CN114315074A

CN114315074A - 一种木醋液强化水解畜禽粪污产沼气的方法

Info

Publication number: CN114315074A
Application number: CN202111546970.8A
Authority: CN
Inventors: 陈新德; 熊莲; 姚时苗; 王璨
Original assignee: Xuyi Aotu Energy And Environmental Protection Materials R & D Center
Current assignee: Xuyi Aotu Energy And Environmental Protection Materials R & D Center
Priority date: 2021-12-16
Filing date: 2021-12-16
Publication date: 2022-04-12

Abstract

本发明公开了一种木醋液强化水解畜禽粪污产沼气的方法，利用木醋液中的酚类物质将固形物中的木质素溶出，使其结构变得松散，同时木醋液中的乙酸、丙酸强化水解纤维素、半纤维素、淀粉类物质等，半纤维素水解率≥80％，纤维素水解率≥60％，使其中的固形物减量≥50％且提高单糖类有机物含量，提高木醋液的可生化性(BOD5/COD)提高20％以上，最终均转化为沼气，产沼发酵时间≤7d，大大提高了畜禽粪污产沼气的速度，而且碳利用率大大提高，解决了现有技术预处理时间长导致产沼气速度慢或成本高的问题。

Description

一种木醋液强化水解畜禽粪污产沼气的方法

技术领域：

本发明涉及生物质能源和环保技术领域，具体涉及一种木醋液强化水解畜禽粪污产沼气的方法。

背景技术：

目前，畜禽粪污产生量逐年增加，由于不同的畜禽粪污各具特点，含水率、组成成分各不相同，行业内采用不同的方法来对其进行处理和利用，主要包括堆肥生产有机肥、厌氧发酵产沼气、直接焚烧发电三种为主。其中专利201811482497公开了一种废弃秸秆与畜禽粪污综合处理利用的生产系统，在畜禽粪污的处理工艺中，引入了秸秆综合利用的秸秆炭化技术，畜禽粪污处理装置接入废弃生物质秸秆处理装置产生的木醋液进行除臭，未提及木醋液的水解畜禽粪污利用；专利CN201210411314提及一种橡实制备燃料乙醇及资源化利用的方法，橡实制备活性炭时产生木醋液和合成气，合成气发电，固形物处理后发酵生产乙醇，并未提及木醋液的水解畜禽粪污利用及处置方法。专利108774081A将畜禽粪便通过干湿分离后，固体发酵堆肥生产有机肥，液体在黑膜沼气中进行厌氧处理，然后采用陶瓷膜纳滤膜过滤器进行多级浓缩，浓缩后浓液最终制成有机水溶肥。

畜禽粪污厌氧发酵产沼气是符合我国生物天然气行动的重要工艺技术路线，一般是将畜禽粪污全部进入发酵装置厌氧产沼气，受限于其中固形物的水解速度，发酵周期为10-45天，需要定期排渣，占地面积大。水解可以加快固体部分的降解速度，大大缩短畜禽粪污发酵产沼气的处理时间，CN108298704A公开了一种用于粪污资源化处理的水解池曝气装置；CN111170602A公布了一种畜禽粪污高效厌氧发酵装置及发酵方法，通过PLC加入酸碱到酸化水解池中来强化水解，还有一些研究者加入纤维素酶、木聚糖酶、蛋白质降解酶或复合菌群等进行强化水解，这些方法或预处理时间长或成本增加较多。

发明内容：

本发明的目的是提供一种木醋液强化水解畜禽粪污产沼气的方法，利用木醋液中的酚类物质将固形物中的木质素溶出，使其结构变得松散，同时木醋液中的乙酸、丙酸强化水解纤维素、半纤维素、淀粉类物质等，使其中的固形物减量且提高单糖类有机物含量，提高木醋液的可生化性，最终均转化为沼气，大大提高了畜禽粪污产沼气的速度，而且碳利用率大大提高，解决了现有技术预处理时间长导致产沼气速度慢或成本高的问题。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种木醋液强化水解畜禽粪污产沼气的方法，该方法包括如下步骤：

