一种农作物秸秆与畜禽粪便联合固态发酵生产沼气的方法技术

本发明专利技术属于有机固体废弃物高效资源化利用领域，尤其涉及一种农作物秸秆与畜禽粪便联合固态发酵生产沼气的方法。本发明专利技术所述的生产沼气的方法是用揉搓机将农作物秸秆揉碎，加入NaOH水溶液混合均匀进行预处理，然后将混合后的农作物秸秆与畜禽粪、接种物联合固态发酵，在50~60℃下进行厌氧发酵产沼气，最后将固态发酵后的残留物取出，30%用于新投料的接种物，剩余的沼渣进入热解反应器进行热解产气所产生的热解气可用于系统供热，热解后的固态产物可用作活性吸附材料或催化材料，实现有机废弃物的综合利用。与现有技术相比，本发明专利技术所述产沼气的方法具有无沼液、便捷快速、安全稳定、产气效率高的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有机固体废弃物高效资源化利用领域，尤其涉及一种农作物秸杆与畜禽粪便联合固态发酵生产沼气的方法。
技术介绍
传统制沼气的原料是用畜禽粪便，但是，由于经济快速发展、粮食涨价等原因，很多地方的出现了畜禽粪便原料短缺等问题。传统的沼气生产常常因缺乏原料而导致产气不稳定，严重时甚至出现不产气等现象。此外，由于原料内在性质的限制，以传统的畜禽粪便作为厌氧消化原料，沼气产气通常比较低，约为350L/kg VS0我国是农业大国，每年约产生大约7亿吨的农作物秸杆。目前，这些农作物秸杆的利用率还不到50%，大都被随意丢弃或露天燃烧，不仅浪费了资源，还严重地污染了环境。如何有效利用这些资源，是我国解决农村和城镇生活用能问题的重要途径之一。然而，在农作物秸杆中，大量含有的木质素及半纤维素将纤维素包裹，不利于微生物利用，将农作物秸杆作为单一原料进行厌氧消化也会出现产气率低下，约为300L/kg VS。此外，传统的厌氧消化工艺会产生大量的沼液沼渣，还需额外增加处理设备才能将沼液沼渣转化成有机肥料，且这些有机肥料的肥力尚在研究中。因此，亟需开发出一种新的厌氧消化工艺解决这些问题。目前，联合厌氧消化工艺逐渐被使用，但是，以农作物秸杆和畜禽粪便为原料进行联合固态发酵工艺，还没有得到很好的开发和利用。首先，联合发酵工艺受多种因素制约，所选取的原料也受地域限制；其次，固态发酵技术还存在着很多不足，如需较长的停留时间、大量的接种物等；再者，目前尚未有较为经济的预处理技术用于处理农作物秸杆提高其产气能力；此外，沼液沼渣的高值利用问题急需解决。上述几方面共同限制了农作物秸杆及畜禽粪便作为能源原料的大规模利用
技术实现思路
`为克服现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种产气量高的农作物秸杆和畜禽粪便联合固态发酵生产沼气的方法。本专利技术所述的农作物秸杆和畜禽粪便联合固态发酵生产沼气的方法，包括农作物秸杆固态预处理、联合固态发酵和沼渣热解利用三个过程；所述的农作物秸杆的固态预处理:用揉搓机将农作物秸杆揉碎，加入NaOH水溶液混合均匀，按质量计算，NaOH的加入量为农作物秸杆干重的3 7%，混合后农作物秸杆的含水率在5(T60wt%，将混合后农作物秸杆在2(T30°C条件下放置f 3天，整个过程中没有液态水流出；所述的联合固态发酵:将上述预处理后的农作物秸杆与畜禽粪便按挥发性固体浓度以(1: Γ(3:1)的比例加入反应器中，再加入接种物，反应器中的原料与接种物的挥发性固体浓度之比为(3:1广(4:1)，控制发酵体总固体浓度在2广25%之间，在50飞01:下进行厌氧发酵产沼气，消化时间为24天，整个过程无额外添加营养物质及调节pH值；所述的沼渣热解利用:将上述固态发酵后的残留物取出，2(T40wt%用于联合固态发酵过程的接种物，剩余的沼渣进入热解反应器进行热解产气，从室温开始以3(T50°C /分钟升温速率升温，到达终温60(T800°C后保持1.5^3小时。