CN112941111A - 一种利用沼渣水热产物提高厌氧干发酵产气特性的方法 - Google Patents

一种利用沼渣水热产物提高厌氧干发酵产气特性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用沼渣水热产物提高厌氧干发酵产气特性的方法，属于农业废弃物利用领域，以解决现有厌氧干发酵技术处理农业废弃物的过程中存在的产气率低，反应时间长、沼渣利用率低等问题。包括如下步骤：秸秆牛粪混合原料经过连续厌氧干发酵的剩余物经固液分离后得到沼渣和沼液；沼渣反应得到水热炭和水热液的混合物；将水热炭化产物进行固液分离，得到水热液和固相产物，固相产物烘干后得到水热炭；将不同剂量的水热炭与秸秆牛粪原料混合后投加到反应器中继续进行连续厌氧干发酵。本发明将连续厌氧干发酵产生的沼渣进行水热炭化处理，可以使沼渣资源化利用，另一方面生成的水热产物继续用于厌氧干发酵能够强化发酵过程，提高产气效率。

Description

一种利用沼渣水热产物提高厌氧干发酵产气特性的方法
技术领域
本发明属于农业废弃物利用领域，具体涉及一种利用沼渣水热产物提高厌氧干发酵产气特性的方法。
背景技术
我国是农业大国，农作物秸秆和畜禽粪污等农业废弃物产生量逐年增加，并且随着我国规模化养殖场逐渐采用干清粪工艺，固体粪便产量增多，传统湿法发酵技术已不能满足对高含固率废弃物的处理。厌氧干发酵技术用于处理含固率较高（20-40%）的有机废弃物，是一种较好的农业废弃物资源化利用方式，具有费用低、技术成熟、能量回收率高、沼液产生量少等优点。但厌氧干发酵会产生大量沼渣，如果处理不当会造成环境污染问题。在发酵过程中也会产生有害抑制物质（如氨分子、硫化物、中长链脂肪酸等），严重影响产气率及系统稳定性。因此，需要探寻一种方法，能够降低有害物质对厌氧干发酵产甲烷的抑制作用，提高厌氧干发酵产气率；提高沼渣资源化利用率。
活性炭具有比表面积高、孔隙结构复杂、表面活性基团丰富、导电性强等特性，将活性炭投加到厌氧发酵中可降低系统有机负荷冲击、吸附抑制性的硫化物、加速产甲烷菌群累积、提高厌氧发酵产甲烷效率。但活性炭价格昂贵且制备过程复杂。利用农业废弃物制备的生物炭与活性炭理化性质相近，但价格低廉。水热炭化（HTC）是一种制备生物炭方式，以水为反应介质, 在密闭的高压反应釜中以一定温度（通常在300℃以下）和压强将其中的生物质转化为水热炭。相比热解炭化，水热炭化不受原料含水率的制约，且操作简单、耗能低。利用水热炭化处理沼渣得到的水热炭具有纯度高、分散型好、粒度易控制等优点，但沼渣水热产物对于厌氧干发酵的作用还需进行深入研究探索。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用沼渣水热产物提高厌氧干发酵产气特性的方法，以解决现有厌氧干发酵技术处理农业废弃物的过程中存在的产气率低，反应时间长、沼渣利用率低等问题。
为达到上述发明目的，本发明技术方案如下：一种利用沼渣水热产物提高厌氧干发酵产气特性的方法，包括如下步骤：
S1. 秸秆牛粪混合原料经过连续厌氧干发酵的剩余物经固液分离后得到沼渣和沼液；沼液继续回流到反应器内，沼渣备用；
S2. 取沼渣样品装入水热合成反应釜中，反应得到水热炭和水热液的混合物；
S3.将水热炭化产物进行固液分离，得到水热液和固相产物，固相产物烘干后得到水热炭；
S4.调节水热液pH值作为喷淋液对反应器内物料进行喷淋；
S5.将不同剂量的水热炭与秸秆牛粪原料混合后投加到反应器中继续进行连续厌氧干发酵。
进一步的，所述S2步骤的反应温度是150℃-200℃，反应时间是3-4h。
进一步的，所述S4步骤调节水热液pH至6.5-7.5。
进一步的，所述S5步骤水热炭的添加量为4-8g/L。
本发明机理如下：首先将秸秆牛粪混合原料连续厌氧干发酵出料沼渣沼液混合物进行固液分离，得到的沼液中含有部分未经完全发酵的有机物及氮磷等物质和产甲烷菌等有利于厌氧发酵的微生物，可以作为接种物回流到连续厌氧干发酵反应器中。对固液分离得到的沼渣进行水热炭化处理，得到固相产物（水热炭）和液相产物（水热液）。取部分水热炭与发酵原料混合均匀后投加到反应器中继续进行连续厌氧干发酵试验，水热炭对抑制物质有吸附作用，减轻了抑制物对微生物的影响，提高了厌氧发酵效率。剩余水热炭可用于金属离子的吸附、制备多孔碳、清洁能源等用途。将水热液收集到喷淋罐中，定期对反应器中发酵物料进行喷淋，水热液中含有丰富的小分子有机物，可以为厌氧发酵过程中的产甲烷菌提供底物，进一步提高产气率。