(1)木醋液和畜禽粪污按照固液比为1:1～1:5优选为1:1-1:4进行混合，加热到145℃～200℃优选为155-180℃后强化水解反应0.5h-2h，水解结束后冷却；

(2)步骤(1)得到的产物固液分离，得到的液体调配后进行厌氧发酵产沼气，发酵时间为4-20h；得到的固体为畜禽粪污强化水解渣，控制其含水量≤65％，进行干馏进一步减量，干馏产生的蒸汽气体混合物经冷凝分离后得到木醋液；

或

步骤(1)得到的产物调配pH为5.5-9.0后进入连续搅拌反应器系统(CSTR)，发酵2-7d，发酵剩余的沼液沼渣进行固液分离，得到的沼渣干馏碳化时产生的蒸汽气体混合物经冷凝分离后得到木醋液。

优选地，所述木醋液中乙酸含量≥2％，丙酸含量≥0.5％，丁酸含量≥0.5％，乙酸甲酯≥1％，酚类≥0.5％。

步骤(2)得到的木醋液，可用于步骤(1)形成闭环。

本发明的有益效果如下：本发明利用木醋液强化水解畜禽粪污产沼气，利用木醋液中的酚类物质将固形物中的木质素溶出，使其结构变得松散，同时木醋液中的乙酸、丙酸强化水解纤维素、半纤维素、淀粉类物质等，半纤维素水解率≥80％，纤维素水解率≥60％，使其中的固形物减量≥50％且提高单糖类有机物含量，提高木醋液的可生化性(BOD5/COD)提高20％以上，最终均转化为沼气，产沼发酵时间≤7d，大大提高了畜禽粪污产沼气的速度，而且碳利用率大大提高，解决了现有技术预处理时间长导致产沼气速度慢或成本高的问题。

具体实施方式：

以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1：

木醋液和畜禽粪污按照1:1(固液质量比)的比例进行混合，加热145℃后强化水解0.5h，畜禽粪污中半纤维素水解率为80％，纤维素水解率为60％，水解结束后冷却，冷却后进行固液分离，得到的液体调配至pH9.0后进行厌氧发酵产沼气，发酵4h产生沼气；固液分离得到的固体为畜禽粪污强化水解渣控制含水量≤65％，水解渣进行干馏进一步减量，生物质(畜禽粪污强化水解渣)在干馏设备中产生的蒸汽气体混合物经冷凝分离后得到木醋液，木醋液成分为：乙酸含量≥2％，丙酸含量≥0.5％，丁酸含量≥0.5％，乙酸甲酯≥1％，酚类≥0.5％，工艺形成闭环，固形物减量50％。木醋液的可生化性(BOD5/COD)提高30％。

实施例2

木醋液和畜禽粪污按照1:5(固液质量比)的比例进行混合，加热200℃后强化水解1h，畜禽粪污中半纤维素水解率为90％，纤维素水解率为68％，水解结束后冷却，冷却后进行固液分离，得到的液体调配至pH5.5后进行厌氧发酵产沼气，发酵20h产生沼气；固液分离得到的固体为畜禽粪污强化水解渣控制含水量≤65％，水解渣进行干馏进一步减量，生物质(畜禽粪污强化水解渣)在干馏设备中产生的蒸汽气体混合物经冷凝分离后得到木醋液，木醋液成分为：乙酸含量≥2％，丙酸含量≥0.5％，丁酸含量≥0.5％，乙酸甲酯≥1％，酚类≥0.5％，工艺形成闭环，固形物减量70％。木醋液的可生化性(BOD5/COD)提高23％。

