[发明专利]一种厌氧干发酵产沼气的方法及其使用的系统

说明书

技术领域

本发明涉及利用农作物秸杆发酵产沼气的方法和装置，尤其涉及一种厌氧干发酵产沼气的方法及使用的装置。

背景技术

中国的秸秆资源非常丰富,每年秸秆产量达5.7～6 亿t, 占世界秸秆总产量的20～30%。大量秸秆转向露天焚烧, 导致严重的空气污染和资源浪费, 研究适用的方法处理利用秸秆, 实现其资源化, 将成为缓解当今我国面临的“粮食、能源、环境”三大危机的重要途径之一。

沼气干发酵是指以固体有机废物为原料, 在无流动水的条件下进行沼气发酵的工艺, 可以将传统的厌氧消化工艺中固态物含量由低于8%提高到35% 以上, 一般情况下干物质含量20% 左右较为适宜。干发酵不仅提高了池容产气率和池容效率, 而且消化后的产品不需脱水即可作为肥料或土壤调节剂使用,简化了操作处理, 降低了成本, 这些优点引起了国内外研究者对干发酵在处理城市生活垃圾和农林残余物方面的广泛重视。

我国在21世纪初开始了大型沼气干发酵研究,目前还处于小试研究阶段。国外对沼气干发酵技术的研究比我国早,整体技术水平较我国领先。从20世纪40年代起,德国、法国和阿尔及利亚就开始运用批量式沼气干发酵技术。20世纪80年代,德国、荷兰、瑞士、布基纳法索、尼日尔等国家对沼气干发酵进行了深入的研究。

沼气干发酵法由于其发酵原料为秸秆，秸秆中含有大量的纤维素，半纤维素等不易降解的物质，因此严重影响秸秆发酵产沼气效率。另外沼气发酵中进料的干物质浓度高而导致的进出料难、传热传质不均匀、沼液酸中毒等问题是沼气干发酵的技术难点。

发明内容

本发明旨在克服以上现有技术存在的不足，提供一种有效降解秸杆中的纤维素，提高产气率的厌氧干发酵产沼气的方法。

本发明的另一目的是提供一种厌氧干发酵产沼气系统。

本发明所述的厌氧干发酵产沼气的方法以农作物秸杆为原料，包括预处理和厌氧发酵两个阶段。

所述预处理为：将农作物秸杆破碎、气爆后加入0.1～0.2％于农作物秸杆质量的复合菌剂，并补水使混合物中水的质量百分数为60～70％后堆沤3～5天，然后将堆沤处理后的农作物秸杆与动物粪便混合，使碳氮比为20～30：1，最好是25：1得秸杆粪便混合物，混合后用沼液接种，沼液接种量为秸杆粪便混合物质量的20％，沼液接种后通过补加水调整秸杆粪便混合物中水的质量分数80％。

所述厌氧发酵为：将接种后的秸杆粪便混合物在25～35℃进行厌氧发酵产生沼气，以29～31℃为宜，最好是保持30℃左右，在厌氧发酵过程中，并且通过厌氧反应器的循环水加热锅炉保持秸杆粪便混合物的维持厌氧发酵温度，循环水加热锅炉所使用的燃料为厌氧反应器中产生的沼气，厌氧发酵过程中产生的沼渣经板框压滤机过滤后，脱水沼渣回收作为农田肥料，沼液用于秸杆粪便混合物接种，从而实现沼液的循环利用。

优选地，动物粪便与农作物秸杆的质量比为1：1，混合物的碳氮比为25：1时发酵效果最佳。

进一步地，在厌氧发酵过程中，采用回流的方式对厌氧反应器内的物料进行搅拌，在反应器启动初期和运行稳定期，采用不同的回流强度和回流间歇时间，保证猪粪与秸秆混合物的达到较高产气率水平。在产气初期（1-6天），每隔30min启动回流泵对反应器内的混合物搅拌10min。在产气旺盛期（7-20天）每隔1h启动回流泵对反应器内的混合物搅拌5min。采用此搅拌方式，能够有效防止有机酸过量积累。

所述的农作物秸杆为玉米杆、麦杆或稻杆中的一种或几种；所述的动物粪便为猪粪；预处理过程中所加的水为粪水、池塘水、河水、自来水或井水中的一种或几种，各种水的pH值均为6.5～7.5。

所述的复合菌剂中的各菌株组成及各菌株的细胞数在复合菌剂总的细胞数中的百分含量为：发酵噬纤维菌8-15%、溶纸棱菌25-30%、巴氏甲烷八叠球菌15-25%、伍氏醋酸杆菌5-10%、产黄纤维素单胞菌2-5%、溶纤维丁酸弧菌4-10%、产纤维二糖棱菌3-5%、白蚁梭菌1-5%、沃尔夫伴生单胞菌10-15%。