[發明專利]一種好氧與厭氧耦合兩相發酵產沼氣工藝方法

在審

• 申請號: 201510362882.0
• 申請日: 2015-06-26
• 公開（公告）號: CN104878046A
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發明（設計）人: 李文哲;羅立娜;丁清華
• 申請（專利權）人: 東北農業大學
• 主分類號: C12P5/02
• 分類號: C12P5/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于可再生能源開發利用與環境保護領域，具體涉及一種好氧與厭氧耦合兩相發酵產沼氣工藝技術。

背景技術

我國是農業大國，各類農作物秸稈資源十分豐富，年產量約為0.79億t。秸稈是寶貴的可再生資源，含有80％～90％的有機質，但目前秸稈的利用率僅為33％左右，大部分被就地焚燒，不僅易造成火災事故，同時還污染環境，造成霧霾天氣，危害人體健康。

以秸稈為原料進行厭氧發酵生產沼氣是秸稈能源化利用的有效途徑。秸稈中的主要的有機成分為纖維素和半纖維素，其次為木質素及其它可溶性物質和灰分。秸稈中的木質素聯接于纖維素和半纖維素之間，三者相互纏繞所形成的結構在植物細胞壁中形成一個致密的物理屏障，阻止微生物的接觸，致使秸稈中的纖維素和半纖維素不宜被微生物降解，如不經處理就進行厭氧發酵易出現水解酸化緩慢，產氣周期長、秸稈利用效率低等問題，這是導致秸稈不能夠被大規模用于沼氣生產的主要原因，已成為秸稈厭氧發酵技術中的瓶頸問題。

秸稈類物料的水解酸化首要步驟是木質素的降解，有研究表明木質素最初的裂解需要分子氧的存在，未經過好氧處理的木質素幾乎不能在厭氧環境下被微生物降解。

現有Biopercolat工藝、Linder?KCA工藝、APS工藝中，也都采用了好氧或微好氧水解酸化，但這三種工藝水解酸化過程中TS較高，都是利用干法對秸稈進行水解酸化，干法發酵傳熱傳質困難，阻礙微生物向粗纖維內部的滲透，使得微生物不能有效地與底物接觸，粗纖維的降解速度慢、降解不均勻，并且干法發酵秸稈原料進出料困難，難以連續運行,因此提出一種適應于秸稈沼氣發酵的新工藝方法是提高秸稈沼氣發酵利用率成為當務之急。

發明內容

本發明的目的就是針對上述問題，提出一種好氧與厭氧耦合兩相發酵產沼氣工藝方法，首先采用濕法好氧發酵進行水解酸化，有利于微生物向粗纖維內部的滲透，為后續濕法厭氧發酵提供適宜底物。該工藝能夠同時發揮好氧發酵和厭氧發酵的優勢，起到互相支持和促進作用，提高農作物秸稈的降解率和產氣率，利用工藝參數的控制使該工藝達到較佳的效果，有利于秸稈沼氣進一步推廣應用，可滿足和適應大型沼氣工程的工藝需要。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種好氧與厭氧耦合兩相發酵產沼氣工藝方法，所述方法步驟如下：

①配料及混料：將作物秸稈粉碎成粒徑為10-30mm的秸稈原料，經黃儲后，與產甲烷發酵相回流沼液混合調漿，混合調漿總固體濃度為6-10％，物料均勻混合；

②濕法好氧水解發酵：將上述得到的混合均勻物料送入濕法好氧水解發酵反應器中進行好氧水解酸化，加熱，控制好氧產酸發酵相溫度為30-42℃中溫發酵，根據水解產酸發酵相溶解氧、均質狀況控制曝氣和攪拌的周期及頻率，同時加入菌劑，所述菌劑為木霉和黑曲霉按質量比為1:1混合，根據pH控制水解產酸發酵相水力停留時間；

③濕法厭氧產甲烷發酵：將上述達到設定pH值的濕法好氧水解發酵物料送入濕法厭氧發酵反應器中進行厭氧產甲烷發酵，加熱，控制厭氧產甲烷發酵相溫度為30-42℃中溫發酵；所述濕法厭氧發酵產出的甲烷經凈化提純成為生物燃氣，將含有懸浮污泥的沼液回流到濕法好氧水解發酵反應器中進行調質，將高固含量沼液沼渣排出經固液分離后，其中的沼渣經粉碎調質制備成栽培基質，沼液濃縮制備成腐殖酸。

本發明的有益效果是：采用好氧與厭氧耦合兩相發酵工藝產沼氣，利用濕法好氧發酵階段好氧微生物的快速繁殖及好氧微生物對木質纖維素的降解作用，水解產酸發酵相木質素降解3％-5％，使纖維素和半纖維素暴露出來，為后續濕法厭氧發酵過程提供適宜的底物，在濕法厭氧發酵過程中產甲烷發酵相纖維素降解30％-45％，可使產氣率顯著提高，好氧水解酸化效果明顯；本發明充分利用好氧發酵和厭氧發酵的優勢，取長補短，無需添加任何化學試劑對秸稈進行預處理，操作簡便，產生的沼渣可作為栽培基質，沼液濃縮制備腐殖酸，有利于大中型沼氣工程推廣應用，同時解決農作物秸稈的資源化利用問題，改善環境污染和農村的居住環境。

附圖說明

圖1是一種好氧與厭氧耦合兩相發酵產沼氣工藝方法流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明實施方案進行詳細描述。

一種好氧與厭氧耦合兩相發酵產沼氣工藝方法，所述方法步驟如下：

①配料及混料：將作物秸稈粉碎成粒徑為10-30mm的秸稈原料，經黃儲后，與產甲烷發酵相回流沼液混合調漿，混合調漿總固體濃度為6-10％，物料均勻混合；