本专利技术所述的生产沼气的方法，在农作物秸杆固态预处理时，NaOH的加入量为秸杆干重的5wt%，混合后农作物秸杆的含水率为60wt%，预处理温度为20°C，预处理时间为I天，这时，整个联合固态发酵系统产气效率最高。本专利技术所述的生产沼气的方法，在联合固态发酵时，农作物秸杆与畜禽粪便的挥发性固体浓度比为3:1，反应器中的原料与接种物的挥发性固体浓度之比为3:1，发酵体总固体浓度为22%，发酵温度为50°C，消化时间为24天，这时整个联合固态发酵系统产气效率最闻。本专利技术所述的生产沼气的方法，在热解沼渣利用时，升温速率40°C /分钟，到达终温800°C后保持1.5小时，这时整个联合固态发酵系统产气效率最高。本专利技术所述的生产沼气的方法，在联合固态发酵时，第一次使用的接种物为正常产气的沼气池的沼渣或阴沟、泥塘中的厌氧活性污泥，后期使用的接种物为联合固态发酵后的残留物。本专利技术中，所指的TS (Total Solids)即总固体浓度，指一定量的原料在105°C下烘干至恒重所得的净重与原有原料的质量比。灰分:指一定量的原料烘干后放入600摄氏度马弗炉灼烧2小时后剩余物的质量与原有原料的质量比。VS (Volatile Solids)即挥发性固体浓度，表征原料中有机物的含量，VS等于TS减去灰分。消化时间系指原料厌氧发酵产沼气通常所需的时间。与现有技术相比，本专利技术的创新之处是:(I)采用固态预处理方法结合固态发酵技术，使整个过程中农作物 秸杆均保持较干的状态，没有沼液产生，无需对沼液进行处理；(2)NaOH固态预处理农作物秸杆Id后，即可与畜禽粪便结合进行联合消化，优化了原料的预处理时间及结构配置，使得整个反应过程能稳定、高效进行；(3)将沼渣作为热解原料，不仅可解决沼渣利用难的问题，还可产生有益的产品如低位热值可达ll_13MJ/m3的热解气和活性碳；所产生的热解气可用于系统供热，热解后的固态产物可用作活性吸附材料或催化材料，实现有机废弃物的综合利用；(4)高温下，整个固态发酵系统产气效率高，可达400-450mL/g VS,容积产气率达25-35L/L工作体积，平均甲烷含量在50%以上，消化时间可由传统的30天降至24天。附图说明图1:本专利技术生产沼气的流程图。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细描述，但本专利技术不限于以下实施例。实施例1首选将500g揉搓后的总固体浓度为0.95、挥发性固体浓度为0.9的农作物秸杆放入5L容器中，加入23.75g的NaOH，再加入268g水。混合均匀后密封，20°C放置I天。取出，加入挥发性固体浓度为0.2的畜禽粪便800g，再加入挥发性固体浓度为0.1的接种污泥1600g，使整个发酵体系固体含量在25%，混合均匀后放入8L的厌氧反应器中。通过水浴夹套控制反应器温度在50°C。高温固态发酵21天后取出，30%的沼渣作为接种物进行下一批次的厌氧发酵。剩余70%的沼渣通入热解反应器中进行热解，热解时，热解温度为600°C，升温速率40°C/分钟，到达终温后保持3小时。获得热解气和活性碳。整个固态发酵系统产气效率高，达406mL/g VS,容积产气率达25L/LIfrWR，甲烷含量在54.9%。实施例2首选将500g揉搓后的总固体浓度为0.95、挥发性固体浓度为0.9的农作物秸杆放入5L容器中，加入25g的NaOH，再加入300g水。混合均匀后密封，20°C放置I天。