一种鸡粪与玉米秸秆干发酵快速启动工艺及稳定运行方法技术

本发明专利技术涉及一种鸡粪与玉米秸秆干发酵快速启动工艺及稳定运行方法。本发明专利技术专利采用鸡粪与玉米秸秆进行干式厌氧发酵，对干玉米秸秆采用“机械粉碎+微生物腐化”的预处理工序后与鸡粪配比混合进行干式厌氧发酵。快速启动工艺采用干法启动，利用特殊培养和驯化污泥进行接种，同时调节反应器初期pH稳定性，提高产甲烷菌活性并有助于甲烷菌的快速繁殖增量，减少调试启动期的碱液添加。本方法实现了干式厌氧发酵系统的快速、稳定启动和后期的稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种鸡粪与玉米秸秆干发酵快速启动工艺及稳定运行方法
本专利技术涉及一种鸡粪与玉米秸秆干发酵快速启动工艺及稳定运行方法。
技术介绍
中国作为农业大国，玉米秸秆资源丰富，2018年全国主要农作物玉米秸秆可收集资源量为9亿吨，其中玉米秸秆所占比例大于1/3，合理的将这部分资源转化为可利用的能源至关重要。畜牧业作为农业的重要组成部分之一，是农业生产的重大支柱产业，也是农民收入的主要来源之一，目前我国大量玉米秸秆和鸡粪没有得到有效利用，造成资源浪费，而厌氧发酵技术是实现玉米秸秆资源化利用的有效手段，解决玉米秸秆浪费的同时产生甲烷气等再生能源对缓解我国能源紧张状况，促进社会经济的可持续发展和改善生态环境都具有重要意义。目前厌氧发酵技术均采用单一物料进行厌氧发酵，且多为湿发酵，但是单独的鸡粪发酵中、发酵后产物浓度较低，能源消耗较大，且碳氮比失衡，发酵工艺稳定性差。而玉米秸秆中木质素含量过高，难以水解，导致玉米秸秆作为单一物料进行厌氧发酵时发酵周期长且产沼气效率低，无法实现最大化沼气工程效益。此外，城市污水处理厂中污泥产量巨大，由于污泥中质量含水率过高，燃烧后热值较低，填埋又占用土地资源，而且易造成二次污染，且目前传统厌氧发酵技术手段为防止初始阶段物料投加量过高，甲烷菌不足导致反应器水解酸化严重，出现启动失败情况，均选择湿法启动来保证稳定运行，随后持续调节物料投放量直到反应器处于干发酵状态。但湿法启动初始阶段物料投加量少，反应器中总固体含量低，反应周期较长，反应器运行效率较低。而传统厌氧发酵过程中污泥添加只在启动阶段和产气效率低时候，没有遍布全过程，无法维持产酸菌的酸化速率和产甲烷菌利用挥发性脂肪酸速率维持动态平衡，但是污泥中微生物含量高，可以为厌氧发酵工艺提供足量的菌种并适当补充碱度。因此本专利技术在此基础上提出一种稳定的以干法快速启动的干式厌氧发酵工艺。
技术实现思路
本专利技术涉及一种鸡粪与玉米秸秆干发酵快速启动工艺及稳定运行方法。将玉米秸秆进行“机械粉碎+微生物腐化”预处理以后与鸡粪按照设计优化比例混合后发酵，同时将污水厂剩余污泥经过特殊培养和驯化过程，用来调节厌氧反应器的pH同时提高产甲烷菌数量，减少初期的碱液添加，提高启动速度稳定性，且有效提高产气效率。一种鸡粪与玉米秸秆干发酵快速启动工艺及稳定运行方法，1)采用干玉米秸秆(通常质量含水率为6％～12％)作为辅料，对其进行“机械粉碎+微生物腐化”的预处理工序：首先对玉米秸秆进行粉碎处理，保证60目以上秸秆达到D80(即粒径小于等于60目的秸秆颗粒达到80％以上)；随后将破碎后的玉米秸秆调节质量含水率到75％～80％，并添加干玉米秸秆质量0.1％～0.3％的纤维素酶和0.1％～0.3％的半纤维素酶，在自然通风条件下进行3～5天腐化得预处理的秸秆；经预处理的秸秆与鸡粪按混合后碳氮比25～35：1进行调节，得待发酵的混合物料；2)初始阶段，采用干法启动(反应器内部物料质量含水率70％～85％)，混合后的秸秆与鸡粪需要额外配置占总物料质量占比20％～30％的驯化污泥用于接种，物料填充厌氧反应器总体积的75％～80％，并每1～6小时开启搅拌装置5～10分钟，此过程维持3～5天；3)快速启动时，以3～5天作为一个调整周期逐渐提升日进料量，初始日进料量为有效容积的1％～3％，在保证产气甲烷浓度35％以上和反应器内pH值6.5以上的条件下，对物料的日添加量进行阶梯式调整，每次调整的增加量为上一周期进料量的10％～40％，至系统达到满负荷运行(即日进料量为有效容积的4％～5％)；进料量和出料量保持一致，以便维持反应器内的物料填充体积占反应器总体积的75％～80％(即维持有效容积在75％～80％)；4)稳定阶段：当系统达到满负荷运行时(即日进料量为有效容积的4％～5％，此时停留时间在20～25d)可停止或减少投入厌氧反应器物料中驯化污泥配比量(所述减少是指即进料中只采用秸秆与鸡粪混合物或混合后的秸秆与鸡粪需要额外配置占进料物料质量占比5％～30％的驯化污泥)；进行体系的正常运行操作。