[发明专利]一种提高秸秆高固厌氧消化产甲烷的方法

说明书

本发明提供了一种提高秸秆高固厌氧消化产甲烷的方法，所述方法包括：(1)将青贮秸秆浸泡于接种液中，以对其进行预混合；其中，青贮秸秆的含固率为20％‑30％；(2)将步骤(1)所得混合物加入车库式厌氧反应器中，以使该混合物进行厌氧消化产生甲烷；(3)厌氧消化过程中通过将沼液回流至车库式厌氧反应器顶部并喷淋至反应器中以实现传质。本发明所提供的该方法对高固厌氧消化体系的回流系统优选合适的喷淋方式，可以有效地提高传质效率，加强底物与微生物之间接触，促进厌氧消化体系中的微生物的生长与富集，提高了厌氧消化产甲烷的效率。且该方法在很大程度上节约了能耗，同时大大降低了沼渣中的含水量，便于后续堆肥等处理。

技术领域

本发明涉及一种提高秸秆高固厌氧消化产甲烷的方法，属于固体废弃物处理控制、环保净化处理技术领域。

背景技术

厌氧消化是指有机物在厌氧条件下通过微生物的代谢活动而被稳定化，同时伴有甲烷和CO₂产生的生化过程。Byrant将此过程分为水解发酵阶段、酸化阶段和产甲烷阶段。水解发酵阶段主要是水解发酵菌起作用，在这一阶段中复杂有机物在纤维素分解菌和蛋白质水解菌等水解发酵菌作用下进行水解和发酵，转化为小分子有机物；酸化阶段则是在产氢产乙酸菌的作用下，把除甲酸、乙酸、甲胺、甲醇以外的第一阶段产生的中间产物，如脂肪酸(丙酸、丁酸)和醇类(乙醇)等水溶性小分子转化为乙酸、H₂和CO₂；产甲烷阶段甲烷菌把甲酸、乙酸、甲胺、甲醇和(H₂+CO₂)等基质通过不同的路径转化为甲烷，其中，最主要的基质为乙酸和(H₂+CO₂)。

垃圾的厌氧消化处理技术投资成本高，但其环境效益高，并且可以产生良好的经济效益(沼气可用来发电、供热以及沼渣可以生产优质卫生的肥料)。目前，厌氧消化技术在在世界各地得到了广泛应用，德国近八成以上的民用天然气来源于厌氧消化产生的沼气，在意大利、瑞士、奥地利以及英国等国均有较大规模的沼气工程。我国厌氧消化技术自1973年起步，经历了10年不稳定发展阶段、10年调整阶段以及5年的稳步发展阶段，进入21世纪以来，开始持续、快速地发展。我国的厌氧消化技术仍处于起步阶段，发展潜力巨大。

一般的厌氧消化技术要求含固率在3-5％之间，发酵模式呈液态，这样对于厌氧消化设备体积的要求大，造价成本和运行费用高，同时厌氧消化残留物中沼液多，后续处理成本大；在这样的厌氧消化体系中单位体积有机质含量低，反应强度相对较小，甲烷产量偏低。

高固厌氧消化含固率可达到10-20％，沼液量小，反应器体积小，投资成本低；反应体系容积负荷高，微生物浓度大，可以有效提高反应强度和容积产气率；由于液相含量少，体系更为稳定，处理效果相对更好。

中国专利CN106434763A公开了一种立式连续厌氧干发酵方法，其是将高含固率废物与接种物均匀混合后在发酵罐内进行发酵产甲烷。发酵完成后的剩余物在螺旋出料装置进行固液分离成沼液和沼渣。部分沼液回流，并以每天6次，0.5L/kg物料的喷淋量喷淋到发酵罐内；部分沼渣作为接种物，要求接种物含固率大于35％。该发明的发酵周期需保证达到25天以上，发酵时间长，在长期的发酵过程中，渗滤液的回流造成运营成本上升；利用沼渣作为接种物需要设置固液分离设备，提高成本。并且专利中并未描述该方法的产气性能，不能很好地应用于实际的生产当中。

中国专利CN102925494A公开了一种利用畜禽废弃物与农作物秸秆生产沼气及有机肥的方法，其是将干物质浓度大于15％的固态畜禽粪便与经过预处理的农作物秸秆按照一定比例与经过驯化的活性污泥一起进入厌氧干发酵装置，发酵过程中产生的少量沼液回收重新作为接种物，发酵残余物经二次堆肥生产有机肥。此种方法并未解决高含固率下，厌氧消化体系传质速率慢的问题，不能有效提升高固厌氧消化产气的效率。而且专利中只描述了产气的甲烷含量稳定在50-65％，并未说明产气量、延迟时间以及发酵周期等，不利于后续应用。