CN113881712A - 一种软硬结合的序批式厌氧消化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种软硬结合的序批式厌氧消化方法，包括以下步骤；S1：将厌氧消化物料与复合微生物充分混合，装入刚性罐体内进行发酵，发酵5‑9天，使物料进行水解酸化反应，获得中间发酵产物；S2：将中间发酵产物转移至厌氧消化袋中，每天检测厌氧消化袋内中间发酵产物的产气量，日产气量小于日最高产气量的1％的当天为发酵截止日。厌氧消化袋的造价比相比刚性罐低，因此可以大幅度降低了建造成本，工程总体造价降低了30％以上，从而增强了项目的市场接受程度；大幅度降低了设备的损耗和维修维护成本，刚性罐与厌氧消化袋的工作寿命长项目建设周期大幅度缩短，可以尽快进入盈利期。
Description
技术领域
本发明涉及厌氧消化技术领域，尤其涉及一种软硬结合的序批式厌氧消化方法。
背景技术
厌氧消化工艺技术在国内已经比较成熟，但是可靠性比较差，主要原因在于，多日连续投料在一个系统内完成，没有明确的厌氧消化反应完成的界定标准，只能依靠新物料进入逐步顶出原有的物料，但是系统要求必须定时搅拌，使物料进一步混合，打乱了原有的进料顺序，从而使排出的物料不能保证是发酵彻底的物料，因此排放出来的物料处于生熟混合状态，表现为物料酸臭味比较浓郁。
由于厌氧消化反应不彻底，物料没有彻底水解腐熟，导致生产工艺环境质量恶劣，项目出现了邻避效应，并且未彻底腐熟的沼渣和沼液在应用中面临严重的困境，必须进行深入加工才能实现资源化利用，生产成本比较高，环境影响也更大。
另外，连续式投料厌氧发酵系统造价比较高，不是用户可以轻易接受的，即使做项目投资运营，这个投资与其能产生的经济效益对比，投资回报率也比较低。
目前在广大农村通行的黑膜沼气袋模式做厌氧消化工艺虽然造价比较地，但是存在使用寿命短、易破损泄露、连续投料水解腐熟不彻底、接受的沼液浓度受到严格限制等多种缺陷，不是良好的选择。
序批式厌氧消化工艺的设计，是一个不错的选择，已经彻底解决了厌氧消化不彻底、环境影响恶劣等严重问题。项目厌氧消化彻底，总产气量比较大，远远高于连续投料工艺；沼渣沼液水解腐熟彻底，可以经过简单加工后直接制成资源化产品；水解腐熟彻底后，沼渣沼液固液分离容易，不使用任何药剂就可以直接完成板框压滤机固液分离；项目经济效益远远高于连续投料工艺。
这种完全硬体罐(钢筋混凝土罐或者钢罐)结构仍然存在两个严重问题，第一是工程造价比较高，市场价格接近40万元/吨.日，建造周期比较长，一般用户无法承受；第二是由于序批式投料方式和水封式沼气冲出模式，导致罐体长期承受高频率的微振动形变，罐体材料的疲劳强度受到严重的挑战，因此一定时期(一般为1-2年)需要更换一次罐体的上盖(疲劳强度累积部位)，而一次性更换要求是几十个上盖，维护保养工作量比较大。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种软硬结合的序批式厌氧消化方法，以解决背景技术中的问题。
本发明的技术方案如下：提供一种软硬结合的序批式厌氧消化方法，包括以下步骤。
