系统的稳定性的同时提高单位TS甲烷的产率，提高厌氧发酵的效率，进一步有效实现基质营养成分的互补，中和、均化有毒有害的组分，优化微生物生长繁殖的环境。可以理解的是，厨余垃圾、果蔬垃圾和农业秸秆的质量不能同时为0。
根据本发明的实施例，所述物料包括厨余垃圾和果蔬垃圾，所述厨余垃圾和果蔬垃圾的质量比为1：1。发明人发现，通过设置该物料配比，可以进一步有效控制物料的C/N比，进而，在保证系统的稳定性的同时进一步提高单位TS甲烷的产率，提高厌氧发酵的效率，有效实现基质营养成分的互补，中和、均化有毒有害的组分，优化微生物生长繁殖的环境。
根据本发明的实施例，所述物料包括厨余垃圾和玉米秸秆，所述厨余垃圾和玉米秸秆的质量比为7：3。发明人发现，通过设置该物料配比，可以进一步有效控制物料的C/N比，进而，在保证系统的稳定性的同时进一步提高单位TS甲烷的产率，提高厌氧发酵的效率，有效实现基质营养成分的互补，中和、均化有毒有害的组分，优化微生物生长繁殖的环境。
根据本发明的实施例，所述物料进料量为7.52kgVSm-3d-1，厌氧发酵的压力为0.5atm，物料的C/N比为20。发明人发现，通过设置该厌氧发酵的压力和物料的C/N比，当厌氧发酵系统中的有机负荷高达7.52kgVS m-3d-1而出现酸化时，根据本发明实施例的方法，可以使厌氧发酵的pH降低速度缓慢，产甲烷速率受影响程度小，pH恢复迅速，振动幅度小，系统的稳定性好，同时单位TS甲烷的产率高，厌氧发酵的效率高，可以进一步有效实现基质营养成分的互补，中和、均化有毒有害的组分，优化微生物生长繁殖的环境。
根据本发明的实施例，所述物料进料量为5.76kgVSm-3d-1，厌氧发酵的压力为0.5atm，物料的C/N比为25。发明人发现，通过设置该厌氧发酵的压力和物料的C/N比，当厌氧发酵系统中的有机负荷达5.76VS m-3d-1而出现酸化时，根据本发明实施例的方法，可以使厌氧发酵的pH降低速度缓慢，产甲烷速率受影响程度小，pH恢复迅速，振动幅度小，系统的稳定性好，同时单位TS甲烷的产率高，厌氧发酵的效率高，可以进一步有效实现基质营养成分的互补，中和、均化有毒有害的组分，优化微生物生长繁殖的环境。
根据本发明的实施例，所述物料进料量为5.97kgVSm-3d-1，厌氧发酵的压力为0.6atm，物料的C/N比为20。发明人发现，通过设置该厌氧发酵的压力和物料的C/N比，当厌氧发酵系统中的有机负荷达5.97kgVS m-3d-1而出现酸化时，根据本发明实施例的方法，可以使厌氧发酵的pH降低速度缓慢，产甲烷速率受影响程度小，pH恢复迅速，振动幅度小，系统的稳定性好，同时单位TS甲烷的产率高，厌氧发酵的效率高，可以进一步有效实现基质营养成分的互补，中和、均化有毒有害的组分，优化微生物生长繁殖的环境。
在本发明的第二方面，本发明提出了一种厌氧发酵系统。根据本发明的实施例，所述系统包括：物料控制装置，所述物料控制装置用于控制物料的C/N比为(20～30)：1；发酵装置，所述发酵装置与所述物料控制装置相连，所述发酵装置包括厌氧消化罐，所述厌氧消化罐是在压力为0.5～0.8atm的条件下运行的。当系统中的有机负荷高达5-10kgVS m-3d-1而出现酸化时，根据本发明实施例的系统，在控制厌氧消化罐的压力的同时通过物料控制装置控制物料的C/N，可以使厌氧发酵的pH降低速度减慢，产甲烷速率受影响程度减小，pH恢复迅速，振动幅度减小，系统的稳定性提高，同时单位TS甲烷的产率提高，厌氧发酵的效率提高，有效实现基质营养成分的互补，中和、均化有毒有害的组分，优化微生物生长繁殖的环境。
根据本发明的实施例，上述系统还可进一步包括如下附加技术特征至少之一：
根据本发明的实施例，所述物料控制装置包括：物料贮存罐以及进料蠕动泵，所述进料蠕动泵与所述物料贮存罐相连。当系统中的有机负荷高达5-10kgVS m-3d-1而导致酸化时，根据本发明实施例的系统，在控制厌氧消化罐的压力的同时通过物料控制装置控制物料的C/N，可以使厌氧发酵的pH降低速度减慢，产甲烷速率受影响程度减小，pH恢复迅速，振动幅度减小，系统的稳定性提高，同时单位TS甲烷的产率提高，厌氧发酵的效率提高，有效实现基质营养成分的互补，中和、均化有毒有害的组分，优化微生物生长繁殖的环境。