本发明具有以下优点和有益效果：
（1）本发明将连续厌氧干发酵产生的沼渣进行水热炭化处理，一方面可以使沼渣资源化利用，另一方面生成的水热产物继续用于厌氧干发酵能够强化发酵过程，可以提高产气效率。
（2）将水热产物固液分离得到的水热液对发酵物料进行喷淋，可以为发酵原料补充小分子有机酸，供产甲烷菌利用。
(3)沼渣水热炭与发酵原料混合均匀后回流到反应器中，可以吸附厌氧干发酵过程中有害抑制物质，加速产甲烷菌积累，强化厌氧干发酵产气性能，剩余水热炭还可用作金属离子的吸附、清洁能源等其他用途。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面的本实施例可以进一步说明本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
（1）300g秸秆牛粪混合原料进行连续厌氧干发酵后排出的剩余物经固液分离后得到沼渣和沼液，沼渣含水率为20%，沼液含水率为85%。
（2）沼液全部回流到反应器中，沼渣进行水热炭化处理，水热温度为150℃，反应时间为3h。
（3）沼渣水热炭化处理后得到水热液和水热炭，水热液收集到喷淋罐中，调节水热液pH值在6.5，通过蠕动泵和管道对连续厌氧干发酵反应器内发酵物料进行喷淋。
（4）添加4g/L水热炭与秸秆牛粪原料混合后投加到反应器中继续进行连续厌氧干发酵。
（5）在TS（含固率）为20%、温度为38℃条件下，当连续厌氧干发酵产气稳定时，甲烷产率达到1.05L/L/d。
实施例2
（1）300g秸秆牛粪混合原料进行连续厌氧干发酵后排出的剩余物经固液分离后得到沼渣和沼液，沼渣含水率为20%，沼液含水率为85%。
（2）沼液作为接种物全部回流到反应器中，沼渣进行水热炭化处理，水热温度为150℃，反应时间为4h。
（3）沼渣水热炭化处理后得到水热液和水热炭，水热液收集到喷淋罐中，调节水热液pH值在7.0，通过管道对连续厌氧干发酵反应器内发酵物料进行喷淋。
（4）添加6g/L水热炭与秸秆牛粪原料混合后投加到反应器中继续进行连续厌氧干发酵。
（5）在TS为20%、温度为38℃条件下，当连续厌氧干发酵产气稳定时，甲烷产率达到1.32 L/L/d。
实施例3
（1）300g秸秆牛粪混合原料进行连续厌氧干发酵后排出的剩余物经固液分离后得到沼渣和沼液，沼渣含水率为20%，沼液含水率为85%。
（2）沼液全部回流到反应器中，沼渣进行水热炭化处理，水热温度为200℃，反应时间为4h。
（3）沼渣水热炭化处理后得到水热液和水热炭，水热液收集到喷淋罐中，调节水热液pH值在7.5，通过管道对连续厌氧干发酵反应器内发酵物料进行喷淋。
（4）添加8g/L水热炭与秸秆牛粪原料混合后投加到反应器中继续进行连续厌氧干发酵。
（5）在TS为20%、温度为38℃条件下，当连续厌氧干发酵产气稳定时，甲烷产率达到1.48L/L/d。

Claims (4)

1.一种利用沼渣水热产物提高厌氧干发酵产气特性的方法，其特征在于包括如下步骤：
S1. 秸秆牛粪混合原料经过连续厌氧干发酵的剩余物经固液分离后得到沼渣和沼液；沼液继续回流到反应器内，沼渣备用；
S2. 取沼渣样品装入水热合成反应釜中，反应得到水热炭和水热液的混合物；
S3.将水热炭化产物进行固液分离，得到水热液和固相产物，固相产物烘干后得到水热炭；
S4.调节水热液pH值作为喷淋液对反应器内物料进行喷淋；
S5.将不同剂量的水热炭与秸秆牛粪原料混合后投加到反应器中继续进行连续厌氧干发酵。
2.根据权利要求1所述的一种利用沼渣水热产物提高厌氧干发酵产气特性的方法，其特征在于：所述S2步骤的反应温度是150℃-200℃，反应时间是3-4h。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用沼渣水热产物提高厌氧干发酵产气特性的方法，其特征在于：所述S4步骤调节水热液pH至6.5-7.5。
4.根据权利要求3所述的一种利用沼渣水热产物提高厌氧干发酵产气特性的方法，其特征在于：所述S5步骤水热炭的添加量为4-8g/L。
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