[发明专利]一种适合处理高含固率农业废弃物的高效水解酸化方法及其发酵装置

说明书

本发明公开了一种适合处理高含固率农业废弃物的高效水解酸化方法及其发酵装置，包括水解酸化反应器(1)、热水循环系统(2)、渗滤液、沼液喷淋调节系统(3)、曝气系统(4)。所述水解酸化反应器(1)适合处理高含固率农业废弃物，采用铲车直接进出料。所述热水循环系统(2)为反应器持续提供热源，中温发酵。通过渗滤液、沼液喷淋调节系统(3)利用渗滤液(酸化液)、沼液回流喷淋，增强物料持续水解酸化能力。曝气系统(4)为水解酸化反应提供微好氧水解酸化环境，强化水解。本发明可有效改善以农业废弃物为原料的连续运行反应器进出料难、水解易受到产酸反馈抑制等难题；便于管理，运行能耗低，具有较好的应用前景和推广价值。

技术领域

本发明属于沼气工程领域，用于提高以农作物秸秆、畜禽粪便、尾菜等农业废弃物为原料的两相厌氧发酵过程中的水解酸化效率，特别是涉及到为处理高含固率物料所设计的带有喷淋、渗滤液沼液回流的水解酸化方法及其装置。

背景技术

利用厌氧发酵方法生产沼气是促进农业废弃物资源化利用的主要方式之一，也是促进农业绿色发展、降低面源污染的重要途径。农业废弃物以农作物秸秆、畜禽粪便、尾菜为主，在厌氧发酵过程中，特别是农作物秸秆、牛粪等富含纤维的原料，水解是影响产沼气效率的限速步骤。而且，我国目前厌氧发酵原料含固率在4％～6％之间，秸秆、畜禽粪便采用管道进出料易堵塞，反应器内物料漂浮、结壳严重阻碍了实际工程的连续运行。对于目前我国农业沼气工程发展而言，需根据原料特性选择合适的工艺方法及发酵装置。

为解决上述问题，国内普遍效仿欧洲发达国家采用两相厌氧发酵工艺，即两相分离的水解酸化+厌氧发酵生产沼气。然而，由于发酵反应全程在密闭条件下进行，加之国内秸秆(干秸秆)、畜禽粪便易降解物质有限，导致水解效率低、酸化产物匮乏，产气效率并无明显提升。而且，建设、运行过程操作复杂、投入成本较大，依然缺乏应用价值。为此，国内外科研团队聚焦问题进行了大量研究，根据原料特性和工程运行特点研发一种适用于处理农业废弃物的非密闭水解酸化反应器，不仅可通过曝气提高水解速率，加速酸化产物的生成，而且进出料在开放环境下进行，成功避免了管道堵塞问题，大大提高了反应器的连续运行能力。然而，在水解酸化过程中，曝气会损失部分酸化产物，采用提高含固率的方法可显著促进有机酸浓度的提高；另一方面，提高含固率可加速废弃物处理效率，缩小水解酸化反应器体积，取消耗能的搅拌装置，避免结壳现象发生。该工艺已在国内农业废弃物沼气工程中逐渐引起关注。

高含固率(10～40％)条件，自由水含量明显降低，导致传质性能下降，影响物料的连续水解酸化。而且，含固率高，物料易降解成分迅速产酸，反馈抑制作用进一步限制物料水解。此外，强化高含固率物料水解酸化过程依然缺乏科学的调控措施和适用装备，是当前农业废弃物水解酸化技术及装备发展过程中急需解决的问题。

发明内容

为了解决上述工程实际问题，克服现有技术的不足，本发明提供了一种适合处理高含固率农业废弃物的高效水解酸化方法及其发酵装置，特别是通过喷淋渗滤作用加强高含固率物料的持续水解和产酸能力，为厌氧发酵生产沼气连续供应充足的酸化产物。

本发明所采用的技术方案是：

一种适合处理高含固率农业废弃物的高效水解酸化方法，其操作步骤为农作物秸秆、畜禽粪便、尾菜等农业废弃物预先经过充分混合，由铲车或自动进料器(传送带)进入水解酸化反应器(1)。关闭反应器进料门，开启热水循环系统(2)为反应器供热。同时，开启渗滤液、沼液喷淋调节系统(3)为物料喷淋，喷淋液为渗滤液、厌氧发酵反应器出料沼液混合液，经渗滤作用进入渗滤液收集池储存，同时出料为厌氧发酵反应器提供酸化产物。在水解酸化过程中，曝气系统(4)定时开启、关闭为物料曝气。