实施例3

木醋液和畜禽粪污按照1:4(固液质量比)的比例进行混合，加热200℃后强化水解0.5h，畜禽粪污中半纤维素水解率为90％，纤维素水解率为65％，水解结束后冷却，冷却后进行固液分离，得到的液体调配pH至7.2后进行厌氧发酵产沼气，发酵12h产生沼气；固液分离得到的固体为畜禽粪污强化水解渣控制含水量≤65％，水解渣进行干馏进一步减量，生物质(畜禽粪污强化水解渣)在干馏设备中产生的蒸汽气体混合物经冷凝分离后得到木醋液，木醋液成分为：乙酸含量≥2％，丙酸含量≥0.5％，丁酸含量≥0.5％，乙酸甲酯≥1％，酚类≥0.5％，工艺形成闭环，固形物减量65％，木醋液的可生化性(BOD5/COD)提高25％。

实施例4

木醋液和畜禽粪污按照1:3(固液质量比)的比例进行混合，加热145℃后强化水解2h，畜禽粪污中半纤维素水解率为85％，纤维素水解率为65％，水解结束后冷却，物料调配后(pH5.5)进入连续搅拌反应器系统(CSTR)，发酵2d，发酵剩余的沼液沼渣进行固液分离，沼渣干馏碳化时产生的蒸汽气体混合物经冷凝分离后得到木醋液。木醋液成分为：乙酸含量≥2％，丙酸含量≥0.5％，丁酸含量≥0.5％，乙酸甲酯≥1％，酚类≥0.5％，固形物减量55％，木醋液的可生化性(BOD5/COD)提高28％。

实施例5

木醋液和畜禽粪污按照1:1(固液质量比)的比例进行混合，加热到175℃后强化水解1h，畜禽粪污中半纤维素水解率为95％，纤维素水解率为70％，水解结束后冷却，物料调配后(pH6.5)进入连续搅拌反应器系统(CSTR)，发酵7d，发酵剩余的沼液沼渣进行固液分离，沼渣干馏碳化时产生的蒸汽气体混合物经冷凝分离后得到木醋液。木醋液成分为：乙酸含量≥2％，丙酸含量≥0.5％，丁酸含量≥0.5％，乙酸甲酯≥1％，酚类≥0.5％，固形物减量68％，木醋液的可生化性(BOD5/COD)提高27％。

实施例6

木醋液和畜禽粪污按照1:4(固液质量比)的比例进行混合，加热到180℃后强化水解1.5h，畜禽粪污中半纤维素水解率为95％，纤维素水解率为72％，水解结束后冷却，物料调配后(pH7.0)进入连续搅拌反应器系统(CSTR)，发酵5d，发酵剩余的沼液沼渣进行固液分离，沼渣干馏碳化时产生的蒸汽气体混合物经冷凝分离后得到木醋液。木醋液成分为：乙酸含量≥2％，丙酸含量≥0.5％，丁酸含量≥0.5％，乙酸甲酯≥1％，酚类≥0.5％，固形物减量70％，木醋液的可生化性(BOD5/COD)提高26％。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种木醋液强化水解畜禽粪污产沼气的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)木醋液和畜禽粪污按照固液比为1:1～1:5进行混合，加热到145℃～200℃后强化水解反应0.5h-2h，水解结束后冷却；

或

步骤(1)得到的产物调配pH为5.5-9.0后进入连续搅拌反应器系统，发酵2-7d，发酵剩余的沼液沼渣进行固液分离，得到的沼渣干馏碳化时产生的蒸汽气体混合物经冷凝分离后得到木醋液。

2.根据权利要求1所述木醋液强化水解畜禽粪污产沼气的方法，其特征在于，所述木醋液中乙酸含量≥2％，丙酸含量≥0.5％，丁酸含量≥0.5％，乙酸甲酯≥1％，酚类≥0.5％。

3.根据权利要求1所述木醋液强化水解畜禽粪污产沼气的方法，其特征在于，步骤(1)木醋液和畜禽粪污固液比为1:1-1:4。

4.根据权利要求1所述木醋液强化水解畜禽粪污产沼气的方法，其特征在于，步骤(1)水解温度为155-180℃。

5.根据权利要求1所述木醋液强化水解畜禽粪污产沼气的方法，其特征在于，步骤(2)得到的木醋液用于步骤(1)，形成闭环。