连续式湿干两级动态厌氧发酵制备生物燃气的方法技术

本发明专利技术提供一种连续式湿干两级动态厌氧发酵制备生物燃气的方法，即首先按照发酵料液干物质浓度要求和原料互补要求混合有机物料，添加厌氧发酵接种物，加入沼液调节物料含水率，于37℃厌氧发酵并收集产生的沼气；然后发酵物料自流入干式发酵装置中，通过多孔滤板分离滤渣和滤液，滤液回收用于新物料调节含水率，滤渣继续进行厌氧发酵后经脱水出料装置排出；将湿干两级发酵收集的沼气经净化及提纯，即完成生物燃气的制备；本发明专利技术提高反应器处理能力和容积产气率，解决了高固或干式反应器的进出料难题，无需沼液回流喷淋作业，发酵残渣脱水可使发酵残渣含水率降低至65%‑75%，便于后续环节利用，实现沼液零排放或少排放，运行简便并节省基建投资。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有机废弃物处理和可再生能源开发
，特别是一种连续式湿干两级动态厌氧发酵制备生物燃气方法。
技术介绍
厌氧发酵技术按照发酵物料干物质浓度可分为湿式发酵、高浓度或干式发酵两种方式。传统的湿发酵技术，即将秸秆与人畜粪便、工业废水等有机物混合，在厌氧菌的作用下生成沼气。由于秸秆在湿式发酵中容易出现严重的漂浮结壳、分层等问题，大多避免加入秸秆等比重较轻且难降解的底物。而高浓度发酵技术是以固体有机废弃物为原料(总固体含量在10％以上)进行厌氧发酵，它与湿发酵相比主要优点是节约用水，节省管理沼气池所需的工时，池容产气率较高等。但高含固率物料的流动性差、传质传热困难，使得干式厌氧发酵技术对预处理设备、输送设备、搅拌设备等均有较高的要求。目前对于高浓度或干式厌氧发酵进料设备，因密封要求高，常用的有真空泵、液压固体泵或活塞泵，这些泵虽可以从市场上购得，但由于此类特种设备技术仅有少数公司掌握，因此价格往往比较昂贵。而对于出料设备，由于固体物料流动性差，对进出料装置密封要求很高，故目前工程应用大多为批式发酵，即“进料-密封-产气-停气-出料”发酵模式，这种方式势必造成间歇性发酵产气与原料连续产生和连续供气的矛盾，并且采用装载机或挖掘机出料，存在作业效率低、强度大、操作环境恶劣以及安全隐患等问题，因此开发出连续或半连续式高效发酵装置及工艺，将大大发挥高固反应器废弃物处理能力大的优势，此外，高浓度发酵装置中有机物料发酵结束后，含水率一般高达75％以上，这种物理状态的发酵残渣难以用于后续资源化利用。目前通常将批次清理出的发酵物料通过湿粉碎后掺混其他干辅料进行堆肥处理，增多了环节从而增加工程处理成本。因此，开发出适应高浓度发酵物料进出料，并且兼具连续脱水出料功能的厌氧发酵装置及工艺方法，具有很好的产业化应用前景。由于沼气发酵过程涉及多种厌氧发酵微生物的多级联合作用，因此多级发酵工艺因可实现功能分区，具有发酵速度快、降解率高和缩短发酵周期等明显优势，近年来越来越受到国内外专家学者和沼气工程应用领域的重视。Cheng等(BioresourTechnol,2012,114:327-33)利用CSTR和UASB相联合进行秸秆产沼气的工艺研究，甲烷产量达到200.9mL/g，同时得到67.1％的能量回收率。公开号CN103667025A公布了一种干湿结合厌氧发酵工艺，主要是将高浓度发酵原料采用柱塞泵送入干式厌氧反应器中，而湿式发酵罐中的低浓度发酵残余物用于与高浓度原料混合发酵；公开号CN104355707A公布了一种干湿联合消化处理禽畜粪便与秸秆的方法，主要为湿式厌氧消化+干式好氧发酵+干式厌氧消化，同时进行渗滤液回流。以上专利所述干湿结合和干湿联合均未实现干式与湿式发酵装置直接串联，物料相互连通。而公开号CN101973682A公布了一种干湿耦合厌氧发酵工艺方法，将湿式两相厌氧发酵方法中生成的沼渣沼液送入干式厌氧发酵方法，对沼渣沼液进行自然固液分离；公开号CN104745369A公布了一种湿法-干法联合的两级厌氧发酵产沼气工艺，即将破碎的固体废弃物与接种物在全湿式反应器中混合进行湿法厌氧发酵，水力停留时间5-20天，发酵后将料液输送至底部具有渗滤装置的干法发酵反应器中进行干法固态发酵。此外，本申请人在之前公开的专利(公开号CN104357488A)公布了一种规模化木质纤维原料厌氧发酵产沼气的方法，即将木质纤维原料粉碎至5cm以下，加入接种物调浆，加入连续搅拌式反应器内进行湿式厌氧发酵，然后将每日排出的沼渣立即脱水至沼渣含水率75％-85％，再将脱水沼渣加入至半连续进料高固体厌氧反应器中。以上专利均表明了发酵物料从湿式发酵转入干式发酵，但并未涉及干式发酵沼液回用至湿式发酵进料系统，仅停留于概念设计或实验室研究阶段。
