[發明專利]一種農作物秸稈與畜禽糞便聯合固態發酵生產沼氣的方法

有效

• 申請號: 201310025678.0
• 申請日: 2013-01-22
• 公開（公告）號: CN103088070A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 劉廣青;李葉青;張瑞紅;何艷峰;陳暢;馮璐;肖瀟;馬欣欣
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C12P5/02
• 分類號: C12P5/02;C02F11/04
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 張水俤

技術領域

本發明屬于有機固體廢棄物高效資源化利用領域，尤其涉及一種農作物秸稈與畜禽糞便聯合固態發酵生產沼氣的方法。

背景技術

傳統制沼氣的原料是用畜禽糞便，但是，由于經濟快速發展、糧食漲價等原因，很多地方的出現了畜禽糞便原料短缺等問題。傳統的沼氣生產常常因缺乏原料而導致產氣不穩定，嚴重時甚至出現不產氣等現象。此外，由于原料內在性質的限制，以傳統的畜禽糞便作為厭氧消化原料，沼氣產氣通常比較低，約為350L/kg?VS。

我國是農業大國，每年約產生大約7億噸的農作物秸稈。目前，這些農作物秸稈的利用率還不到50%，大都被隨意丟棄或露天燃燒，不僅浪費了資源，還嚴重地污染了環境。如何有效利用這些資源，是我國解決農村和城鎮生活用能問題的重要途徑之一。然而，在農作物秸稈中，大量含有的木質素及半纖維素將纖維素包裹，不利于微生物利用，將農作物秸稈作為單一原料進行厭氧消化也會出現產氣率低下，約為300L/kg?VS。此外，傳統的厭氧消化工藝會產生大量的沼液沼渣，還需額外增加處理設備才能將沼液沼渣轉化成有機肥料，且這些有機肥料的肥力尚在研究中。因此，亟需開發出一種新的厭氧消化工藝解決這些問題。

目前，聯合厭氧消化工藝逐漸被使用，但是，以農作物秸稈和畜禽糞便為原料進行聯合固態發酵工藝，還沒有得到很好的開發和利用。首先，聯合發酵工藝受多種因素制約，所選取的原料也受地域限制；其次，固態發酵技術還存在著很多不足，如需較長的停留時間、大量的接種物等；再者，目前尚未有較為經濟的預處理技術用于處理農作物秸稈提高其產氣能力；此外，沼液沼渣的高值利用問題急需解決。上述幾方面共同限制了農作物秸稈及畜禽糞便作為能源原料的大規模利用。

發明內容

為克服現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種產氣量高的農作物秸稈和畜禽糞便聯合固態發酵生產沼氣的方法。

本發明所述的農作物秸稈和畜禽糞便聯合固態發酵生產沼氣的方法，包括農作物秸稈固態預處理、聯合固態發酵和沼渣熱解利用三個過程；

所述的農作物秸稈的固態預處理：用揉搓機將農作物秸稈揉碎，加入NaOH水溶液混合均勻，按質量計算，NaOH的加入量為農作物秸稈干重的3~7%，混合后農作物秸稈的含水率在50~60wt%，將混合后農作物秸稈在20~30℃條件下放置1~3天，整個過程中沒有液態水流出；

所述的聯合固態發酵：將上述預處理后的農作物秸稈與畜禽糞便按揮發性固體濃度以(1:1)~(3:1)的比例加入反應器中，再加入接種物，反應器中的原料與接種物的揮發性固體濃度之比為(3:1)~(4:1)，控制發酵體總固體濃度在21~25%之間，在50~60℃下進行厭氧發酵產沼氣，消化時間為21~24天，整個過程無額外添加營養物質及調節pH值；

所述的沼渣熱解利用：將上述固態發酵后的殘留物取出，20~40wt%用于聯合固態發酵過程的接種物，剩余的沼渣進入熱解反應器進行熱解產氣，從室溫開始以30~50℃/分鐘升溫速率升溫，到達終溫600~800℃后保持1.5~3小時。

本發明所述的生產沼氣的方法，在農作物秸稈固態預處理時，NaOH的加入量為秸稈干重的5wt%，混合后農作物秸稈的含水率為60wt%，預處理溫度為20℃，預處理時間為1天，這時，整個聯合固態發酵系統產氣效率最高。

本發明所述的生產沼氣的方法，在聯合固態發酵時，農作物秸稈與畜禽糞便的揮發性固體濃度比為3:1，反應器中的原料與接種物的揮發性固體濃度之比為3:1，發酵體總固體濃度為22%，發酵溫度為50℃，消化時間為24天，這時整個聯合固態發酵系統產氣效率最高。

本發明所述的生產沼氣的方法，在熱解沼渣利用時，升溫速率40℃/分鐘，到達終溫800℃后保持1.5小時，這時整個聯合固態發酵系統產氣效率最高。

本發明所述的生產沼氣的方法，在聯合固態發酵時，第一次使用的接種物為正常產氣的沼氣池的沼渣或陰溝、泥塘中的厭氧活性污泥，后期使用的接種物為聯合固態發酵后的殘留物。

本發明中，所指的TS（Total?Solids）即總固體濃度，指一定量的原料在105℃下烘干至恒重所得的凈重與原有原料的質量比。灰分：指一定量的原料烘干后放入600攝氏度馬弗爐灼燒2小時后剩余物的質量與原有原料的質量比。VS（Volatile?Solids）即揮發性固體濃度，表征原料中有機物的含量，VS等于TS減去灰分。消化時間系指原料厭氧發酵產沼氣通常所需的時間。