CN112080528A - 一种生物质秸秆厌氧发酵生产沼气的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于沼气生产技术领域，公开了一种生物质秸秆厌氧发酵生产沼气的工艺，包括如下步骤：将生物质秸秆一次分切至1‑10cm后，按1：10的质量体积比浸入质量分数为10％的氨水中，浸入处理24小时以上后洗涤至中性，获得预处理的生物质秸秆；将家畜粪便进行固液分离，得到固体残渣和分离液；将固体残渣置入热水解罐进行干式低温热水解，将分离液与接种物混合置入厌氧发酵装置中发酵得到第一沼气和发酵液；将预处理的生物质秸秆二次分切至1‑2cm，并按重量比为1：1‑4的比例与热水解后的固体残渣置均匀混合，加入发酵液，稀释至含固率为10％‑15％，获得发酵混合物；将发酵混合物置入厌氧发酵装置中，加入接种物，均匀混合后厌氧发酵。
Description
技术领域
本发明属于沼气生产技术领域，具体涉及一种生物质秸秆厌氧发酵生产沼气的工艺。
背景技术
目前，我国每年约产生7亿吨农作物秸秆(生物质秸秆)，但是这些秸秆的利用率不足50％，因此如何有效利用这些秸秆资源，已经成为治理农村污染问题的工作难题。
在现有技术中，利用生物质秸秆作为主要发酵原料以制取沼气是一种有效利用途径，据报道生物质秸秆的理论产气量为530立方/吨(干基)左右，但现有技术方法和工艺条件在实际处理中的产气速量慢；其主要原因在于秸秆本身速效养分低，纤维素/木质素含量高，因此秸秆在发酵池内存在分解速度慢、降解量低的问题；另外，由于纤维素/木质素的难降解，使得发酵后存在大量的沼液和沼渣，难以实现材料的充分利用。
综上可知，如何充分利用生物质秸秆制备沼气，并提高沼气产量，是必需认真解决的技术问题。
发明内容
鉴于此，解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种生物质秸秆厌氧发酵生产沼气的工艺。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种生物质秸秆厌氧发酵生产沼气的工艺，包括如下步骤：
S1.将生物质秸秆一次分切至1-10cm后，按1：10的质量体积比浸入质量分数为10％的氨水中，浸入处理24小时以上后洗涤至中性，获得预处理的生物质秸秆；
S2.将家畜粪便进行固液分离，得到含固量为25-50％的固体残渣和分离液；将固体残渣置入热水解罐进行干式低温热水解，将分离液与接种物混合置入厌氧发酵装置中发酵得到第一沼气和发酵液；
S3.将预处理的生物质秸秆二次分切至1-2cm，并按重量比为1：1-4的比例与热水解后的固体残渣置均匀混合，加入发酵液，稀释至含固率为10％-15％，获得发酵混合物；
S4.将发酵混合物置入厌氧发酵装置中，并按重量比为1：1-2的比例加入接种物，均匀混合后厌氧发酵，得到第二沼气、沼液和沼渣。
优选的，在所述步骤S2中，所述家畜粪便由牛粪、猪粪与鸡粪中任意两种及两种以上混合形成。
进一步的，所述家畜粪便由牛粪与鸡粪混合而成、或由猪粪与鸡粪混合而成时，混合重量比均为2：1。
优选的，在所述步骤S2中，固液分离后得到含固量为40％的固体残渣。
优选的，在所述步骤S2中，干式低温热水解的反应温度为60-80℃，反应时间为1-3天。
优选的，在所述步骤S2中，所述分离液与接种物的混合重量比为1-5：1，发酵温度为40-50℃，发酵时间为5-10天。
优选的，在所述步骤S3中，所述预处理的生物质秸秆与热水解后的固体残渣的混合重量比为1：1。
优选的，在所述步骤S4中，所述发酵混合物与接种物的混合重量比为1:1.3-1.5，发酵温度为35-40℃，发酵时间为35天以上。
进一步的，在所述步骤S4中，所述发酵混合物与接种物的混合重量比为1:1.5，发酵温度为40℃，发酵时间为45天。
优选的，在所述步骤S2和步骤S4中，所述接种物均含水量为70％-85％的厌氧活性污泥与沼渣混合物，且所述混合物的含水量通过步骤S4中所产生的沼液调节。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
