[發(fā)明專利]原料特性互補型混合連續(xù)干發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)電肥的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010181716.8
• 申請日: 2010-05-18
• 公開（公告）號: CN101830744A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫永明;李東;袁振宏;孔曉英;李連華;馬隆龍;李海濱
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院廣州能源研究所
• 主分類號: C05F17/00
• 分類號: C05F17/00
• 代理公司: 廣州科粵專利代理有限責(zé)任公司 44001
• 代理人: 莫瑤江

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于廢棄物處理和可再生能源開發(fā)領(lǐng)域，具體涉及一種原料特性互補型混合連續(xù)干發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)電肥的方法。

技術(shù)背景

生命周期分析結(jié)果表明，厭氧發(fā)酵技術(shù)是有機廢棄物處理的最佳方式，因為它處理廢棄物的同時，可以獲得清潔可再生能源(沼氣)和有機肥料。能夠進行厭氧發(fā)酵處理的原料和工藝類型多種多樣，不同的原料特性和厭氧發(fā)酵工藝有著大相徑庭的廢棄物處理能力和產(chǎn)氣能力。優(yōu)化發(fā)酵原料特性并開發(fā)高效厭氧發(fā)酵工藝，從而提高廢棄物處理能力以及產(chǎn)氣能力，對于規(guī)模化和商業(yè)化應(yīng)用具有至關(guān)重要的意義。

厭氧發(fā)酵原料的原料特性主要表現(xiàn)在物理特性、可降解性和營養(yǎng)結(jié)構(gòu)(C/N)三個方面。以物理特性為依據(jù)，原料主要分為：(1)流態(tài)化原料，包括生活污水、工業(yè)有機廢水、養(yǎng)殖場沖洗廢水、初沉池污泥、剩余活性污泥、造紙污泥、混合污泥。(2)低固體原料(TS＜40％)，包括動物糞便(豬糞、雞糞、牛糞、馬糞、兔糞、人糞)、新鮮的樹葉、新鮮的青草(包括但不局限于象草、巨菌草、米草、蘆葦、苜蓿)、藻類(包括但不局限于藍藻、羊棲菜、麒麟菜、馬尾藻、江蘺、蜈蚣藻)、水生植物(包括但不局限于水葫蘆和滿江紅)、餐廚垃圾、果蔬廢棄物、肉類加工廢棄物。(3)高固體原料(TS＞40％)，包括羊糞、農(nóng)作物秸稈(包括但不局限于稻稈、麥稈、玉米稈和高粱稈)、干樹葉、干草、廢紙、廢紙板。

對于流態(tài)化原料和TS＜15％的低固體原料，目前的首選工藝自然是濕式厭氧發(fā)酵工藝(反應(yīng)器TS＜15％)，但是，由于反應(yīng)器中原料濃度較低，濕式厭氧發(fā)酵工藝的池容產(chǎn)氣力較低。對于高固體原料和TS＞15％的低固體原料的厭氧發(fā)酵，除了采用濕式厭氧發(fā)酵工藝外，更適合采用干發(fā)酵工藝(反應(yīng)器TS為15％~40％)，因為濕式厭氧發(fā)酵工藝不僅要添加大量的水，降低反應(yīng)器的原料處理能力和產(chǎn)沼氣能力，而且容易引起結(jié)殼，阻礙厭氧發(fā)酵反應(yīng)器的正常運行。當(dāng)然，即使采用干發(fā)酵工藝也還需要添加適量的水調(diào)節(jié)固體濃度在15％~40％之間。

根據(jù)生化過程原理，厭氧發(fā)酵包括水解酸化和產(chǎn)甲烷兩個過程，原料只有通過水解酸化生成各種小分子有機酸(乙酸、丙酸、丁酸等)，才能被進一步利用轉(zhuǎn)化為甲烷，因此，原料的可降解性主要指水解酸化的難易程度。根據(jù)水解酸化的難易程度，原料主要分為：(1)易水解酸化原料，主要為富含有機酸、糖、淀粉、蛋白和脂類的原料，包括各種有機酸廢水、藻類、餐廚垃圾、果蔬廢棄物、肉類加工廢棄物，這類原料在厭氧發(fā)酵過程中的水解酸化速度較快，或原料本身就含有大量有機酸，而產(chǎn)甲烷菌的生長代謝速率較慢，不能及時消耗掉發(fā)酵體系內(nèi)的有機酸，極易造成有機酸累積從而抑制產(chǎn)甲烷的持續(xù)穩(wěn)定進行，即“酸中毒”。因此，為了避免有機酸抑制，目前的厭氧發(fā)酵技術(shù)只允許采用濕式厭氧發(fā)酵工藝處理該類原料，即添加大量的水調(diào)低原料的固體濃度，相應(yīng)地稀釋有機酸濃度以解除“酸中毒”。(2)難水解酸化原料，主要為纖維類原料和各種污泥，包括農(nóng)作物秸稈(包括但不局限于稻稈、麥稈、玉米稈和高粱稈)、食草類動物糞便(如牛糞、馬糞、羊糞、兔糞)、樹葉、草(包括但不局限于象草、巨菌草、米草、蘆葦、苜蓿)、廢紙、廢紙板、初沉池污泥、剩余活性污泥和造紙污泥，這類原料的水解酸化速度較慢，水解酸化步驟是整個厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷的限速步驟。尤其是對于農(nóng)作物秸稈類原料、廢紙和剩余活性污泥，為了促進原料的水解酸化，需要對發(fā)酵原料進行預(yù)處理，通常采取物理(如氣爆、超聲波)、化學(xué)(酸、堿處理)和生物(堆漚)方法進行預(yù)處理。物理和化學(xué)方法成本較高，目前主要采用堆漚預(yù)處理，但是堆漚處理由于是好氧處理，會造成20％~30％的有機質(zhì)損耗。

根據(jù)微生物學(xué)原理，厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷適宜的碳氮比(C/N)值為15~30∶1，據(jù)此可把發(fā)酵原料分為：(1)高碳原料(C/N＞30∶1)，包括農(nóng)作物秸稈(包括但不局限于稻稈、麥稈、玉米稈和高粱稈)、樹葉、廢紙、廢紙板、造紙污泥；(2)碳氮適合原料(C/N＝15~30∶1)，包括餐廚垃圾、果蔬廢棄物、草(包括但不局限于象草、巨菌草、米草、蘆葦、苜蓿)、食草類動物糞便(如牛糞、馬糞、羊糞、兔糞)；(3)高氮原料(C/N＜15∶1)，包括豬糞、人糞、肉類加工廢棄物、初沉池污泥、剩余活性污泥、混合污泥。對于高碳原料和高氮原料，厭氧發(fā)酵均不能在最佳條件下運行，高碳原料缺乏作為微生物生長的氮源，限制發(fā)酵微生物的生長繁殖，而高氮原料缺乏用于形成甲烷的碳源，對于某些富含氨基酸或蛋白質(zhì)的高氮原料(如豬糞、人糞、肉類加工廢棄物)，還會形成氨抑制。