CN1169633C - 周期刺激秸秆和城市垃圾进行固态发酵沼气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于利用生物质进行沼气发酵领域，特别涉及到周期刺激秸秆和城市垃圾进行固态发酵沼气的方法。该方法是将风干秸秆或筛选的有机垃圾经过汽爆处理后放入固态发酵罐体中；然后将汽爆物料与沼气迅速混合，密封于发酵罐体中进行固态发酵；通入发酵的沼气排净罐体中的空气，采用外界周期压力变化以强化固态发酵的速率；迅速排气收集沼气。本发明由于是用汽爆物料，而且固态发酵罐内气相周期波动，使固态发酵物料温度、湿度均匀性提高，所以，在提高沼气收率的同时，也便于发酵渣的利用。
Description
技术领域
本发明属于利用生物质进行沼气发酵领域，特别涉及到周期刺激秸秆和城市垃圾进行固态发酵沼气的方法。
背景技术
目前沼气发酵多是以沼气湿发酵为主，农作物秸秆在传统的沼气湿发酵中的分解利用很低，而将未被利用的秸秆转化为肥料或饲料处理工艺繁琐，成本高。
沼气湿发酵是一种需要大量自由水的沼气发酵工艺，现有的沼气系统中，沼气湿发酵工艺应用得十分广泛，但缺点是含有大量的水分，在清理发酵剩余物质时不得不进行较为复杂的人为劳动，同样，在添加物料时也存在这一方面的问题，体积大，物料处理量小。更为重要的是在还田、利用残余物生产真菌等方面更为不方便，必须将物料在进行处理后再应用到饲料、肥料及生产应用上。
目前我国城市生活垃圾年产量达1亿多吨，且每年以8％-10％的速度增长，其中50％以上成分是有机物，主要是采用卫生填埋法处理(自然发酵)，其存在着：(1)产生的渗滤液和填埋气体对环境造成巨大威胁；(2)处理周期长，生产成本高。
沼气固态发酵充分利用了固体垃圾和秸秆干的这一大特点，使得未发酵完的底物能方便作为肥料和饲料等用；同时在还田及其体积、添加量上、运输上都具有沼气湿发酵不可比拟的优点。从这些方面来看，沼气固态发酵应用前景广阔。但目前迫切强化需要固态发酵沼气技术工程化研究，提高固态发酵沼气技术水平和实用性。
发明内容
本发明的目的是从固体原料预处理和周期刺激固态发酵沼气两个方面着手研究，提出一种周期刺激汽爆秸秆和城市垃圾进行固态发酵沼气的方法。一是应用固态发酵沼气解决湿发酵残渣不易处理的问题，二是通过固体原料预处理和外界周期刺激提高固态发酵沼气原料利用率和产气率低。
本发明的技术方案为：
首先将风干秸秆或筛选的有机垃圾经过汽爆处理后放入固态发酵罐体中；然后将汽爆物料与沼气迅速混合，密封于发酵罐体中进行固态发酵；通入发酵的沼气排净罐体中的空气，采用外界周期压力变化以强化固态发酵的速率；迅速排气收集沼气。
所述的汽爆处理是指先将秸秆粗切至20-30mm长，再装入汽爆罐，于1.3-1.7Mpa维压10min，或筛选的有机垃圾在1.0-1.3Mpa下维压5-10min，瞬间减压释放即得汽爆物料。
所述的汽爆物料与沼气迅速混合是指在汽爆物料中，添加占汽爆物料重量8-10wt％的沼气污泥和0.1-0.8wt％的碳酸铵作为固态发酵培养基，添加水，使固态发酵发酵培养基的含水量为30-60wt％。
所述的固态发酵是在50℃下发酵5-15天。
所述的秸秆是指麦草、稻草或玉米秆等植物原料。
所述的筛选的有机垃圾是指城市分检后的生活垃圾。
所述的采用外界周期压力是指在50℃恒温培养下，随着沼气的产生，逐步升压，每12-24小时一个周期用外源沼气使发酵罐体中的压力达到0.1-0.2Mpa，维压5-10min后迅速排气。
所述的迅速排气收集是指由连接在固态发酵罐上的电磁阀控制快速泻压，通过排气法收集沼气。
本发明要求尽量作到充压时间较长，曲线上升平缓。泻压时间要求尽可能短，一般在几秒之内完成，使固体培养基颗粒之间的气体发生突然膨胀而使料层发生松动。固态发酵罐的压力周期变化，对固体培养基是静态，但对气相是动态的，这样它的优点表现为：(1)很容易使固态发酵罐内气相的分子扩散变为强制对流扩散，以达到固态发酵罐中的温度、湿度的均匀。(2)在泻压操作中，因突然快速排气，颗粒间的气相因减压膨胀，对固体颗粒起松动作用。这对微生物生长特有利。(3)压力周期波动对微生物代谢具有的刺激作用。
