CN114214367A - 一种快速提升连续厌氧干发酵甲烷产量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种快速提升连续厌氧干发酵甲烷产量的方法，属于厌氧发酵技术领域，本发明通过在厌氧干发酵过程中添加包含葡萄糖的补料，葡萄糖能够提升系统内微生物活性，能够使得厌氧系统在初始阶段沼气含量快速提升，提高连续式干法厌氧发酵的甲烷产量，沼气中的甲烷含量一直处于较高的水平，且具有较好的稳定性。经过试验证明，采用本发明提供的方法，发酵系统内的甲烷产量在发酵启动后7天内最高可达到60％，并稳定在45％～55％。
Description
技术领域
本发明属于厌氧发酵技术领域，具体涉及一种快速提升连续厌氧干发酵甲烷产量的方法。
背景技术
厌氧干发酵技术根据反应器进料方式的不同，主要分为序批式和连续式两种。序批式厌氧干发酵技术是将物料一次性投加到反应器中，发酵过程不再添加新物料，待发酵结束后，排出残余物再重新投加新的物料进行发酵。该技术设计简单但产气过程不稳定，且存在进、出料作业的安全隐患。连续式厌氧干发酵技术是从反应器启动以后，每天连续定量地向反应器内添加新物料并排出沼渣沼液，实现反应器的连续运行，该技术具有产气连续稳定、容积产气率高、干物质降解率高、处理量大等优势。
目前，厌氧干发酵技术主要用于处理总固形物质含量在20％～40％(质量分数)之间的固态有机物，是农业废弃物资源化利用的有效途径，具有用水量少、容积产气率高等优点。但是由于较高的含固率，厌氧干发酵技术还存在反应器启动慢的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种快速提升连续厌氧干发酵甲烷产量的方法，本发明的方法能够有效缩短厌氧干发酵启动时间。
本发明提供了一种快速提升连续厌氧干发酵甲烷产量的方法，包括以下步骤：
将初始发酵料放入反应器中进行厌氧干发酵；所述初始发酵料包括第一畜禽粪便、第一农作物秸秆、接种污泥和水；
所述厌氧干发酵的第二日起，每天从反应器中排出部分发酵产物后在反应器中加入补料，排出的部分发酵产物的质量和补料的质量相等；
所述补料包括第二畜禽粪便、第二农作物秸秆、沼渣、水和葡萄糖；所述沼渣取自从反应器中排出的部分发酵产物。
优选的，所述初始发酵料的总固形物的质量含量大于20％。
优选的，所述厌氧干发酵的温度为35～38℃。
优选的，所述排出的部分发酵产物和初始发酵料的质量比为(3～8)：120。
优选的，所述初始发酵料中第一畜禽粪便、第一农作物秸秆、接种污泥和水的质量比为(0.25～0.35)：(3～4)：(1.5～2.5)：(0.15～0.25)。
优选的，所述沼渣占从反应器中排出的部分发酵产物的质量百分比为10％～50％。
优选的，所述补料中第二畜禽粪便、第二农作物秸秆、沼渣、水和葡萄糖的质量比为(70～80)：(3～4)：(60～70)：(6.5～8)：(5.5～7)。
优选的，所述补料的总固形物的质量含量为18％～25％。
优选的，所述第一农作物秸秆或第二农作物秸秆包括玉米秸秆。
优选的，所述第一畜禽粪便或第二畜禽粪便包括牛粪。
本发明提供了一种快速提升连续厌氧干发酵甲烷产量的方法，本发明通过在厌氧干发酵过程中添加包含葡萄糖的补料，葡萄糖能够提升系统内微生物活性，能够使得厌氧系统在初始阶段沼气含量快速提升，提高连续式干法厌氧发酵的甲烷产量，沼气中的甲烷含量一直处于较高的水平，且具有较好的稳定性。经过试验证明，采用本发明提供的方法，发酵系统内的甲烷产量在发酵启动后7天内最高可达到60％，并稳定在45％～55％。
附图说明
图1为本发明的连续式启动干法厌氧发酵生产沼气的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种快速提升连续厌氧干发酵甲烷产量的方法，包括以下步骤：
将初始发酵料放入反应器中进行厌氧干发酵；所述初始发酵料包括第一畜禽粪便、第一农作物秸秆、接种污泥和水；
所述厌氧干发酵的第二日起，每天从反应器中排出部分发酵产物后在反应器中加入补料，排出的部分发酵产物的质量和补料的质量相等；
所述补料包括第二畜禽粪便、第二农作物秸秆、沼渣、水和葡萄糖；所述沼渣取自从反应器中排出的部分发酵产物。
在本发明中，所述反应器优选为中国专利CN111254047A公开的横推流式连续干发酵装置。
在本发明中，所述初始发酵料的总固形物质的质量含量优选的大于20％，更优选为20％～30％，最优选为25％。在本发明中，所述初始发酵料中的第一畜禽粪便、第一农作物秸秆、接种污泥和水的质量比优选为(0.25～0.35)：(3～4)：(1.5～2.5)：(0.15～0.25)，更优选为0.289：3.52：2：0.19。
在本发明中，所述接种污泥优选为其他厌氧干发酵的排出沼渣。
在本发明中，所述第一农作物秸秆或第二农作物秸秆优选的包括玉米秸秆。
在本发明中，所述第一畜禽粪便或第二畜禽粪便优选的包括牛粪。
在本发明中，所述厌氧干发酵的温度优选为35～38℃，更优选为36～37℃。在本发明中，所述厌氧干发酵的温度的控制方法优选为在反应器的发酵罐外安装保温增温水浴装置，恒温水浴锅控制温度保持在35～38℃。
在本发明中，所述排出的部分发酵产物和初始发酵料的质量比优选为(3～8)：120。这一比例能够保证以畜禽粪便与农作物秸秆的混合物料为发酵原料时在反应器内停留15～40d。