S1：将厌氧消化物料与复合微生物充分混合，装入刚性罐体内进行发酵，发酵5-9天，使物料进行水解酸化反应，获得中间发酵产物。在本步骤中，刚性罐内的厌氧消化物料需要每日搅拌至少1次。刚性罐内的厌氧消化物料的PH值每天至少测试1次，刚性罐内的消化物料的碳酸根离子浓度每天至少检测1次；前后相邻的两天中，厌氧消化物料的PH值差值小于0.3，即厌氧消化物料完成95％以上的水解酸化反应，厌氧消化物料转变成中间发酵产物；或者监测刚性罐内的厌氧消化物料第四天后的每天的产气量，前后相邻的两天中，后一天的产气量是前一天产气量的3倍以上时，厌氧消化物料转变成中间发酵产物。厌氧细菌优选甲烷细菌、乙酸歧化菌。厌氧消化使用的复合微生物一般甲烷菌群和乙酸菌群为主，甲烷菌群含量超过了18％，最高可达36％；乙酸菌群含量超过了20％，最高可达30％；其它的微生物主要进行有机生物质的分解和降解，主要是芽孢杆菌、红线菌、黑炭菌、大肠杆菌等多种菌群，其作用主要是产生甲烷气体，分解腐熟有机生物质。
厌氧消化是由两个工艺过程组成的，第一个工艺过程是水解酸化过程，也即步骤S1，在这个工艺过程中厌氧消化物料与复合微生物充分融合，通过微生物的作用，使厌氧消化物料完成水解酸化反应，产生大量的乙酸，分解大颗粒物料，使厌氧消化物料中的颗粒物由初始投入时的漂浮状态逐步转化为下沉状态，在这个过程中，厌氧消化物料需要每日搅拌1-2次，以保证水解酸化过程均匀彻底；需要通过检测其中的碳酸根离子浓度来监测其中的碳氢比，并随时检测其中的PH值，以获取水解酸化反应的程度；本步骤中的前面4-5天基本不产生沼气，从第5-6天开始，厌氧消化物料逐渐少量产生沼气，大约产气3天左右，厌氧消化物料进入大量产生沼气状态，从大量产生沼气开始，工艺过程进入第二阶段：产生甲烷阶段。
S2：将中间发酵产物转移至厌氧消化袋中，每天检测厌氧消化袋内中间发酵产物的产气量，日产气量小于日最高产气量的1％的当天为发酵截止日。在本步骤中，还需要每天检测中间发酵产物的PH值，并维持中间发酵产物的PH值为7±1，保证产气速率，并保证微生物系统安全稳定工作。
步骤S2为厌氧消化的第二个工艺工程，主要反应是有机生物质转化为甲烷的过程，这个过程有没有搅拌作用均可，只需要监测其中的产气速度和液体的PH值即可；使中间发酵产物的PH值为7±1，即可保证产气速率，并保证微生物系统安全稳定工作；当日产气量小于日最高产气量的1％时，表明中间发酵产物产气反应已经基本完成，所有的物料均彻底腐熟，此时即可将所有物料排放出系统中，进行沼渣沼液分离和加工。
本发明的发明点在于选择好步骤S1与步骤S2的物料转移的时间点，这个时间点为厌氧消化物料完成95％以上的水解酸化反应或者开始大量产生甲烷；在第一阶段反应结束时，厌氧消化物料中的固体颗粒应当从漂浮状态转变为下沉状态，从而使物料一次排空成为可能，这个转变过程大约在厌氧消化物料进入刚性罐中5-9天完成，此时处于步骤S1中产气量处于上升阶段，此时将物料一次性转移到另外的密闭空间中是最合适的，转移过程中要求将转移空间中的空气排空。
根据序批式投料厌氧消化的工艺要求和现存的问题，选择这个转移的空间比较严格，既要求空间可以很方便排除空气，保持绝氧环境，又要求系统可以承受反复的气体膨胀带来的应力冲击。厌氧消化袋是最优的转移空间。
在步骤S1中，所述复合微生物的重量为厌氧消化物料的重量的5％以上。在步骤S2中，将中间发酵产物装入厌氧消化袋时，厌氧消化袋内为无氧环境。厌氧消化袋为五层PVC膜结构。
厌氧消化袋具有下述优势条件：
(1)厌氧消化袋很方便排除空气，保持空间没有任何空气条件下接受厌氧消化物料的转移；