根据本发明的实施例，所述发酵装置进一步包括：控温单元，所述控温单元与所述厌氧消化罐相连；搅拌单元，所述搅拌单元与所述厌氧消化罐相连；pH控制单元，所述pH控制单元与所述厌氧消化罐相连；压力控制单元，所述压力控制单元与所述厌氧消化罐相连；气体计量单元，所述气体计量单元与所述压力控制单元相连；进料单元，所述进料单元与所述厌氧消化罐相连；出料单元，所述出料单元与所述厌氧消化罐相连；以及多功能控制器，所述多功能控制器与所述搅拌单元和压力控制单元相连。其中，通过多功能控制器控制搅拌启停，调节搅拌转速，并控制阀门真空泵联动。发明人发现，当系统中的有机负荷高达5-10kgVS m-3d-1而导致酸化时，根据本发明实施例的系统，在控制厌氧消化罐的压力的同时通过物料控制装置控制物料的C/N，可以使厌氧发酵的pH降低速度减慢，产甲烷速率受影响程度减小，pH恢复迅速，振动幅度减小，系统的稳定性提高，同时单位TS甲烷的产率提高，厌氧发酵的效率提高，有效实现基质营养成分的互补，中和、均化有毒有害的组分，优化微生物生长繁殖的环境。
根据本发明的实施例，所述搅拌单元包括：搅拌电机，螺旋搅拌器。
根据本发明的实施例，所述pH控制单元包括：加碱蠕动泵，碱液瓶。
根据本发明的实施例，所述压力控制单元包括：压力变送器，手动阀，电子控制阀，隔膜真空泵。
根据本发明的实施例，所述出料单元包括：压力表，出料瓶，缓冲瓶。
附图说明
图1是根据本发明实施例的提高高固体厌氧发酵效率的系统示意图；
图2是根据本发明实施例的提高高固体厌氧发酵效率的系统的发酵装置示意图；以及
图3是根据本发明实施例的提高高固体厌氧发酵效率的系统的结构示意图。
附图标记：
1：物料贮存罐
2：进料蠕动泵
3：进料单元
4：搅拌电机
5：螺旋搅拌器
6：厌氧消化罐
7：控温单元
8：加碱蠕动泵
9：碱液瓶
10：压力变送器
11：手动阀
12：电子控制阀
13：隔膜真空泵
14：气体计量单元
15：压力表
16：出料瓶
17：缓冲瓶
18：多功能控制器
19：搅拌单元
20：pH控制单元
21：压力控制单元
22：出料单元
23：物料控制装置
24：发酵装置
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。其中，有机负荷指物料进料量。
方法
在本发明的第一方面，本发明提出了一种提高高固体厌氧发酵效率的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将物料进行厌氧发酵处理，所述物料的C/N比为(20～30)：1，所述物料的进料量为5-10kgVSm-3d-1，所述厌氧发酵处理是在压力为0.5～0.8atm的条件下进行的。将不同种类的物料混合均匀后投加到厌氧发酵系统的厌氧消化罐中，降低反应体系压力，在中温条件下进行间歇性搅拌，稳定后逐步提高反应系统的有机负荷，控制物料的C/N为(20～30)：1；低压下厌氧消化系统表现出更强的稳定性和更高的单位TS甲烷产率。发明人发现，在系统负荷过高导致系统酸化出现时，低压系统能有更小的pH浮动范围，为微生物(主要是产甲烷菌)提供更长的抗酸化周期，与不控制压力的系统相比，低压厌氧消化系统具有更强的稳定性，且反应系统单位TS产甲烷产率提高，本发明实施例的方法具有简单高效、应用范围广的优势。
根据本发明的实施例，该物料包括选自厨余垃圾、果蔬垃圾以及农业秸秆的至少之一。发明人发现，通过合理设置所述物料的配比，可以有效控制物料的C/N比，进而，在保证系统的稳定性的同时提高单位TS甲烷的产率，提高厌氧发酵的效率，进一步有效实现基质营养成分的互补，中和、均化有毒有害的组分，优化微生物生长繁殖的环境。
