一种高浓度多原料混合厌氧发酵方法技术

一种高浓度多原料混合厌氧发酵方法，属于可再生能源开发利用领域。依次包含下面所述步骤：养殖粪除杂物后进入匀浆池，采用沼液回流接种和调节发酵浓度，匀浆池的最终TS浓度控制在6‑8%左右；甘蔗叶粉碎后在水解池中采用沼液回流曝气处理后进入发酵罐进行厌氧发酵；猪粪与甘蔗叶在进料罐中混匀后进入发酵罐厌氧发酵。本发明专利技术在产甲烷的主要物质基础猪粪内加入甘蔗叶，使得日产甲烷量更高，且随着进料负荷的增加，日产甲烷量随进料负荷的增加而增加，发酵系统状态稳定。

A High Concentration Multi-Raw Material Mixed Anaerobic Fermentation Method

The invention relates to a high concentration multi-raw material mixed anaerobic fermentation method, which belongs to the field of renewable energy development and utilization. The steps described below are as follows: after removing impurities from the manure, it enters the homogenizer, inoculates with biogas slurry reflux and adjusts the fermentation concentration, and the final TS concentration of the homogenizer is controlled at about 6.8%; after crushing the sugarcane leaves, it enters the fermentation tank for anaerobic fermentation after using the biogas slurry reflux aeration treatment in the hydrolysis tank; after mixing the pig manure and the sugarcane leaves in the feed tank, it enters the fermentation tank for anaerobic fermentation. The invention adds sugarcane leaves to the pig manure, which is the main material base of methane production, so that the daily methane production is higher. With the increase of feed load, the daily methane production increases with the increase of feed load, and the fermentation system is stable.