采用驯化污泥进行反应器运行初始阶段(快速启动)的接种和运行过程(稳定阶段)中配合碱液使用补充碱度和微生物量；将驯化污泥(质量含水率75％～80％)和碱液(碱液可采用NaOH溶液等，碱液浓度为4.0～5.0mol/L)以质量比1：1～2的比例使用。在厌氧反应器顶部设有甲烷浓度检测器和中部或底部设有pH值检测器；在初始阶段、快速启动时、稳定阶段中的一种或二种过程中，当甲烷浓度日下降2％或pH日下降超过0.4，将驯化污泥(质量含水率75％～80％)和碱液(碱液可采用NaOH溶液等，碱液浓度为4.0～5.0mol/L)以质量比1：1～2的比例使用，进行pH的调节，保证pH在6.5～8.0之间；待投放后自动搅拌，并于3～5小时后二次检测pH，若未达到规定范围则继续添加碱液，保证发酵液中pH维持在6.5～8.0之间。厌氧反应器采用分区温度控制方式；由于反应器中，各区域的热量需求不同，故在厌氧反应器外壳顺着物料运动方向顺序平均分3～4个区域，分别于厌氧反应器中部和/或底部设置温度传感器和加热装置(如电加热元件或加热水管或加热水夹套)，通过与温度控制器信号连接的温度传感器的实时测量，通过调节经温度控制器与外部电源相连的加热装置的功率或者通过调节与温度控制器相连的加热水管路上的电磁阀控制热水流量，使反应器的整体温度在37±2℃，保证反应器的稳定运行。于反应器采用无料钟形式进料(图3)，在厌氧反应器上部或顶部的进料口处安装无料钟，无料钟上下两端安装有进出料阀门，在无料钟上设置有加热装置(如热水盘管、换热器、电加热器等中的一种或二种以上)及沼气吹脱进出口；沼气吹脱进口与厌氧反应器顶部沼气出口或外接氮气气源相连，利用加热装置对进料进行预升温至37±2℃，避免冷物料进入系统中造成局部温度变化过大进而降低微生物活性；利用反应器产生的沼气通过无料钟上的吹气进出口对物料进行吹脱，避免进料中的氧气进入厌氧反应器，降低安全风险的同时，保证反应器维持无氧的稳定环境，保证反应器的稳定运行。驯化污泥的制备过程：先将污泥与待发酵的混合物料(鸡粪和预处理的玉米秸秆)质量比1：1～4混合在一单独罐体中进行驯化，同时根据混合物量按照10～40mg/L的比例添加碱液(碱液可采用NaOH溶液等，碱液浓度为4.0～5.0mol/L)调节PH在6.5～8.0，控制污泥驯化温度维持在37±2℃，每日测定pH，保证污泥中pH一直处于适合产甲烷菌生存的6.5～8.0范围内，每天充分搅拌2～5次，每周补充一次等质量的待发酵混合物料，驯化一周后即可使用；污泥来源为市政等污水厂剩余活性污泥，质量含水率75～80％。鸡粪与玉米秸秆混合厌氧发酵启动中，单独发酵存在碳氮营养比失衡等严重弊端，不利于沼气工程应用。因此本专利技术利用其各自的优势，将鸡粪与玉米秸秆按碳氮比25～35：1进行调节，可以维持厌氧反应器中产酸菌和产甲烷菌在活性，提高沼气工程效率。玉米秸秆中存在的纤维素、半纤维素本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种鸡粪与玉米秸秆干发酵快速启动工艺及稳定运行方法，其特征在于：/n1)采用干玉米秸秆(通常质量含水率为6％～12％)作为辅料，对其进行“机械粉碎+微生物腐化”的预处理工序：/n首先对玉米秸秆进行粉碎处理，保证60目以上秸秆达到D80(即粒径小于等于60目的秸秆颗粒达到80％以上)；随后将破碎后的玉米秸秆调节质量含水率到75％～80％，并添加干玉米秸秆质量0.1％～0.3％的纤维素酶和0.1％～0.3％的半纤维素酶，在自然通风条件下进行3～5