根据本发明的实施例，该厨余垃圾、果蔬垃圾和农业秸秆的质量比为(0～1)：(0～1)：(0～0.5)。发明人发现，所述物料可以更加有效地控制物料的C/N比，进而，在保证系统的稳定性的同时提高单位TS甲烷的产率，提高厌氧发酵的效率，进一步有效实现基质营养成分的互补，中和、均化有毒有害的组分，优化微生物生长繁殖的环境。
根据本发明的实施例，该物料包括厨余垃圾和果蔬垃圾，所述厨余垃圾和果蔬垃圾的质量比为1：1。发明人发现，通过设置该物料配比，可以进一步有效控制物料的C/N比，进而，在保证系统的稳定性的同时进一步提高单位TS甲烷的产率，提高厌氧发酵的效率，有效实现基质营养成分的互补，中和、均化有毒有害的组分，优化微生物生长繁殖的环境。
根据本发明的实施例，该物料包括厨余垃圾和玉米秸秆，所述厨余垃圾和玉米秸秆的质量比为7：3。发明人发现，通过设置该物料配比，可以进一步有效控制物料的C/N比，进而，在保证系统的稳定性的同时进一步提高单位TS甲烷的产率，提高厌氧发酵的效率，有效实现基质营养成分的互补，中和、均化有毒有害的组分，优化微生物生长繁殖的环境。
根据本发明的实施例，该物料进料量为7.52kgVSm-3d-1，厌氧发酵的压力为0.5atm，物料的C/N比为20。发明人发现，通过设置该厌氧发酵的压力和物料的C/N比，当厌氧发酵系统中的有机负荷高达7.52kgVS m-3d-1而出现酸化时，根据本发明实施例的方法，可以使厌氧发酵的pH降低速度缓慢，产甲烷速率受影响程度小，pH恢复迅速，振动幅度小，系统的稳定性好，同时单位TS甲烷的产率高，厌氧发酵的效率高，可以进一步有效实现基质营养成分的互补，中和、均化有毒有害的组分，优化微生物生长繁殖的环境。
根据本发明的实施例，该物料进料量为5.76kgVSm-3d-1，厌氧发酵的压力为0.5atm，物料的C/N比为25。发明人发现，通过设置该厌氧发酵的压力和物料的C/N比，当厌氧发酵系统中的有机负荷达5.76VS m-3d-1而出现酸化时，根据本发明实施例的方法，可以使厌氧发酵的pH降低速度缓慢，产甲烷速率受影响程度小，pH恢复迅速，振动幅度小，系统的稳定性好，同时单位TS甲烷的产率高，厌氧发酵的效率高，可以进一步有效实现基质营养成分的互补，中和、均化有毒有害的组分，优化微生物生长繁殖的环境。
根据本发明的实施例，该物料进料量为5.97kgVSm-3d-1，厌氧发酵的压力为0.6atm，物料的C/N比为20。发明人发现，通过设置该厌氧发酵的压力和物料的C/N比，当厌氧发酵系统中的有机负荷达5.97kgVS m-3d-1而出现酸化时，根据本发明实施例的方法，可以使厌氧发酵的pH降低速度缓慢，产甲烷速率受影响程度小，pH恢复迅速，振动幅度小，系统的稳定性好，同时单位TS甲烷的产率高，厌氧发酵的效率高，可以进一步有效实现基质营养成分的互补，中和、均化有毒有害的组分，优化微生物生长繁殖的环境。
系统
在本发明的第二方面，本发明提出了一种厌氧发酵系统。根据本发明的实施例，参考图1，该系统包括：物料控制装置23，所述物料控制装置用于控制物料的C/N比为(20～30)：1；发酵装置24，所述发酵装置24与所述物料控制装置23相连，参考图2，所述发酵装置24包括厌氧消化罐6，所述厌氧消化罐6是在压力为0.5～0.8atm的条件下运行的。将不同种类的物料混合均匀后投加到厌氧发酵系统的厌氧消化罐6中，降低反应体系压力，在中温条件下进行间歇性搅拌，稳定后逐步提高反应系统的有机负荷，控制物料的C/N为(20～30)：1；低压下厌氧消化系统表现出更强的稳定性和更高的单位TS甲烷产率。发明人发现，该系统可以明显提高厌氧发酵系统稳定性。在系统有机负荷过高时，厌氧发酵系统极易出现酸化现象，本发明提出的低压的系统有更小的pH浮动范围，从而为微生物(主要是产甲烷菌)提供更长的抗酸化周期，与不控制压力的厌氧发酵相比，具有更强的稳定性；该系统同时还可以明显增加厌氧发酵系统的单位TS甲烷产率。不同种类物料混合可以改善基质营养，明显提高系统物料的可生化性。通过两种或多种物料的混合以及控制物料的C/N比，可以实现基质营养成分的互补，同时中和、均化有毒有害的组分，优化微生物生长繁殖的环境，进一步提高厌氧发酵系统单位TS的甲烷产率。本发明实施例的系统可以广泛用于提高固体厌氧发酵效率的方法中。