在本发明中，以生物质秸秆和家畜粪便为发酵原料进行联合发酵，并且在联合发酵之前分别对生物质秸秆和家畜粪便进行预处理，以有效除去整体发酵原料中各物质的分解，从而达到提高沼气产量，加快发酵效率的效果。
另外，对于预处理后的生物质秸秆和家畜粪便进行合理配比，并添加厌氧活性污泥与沼渣的混合物作为接种物，其中接种物利用沼液进行含水量调节，从而进一步提高了厌氧发酵时的沼气产量及发酵稳定性，并且还有效实现了废物的循环利用，以有效达到资源充分利用的目的。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
在本发明实施例中，提供了一种生物质秸秆厌氧发酵生产沼气的工艺，具体包括如下步骤：
S1.将生物质秸秆一次分切至1-10cm后，按1：10的质量体积比浸入质量分数为10％的氨水中，浸入处理24小时以上后洗涤至中性，获得预处理的生物质秸秆；
S2.将混合重量比为2：1的牛粪与鸡粪混合物、或猪粪与鸡粪混合物进行固液分离，得到含固量为25％的固体残渣和分离液；将固体残渣置入热水解罐进行干式低温热水解，且反应温度为60℃，反应时间为1-3天，反应后将分离液与接种物混合置入厌氧发酵装置中，在温度为40℃的条件下发酵6天，得到第一沼气和发酵液；
S3.将预处理的生物质秸秆二次分切至1-2cm，并按重量比为1：4的比例与热水解后的固体残渣置均匀混合，加入发酵液，稀释至含固率为10.2％，获得发酵混合物；
S4.将发酵混合物置入厌氧发酵装置中，并按重量比为1：1.3的比例加入接种物，均匀混合后在35℃的温度下厌氧发酵50天，得到第二沼气、沼液和沼渣；
上述，关于步骤S2及步骤S4中所使用的接种物：
取厌氧活性污泥与步骤S4中所产生的沼渣进行混合，获得混合物i；
向混合物i中添加步骤S4中所产生的沼液，调整混合物i的含水量至70％，获得接种物，以应用至上述步骤S2及步骤S4的混合厌氧发酵中。
综上，在本实施例中，收集第一沼气和第二沼气，得：
每吨麦秸秆产沼气360-400m3，沼气中甲烷含量达到58.5％。
实施例2
在本发明实施例中，提供了一种生物质秸秆厌氧发酵生产沼气的工艺，具体包括如下步骤：
S1.将生物质秸秆一次分切至1-10cm后，按1：10的质量体积比浸入质量分数为10％的氨水中，浸入处理24小时以上后洗涤至中性，获得预处理的生物质秸秆；
S2.将混合重量比为2：1的牛粪与鸡粪混合物、或猪粪与鸡粪混合物进行固液分离，得到含固量为49％的固体残渣和分离液；将固体残渣置入热水解罐进行干式低温热水解，且反应温度为80℃，反应时间为1-3天，反应后将分离液与接种物混合置入厌氧发酵装置中，在温度为50℃的条件下发酵10天，得到第一沼气和发酵液；
S3.将预处理的生物质秸秆二次分切至1-2cm，并按重量比为1：2的比例与热水解后的固体残渣置均匀混合，加入发酵液，稀释至含固率为14.7％，获得发酵混合物；
S4.将发酵混合物置入厌氧发酵装置中，并按重量比为1：1.4的比例加入接种物，均匀混合后在37℃的温度下厌氧发酵36天，得到第二沼气、沼液和沼渣；
上述，关于步骤S2及步骤S4中所使用的接种物：
取厌氧活性污泥与步骤S4中所产生的沼渣进行混合，获得混合物i；
向混合物i中添加步骤S4中所产生的沼液，调整混合物i的含水量至78％，获得接种物，以应用至上述步骤S2及步骤S4的混合厌氧发酵中。
在本实施例中，收集第一沼气和第二沼气，得：
每吨麦秸秆产沼气390-450m3，沼气中甲烷含量达到59.21％。
实施例3
在本发明实施例中，提供了一种生物质秸秆厌氧发酵生产沼气的工艺，具体包括如下步骤：
S1.将生物质秸秆一次分切至1-10cm后，按1：10的质量体积比浸入质量分数为10％的氨水中，浸入处理24小时以上后洗涤至中性，获得预处理的生物质秸秆；
