一种木薯渣半连续干式厌氧发酵产沼气的方法技术

本发明专利技术公开一种木薯渣半连续干式厌氧发酵产沼气的方法，具体步骤如下：(1)物料的预处理和混合，将木薯渣烘干，过筛处理，将所得产物置于4℃冷藏备用，将所述产物与沼渣混合，含固率达到15％～25％；(2)反应器启动，以3.0gVS/(L·d)的负荷启动，每次增加20％～30％的负荷直到反应器负荷为10.0gVS/(L·d)；(3)将混合物加入到发酵罐中，在32～37℃下厌氧发酵分阶段启动30～45d，每日加入定量木薯渣，同时取出等量混合物，并定期进行搅拌。与传统的含有较高含固率的木薯渣半连续湿式厌氧发酵相比，本发明专利技术在更高的含固率和有机负荷的条件下运行，仍能获得较高沼气比产率，最优效果可提高55％；甲烷比产率有所下降，但仍能达到其比产率约80％以上，甲烷含量略有下降，下降比例约为18％～30％。

【技术实现步骤摘要】
一种木薯渣半连续干式厌氧发酵产沼气的方法
本专利技术属于有机固体废弃物资源化利用
，具体涉及一种木薯渣半连续干式厌氧发酵产沼气的方法。
技术介绍
木薯是世界三大薯类作物之一，原产地主要分布在南美洲热带地区，我国于19世纪20年代引种栽培，现已在华南地区得到很好的推广，且在广西、广东栽培的最多。近年，虽然国内木薯产量不断的增加，但还不能满足人们需求。因此，我国每年需从国外进口大量的木薯。随着木薯市场需求的旺盛，这势必会造成木薯加工企业产生的木薯残渣产量都在逐年增加，而且木薯渣长时间堆放很容易出现酸化，产生臭味，时间久了会使厂区及周边环境受到不同程度的污染。因此，如何合理处理木薯残渣已经成为木薯加工企业亟待解决的问题。木薯渣因脂肪及蛋白质等营养成分低造成原料物质营养价值不高，直接用以喂养家畜或是经过简单处理用于生产柠檬酸/栽培菇类等，但其利用效果都不好。由于木薯渣的有机物含量、淀粉和粗纤维含量高、C/N比高，因此可以通过厌氧发酵生产清洁气体能源沼气。沼气作为一种可再生能源，现已用于取暖、发电厂发电等多个方面。湿式发酵是国内应用最广泛的污泥处理、畜禽粪便等有机固废的厌氧发酵工艺，Panichnumsin等人(PanichnumsinP,NopharatanaA,AhringB,etal.Productionofmethanebyco-digestionofcassavapulpwithvariousconcentrationsofpigmanure[J].BiomassandBioenergy,2010,33(8):1117-1124)开发出木薯渣与猪粪混合物料半连续(含固率约为5.3％～7.2％)湿式厌氧发酵工艺，在木薯渣与猪粪混合比为60:40可获得最高的沼气比产率和甲烷比产率。其缺点是混合物总固体含量仍较低，造成木薯渣处理负荷较小，需借助大量畜禽粪便提供酸化缓冲能力。另外，发酵后会产生大量的沼液，若没有足够土地消纳，极易造成二次污染。与本专利技术相关的中国专利主要为CN106755127A，其公开了一种酒精木薯渣与秸秆耦合发酵生产沼气的方法。将木薯乙醇废醪液固液分离，将混合物料加入到酸解罐酸化处理；然后将酸化处理后的物料送入发酵罐厌氧发酵，将厌氧发酵醪固液分离，沼液回用且沼渣作为肥源。其优点是与传统的秸秆相比酸化速率提高，挥发脂肪酸含量提高，发酵产气率提高等。其缺点是该工艺增加酸解罐步骤作为预处理，使木薯渣的处理成本增加，且酸解罐产生的废液还需增加后续处理过程，导致工艺复杂程度和运行成本提高。与湿式发酵相比，干式厌氧发酵技术直接以固态木薯渣为原料，补入少量水分后进行处理，不仅提高了厌氧发酵的物料浓度以及反应器的处理效率，而且节省了大量的水资源和罐体保温所需的加热能源，同时大量减少沼液的产生和处理量，还可提高沼渣中营养元素的浓度，提高肥料。半连续的进料方式则具有批式发酵所不具备的连续稳定运行的优点，由于半连续进料，可使反应器内的微生物和反应条件长期处于稳定状态，有利于大规模推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种木薯渣半连续干式厌氧发酵产沼气的方法。以木薯渣为原料的干式厌氧发酵运行费用较低且有机负荷大，需水量少，产生的沼液也少，木薯渣的处理效率较高，并且简化了后续的处理，使固体废物木薯渣达到回收利用，资源化的效果。具体步骤为：(1)从木薯淀粉厂中提取适量的淀粉残渣将所提取到的木薯渣烘干后，过筛处理，所得产物置于4℃冷藏备用，再从正常发酵的沼气系统中取沼渣占发酵罐体积60～80％，并在室温下密封放置15～25d，驯化至不产生气体，再称取所述产物与沼渣混合，混合物加入到发酵瓶中再补加自来水，此时，混合物总体固体含量为15％～25％。(2)反应器启动，以3.0gVS/(L·d)的负荷启动，每次增加20％～30％的负荷直到反应器负荷为10.0gVS/(L·d)。