在本发明中，所述沼渣占从反应器中排出的部分发酵产物的质量百分比优选为10％～50％，更优选为20％～30％。在本发明中，从反应器中排出的部分发酵产物再次作为接种物进行补料，与其他新加入的补料充分接触，使接种更均匀，维持发酵体系微生物物种均衡，保持体系中优势菌种的优势性；又可充分利用原料中的有机物，提高未降解的有机物的分解效率，进一步提高产气量。
在本发明中，所述补料的的总固形物质的质量含量优选为18％～25％，更优选为20％。
在本发明中，所述补料中的第二畜禽粪便、第二农作物秸秆、沼渣、水和葡萄糖的质量比优选为(70～80)：(3～4)：(60～70)：(6.5～8)：(5.5～7)，更优选为80：3.1：69：6.9：6。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
按照图1所示流程图进行沼气发酵，所用的反应器为中国专利CN111254047A公开的横推流式连续干发酵装置。
将牛粪、玉米秸秆和其他厌氧干发酵的排出沼渣混合在反应器中进行厌氧干发酵在中温厌氧条件下进行氧干发酵生成沼气；每天将反应器中的150g出料沼渣通过反应器的出料口排出反应器，并设置50％出料沼渣作为接种物回流至反应器内；每天向反应器内加入150g含固率为20％的秸秆、牛粪、出料沼渣和水的混合物料，其中玉米秸秆与牛粪的干物质量之比为2：8。
其中试验启动的各物质添加量按照如下公式确定：
玉米秸秆添加量+牛粪添加量+沼渣添加量+水添加量＝进料量；
玉米秸秆含固率×玉米秸秆添加量+牛粪含固率×牛粪添加量+沼渣含固率×沼渣添加量＝进料量×总含固率；
沼渣含固率×沼渣添加量＝玉米秸秆含固率×玉米秸秆添加量+牛粪含固率×牛粪添加量；
玉米秸秆含固率×玉米秸秆添加量/牛粪含固率×牛粪添加量＝玉米秸秆与牛粪的干物质量之比；
玉米秸秆含固率为97％，牛粪含固率为15％，沼渣含固率为18％。
经计算，初始物料添加量为：玉米秸秆0.29kg，牛粪3.52kg，沼渣2kg，水0.19kg。
试验每天各物质添加量按照如下公式确定：
玉米秸秆添加量+牛粪添加量+沼渣添加量+水添加量+葡萄糖添加量＝进料量(150g)；
玉米秸秆含固率×玉米秸秆添加量+牛粪含固率×牛粪添加量＝进料量×总含固率；
玉米秸秆含固率×玉米秸秆添加量/牛粪含固率×牛粪添加量＝玉米秸秆与牛粪的干物质量之比；
玉米秸秆干物质量：牛粪干物质量：葡萄糖量为2：8：4。
经计算，玉米秸秆每天添加量为3.1g，牛粪每天添加量为74g，沼渣每天添加量为60g，葡萄糖每天添加量6g，水每天添加量为6.9g。
所述混合物料每天定时连续进出料，且进出料的体积相同，每天进料量是依据水力停留时间决定的，其中，水力停留时间为40d，发酵温度为38℃。
在本实施例中，甲烷产量在第5天快速提升至62.9％。
对比例1
除补料中不加入葡萄糖外，其余处理和实施例1中相同，甲烷产量在一周内仅提升24.2％。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (10)
1.一种快速提升连续厌氧干发酵甲烷产量的方法，包括以下步骤：
将初始发酵料放入反应器中进行厌氧干发酵；所述初始发酵料包括第一畜禽粪便、第一农作物秸秆、接种污泥和水；
所述厌氧干发酵的第二日起，每天从反应器中排出部分发酵产物后在反应器中加入补料，排出的部分发酵产物的质量和补料的质量相等；
所述补料包括第二畜禽粪便、第二农作物秸秆、沼渣、水和葡萄糖；所述沼渣取自从反应器中排出的部分发酵产物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始发酵料的总固形物的质量含量大于20％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述厌氧干发酵的温度为35～38℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述排出的部分发酵产物和初始发酵料的质量比为(3～8)：120。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始发酵料中第一畜禽粪便、第一农作物秸秆、接种污泥和水的质量比为(0.25～0.35)：(3～4)：(1.5～2.5)：(0.15～0.25)。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沼渣占从反应器中排出的部分发酵产物的质量百分比为10％～50％。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述补料中第二畜禽粪便、第二农作物秸秆、沼渣、水和葡萄糖的质量比为(70～80)：(3～4)：(60～70)：(6.5～8)：(5.5～7)。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述补料的总固形物的质量含量为18％～25％。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一农作物秸秆或第二农作物秸秆包括玉米秸秆。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一畜禽粪便或第二畜禽粪便包括牛粪。
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| GR01 | Patent grant | ||
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