天腐化得预处理的秸秆；经预处理的秸秆与鸡粪按混合后碳氮比25～35：1进行调节，得待发酵的混合物料；/n2)初始阶段，采用干法启动(反应器内部物料质量含水率70％～85％)，混合后的秸秆与鸡粪需要额外配置占总物料质量占比20％～30％的驯化污泥用于接种，物料填充厌氧反应器总体积的75％～80％，并每1～6小时开启搅拌装置5～10分钟，此过程维持3～5天；/n3)快速启动时，以3～5天作为一个调整周期逐渐提升日进料量，初始日进料量为有效容积的1％～3％，在保证产气甲烷浓度35％以上和反应器内pH值6.5以上的条件下，对物料的日添加量进行阶梯式调整，每次调整的增加量为上一周期进料量的10％～40％，至系统达到满负荷运行(即日进料量为有效容积的4％～5％)；进料量和出料量保持一致，以便维持反应器内的物料填充体积占反应器总体积的75％～80％(即维持有效容积在75％～80％)；/n4)稳定阶段：当系统达到满负荷运行时(即日进料量为有效容积的4％～5％，此时停留时间在20～25d)可停止或减少投入厌氧反应器物料中驯化污泥配比量(所述减少是指即进料中只采用秸秆与鸡粪混合物或混合后的秸秆与鸡粪需要额外配置占进料物料质量占比5％～30％的驯化污泥)；进行体系的正常运行操作。/n...

【技术特征摘要】
1.一种鸡粪与玉米秸秆干发酵快速启动工艺及稳定运行方法，其特征在于：
1)采用干玉米秸秆(通常质量含水率为6％～12％)作为辅料，对其进行“机械粉碎+微生物腐化”的预处理工序：
首先对玉米秸秆进行粉碎处理，保证60目以上秸秆达到D80(即粒径小于等于60目的秸秆颗粒达到80％以上)；随后将破碎后的玉米秸秆调节质量含水率到75％～80％，并添加干玉米秸秆质量0.1％～0.3％的纤维素酶和0.1％～0.3％的半纤维素酶，在自然通风条件下进行3～5天腐化得预处理的秸秆；经预处理的秸秆与鸡粪按混合后碳氮比25～35：1进行调节，得待发酵的混合物料；
2)初始阶段，采用干法启动(反应器内部物料质量含水率70％～85％)，混合后的秸秆与鸡粪需要额外配置占总物料质量占比20％～30％的驯化污泥用于接种，物料填充厌氧反应器总体积的75％～80％，并每1～6小时开启搅拌装置5～10分钟，此过程维持3～5天；
3)快速启动时，以3～5天作为一个调整周期逐渐提升日进料量，初始日进料量为有效容积的1％～3％，在保证产气甲烷浓度35％以上和反应器内pH值6.5以上的条件下，对物料的日添加量进行阶梯式调整，每次调整的增加量为上一周期进料量的10％～40％，至系统达到满负荷运行(即日进料量为有效容积的4％～5％)；进料量和出料量保持一致，以便维持反应器内的物料填充体积占反应器总体积的75％～80％(即维持有效容积在75％～80％)；
4)稳定阶段：当系统达到满负荷运行时(即日进料量为有效容积的4％～5％，此时停留时间在20～25d)可停止或减少投入厌氧反应器物料中驯化污泥配比量(所述减少是指即进料中只采用秸秆与鸡粪混合物或混合后的秸秆与鸡粪需要额外配置占进料物料质量占比5％～30％的驯化污泥)；进行体系的正常运行操作。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
采用驯化污泥进行反应器运行初始阶段(快速启动)的接种和运行过程(稳定阶段)中配合碱液使用补充碱度和微生物量；将驯化污泥(质量含水率75％～80％)和碱液(碱液可采用NaOH溶液等，碱液浓度为4.0～5.0mol/L)以质量比1：1～2的比例使用。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在厌氧反应器顶部设有甲烷浓度检测器和中部或底部设有pH值检测器；
在初始阶段、快速启动时、稳定阶段中的一种或二种过程中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立闯，丁岳峰，高有清，张晓光，
申请(专利权)人：沈阳光大环保科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21