(3)填装完毕后向发酵瓶通入适量的氮气(99.9％)，体系密封后置于恒温水浴振荡器控制反应温度32～37℃之间厌氧发酵30～45d，每日以6.5～8.0gVS/(L·d)的负荷加入木薯渣，同时取出等量混合物，不定期进行搅拌且发酵期间定期向发酵瓶中充入氮气保证厌氧环境。发酵过程产生的气体通过导气管进入装有自来水的集气装置中，用排水法收集，各瓶之间用玻璃导管和硅胶管连接，并用凡士林密封。发酵期间每三天测定一次TS，保证TS在适宜范围内。当某工况条件下日产气量小于其前一天日产气量的2％时，判定为该反应器反应结束。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术采用干式发酵，减少了反应器的体积，节省了占地面积，用水量小，产生的沼液少，沼渣含水量低；半连续的发酵过程，不仅提高了基质转化率，还避免了物料一次性投加过多，负荷过高使得系统不稳定，容易发生酸化而导致发酵失败。2.本专利技术可以使反应器出现严重酸化后通过降低负荷可以缓解酸化现象，再次恢复微生物活性仍能产气。3.与传统的含有较高含固率的木薯渣半连续湿式厌氧发酵相比，本专利技术在更高的含固率和有机负荷的条件下运行，仍能获得较高的沼气比产率，最优效果可提高55％，且产生较少的沼液；甲烷比产率有所下降，但仍能达到其比产率约80％以上，甲烷含量略有下降，下降比例约为18％～30％。附图说明图1为本专利技术不同含固率时半连续干式发酵pH的变化情况。图2为本专利技术不同含固率时半连续干式厌氧发酵过程中日产气量的变化情况。图3为本专利技术不同含固率时半连续干式厌氧发酵过程中甲烷含量的变化情况。图4为本专利技术不同含固率时半连续干式厌氧发酵过程中沼气比产率的变化情况。图5为本专利技术不同含固率时半连续干式厌氧发酵过程中甲烷比产率的变化情况。具体实施方式实施例1：本实施例所用的木薯渣来自广西壮族自治区某市的木薯淀粉厂的残渣废物。具体操作流程如下：(1)取木薯渣，烘干后过60目筛，储存于4℃冰箱备用，木薯的渣理化特性见表1。(2)以3.0gVS/(L·d)的负荷启动，每阶段增加20％～30％的负荷，负荷从3.0gVS/(L·d)开始增加，经过4.0，5.0，6.5，8.0gVS/(L·d)直到10.0gVS/(L·d)，每6d为一个负荷周期。(3)将步骤(1)的产物与沼渣混合，将含固率(TS)为15％的混合物分别加入到1L的发酵罐中，在32～37℃下厌氧发酵42d，每日加入定量木薯渣，同时取出等量混合物，不定期进行搅拌，每日的添加量见表2。表1木薯渣的理化特性表2每日木薯淀粉渣添加量本实施例1的效果：在含固率为15％的发酵罐厌氧发酵的42d里，在有机负荷(OLR)3.0～6.5gVS/(L·d)范围内日产气量整体变化水平是呈上升趋势。OLR为8.0gVS/(L·d)时日产气量在2065～2500mL/d之间变化。在OLR为10.0gVS/(L·d)时在第28d时日产气量达到最大值2900mL/d，随后产气量出现下降的趋势，在第36d时降低负荷，日产气量发生了回升，说明在出现酸化情况下通过降低负荷仍可以恢复产气的功能，参见图2；在3.0～4.0gVS/(L·d)范围内甲烷含量由32.15％增加到44.60％，之后在OLR为5.0gVS/(L·d)的情况下甲烷含量迅速下降至23.09％。在6.5～8.0gVS/(L·d)范围内甲烷含量出现了迅速的回升，甲烷含量在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种木薯渣半连续干式厌氧发酵产沼气的方法，其特征在于以下步骤：(1)物料的预处理和混合，将木薯渣烘干，过筛处理，将所得产物置于4℃冷藏备用，将所述产物与沼渣混合，含固率达到15％～25％；(2)反应器启动，以3.0gVS/(L·d)的负荷启动，每次增加20％～30％的负荷直到反应器负荷为10.0gVS/(L·d)；(3)将步骤(1)制得的混合物加入到发酵罐中，在32～37℃下厌氧发酵分阶段启动30～45d，每日加入定量木薯渣，同时取出等量混合物，不定期进行搅拌。

【技术特征摘要】
1.一种木薯渣半连续干式厌氧发酵产沼气的方法，其特征在于以下步骤：(1)物料的预处理和混合，将木薯渣烘干，过筛处理，将所得产物置于4℃冷藏备用，将所述产物与沼渣混合，含固率达到15％～25％；(2)反应器启动，以3.0gVS/(L·d)的负荷启动，每次增加20％～30％的负荷直到反应器负荷为10.0gVS/(L·d)；(3)将步骤(1)制得的混合物加入到发酵罐中，在32～37℃下厌氧发酵分阶段启动30～45d，每日加入定量木薯渣，同时取出等量混合物，不定期进行搅拌。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，伍荣军，周宸宇，王敦球，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：广西,45