【技术实现步骤摘要】
一种高浓度多原料混合厌氧发酵方法
本专利技术属于可再生能源开发利用领域，具体属于一种多种原料混合厌氧发酵的方法。
技术介绍
随着人类对可持续发展和保护地球环境的日益重视，生物质资源的开发利用引起了广泛关注，其厌氧发酵产生沼气作为一种重要途径越来越受到人们的关注。沼气是有机物质在厌氧条件，经过微生物的发酵作用而生成的一种混合气体，在处理固废方面，厌氧生物处理技术主要处理对象为高含水率的易生物降解原料，如下水道污泥、粪便等。而稻秆作为农业生产中数量最大的副产品也是厌氧生物处理技术的主要对象。长期以来，人们一直致力于提高沼气的平均产量和反应容积产气率的研究，同时也在探究是否有可以替代的有机物质厌氧发酵原料，通过不停的探索破解上述难题的技术途径，有的使用物理方法，有的使用化学方法，还有的使用生物方法，但由于受经济性的制约，上述方法很难投入实际工程应用。随着人类对开发利用生物质能需求的日益增加，如何寻求上述问题的突破已经成为一处亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上面所述缺陷，提供一种高浓度多原料混合厌氧发酵方法，该方法将甘蔗叶替代传统的稻秆，能有效提高沼气的日平均产量和反应容积产气率。本专利技术的目的是通过以下技术方法予以解决的。一种高浓度多原料混合厌氧发酵方法，其特征在于，依次包含下面所述步骤：①养殖粪除杂物后进入匀浆池，采用沼液回流接种和调节发酵浓度，匀浆池的最终TS浓度控制在6-8%左右；②甘蔗叶粉碎后在水解池中采用沼液回流曝气处理后进入发酵罐进行厌氧发酵；③甘蔗叶粉碎后进入水解池，采用沼液回流调整物料浓度进行曝气处理，TS浓度控制在10%左右；④猪粪与甘蔗叶在进料罐中混匀后进入发酵罐厌氧发酵。步骤②中甘蔗叶粉碎后粒径为1-2cm，水解温度30-35℃，曝气时间12-16h，以甘蔗叶不在液面漂浮为曝气终点。步骤③中曝气量为150Nm3空气/h，曝气压力500mbar，曝气间歇的开闭时间为15min。步骤④中VS甘蔗叶∶VS猪粪＝0.4∶1－0.1∶1。步骤④中发酵时搅拌转速为2rpm/min，混合物料的进料浓度为10%。本专利技术的有益效果是：本专利技术在产甲烷的主要物质基础猪粪内加入甘蔗叶，使得日产甲烷量更高，且随着进料负荷的增加，日产甲烷量随进料负荷的增加而增加，发酵系统状态稳定。本专利技术将甘蔗叶这种高C物料加入到猪粪这类高N类物料中发酵，可以有效缓解猪粪这类高N类物料发酵带来的氨氮抑制等问题，稳定系统发酵状态，且进料浓度高达10%以上。本专利技术方法简单，适应性强，操作简便，可实现连续式、大批量、自动化生产加工，大幅度提高甲烷的生产效率，降低生产成本，提高产量，提高经济效益的目的，便于推广利用。附图说明图1为本专利技术工艺流程图。图2为本专利技术粉碎程度对甘蔗叶累积产甲烷量的影响图。图3为本专利技术粉碎粒径对甘蔗叶的日产甲烷速率的影响图。图4为本专利技术甘蔗叶与猪粪不同VS比混合发酵对单位产甲烷量的影响图（TS=10%）。图5为本专利技术甘蔗叶连续厌氧发酵产甲烷速率图。图6为本专利技术甘蔗叶连续厌氧发酵过程指标监测数据（NH4+-N）图。图7为本专利技术甘蔗叶连续厌氧发酵过程指标监测数据（TIC、VFA）图。图8为本专利技术猪粪厌氧发酵过程中的日产甲烷量及pH监测结果图。图9为本专利技术猪粪厌氧发酵的过程指标（TIC、NH4+-N）监测结果图。图10为本专利技术猪粪厌氧发酵的过程指标（VFA）监测结果图。图11为本专利技术混合物料（VS比＝0.2∶1）厌氧发酵过程中日产甲烷量及pH监测结果图。图12为本专利技术混合物料（VS比＝0.1∶1）厌氧发酵过程中日产甲烷量及pH监测结果图。图13为本专利技术混合物料（VS比＝0.2∶1）厌氧发酵过程指标（NH4+-N、TIC）监测结果图。图14为本专利技术混合物料（VS比＝0.1∶1）厌氧发酵过程指标（NH4+-N、TIC）监测结果图。图15为本专利技术混合物料（VS比＝0.2∶1）厌氧发酵过程指标（VFA）监测结果图。图16为本专利技术混合物料（VS比＝0.1∶1）厌氧发酵过程指标（VFA）监测结果图。图17为本专利技术试验期间卧式发酵罐的沼气产量趋势图。图18为本专利技术卧式发酵罐的pH和VFA/TIC比值的变化趋势图（进料浓度12%）。图19为本专利技术卧式发酵罐的NH4+-N的变化趋势图（进料浓度12%）。