取出，加入挥发性固体浓度为0.2的畜禽粪便750g，再加入挥发性固体浓度为0.1的接种沼渣2000g，使整个发酵体系固体含量在22%，混合均匀后放入8L的厌氧反应器中。通过水浴夹套控制反应器温度在50°C。高温固态发酵24天后取出，30%的沼渣作为接种物进行下一批次的厌氧发酵。剩余70%的沼渣通入热解反应器中进行热解，热解时，热解温度为800°C，升温速率40°C /分钟，到达终温后保持1.5小时。获得热解气和活性碳。整个固态发酵系统产气效率高，达450mL/gVS，容积产气率达34.5L/LIfrWR，平均甲烷含量在52.7%。实施例3首选将500g揉搓后的总固体浓度为0.95、挥发性固体浓度为0.9的农作物秸杆放入5L容器中，加入16g的NaOH，再加入255g水。混合均匀后密封，2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种农作物秸秆与畜禽粪便联合固态发酵生产沼气的方法，包括农作物秸秆固态预处理、联合固态发酵和沼渣热解利用三个过程，其特征在于，1）所述的农作物秸秆固态预处理：用揉搓机将农作物秸秆揉碎，加入NaOH水溶液混合均匀，按质量计算，NaOH的加入量为农作物秸秆干重的3~7%，混合后农作物秸秆的含水率在50~60wt%，将混合后农作物秸秆在20~30℃条件下放置1~3天，整个过程中没有液态水流出；2）所述的联合固态发酵：将上述预处理后的农作物秸秆与畜禽粪便按挥发性固体浓度以(1:1)~(3:1)的比例加入反应器中，再加入接种物，反应器中的原料与接种物的挥发性固体浓度之比为(3:1)~(4:1)，控制发酵体总固体浓度在21~25%之间，在50~60℃下进行厌氧发酵产沼气，消化时间为21~24天，整个过程无额外添加营养物质及调节pH值；3）所述的沼渣热解利用：将上述固态发酵后的残留物取出，20~40wt％用于联合固态发酵过程的接种物，剩余的沼渣进入热解反应器进行热解产气，从室温开始以30~50℃/分钟升温速率升温，到达终温600~800℃后保持1.5~3小时。

【技术特征摘要】
1.一种农作物秸杆与畜禽粪便联合固态发酵生产沼气的方法，包括农作物秸杆固态预处理、联合固态发酵和沼渣热解利用三个过程，其特征在于， 1)所述的农作物秸杆固态预处理:用揉搓机将农作物秸杆揉碎，加入NaOH水溶液混合均匀，按质量计算，NaOH的加入量为农作物秸杆干重的3 7%，混合后农作物秸杆的含水率在5(T60wt%，将混合后农作物秸杆在2(T30°C条件下放置3天，整个过程中没有液态水流出； 2)所述的联合固态发酵:将上述预处理后的农作物秸杆与畜禽粪便按挥发性固体浓度以(1: Γ(3:1)的比例加入反应器中，再加入接种物，反应器中的原料与接种物的挥发性固体浓度之比为(3:1广(4:1)，控制发酵体总固体浓度在2广25%之间，在50飞01:下进行厌氧发酵产沼气，消化时间为24天，整个过程无额外添加营养物质及调节pH值； 3)所述的沼渣热解利用:将上述固态发酵后的残留物取出，2(T40Wt%用于联合固态发酵过程的接种物，剩余的沼渣进入热解反应器进行热解产气，从室温开始以3(T50°C /分钟升温速率升温，到达终温60(T800°C后保持1.5^3小时。2.根据权利要求1所述的生产沼气的方法，其特征在于，在联合固态发酵时，第一次使用的接种物为正常产气的沼气池的沼渣或...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘广青，李叶青，张瑞红，何艳峰，陈畅，冯璐，肖潇，马欣欣，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：