S2.将混合重量比为2：1的牛粪与鸡粪混合物、或猪粪与鸡粪混合物进行固液分离，得到含固量为40％的固体残渣和分离液；将固体残渣置入热水解罐进行干式低温热水解，且反应温度为70℃，反应时间为1-3天，反应后将分离液与接种物混合置入厌氧发酵装置中发酵得到第一沼气和发酵液；
S3.将预处理的生物质秸秆二次分切至1-2cm，并按重量比为1：1的比例与热水解后的固体残渣置均匀混合，加入发酵液，稀释至含固率为13％，获得发酵混合物；
S4.将发酵混合物置入厌氧发酵装置中，并按重量比为1：1.5的比例加入接种物，均匀混合后在40℃的温度下厌氧发酵45天，得到第二沼气、沼液和沼渣；
上述，关于步骤S2及步骤S4中所使用的接种物：
取厌氧活性污泥与步骤S4中所产生的沼渣进行混合，获得混合物i；
向混合物i中添加步骤S4中所产生的沼液，调整混合物i的含水量至85％，获得接种物，以应用至上述步骤S2及步骤S4的混合厌氧发酵中。
在本实施例中，收集第一沼气和第二沼气，得：
每吨麦秸秆产沼气390-500m 3，沼气中甲烷含量达到60.2％。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种生物质秸秆厌氧发酵生产沼气的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将生物质秸秆一次分切至1-10cm后，按1：10的质量体积比浸入质量分数为10％的氨水中，浸入处理24小时以上后洗涤至中性，获得预处理的生物质秸秆；
S2.将家畜粪便进行固液分离，得到含固量为25-50％的固体残渣和分离液；将固体残渣置入热水解罐进行干式低温热水解，将分离液与接种物混合置入厌氧发酵装置中发酵得到第一沼气和发酵液；
S3.将预处理的生物质秸秆二次分切至1-2cm，并按重量比为1：1-4的比例与热水解后的固体残渣置均匀混合，加入发酵液，稀释至含固率为10％-15％，获得发酵混合物；
S4.将发酵混合物置入厌氧发酵装置中，并按重量比为1：1-2的比例加入接种物，均匀混合后厌氧发酵，得到第二沼气、沼液和沼渣。
2.根据权利要求1所述的一种生物质秸秆厌氧发酵生产沼气的工艺，其特征在于：在所述步骤S2中，所述家畜粪便由牛粪、猪粪与鸡粪中任意两种及两种以上混合形成。
3.根据权利要求2所述的一种生物质秸秆厌氧发酵生产沼气的工艺，其特征在于：所述家畜粪便由牛粪与鸡粪混合而成、或由猪粪与鸡粪混合而成时，混合重量比均为2：1。
4.根据权利要求1或2所述的一种生物质秸秆厌氧发酵生产沼气的工艺，其特征在于：在所述步骤S2中，固液分离后得到含固量为40％的固体残渣。
5.根据权利要求4所述的一种生物质秸秆厌氧发酵生产沼气的工艺，其特征在于：在所述步骤S2中，干式低温热水解的反应温度为60-80℃，反应时间为1-3天。
6.根据权利要求5所述的一种生物质秸秆厌氧发酵生产沼气的工艺，其特征在于：在所述步骤S2中，所述分离液与接种物的混合重量比为1-5：1，发酵温度为40-50℃，发酵时间为5-10天。
7.根据权利要求1所述的一种生物质秸秆厌氧发酵生产沼气的工艺，其特征在于：在所述步骤S3中，所述预处理的生物质秸秆与热水解后的固体残渣的混合重量比为1：1。
8.根据权利要求1所述的一种生物质秸秆厌氧发酵生产沼气的工艺，其特征在于：在所述步骤S4中，所述发酵混合物与接种物的混合重量比为1:1.3-1.5，发酵温度为35-40℃，发酵时间为35天以上。
9.根据权利要求8所述的一种生物质秸秆厌氧发酵生产沼气的工艺，其特征在于：在所述步骤S4中，所述发酵混合物与接种物的混合重量比为1:1.5，发酵温度为40℃，发酵时间为45天。
10.根据权利要求1所述的一种生物质秸秆厌氧发酵生产沼气的工艺，其特征在于：在所述步骤S2和步骤S4中，所述接种物均含水量为70％-85％的厌氧活性污泥与沼渣混合物，且所述混合物的含水量通过步骤S4中所产生的沼液调节。
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