[发明专利]一种高温干式厌氧共发酵生产甲烷的方法

说明书

技术领域

本发明属于发酵领域，具体的说涉及了一种高温干式厌氧共发酵生产甲 烷的方法。

背景技术

厌氧发酵技术利用多种微生物菌群的协同合作，通过水解产酸和产气等多 级厌氧分解，将农业废物中有机成分分解成甲烷和二氧化碳，其中甲烷可作为 能源发电产热。农业废物的形式多种多样，按其成分主要为畜禽粪尿和农作物 秸秆两大类。畜禽粪尿和秸秆混合可以调节物料的C/N比从而有利于微生物进 行厌氧发酵处理，所以将畜禽粪尿和农作物秸秆通过混合厌氧共发酵技术转化 为甲烷已经成为农业废物资源利用的有效途径。加上畜禽粪尿和农作物秸秆均 来自农业生产过程，便于作为肥料或土壤调节剂还田使用。

我国现在推广普及的传统型沼气工艺多以含水量大的湿式厌氧发酵技术 (含固率<10％)为基础，比如：中国发明专利(申请号CN200810017437.0) 公开了将畜禽粪尿和农作物秸秆混合制成浆料加热到37±2℃，再加水混合其 含固率为9.6～10.4％，然后将浆料送入厌氧发酵罐进行发酵，最后将发酵液进 行固液分离，得到的固形物料经堆肥制成有机肥。传统的湿式厌氧发酵技术在 处理农业固体废物时，存在消耗大量清洁水、发酵后的甲烷浓度低、沼渣沼液 储存运输困难、发酵产物需脱水处理以及产物难以有效利用等问题，制约了此 种厌氧发酵技术的推广和应用。

干式厌氧发酵(干物质浓度>10％，一般为20～40％)的培养基呈固态，虽 然含水丰富，但没有或有少量自由流动水，且处理有机负荷高、池容效率高， 同时产生的残渣经过简单处理就可以作为有机肥利用，是一种很有前景的技术 途径。中国发明专利(申请号CN201410638289.X)以畜禽粪便、农作物秸秆和 蔬菜废物联合，含固率20～30％，在中温34～36℃条件下干式厌氧共发酵20～ 50天，从产气量、甲烷浓度、挥发性脂肪酸、NH₄⁺-N浓度和挥发性固体降解率 等方面综合考虑，牛粪、玉米秸秆和番茄秧的原料干物质质量比0.3:1:0.1最佳。

温度是影响厌氧微生物处理工艺的主要因素，我国沼气工程采用的常温和 中温厌氧发酵工艺，容积产气率往往不到0.5～1.0m³m^-3d^-1。即便厌氧发酵在 高温条件下，较低的微生物多样性和较高的分解速率造成系统稳定性差以及产 气效率低。而在干式厌氧发酵系统中由于干物质浓度高，会造成反应基质混合 不均一、传热传质不均匀以及高浓度氨抑制发酵和有机酸积累问题。虽然通过 调节不同反应物料的混合配比可以缓解氨抑制，达到一定的改善效果，但是长 期运行条件下，仍可能出现NH₄⁺-N浓度逐渐升高以及有机酸积累等现象，从而 影响到高温干式厌氧发酵系统长期运行的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温干式厌氧共发酵生产甲烷的方法，该方法 包括如下步骤：

(1)按质量比4:(0.5～3.5):(0～4)将畜禽粪尿、农作物秸秆与水混合 得混合物料，混合物料的含固率为20～40％、VS为15～25％、C/N为20～35；

(2)将沼气接种物与混合物料按重量比1:1混合，然后置于厌氧发酵罐中， 并向厌氧发酵罐中通入氮气10～20min，发酵温度为55±2℃；

(3)污泥滞留时间范围40～20天。

上述方法中，所述畜禽粪尿和沼气接种物均以湿基的形式加入；

其中畜禽粪尿的含水率为75～85％，优选为猪粪尿；

其中沼气接种物取自上海市庄行试验站养猪场正常运行沼气工程发酵罐 中，含水率为70～80％；

所述的农作物秸秆选自如下至少一种：玉米秸秆、小麦秸秆和水稻秸秆， 优选为水稻秸秆；所述农作物秸秆为风干的秸秆，含水率为0～10％，在混合 之前将其破碎成小于5cm的节段；

所述混合物料的碳氮比为(20～35)：1；

以上述方法生成的沼气中甲烷的体积浓度为50～65％；

所述混合物料中挥发性固体的降解率为50～55％。