根据本发明的实施例，参考图3，所述物料控制装置23包括：物料贮存罐1以及进料蠕动泵2，所述进料蠕动泵2与所述物料贮存罐1相连。当系统中的有机负荷高达5-10kgVSm-3d-1而导致出现酸化时，根据本发明实施例的系统，在控制厌氧消化罐的压力的同时通过物料控制装置控制物料的C/N，可以使厌氧发酵的pH降低速度减慢，产甲烷速率受影响程度减小，pH恢复迅速，振动幅度减小，系统的稳定性提高，同时单位TS甲烷的产率提高，厌氧发酵的效率提高，有效实现基质营养成分的互补，中和、均化有毒有害的组分，优化微生物生长繁殖的环境。
根据本发明的实施例，参考图2，所述发酵装置24进一步包括：控温单元7，所述控温单元7与所述厌氧消化罐6相连；搅拌单元19，所述搅拌单元19与所述厌氧消化罐6相连；pH控制单元20，所述pH控制单元20与所述厌氧消化罐6相连；压力控制单元21，所述压力控制单元21与所述厌氧消化罐6相连；气体计量单元14，所述气体计量单元14与所述压力控制单元21相连；进料单元3，所述进料单元3与所述厌氧消化罐6相连；出料单元22，所述出料单元22与所述厌氧消化罐6相连；以及多功能控制器18，所述多功能控制器18与所述搅拌单元19和压力控制单元21相连。其中，通过多功能控制器18控制搅拌启停，调节搅拌转速，并控制阀门真空泵联动。发明人发现，当系统中的有机负荷高达5-10kgVS m-3d-1而导致出现酸化时，根据本发明实施例的系统，在控制厌氧消化罐的压力的同时通过物料控制装置控制物料的C/N，可以使厌氧发酵的pH降低速度减慢，产甲烷速率受影响程度减小，pH恢复迅速，振动幅度减小，系统的稳定性提高，同时单位TS甲烷的产率提高，厌氧发酵的效率提高，有效实现基质营养成分的互补，中和、均化有毒有害的组分，优化微生物生长繁殖的环境。
根据本发明的实施例，参考图3，所述搅拌单元19包括：搅拌电机4，螺旋搅拌器5；
根据本发明的实施例，参考图3，所述pH控制单元20包括：加碱蠕动泵8，碱液瓶9；
根据本发明的实施例，参考图3，所述压力控制单元21包括：压力变送器10，手动阀11，电子控制阀12，隔膜真空泵13；
根据本发明的实施例，参考图3，所述出料单元包括：压力表15，出料瓶16，缓冲瓶17。
实施例1
通过常规压力条件的厌氧消化系统(R1)、低压厌氧消化系统(R2)以及低压联合厌氧消化系统(R3)，采用对比的方法研究不同厌氧消化系统的稳定性及甲烷的产率。
实验所用厨余垃圾为自行配制，组分如下表1所示，TS(固体含量)为23.73％，VS(挥发性固体含量)为225.1g/kg，VS占TS比例为94.9％，C/N＝14，密度为1.012g/mL。
表1：厨余垃圾的组分
所有原料先经过简单破碎至小块，混合均匀，然后利用粉碎机进行粉碎处理。所得有机垃圾置于冰箱中4℃下冷藏保存。
实验所用果蔬垃圾为自行配制，组分如下表2所示，TS为6.78％，VS为74.21g/kg，VS占TS比例为86.5％，C/N＝26。对于实验原料中的瓜果，基本保留其瓜瓤/果肉与外皮；对于蔬菜，其茎与叶为实验采用的主要部分。用食物料理搅拌机对原料进行破碎搅拌，所得有机垃圾置于冰箱中4℃下冷藏保存。
表2：果蔬垃圾的组分
组分 苹果 菠菜 芹菜 油菜
质量百分数/％ 50.00 16.67 16.67 16.67
实验用玉米秸秆取自北京某农场。经过机器破碎成2-6cm的小段，采用1.5％的NaOH溶液浸泡96h，得到的预处理后的秸秆TS为11.4％，C/N＝51，其中木质素、纤维素、半纤维素含量分别为19.1％、14.3％、18.8％。
其中，系统R1、R2、R3的设置方案如下表3所示。
表3：实施例1系统设置方案
其中R3的反应基质为50％厨余垃圾+50％果蔬垃圾，混合后物料的C/N为20。