(2)厌氧消化袋由于是软体，任何压力冲击都不会对系统本身造成应力冲击，因此不存在疲劳强度问题；
(3)厌氧消化袋为五层PVC膜结构，其的抗老化性能很高，使用寿命比较长；
(4)厌氧消化袋可以方便与刚性罐连接，可以安装在地下，不占用地面空间；
(5)厌氧消化袋造价远远低于厌氧消化罐造价，可以大幅度降低造价，有利于推广应用，有利于社会接受；
(6)厌氧消化袋可以根据需要随意制成多个小型空间，方便继续执行序批式厌氧消化工艺，保证物料彻底腐熟。
所述刚性罐体通过投料管道与厌氧消化袋连通，所述厌氧消化袋顶部设置有沼气收集管道，所述厌氧消化袋底部设置有卸料管道，沼气收集管道设置有排气阀门，所述卸料管道上设置有卸料阀门；所述刚性罐的出料端设置有第一阀门，所述厌氧消化袋的进料端设置有第二阀门，所述第一阀门通过投料管道与所述第二阀门连通。
所述厌氧消化袋设置在沼气袋池内，沼气袋池的容积与厌氧消化袋最大的容积相等，沼气袋池底部修剪成斜坡式，倾斜角度为2-8度；在沼气袋池底部最低点安装卸料管道。
按照刚性罐内需要发酵的天数配置相同数量的刚性罐，按照厌氧消化袋内需要发酵的天数配置相同数量的厌氧消化袋；全部所述刚性罐的第一阀门通过投料管道与全部所述厌氧消化袋的第二阀门连通。
采用上述方案，本发明提供一种软硬结合的序批式厌氧消化方法，具有以下优点：提高了厌氧消化工艺的产气效率，比常规的厌氧消化工艺产气量提高了25％以上，从而增加了厌氧消化工艺的经济效益；厌氧消化袋的造价比相比刚性罐低，因此可以大幅度降低了建造成本，工程总体造价降低了30％以上，从而增强了项目的市场接受程度；大幅度降低了设备的损耗和维修维护成本，刚性罐与厌氧消化袋的工作寿命长；生产过程中环境效果进一步改善，没有扰民现象和邻避效应发生，为所有沼渣沼液成分的资源化利用奠定了基础；项目建设周期大幅度缩短，可以尽快进入盈利期。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
请参阅图1，本发明提供一种软硬结合的序批式厌氧消化方法，包括以下步骤。
S1：将厌氧消化物料与复合微生物充分混合，装入刚性罐体内进行发酵，发酵5-9天，使物料进行水解酸化反应，获得中间发酵产物。在本步骤中，刚性罐内的厌氧消化物料需要每日搅拌至少1次。刚性罐内的厌氧消化物料的PH值每天至少测试1次，刚性罐内的消化物料的碳酸根离子浓度每天至少检测1次；前后相邻的两天中，厌氧消化物料的PH值差值小于0.3，即厌氧消化物料完成95％以上的水解酸化反应，厌氧消化物料转变成中间发酵产物；或者监测刚性罐内的厌氧消化物料第四天后的每天的产气量，前后相邻的两天中，后一天的产气量是前一天产气量的3倍以上时，厌氧消化物料转变成中间发酵产物。厌氧细菌优选甲烷细菌、乙酸歧化菌。
厌氧消化是由两个工艺过程组成的，第一个工艺过程是水解酸化过程，也即步骤S1，在这个工艺过程中厌氧消化物料与复合微生物充分融合，通过微生物的作用，使厌氧消化物料完成水解酸化反应，产生大量的乙酸，分解大颗粒物料，使厌氧消化物料中的颗粒物由初始投入时的漂浮状态逐步转化为下沉状态，在这个过程中，厌氧消化物料需要每日搅拌1-2次，以保证水解酸化过程均匀彻底；需要通过检测其中的碳酸根离子浓度来监测其中的碳氢比，并随时检测其中的PH值，以获取水解酸化反应的程度；本步骤中的前面4-5天基本不产生沼气，从第5-6天开始，厌氧消化物料逐渐少量产生沼气，大约产气3天左右，厌氧消化物料进入大量产生沼气状态，从大量产生沼气开始，工艺过程进入第二阶段：产生甲烷阶段。
