一种秸秆干式厌氧发酵快速启动及稳定运行方法技术

本发明专利技术公开了一种秸秆干式厌氧发酵快速启动及稳定运行方法。该方法为：先将秸秆集中收集、破碎预处理后堆垛密封保存；启动厌氧发酵时，按一定干重比一次性添加猪粪等N源，并按15‑25％接种比接种鲜牛粪或牛场沼液；运行厌氧发酵时，控制温度35‑40℃，停留时间不少于30天，固液分离液回流控制物料含固率10‑20％，每间隔10‑20d补充1次N源，按处理1吨秸秆补充添加50kg猪粪或其它N源添加剂，可实现干物质产气量超过350L/kg TS，沼气CH4含量稳定在60％以上。该方法通过优化秸秆预处理、控制启动阶段接种和料液回流等关键参数，可实现高C/N秸秆类农业废弃物干式厌氧发酵的快速启动及稳定运行。

A Quick Start-up and Stable Operation Method of Straw Dry Anaerobic Fermentation

【技术实现步骤摘要】
一种秸秆干式厌氧发酵快速启动及稳定运行方法
本专利技术属于农业环境工程和生物质能源领域，具体涉及一种秸秆干式厌氧发酵快速启动及稳定运行方法。
技术介绍
我国农业废弃物产生量约40多亿吨/年，是农业废弃物产量最大的国家。其中，农作物秸秆年产生量约为7.3亿吨，含稻秸2.3亿吨，小麦秸秆1.2亿吨，玉米秸秆2.2亿吨，其他秸秆1.6亿吨，总体利用率约65％，就地粉碎还田利用是较为普遍的处置方式。而在广大南方地区，全量还田产生的腐解液会对后茬作物生长产生“化感效应”，且可通过径流排放造成极大的农业面源污染。在此背景下，离田化产业发展迅猛，并呈现出饲料化、材料化、能源化等多元化技术特征，尤以厌氧发酵技术为核心的能源化利用方式应用最为广泛。采用传统湿法厌氧发酵工艺处理秸秆，不仅需水量大、能耗高，且浮渣结壳问题会严重影响产气效率，为此干法厌氧发酵技术处理秸秆越来越受到关注。但由于水稻、小麦、玉米等纤维秸秆类农业废弃物C/N往往高达48:1～86:1，无法满足产酸菌、产甲烷菌等厌氧菌群的快速新陈代谢需要，单独厌氧发酵反应时间长，通常需要混合畜禽粪便、厨余垃圾、有机污泥等富氮物质发酵产沼，以此获得稳定的沼气生产。而在我国广大农村地区，种养不平衡，富氮有机废弃物获得性差，特别在水源水库区等环境敏感区域，出现了纯种植的单一农业经营模式。另外，秸秆细胞壁中纤维素由木质素和半纤维素包裹，而木质素有完整而坚硬的外壳，不易被生物降解，快速启动发酵反应困难。综上，尽管目前干式厌氧发酵工艺及反应器设计研究较多，并在餐厨垃圾、畜禽粪便的处理方面得到应用，但以高C/N秸秆类农业废弃物为主发酵原料的厌氧处理工程应用却鲜有报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种秸秆干式厌氧发酵快速启动及稳定运行方法，该方法基于单相干式厌氧发酵理论，通过优化秸秆预处理、启动阶段接种和料液回流等关键参数，能够实现高C/N秸秆类农业废弃物干式厌氧发酵的快速启动及稳定运行，实现高效处理秸秆和获取生物质能源的双重目的。本专利技术的构思：考虑我国广大纯种植或多种植地区农业结构的特殊性，采用干式厌氧发酵技术处理秸秆，不仅能够产生清洁能源沼气，亦可生产高品质有机肥料或基质，沼气用于农产品加工、大棚保温等，沼渣有机肥可就地回田利用，无沼液产生杜绝后续处理压力，处置手段符合区域特点。因此，本专利技术通过系统性研究秸秆储存预处理、启动阶段接种物和氮源添加、运行阶段温控沼液回流等关键工艺参数，以实现高C/N秸秆类农业废弃物干式厌氧发酵的快速启动及稳定运行。