接种污泥选用北京高碑店污水处理厂的厌氧消化污泥，接种污泥与垃圾混合后装入厌氧发酵罐(污泥量30％+稀释后的垃圾70％)，最初的固体浓度在1～2％左右。反应启动初期，有机负荷率(OLR)较低，为0.24kgVS m-3d-1。经过一段时间的微生物驯化后逐渐适应自配有机垃圾原料。其后开始正式定期定量地进料，反应系统步入稳定的反应阶段，调高了反应系统的OLR，为1.76kgVS m-3d-1。3个反应系统表现出更好的运行稳定性，并持续了一段较长的时间。
在高负荷测试阶段，OLR为7.52kgVS m-3d-1。此阶段大幅度的提高了反应系统的OLR，以研究三种条件下的抗冲击能力。
在厌氧发酵罐的有机负荷较低时，3个反应系统中pH的变化差异不明显。而在高负荷测试阶段，OLR大幅提高导致pH的振动范围大幅度增加。R1系统所受影响十分大，在6天内pH分别从7.29下降至6.37，脱离最适范围，此时酸抑制情况逐渐明显，产气速率缓慢下降。由于酸化恢复较慢，因此使用NaHCO3进行调节。R2、R3系统的pH变化则表现了极大的不同。虽然开始时R2、R3系统pH也有下降，但是明显地下降速度比R1缓慢很多，R2系统pH在6天时达到极低值7.14。随后开始了回升，在一个小波动后稳定在7.38左右，持续时间超过5天。而R3系统的pH在5天时达到极低值7.16，随后回升稳定在了7.30左右。
说明在高有机负荷下，低压系统与常压压力相比，pH具有相对更快的恢复速度、更高的pH稳定值、更小的振动幅度。
对3个系统产气特性进行分析，结果如下表4所示。由下表4可知，反应过程中，R2反应装置的单位TS产甲烷量小于R1，R3系统的甲烷产量明显高于R2、R1，且基质中单位TS产生甲烷含量比R2、R1系统分别提高37.3％、10.7％，说明通过厨余垃圾与果蔬垃圾的混合，使物料的C/N为20，可以提高反应装置单位TS产甲烷产率。
表4：R1、R2、R3系统产气特性分析
厌氧发酵罐 R1 R2 R3
厌氧发酵罐内压强/atm 1 0.5 0.5
总产气量/L 496 826 546
总投料量/kg 3.655 4.705 3.680
单位体积甲烷百分含量/％ 53.8 33.5 35.0
单位TS产气量/L·kg-1 571.8 739.9 972.6
单位TS甲烷产量/L·kg-1 307.6 247.9 340.4
*甲烷含量已取试验结果的平均值
实施例2
其中，系统R1、R2、R3的设置方案如下表5所示，其中，厨余垃圾和玉米秸秆的组分和制备同实施例1。
表5：实施例2系统设置方案
其中R3的反应基质为70％厨余垃圾+30％玉米秸秆，混合后物料的C/N为25。
反应操作过程与实施例1一致，当厌氧发酵罐有机负荷提高到5.76kgVS m-3d-1时，R1系统OLR大幅提高导致pH的振动范围大幅度增加，在10天内pH从6.97下降至6.32，脱离最适范围。R2、R3的pH下降速度比R1缓慢很多，R2系统在8天时pH达到最低值，从7.15下降到6.94，随后稳定在7.02左右；R3系统在6天时pH达到最低值，从7.06下降到6.87，随后稳定在7.06左右。
说明在高有机负荷下，低压系统与常压压力相比，pH具有相对更快的恢复速度、更高的pH稳定值、更小的振动幅度。同时，对3个系统产气特性进行分析，在整个反应过程中，R3系统(350.5L·kg-1)的单位TS甲烷产量明显高于R2(268.4L·kg-1)、R1(320.5L·kg-1)，且基质中单位TS产生甲烷含量比R2、R1系统分别提高30.6％、9.4％，说明通过厨余垃圾与玉米秸秆的混合，使物料的C/N为25，可以提高反应装置单位TS产甲烷产率。
实施例3
其中，系统R1、R2、R3的设置方案如下表6所示，其中，厨余垃圾和果蔬垃圾的组分和制备同实施例1。
表6：实施例3系统设置方案
其中R3的反应基质为50％厨余垃圾+50％果蔬垃圾，混合后物料的C/N为20。
反应操作过程与实施例1一致，当厌氧发酵罐有机负荷提高到5.97kgVS m-3d-1时，R1系统OLR大幅提高导致pH的振动范围大幅度增加，在8天内pH从7.10下降至6.43，脱离最适范围。R2、R3的pH下降速度比R1缓慢很多，R2系统在10天时pH达到最低值，从7.25下降到6.78，随后稳定在6.82左右；R3系统在8天时pH达到最低值，从7.06下降到6.84，随后稳定在6.87左右。
