[发明专利]一种提升高含固有机废弃物CH4

说明书

本申请提出了一种提升高含固有机废弃物CHsubgt;4/subgt;产率和Hsubgt;2/subgt;S控制率的方法及装置。该方法包括以下步骤：采用半连续发酵方式将含固率为10～30％的高含固有机废弃物加入反应器中，并通过微孔曝气头往发酵罐底部均匀输入空气，1g干基有机质需要0.5～6mL空气，空气以微气泡的方式与发酵物料混合；发酵产生的沼气和残留物进行分别收集。本申请原理是微量空气提高难降解有机质如纤维素的微生物水解能力，且不抑制产CHsubgt;4/subgt;菌的活性，提高微生物氧化Hsubgt;2/subgt;S的能力，最终提高原料的CHsubgt;4/subgt;产率和Hsubgt;2/subgt;S去除率。

技术领域

本申请涉及有机固废能源化技术领域，具体而言，一种提升高含固有机废弃物CH₄产率和H₂S控制率的方法及装置。

背景技术

有机废弃物，主要包括畜禽粪便(不包括污水)、秸秆、餐厨垃圾、市政污泥，带来严重的环境污染问题。如何实现这些废弃物的无害化和资源化是急需解决的瓶颈问题。

厌氧消化是指在厌氧条件下微生物将有机质转化为沼气(主要含CH₄和CO₂)的过程，它能将废弃物中有机物转化为清洁能源CH₄和有机肥，实现废弃物减量化、无害化和资源化，为解决包括环境污染、绿色能源、绿色农业、温室气体排放等关系人类可持续发展的重大问题提供了重要技术路径。

畜禽粪便、餐厨垃圾、市政污泥的固体物含量(TS)为10～30％，其中有机物含量(VS)为65～90％，富含纤维素(14～20％)、半纤维素 (17～27％)、木质素(4～15％)和腐殖质(5～10％)等非水溶性物质。大量生产实践证明，对于高含固(TS≥10％，富含非水溶性有机物)的有机废弃物，厌氧消化技术面临CH₄产率低的技术瓶颈问题，严重制约其在生产中发挥作用。因此，提高厌氧消化的CH₄产率对于实现猪粪能源化和有机肥化具有重要意义。

根据经典的四阶段理论，厌氧消化要经历水解、发酵产酸、产乙酸和产CH₄四个生化阶段，当四个阶段相互协调时产CH₄潜力达到最佳。研究表明，对于非水溶性固体物含量高的有机废弃物如猪粪、牛粪、秸秆和市政污泥，影响厌氧消化效率的关键环节是固体物的水解。为了提高固体物水解率且不影响产CH₄菌的活性，研究者们提出将水解酸化和产CH₄分别在两个反应器中进行的思路；在水解反应器采用碱处理、热处理和添加水解微生物等方法提高了水解率，最终提高了CH₄产率。但是，添加碱、热水解等预处理方法存在增加成本和能耗的问题。

相比上述处理方法，空气(包括O₂)是可低成本和无污染获取的资源。为提高富含木质纤维素的固体物水解效率，避免O₂对严格厌氧菌特别是产CH₄菌的伤害，在水解酸化相中供O₂以增强微生物水解能力，而在产 CH₄相中隔绝O₂以避免产CH₄菌活性降低。例如，有研究者用麦秆为原料，采用序批式工艺，在预处理段的含固率约为22.1％，按5mL·g^-1(VS)一次性注入O₂，维持3d后转入产CH₄相中，沼气产率增加了7.2％。

总之，已有的工艺研究和工程实践表明，在两相发酵方面，在水解相中供O₂能提高固体物水解率，然后在产CH₄相中实现CH₄增产生产，缺点是工艺复杂导致运行稳定性差和建设成本高；在单相发酵方面，多数的研究主要围绕低含固条件下原位供空气如何影响H₂S释放和CH₄生产，而针对高含固原料的研究未见报道。针对上述问题，本发明提供一种持续原位供空气提升有机废弃物CH₄产率和H₂S控制率的方法和装置。