本专利技术的技术方案如下：本专利技术一种秸秆干式厌氧发酵快速启动及稳定运行方法，包括：先将秸秆集中收集、破碎预处理，然后堆垛保存，在堆垛保存过程中，喷洒稀碱溶液或稀释沼液调节破碎秸秆的含固率在15～35％；之后，将堆垛保存后的破碎秸秆运至干式厌氧发酵装置处，启动厌氧发酵；启动厌氧发酵时，按照15-25％的接种比例接种鲜牛粪或奶牛场沼液，并加入N源添加物；最后，运行厌氧发酵；在运行厌氧发酵中，排渣经固液分离机处理，按需将一定比例的固液分离液(即沼液)回流至进料端，以调节控制反应物料含固率在10～20％，并定期补充N源添加物。本专利技术的秸秆干式厌氧发酵快速启动及稳定运行方法，具体按以下步骤进行：(一)秸秆预处理根据农作物生长季节规律，收集秸秆，秸秆采用田间集中收集方式；将收集的秸秆进行集中机械破碎，水稻、小麦秸秆破碎至5cm以内，玉米等其它有机废弃物秸秆破碎至8cm以内。(二)堆垛密闭保存将破碎后的秸秆运至合理位置分散堆放(即堆成垛后存放)；在堆垛过程中，破碎秸秆每堆高10-20cm，均匀喷洒稀碱溶液或稀释沼液1次并压实；按照每吨秸秆喷洒120-180L稀碱溶液或稀释沼液，调节物料(破碎秸秆)的含固率在15～35％；破碎秸秆堆垛覆膜密闭，四周垫高压实，贮存至少30天以上。进一步地，破碎秸秆堆垛的高度控制在5m以内，占地控制在30m2以内。进一步地，在堆垛过程中，破碎秸秆每堆高15cm，均匀喷洒稀碱溶液或稀释沼液1次并压实；按照每吨秸秆喷洒150L，调节物料(破碎秸秆)的含固率在15～35％。进一步地，所述的稀碱溶液为5-10mg/L的Ca(OH)2溶液；所述的稀释沼液为处理系统固液分离液的8-12倍稀释液。进一步地，破碎秸秆堆垛用HDPE膜覆盖，四周垫高压实，密闭贮存至少30天以上。(三)启动厌氧发酵将厌氧发酵所需物料(堆垛保存后的破碎秸秆)通过车辆运输至处理系统的干式厌氧发酵装置旁，经进料斗，通过进料器送入干式厌氧发酵装置的厌氧发酵池；启动厌氧发酵时，在向进料斗中添加破碎秸秆的同时，按照15-25％的接种比(鲜重比)，同步在进料斗中添加鲜牛粪或奶牛场沼液，混合均匀后，经进料斗通过进料器送入厌氧发酵池。并且，按照秸秆：猪粪为10:1-20:1(干重)的比例一次性添加N源添加物(猪粪、鸡粪或相应N含量的有机污泥、无机肥等)，经进料斗通过进料器送入厌氧发酵池，控制反应物料C/N≤50:1；因猪粪富含有丰富的有机、无机N素及其他适于微生物活动的S、P等营养元素，且具有不同类型的厌氧微生物，较适合作N源添加物。在猪粪获得性差的情况下，可用相应N含量的有机污泥、鸡粪等代替。(四)运行厌氧发酵在运行厌氧发酵中，排渣经固液分离机处理，按需将一定比例的沼液(即固液分离液)通过回流泵回流至进料端，以调节控制反应物料含固率在10～20％；多余的沼液稀释后作为秸秆预处理后堆垛时的喷洒液；并定期补充N源添加物，保障厌氧发酵系统稳定运行。进一步地，在运行厌氧发酵中，考虑能源自身消耗，通过保温措施控制反应物料温度为35～40℃，物料停留周期不少于30天。进一步地，在运行厌氧发酵中，在调试产气率达300L/kgTS以上、沼气CH4含量达60％以上后，每间隔10-20天集中补充添加1次N源添加物，按照每处理1吨秸秆(干重)补充添加25-75kgN源添加物(干重)；该N源添加物优选猪粪，也可为鸡粪、相应N含量的有机污泥或无机肥。进一步地，所述的N源添加物为猪粪、鸡粪、有机污泥、无机肥中的一种或几种。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的一种秸秆干式厌氧发酵快速启动及稳定运行方法，该方法基于单相干式厌氧发酵理论，通过优化秸秆预处理、堆垛密闭保存、启动阶段的接种和稳定运行阶段的料液回流等关键参数，能够实现高C/N秸秆类农业废弃物干式厌氧发酵的快速启动及稳定运行，实现高效处理秸秆和获取生物质能源的双重目的。本专利技术提供的一种秸秆干式厌氧发酵快速启动及稳定运行方法，可显著加快秸秆干式厌氧发酵启动速度，提升秸秆处理效率。