说明在高有机负荷下，低压系统与常压压力相比，pH具有相对更快的恢复速度、更高的pH稳定值、更小的振动幅度。同时，对3个系统产气特性进行分析，在整个反应过程中，R3系统(364.5L·kg-1)的单位TS甲烷产量明显高于R2(276.4L·kg-1)、R1(332.4L·kg-1)，且基质中单位TS产生甲烷含量比R2、R1系统分别提高31.9％、9.7％，说明通过厨余垃圾与果蔬垃圾的混合，使物料的C/N为20，可以提高反应装置单位TS产甲烷产率。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种提高高固体厌氧发酵效率的方法，其特征在于，包括：
将物料进行厌氧发酵处理，所述物料的C/N比为(20～30)：1，所述物料的进料量为5-10kgVSm-3d-1，所述厌氧发酵处理是在压力为0.5～0.8atm的条件下进行的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述物料包括选自厨余垃圾、果蔬垃圾以及农业秸秆的至少之一。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述厨余垃圾、果蔬垃圾和农业秸秆的质量比为(0～1)：(0～1)：(0～0.5)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述物料包括厨余垃圾和果蔬垃圾，所述厨余垃圾和果蔬垃圾的质量比为1：1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述物料包括厨余垃圾和玉米秸秆，所述厨余垃圾和玉米秸秆的质量比为7：3。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述物料的进料量为7.52kgVSm-3d-1，厌氧发酵的压力为0.5atm，物料的C/N比为20。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述物料的进料量为5.76kgVSm-3d-1，厌氧发酵的压力为0.5atm，物料的C/N比为25。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述物料的进料量为5.97kgVSm-3d-1，厌氧发酵的压力为0.6atm，物料的C/N比为20。
9.一种厌氧发酵系统，其特征在于，包括：
物料控制装置，所述物料控制装置用于控制物料的C/N比为(20～30)：1；以及
发酵装置，所述发酵装置与所述物料控制装置相连，所述发酵装置包括厌氧消化罐，所述厌氧消化罐是在压力为0.5～0.8atm的条件下运行的。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述物料控制装置包括：
物料贮存罐；以及
进料蠕动泵，所述进料蠕动泵与所述物料贮存罐相连；
任选地，所述发酵装置进一步包括：
控温单元，所述控温单元与所述厌氧消化罐相连；
搅拌单元，所述搅拌单元与所述厌氧消化罐相连，优选地，所述搅拌单元包括：搅拌电机，螺旋搅拌器；
pH控制单元，所述pH控制单元与所述厌氧消化罐相连，优选地，所述pH控制单元包括：加碱蠕动泵，碱液瓶；
压力控制单元，所述压力控制单元与所述厌氧消化罐相连，优选地，所述压力控制单元包括：压力变送器，手动阀，电子控制阀，隔膜真空泵；
气体计量单元，所述气体计量单元与所述压力控制单元相连；
进料单元，所述进料单元与所述厌氧消化罐相连；
出料单元，所述出料单元与所述厌氧消化罐相连，优选地，所述出料单元包括：压力表，出料瓶，缓冲瓶；以及
多功能控制器，所述多功能控制器与所述搅拌单元和压力控制单元相连。
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