本发明的优点有：(1)由于所用秸秆经过汽爆处理，破坏了天然结构，利于微生物的降解，提高了秸秆利用率。(2)固体垃圾经汽爆处理后，可有效地消毒，便于操作利用。(3)固态发酵罐内气相周期波动使固态发酵物料温度、湿度均匀性提高，省去了搅拌装置。(4)固态发酵沼气，在提高沼气收率的同时，也便于发酵渣的利用。
具体实施方式
实施例1
将麦草粗切至约25mm长，装入汽爆罐中，升到1.5Mpa，维压10min，打开放料阀，瞬间减压释放即得汽爆处理的麦草。添加占汽爆处理的麦草10wt％的沼气污泥和0.5wt％碳酸铵作为固态发酵培养基，在沼气污泥和碳酸铵与汽爆物料混合后密封于发酵罐体中，并添加水，使固态发酵发酵培养基的含水量为30wt％；开始通入发酵的沼气排净罐体空气；在50℃恒温培养下，随着沼气的产生，逐步升压，每12-24小时一个周期用外源沼气使发酵罐体中的压力达到0.1-0.2Mpa，维压5-10min后，由电磁阀控制迅速排气收集沼气。经过8-15天发酵，物料失重50-60wt％，发酵渣可直接作为有机肥料。其中纤维素、半纤维素和木质素分解率分别达到为60wt％、90wt％和20wt％以上。
实施例2
经筛选的生活垃圾，装入汽爆罐中，升到1.0Mpa，维压10min，打开放料阀，瞬间减压释放即得汽爆处理的生活垃圾。添加占汽爆处理的生活垃圾8wt％的沼气污泥和0.2wt％碳酸铵作为固态发酵培养基，在沼气污泥和碳酸铵与汽爆物料混合后密封于发酵罐体中，并添加水，使固态发酵发酵培养基的含水量为60wt％；开始通入发酵的沼气排净罐体空气；在50℃恒温培养下，随着沼气的产生，逐步升压，每12-24小时一个周期用外源沼气使发酵罐体中的压力达到0.1-0.2Mpa，维压5-10min后，由电磁阀控制迅速排气收集沼气。经过5-10天发酵，物料失重50wt％，发酵渣可直接作为有机肥料。
Claims (7)
1.一种周期刺激秸秆和城市垃圾进行固态发酵沼气的方法，其特征是：该方法是将风干秸秆或筛选的有机垃圾经过汽爆处理后产生的汽爆物料放入固态发酵罐体中；然后将由汽爆处理产生的汽爆物料与沼气迅速混合，密封于发酵罐体中进行固态发酵；通入发酵的沼气排净罐体中的空气，采用外界周期压力变化以强化固态发酵的速率；迅速排气收集沼气；
所述的采用外界周期压力变化是指在50℃恒温培养下，随着沼气的产生，逐步升压，每12-24小时一个周期用外源沼气使发酵罐体中的压力达到0.1--0.2Mpa，维压5-10min后迅速排气。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述的汽爆处理是指先将秸秆粗切至20-30mm长，再装入汽爆罐，于1.3-1.7Mpa维压10min，或筛选的有机垃圾在1.0-1.3Mpa下维压5-10min，瞬间减压释放即得汽爆物料。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述的汽爆物料与沼气迅速混合是指在汽爆物料中，添加占汽爆物料重量8--10wt％的沼气污泥和0.1-0.8wt％的碳酸铵作为固态发酵培养基，添加水，使固态发酵培养基的含水量为30--60wt％。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述的固态发酵是在50℃下发酵5--15天。
5.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征是：所述的秸秆是指麦草、稻草或玉米秆。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征是：所述的筛选的有机垃圾是指城市分检后的生活垃圾。
7.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述的迅速排气收集是指由连接在固态发酵罐上的电磁阀控制快速泻压，通过排气法收集沼气。
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