S2：将中间发酵产物转移至厌氧消化袋中，每天检测厌氧消化袋内中间发酵产物的产气量，日产气量小于日最高产气量的1％的当天为发酵截止日。在本步骤中，还需要每天检测中间发酵产物的PH值，并维持中间发酵产物的PH值为7±1，保证产气速率，并保证微生物系统安全稳定工作。
步骤S2为厌氧消化的第二个工艺工程，主要反应是有机生物质转化为甲烷的过程，这个过程有没有搅拌作用均可，只需要监测其中的产气速度和液体的PH值即可；使中间发酵产物的PH值为7±1，即可保证产气速率，并保证微生物系统安全稳定工作；当日产气量小于日最高产气量的1％时，表明中间发酵产物产气反应已经基本完成，所有的物料均彻底腐熟，此时即可将所有物料排放出系统中，进行沼渣沼液分离和加工。
本发明的发明点在于选择好步骤S1与步骤S2的物料转移的时间点，这个时间点为厌氧消化物料完成95％以上的水解酸化反应或者开始大量产生甲烷；在第一阶段反应结束时，厌氧消化物料中的固体颗粒应当从漂浮状态转变为下沉状态，从而使物料一次排空成为可能，这个转变过程大约在厌氧消化物料进入刚性罐中5-9天完成，此时处于步骤S1中产气量处于上升阶段，此时将物料一次性转移到另外的密闭空间中是最合适的，转移过程中要求将转移空间中的空气排空。
根据序批式投料厌氧消化的工艺要求和现存的问题，选择这个转移的空间比较严格，既要求空间可以很方便排除空气，保持绝氧环境，又要求系统可以承受反复的气体膨胀带来的应力冲击。厌氧消化袋是最优的转移空间。
在步骤S1中，所述复合微生物的重量为厌氧消化物料的重量的5％以上。在步骤S2中，将中间发酵产物装入厌氧消化袋时，厌氧消化袋内为无氧环境。厌氧消化袋为五层PVC膜结构。
厌氧消化袋具有下述优势条件：
(1)厌氧消化袋很方便排除空气，保持空间没有任何空气条件下接受厌氧消化物料的转移；
(2)厌氧消化袋由于是软体，任何压力冲击都不会对系统本身造成应力冲击，因此不存在疲劳强度问题；
(3)厌氧消化袋为五层PVC膜结构，其的抗老化性能很高，使用寿命比较长；
(4)厌氧消化袋可以方便与刚性罐连接，可以安装在地下，不占用地面空间；
(5)厌氧消化袋造价远远低于厌氧消化罐造价，可以大幅度降低造价，有利于推广应用，有利于社会接受；
(6)厌氧消化袋可以根据需要随意制成多个小型空间，方便继续执行序批式厌氧消化工艺，保证物料彻底腐熟。
所述刚性罐体通过投料管道与厌氧消化袋连通，所述厌氧消化袋顶部设置有沼气收集管道，所述厌氧消化袋底部设置有卸料管道，沼气收集管道设置有排气阀门，所述卸料管道上设置有卸料阀门；所述刚性罐的出料端设置有第一阀门，所述厌氧消化袋的进料端设置有第二阀门，所述第一阀门通过投料管道与所述第二阀门连通。
所述厌氧消化袋设置在沼气袋池内，沼气袋池的容积与厌氧消化袋最大的容积相等，沼气袋池底部修剪成斜坡式，倾斜角度为2-8度；在沼气袋池底部最低点安装卸料管道。
按照刚性罐内需要发酵的天数配置相同数量的刚性罐，按照厌氧消化袋内需要发酵的天数配置相同数量的厌氧消化袋；全部所述刚性罐的第一阀门通过投料管道与全部所述厌氧消化袋的第二阀门连通。
