[发明专利]一种富含木质纤维素物料高效厌氧发酵产沼气的工艺方法

说明书

本发明属于沼气制备方法技术领域，提出了一种富含木质纤维素物料高效厌氧发酵产沼气的工艺方法，包括物料打浆、生物处理、兼氧水解产酸、厌氧发酵、固液分离、回流等步骤。本发明解决了现有技术中富含木质纤维素物料前处理效率低、回流沼液浓度过高、产气效率低的问题。

技术领域

本发明属于沼气制备方法技术领域，涉及一种富含木质纤维素物料高效厌氧发酵产沼气的工艺方法。

背景技术

秸秆物料属于木质纤维素半纤维素结构，厌氧发酵产沼气的过程主要是纤维素和半纤维素由长链的葡萄糖的聚合物降解为小分子醇类和酸类，然后进行厌氧发酵的过程，木质素由于有苯环的存在，难以通过厌氧发酵的方式降解。经过前处理，打破被木质素包裹的纤维素和半纤维素结构，使葡萄糖聚合物得以降解成小分子的挥发性脂肪酸是秸秆厌氧发酵的限速步骤。

目前秸秆物料的前处理方法有生物法、化学法和物理方法。化学预处理方法是指添加各种化学物质如酸(盐酸、硫酸和乙酸)、碱(氨水、NaOH、KOH、CaO、Ca(OH)₂等)等在不同条件下进行秸秆预处理的方法。化学方法通过软化木质素，把纤维素半纤维素从秸秆结构中暴露出来提高微生物对物料的可及度来实现，但化学方案不可避免的需要不停的耗费化学品，反应结束后，料液中势必残留一些对环境有害的元素，难以处理。常见的物理方法有机械破碎、蒸汽爆破等方法，蒸汽爆破能耗非常高，成本非常高，往往应用于产乙醇工艺，不适合沼气生产。机械爆破方法的效果有限，需要与生物法联合使用，才能达到充分降解秸秆物料的目的。同样，生物前处理方法需要与机械法结合才能达到。目前的生物与机械前处理方法多以把秸秆破碎并揉丝成1～5cm，然后在水解产酸罐中进行间歇曝气，期间加入生物酶制剂加快启动速度的方式实现。这种方法存在的问题在于即便破碎并揉丝成1～5cm，但秸秆的结晶结构仍然没有充分打破，而且，破碎设备属于单独的系统，秸秆破碎完需要采用单独的设备输送到后端的生物反应池里。这样二次转运耗费人力物力，同时后端生物法处理运行功率过大，处理时间长，秸秆的产沼气潜力没有得到充分挖掘。

目前秸秆沼气工程的实际运行中，往往采用螺旋挤压、旋转筛式等分离方式进行一次分离，由于这些设备的局限性，导致沼液中物料的含固率仍然很高，5％～8％，由于已经经过厌氧发酵，这样的物料产气潜力已被充分挖掘，这样的物料回到系统后，系统负担会越来越重，容积产气效率会逐渐降低。因此，在秸秆沼气工程中，如何充分降低回流沼液的含固率已经成为制约项目成败的关键因素。

发明内容

本发明提出一种富含木质纤维素物料高效厌氧发酵产沼气的工艺方法，解决了现有技术中富含木质纤维素物料前处理效率低、回流沼液浓度过高、产气效率低的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种富含木质纤维素物料高效厌氧发酵产沼气的工艺方法，包括以下步骤：

S1、物料打浆：将物料与沼液混合，在液态环境下打成浆液；

S2、生物处理：将步骤S1制好的浆液送至水解池，同时加入纤维素水解酶，得混合浆液；

S3、兼氧水解产酸：在水解池中，间歇曝气，水解产酸，得到前处理的物料；

S4、厌氧发酵：将步骤S3得到的前处理的物料送至发酵罐进行厌氧发酵，厌氧发酵后产生的甲烷进行储存；

S5、固液分离：步骤S4厌氧发酵后的残余物从发酵罐出料送至第一次固液分离系统，分离完沼液的物料，添加生物絮凝剂聚丙烯酰胺，送至第二次固液分离系统进行物料分离；

S6、回流：将步骤S5第二次固液分离后的沼液回流，代替步骤S1中的沼液，依次循环。

作为进一步的技术方案，步骤S1具体为，将物料与沼液混合，在液态环境下通过打浆系统打成浆液，所述打浆系统采用在线安装，功率为2kw/m³，每小时处理量20吨，功率15kw，间歇式运行，来料后进行10分钟制浆。