具体实施方式实施例1。一种高浓度多原料混合厌氧发酵方法，依次包含下面所述步骤：①养殖粪除杂物后进入匀浆池，采用沼液回流接种和调节发酵浓度，匀浆池的最终TS浓度控制在6-8%左右；②甘蔗叶粉碎后在水解池中采用沼液回流曝气处理后进入发酵罐进行厌氧发酵；③甘蔗叶粉碎后进入水解池，采用沼液回流调整物料浓度进行曝气处理，TS浓度控制在10%左右；④猪粪与甘蔗叶在进料罐中混匀后进入发酵罐厌氧发酵。步骤②中甘蔗叶粉碎后粒径为1-2cm，水解温度30-35℃，曝气时间12-16h，以甘蔗叶不在液面漂浮为曝气终点。步骤③中曝气量为150Nm3空气/h，曝气压力500mbar，曝气间歇的开闭时间为15min。步骤④中VS甘蔗叶∶VS猪粪＝0.4∶1－0.1∶1。步骤④中发酵时搅拌转速为2rpm/min，混合物料的进料浓度为10%。实验例。1适用高浓度厌氧发酵（TS＝10%－12%）的预处理工艺。1.1高浓度湿法厌氧发酵反应器。本专利技术采用的高浓度湿法厌氧反应器（物料的进料浓度TS=10-12%）为一组采用“卧式+立式”二级串联式高浓度厌氧发酵装置，主要由1.2m3的物料混合罐，13m3的卧式CSTR发酵罐（有效容积11.9m3），6.64m3的立式CSTR发酵罐（有效容积5.8m3）及各种配套装置组成。1.2甘蔗叶的预处理工艺。基于本专利技术厌氧发酵反应器的工艺要求，课题组通过试验明确了甘蔗叶粒径尺寸、沼液菌群曝气参数对甘蔗叶预处理效果的影响。并以此为基础提出了针对高浓度厌氧发酵（TS=10-12%）的预处理工艺设计。该系统采用螺杆泵自动进料。1.2.1甘蔗叶粒径尺寸对其厌氧产甲烷特性的影响。采用产甲烷潜力分析测试系统（瑞典碧普AMPTSII）对2种不同粒径（1cm、20目）的甘蔗叶进行厌氧产甲烷试验。试验结果表明：2种不同粒径（1cm、20目）甘蔗叶前35d的单位甲烷产量分别为143.9±7.7mL/gVS、149.6±6.8mL/gVS，表明两者之间无显著差异（邓肯分析，α=0.05）。而从累积产甲烷量（图2）和日产甲烷速率（图3）的变化趋势可进一步明确，粒径大小对其产甲烷特性无显著性影响，这一结果与干法发酵（TS=20%）的试验结果一致。为此，出于能耗考虑，本工艺选择1-2cm粒径进行中试试验。1.2.2间歇式曝气参数对甘蔗叶预处理效果的影响。以中试基地的水解池（Φ=2.5m、H=5m）与曝气装置（罗茨鼓风机）为基础，出于连续曝气带来的能耗考虑，本试验在常温条件下，恒定曝气量（150Nm³空气/h）和曝气压力（500mbar），考察间歇式曝气时间对甘蔗叶预处理效果的影响，要求处理时间控制在1d以内即可。试验循环处理7次，结果取平均值。表1试验原料的基本性质实验结果表明：曝气的间歇时间对甘蔗叶完全沉降的时间无显著性。因此，本工艺选择开闭时间15min作为间歇式曝气的控制条件。表2试验原料的基本性质1.3甘蔗叶与猪粪混合发酵工艺研究。课题组通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高浓度多原料混合厌氧发酵方法，其特征在于，依次包含下面所述步骤：①养殖粪除杂物后进入匀浆池，采用沼液回流接种和调节发酵浓度，匀浆池的最终TS浓度控制在6‑8%左右；②甘蔗叶粉碎后在水解池中采用沼液回流曝气处理后进入发酵罐进行厌氧发酵；③甘蔗叶粉碎后进入水解池，采用沼液回流调整物料浓度进行曝气处理，TS浓度控制在10%左右；④猪粪与甘蔗叶在进料罐中混匀后进入发酵罐厌氧发酵。

【技术特征摘要】
2017.09.30 CN 20171091268121.一种高浓度多原料混合厌氧发酵方法，其特征在于，依次包含下面所述步骤：①养殖粪除杂物后进入匀浆池，采用沼液回流接种和调节发酵浓度，匀浆池的最终TS浓度控制在6-8%左右；②甘蔗叶粉碎后在水解池中采用沼液回流曝气处理后进入发酵罐进行厌氧发酵；③甘蔗叶粉碎后进入水解池，采用沼液回流调整物料浓度进行曝气处理，TS浓度控制在10%左右；④猪粪与甘蔗叶在进料罐中混匀后进入发酵罐厌氧发酵。2.根据权利要求1所述一种高浓度多原料混合厌氧发酵方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈柳萌，桂伦，陈庆隆，张诚，聂红，马吉平，吁安，姚健，
申请(专利权)人：江西省农业科学院农业应用微生物研究所江西省农村能源研究中心，
类型：发明
国别省市：江西,36