综上所述，本发明提供一种软硬结合的序批式厌氧消化方法，具有以下优点：提高了厌氧消化工艺的产气效率，比常规的厌氧消化工艺产气量提高了25％以上，从而增加了厌氧消化工艺的经济效益；厌氧消化袋的造价比相比刚性罐低，因此可以大幅度降低了建造成本，工程总体造价降低了30％以上，从而增强了项目的市场接受程度；大幅度降低了设备的损耗和维修维护成本，刚性罐与厌氧消化袋的工作寿命长；生产过程中环境效果进一步改善，没有扰民现象和邻避效应发生，为所有沼渣沼液成分的资源化利用奠定了基础；项目建设周期大幅度缩短，可以尽快进入盈利期。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种软硬结合的序批式厌氧消化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将厌氧消化物料与复合微生物充分混合，装入刚性罐体内进行发酵，发酵5-9天，使物料进行水解酸化反应，获得中间发酵产物；
S2：将中间发酵产物转移至厌氧消化袋中，每天检测厌氧消化袋内中间发酵产物的产气量，日产气量小于日最高产气量的1％的当天为发酵截止日。
2.根据权利要求1所述的一种软硬结合的序批式厌氧消化方法，其特征在于，在步骤S1中，刚性罐内的厌氧消化物料需要每日搅拌至少1次；
刚性罐内的厌氧消化物料的PH值每天至少测试1次，刚性罐内的消化物料的碳酸根离子浓度每天至少检测1次；前后相邻的两天中，厌氧消化物料的PH值差值小于0.3，即物料完成95％以上的水解酸化反应，厌氧消化物料转变成中间发酵产物；或者监测刚性罐内的厌氧消化物料第四天后的每天的产气量，前后相邻的两天中，后一天的产气量是前一天产气量的3倍以上时，厌氧消化物料转变成中间发酵产物；
在步骤S2中，还需要每天检测中间发酵产物的PH值，并维持中间发酵产物的PH值为7±1。
3.根据权利要求1所述的一种软硬结合的序批式厌氧消化方法，其特征在于，所述复合微生物的重量为厌氧消化物料的重量的5％以上。
4.根据权利要求1所述的一种软硬结合的序批式厌氧消化方法，其特征在于，在步骤S2中，将中间发酵产物装入厌氧消化袋时，厌氧消化袋内为无氧环境。
5.根据权利要求1所述的一种软硬结合的序批式厌氧消化方法，其特征在于，厌氧消化袋为五层PVC膜结构。
6.根据权利要求1所述的一种软硬结合的序批式厌氧消化方法，其特征在于，所述刚性罐体通过投料管道与厌氧消化袋连通，所述厌氧消化袋顶部设置有沼气收集管道，所述厌氧消化袋底部设置有卸料管道，沼气收集管道设置有排气阀门，所述卸料管道上设置有卸料阀门；所述刚性罐的出料端设置有第一阀门，所述厌氧消化袋的进料端设置有第二阀门，所述第一阀门通过投料管道与所述第二阀门连通。
7.根据权利要求6所述的一种软硬结合的序批式厌氧消化方法，其特征在于，所述厌氧消化袋设置在沼气袋池内，沼气袋池的容积与厌氧消化袋最大的容积相等，沼气袋池底部修剪成斜坡式，倾斜角度为2-8度；在沼气袋池底部最低点安装卸料管道。
8.根据权利要求6所述的一种软硬结合的序批式厌氧消化方法，其特征在于，按照刚性罐内需要发酵的天数配置相同数量的刚性罐，按照厌氧消化袋内需要发酵的天数配置相同数量的厌氧消化袋；全部所述刚性罐的第一阀门通过投料管道与全部所述厌氧消化袋的第二阀门连通。
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