[發(fā)明專利]一種高溫干式厭氧共發(fā)酵生產甲烷的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610158003.7
• 申請日: 2016-03-18
• 公開（公告）號: CN105586362A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發(fā)明（設計）人: 周勝;張繼寧;付子軾;孫會峰;陳桂發(fā);鄒國燕
• 申請（專利權）人: 上海市農業(yè)科學院;上海科立特農科（集團）有限公司
• 主分類號: C12P5/02
• 分類號: C12P5/02;C02F11/04
• 代理公司: 上海容慧專利代理事務所(普通合伙) 31287
• 代理人: 張竹梅

技術領域

本發(fā)明屬于發(fā)酵領域，具體的說涉及了一種高溫干式厭氧共發(fā)酵生產甲 烷的方法。

背景技術

厭氧發(fā)酵技術利用多種微生物菌群的協(xié)同合作，通過水解產酸和產氣等多 級厭氧分解，將農業(yè)廢物中有機成分分解成甲烷和二氧化碳，其中甲烷可作為 能源發(fā)電產熱。農業(yè)廢物的形式多種多樣，按其成分主要為畜禽糞尿和農作物 秸稈兩大類。畜禽糞尿和秸稈混合可以調節(jié)物料的C/N比從而有利于微生物進 行厭氧發(fā)酵處理，所以將畜禽糞尿和農作物秸稈通過混合厭氧共發(fā)酵技術轉化 為甲烷已經(jīng)成為農業(yè)廢物資源利用的有效途徑。加上畜禽糞尿和農作物秸稈均 來自農業(yè)生產過程，便于作為肥料或土壤調節(jié)劑還田使用。

我國現(xiàn)在推廣普及的傳統(tǒng)型沼氣工藝多以含水量大的濕式厭氧發(fā)酵技術 (含固率<10％)為基礎，比如：中國發(fā)明專利(申請?zhí)朇N200810017437.0) 公開了將畜禽糞尿和農作物秸稈混合制成漿料加熱到37±2℃，再加水混合其 含固率為9.6～10.4％，然后將漿料送入?yún)捬醢l(fā)酵罐進行發(fā)酵，最后將發(fā)酵液進 行固液分離，得到的固形物料經(jīng)堆肥制成有機肥。傳統(tǒng)的濕式厭氧發(fā)酵技術在 處理農業(yè)固體廢物時，存在消耗大量清潔水、發(fā)酵后的甲烷濃度低、沼渣沼液 儲存運輸困難、發(fā)酵產物需脫水處理以及產物難以有效利用等問題，制約了此 種厭氧發(fā)酵技術的推廣和應用。

干式厭氧發(fā)酵(干物質濃度>10％，一般為20～40％)的培養(yǎng)基呈固態(tài)，雖 然含水豐富，但沒有或有少量自由流動水，且處理有機負荷高、池容效率高， 同時產生的殘渣經(jīng)過簡單處理就可以作為有機肥利用，是一種很有前景的技術 途徑。中國發(fā)明專利(申請?zhí)朇N201410638289.X)以畜禽糞便、農作物秸稈和 蔬菜廢物聯(lián)合，含固率20～30％，在中溫34～36℃條件下干式厭氧共發(fā)酵20～ 50天，從產氣量、甲烷濃度、揮發(fā)性脂肪酸、NH₄⁺-N濃度和揮發(fā)性固體降解率 等方面綜合考慮，牛糞、玉米秸稈和番茄秧的原料干物質質量比0.3:1:0.1最佳。

溫度是影響厭氧微生物處理工藝的主要因素，我國沼氣工程采用的常溫和 中溫厭氧發(fā)酵工藝，容積產氣率往往不到0.5～1.0m³m^-3d^-1。即便厭氧發(fā)酵在 高溫條件下，較低的微生物多樣性和較高的分解速率造成系統(tǒng)穩(wěn)定性差以及產 氣效率低。而在干式厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中由于干物質濃度高，會造成反應基質混合 不均一、傳熱傳質不均勻以及高濃度氨抑制發(fā)酵和有機酸積累問題。雖然通過 調節(jié)不同反應物料的混合配比可以緩解氨抑制，達到一定的改善效果，但是長 期運行條件下，仍可能出現(xiàn)NH₄⁺-N濃度逐漸升高以及有機酸積累等現(xiàn)象，從而 影響到高溫干式厭氧發(fā)酵系統(tǒng)長期運行的穩(wěn)定性。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種高溫干式厭氧共發(fā)酵生產甲烷的方法，該方法 包括如下步驟：

(1)按質量比4:(0.5～3.5):(0～4)將畜禽糞尿、農作物秸稈與水混合 得混合物料，混合物料的含固率為20～40％、VS為15～25％、C/N為20～35；

(2)將沼氣接種物與混合物料按重量比1:1混合，然后置于厭氧發(fā)酵罐中， 并向厭氧發(fā)酵罐中通入氮氣10～20min，發(fā)酵溫度為55±2℃；

(3)污泥滯留時間范圍40～20天。

上述方法中，所述畜禽糞尿和沼氣接種物均以濕基的形式加入；

其中畜禽糞尿的含水率為75～85％，優(yōu)選為豬糞尿；

其中沼氣接種物取自上海市莊行試驗站養(yǎng)豬場正常運行沼氣工程發(fā)酵罐 中，含水率為70～80％；

所述的農作物秸稈選自如下至少一種：玉米秸稈、小麥秸稈和水稻秸稈， 優(yōu)選為水稻秸稈；所述農作物秸稈為風干的秸稈，含水率為0～10％，在混合 之前將其破碎成小于5cm的節(jié)段；

所述混合物料的碳氮比為(20～35)：1；

以上述方法生成的沼氣中甲烷的體積濃度為50～65％；

所述混合物料中揮發(fā)性固體的降解率為50～55％。