启动厌氧发酵阶段，与未经预处理和堆垛密闭保存的秸秆直接发酵处理相比，产气峰值提前10天，达50％总产气量时间缩短3天以上；系统稳定运行后，干物质产气量超过350L/kgTS，达理论产气量的70％以上，沼气CH4含量稳定在60％以上，秸秆半纤维素降解率在约10％左右，接近稻秸常规堆肥条件下的半纤维素9～15％的降解率。本专利技术为我国农村地区提供了一种技术可行、连续稳定的秸秆干式厌氧发酵方法，不仅可解决农业废弃物处理问题，还能填补有机肥供应、提供清洁再生能源，可在推广秸秆机械化还田的同时，拓展秸秆处理利用的新途径。附图说明图1是本专利技术中的处理系统及干式厌氧发酵运行的示意图；图2是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种秸秆干式厌氧发酵快速启动及稳定运行方法，其特征在于：先将秸秆集中收集、破碎预处理，然后堆垛保存，在堆垛保存过程中，喷洒稀碱溶液或稀释沼液调节破碎秸秆的含固率在15～35％；之后，将堆垛保存后的破碎秸秆运至干式厌氧发酵装置处，启动厌氧发酵；启动厌氧发酵时，按照15‑25％的接种比例接种鲜牛粪或奶牛场沼液，并加入N源添加物；最后，运行厌氧发酵；在运行厌氧发酵中，排渣经固液分离机处理，按需将一定比例的固液分离液即沼液回流至进料端，以调节控制反应物料含固率在10～20％，并定期补充N源添加物。

【技术特征摘要】
1.一种秸秆干式厌氧发酵快速启动及稳定运行方法，其特征在于：先将秸秆集中收集、破碎预处理，然后堆垛保存，在堆垛保存过程中，喷洒稀碱溶液或稀释沼液调节破碎秸秆的含固率在15～35％；之后，将堆垛保存后的破碎秸秆运至干式厌氧发酵装置处，启动厌氧发酵；启动厌氧发酵时，按照15-25％的接种比例接种鲜牛粪或奶牛场沼液，并加入N源添加物；最后，运行厌氧发酵；在运行厌氧发酵中，排渣经固液分离机处理，按需将一定比例的固液分离液即沼液回流至进料端，以调节控制反应物料含固率在10～20％，并定期补充N源添加物。2.如权利要求1所述的秸秆干式厌氧发酵快速启动及稳定运行方法，其特征在于，具体按以下步骤进行：(一)秸秆预处理根据农作物生长季节规律，收集秸秆，秸秆采用田间集中收集方式；将收集的秸秆进行集中机械破碎，水稻、小麦秸秆破碎至5cm以内，包括玉米在内的其它有机废弃物秸秆破碎至8cm以内；(二)堆垛密闭保存将破碎后的秸秆运至合理位置分散堆放，即堆成垛后存放；在堆垛过程中，破碎秸秆每堆高10-20cm，均匀喷洒稀碱溶液或稀释沼液1次并压实；按照每吨秸秆喷洒120-180L稀碱溶液或稀释沼液，调节破碎秸秆的含固率在15～35％；破碎秸秆堆垛覆膜密闭，四周垫高压实，贮存至少30天以上；(三)启动厌氧发酵将厌氧发酵所需物料即堆垛保存后的破碎秸秆，通过车辆运输至处理系统的干式厌氧发酵装置旁，经进料斗，通过进料器送入厌氧发酵池；在进料斗中添加破碎秸秆时，按照15-25％的接种比，同步在进料斗中添加鲜牛粪或奶牛场沼液，混合均匀后，经进料斗通过进料器送入厌氧发酵池；并且，按照秸秆：猪粪为10:1-20:1的干重比例，一次性添加N源添加物，经进料斗通过进料器送入厌氧发酵池，控制反应物料C/N≤50:1；(四)运行厌氧发酵在运行厌氧发酵中，排渣经固液分离机处理，按需将一定比例的沼液即固液分离液回流至进料端，以调节控制反应物料含固率在10～20％，并定期补充N...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振旗，张心良，沈根祥，钱晓雍，陈小华，赵庆节，郭春霞，
申请(专利权)人：上海市环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31