技术实现思路
针对有机废弃物厌氧生物转化速率往往呈现前高后低的特点，结合目前沼气工程普遍存在容积产气率低、厌氧反应器处理能力偏低、一次性投资较高、沼液消纳或处理问题突出等弊端，本专利技术提供一种连续式湿干两级动态厌氧发酵制备生物燃气方法，可充分发挥湿式厌氧发酵和高固或干式厌氧发酵各自优势，既可实现不同类型有机物料混合进料，也解决了高固或干式反应器难以进出料的难题，无需沼液自循环作业，并且实现沼液零排放或少排放，该工艺对废弃物原料适应范围更加宽泛，可应用于不同规模的沼气工程。本专利技术是这样实现的：a)将有机物料按照碳氮比(20-30)：1互补搭配物料并混合，调节物料含水率为90％-96％，置于混合调节池中，然后添加厌氧发酵接种物，接种量大于或等于总发酵料液质量的30％，再加入沼液调节物料干物质浓度为4％-10％，搅拌均匀后输送至湿式厌氧发酵装置进行湿式厌氧发酵；所述厌氧发酵接种物为沼气工程发酵沼渣或污水处理厂厌氧消化污泥；b)湿式厌氧发酵温度为37℃，每天由湿式厌氧发酵装置顶部泵入湿式厌氧发酵装置内液位高度1/15-1/20的物料，再由下部排出等量的发酵后物料，15-20天完成循环，随时收集湿式厌氧发酵期间产生的沼气；c)由湿式发酵装置下部排出的发酵后物料自干式发酵装置顶部进料口溢流进入干式发酵装置中，并借助干式发酵装置底部多孔滤板对物料进行过滤，使滤液和滤渣分离并同期进行厌氧发酵，当湿式发酵装置需要补充新料时，滤液(即步骤a)所述沼液)可通过排液口全部返回混合调节池用于调节物料干物质的浓度；干式厌氧发酵温度为37℃，期间随时收集干式厌氧发酵期间产生的沼气，每天将占总发酵后滤渣质量1/15-1/20的发酵后滤渣经脱水出料装置脱水后排出；d)将湿干两级发酵罐收集的沼气，经过净化及提纯处理，完成生物燃气的制备。进一步，如本专利技术所述连续式湿干两级动态厌氧发酵制备生物燃气的方法中，所述有机物料主要为农作物秸秆、蔓藤类植株残体、枝条类植株残体、水生植物、叶菜类蔬菜残体、餐厨垃圾、生活污水、污水处理厂剩余活性污泥和脱水藻泥；具体实施过程中，农作物秸秆(如玉米秸秆、稻秸和麦秸等)、蔓藤类植株残体(如南瓜藤、冬瓜藤、丝瓜藤、西瓜藤以及四季豆或豇豆藤等)、枝条类植株残体(如茄秆、豆秆、番茄秆等)和枯枝落叶等，此类废弃物收集时通常呈干或半干状态，且木质纤维含量较高，需经过锤片式粉碎机粉碎处理，其颗粒长度小于或等于5cm；所述的高含水率植物残体主要为水生植物(如水葫芦、水花生、浮萍、菖蒲、茭白等漂浮型或沉水型植物)、叶菜类蔬菜残体(如西兰花、包菜、小青菜等新鲜菜叶)，需要经过湿式粉碎机处理，其颗粒长度小于或等于5cm；而所述的餐厨垃圾主要包括米和面粉类食物残余、蔬菜、动植物油、肉骨等，需要经过餐厨垃圾专用粉碎机处理；所述人畜粪便包括人粪尿和牲畜粪尿及冲洗废水，需经过除砂和除杂处理；所述其他有机废弃物包括生活污水、污水处理厂剩余活性污泥和脱水藻泥等，无需预处理，可直接混合进料。进一步，如本专利技术所述连续式湿干两级动态厌氧发酵制备生物燃气的方法中，所述多孔滤板孔径2-3mm，孔间距0.5-1.0cm。进一步，如本专利技术所述连续式湿干两级动态厌氧发酵制备生物燃气的方法中，所述的湿式厌氧发酵装置和干式厌氧发酵装置均含有相同容积的罐体，它们的进料口均位于罐体的上方；多孔滤板设在干式厌氧发酵罐体内的高度需满足进入罐体的湿发酵物料中滤液与滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续式湿干两级动态厌氧发酵制备生物燃气的方法，其特征在于，具体步骤如下：a）将有机物料按照碳氮比（20‑30）：1互补搭配物料并混合，调节物料含水率为90%‑96%，置于混合调节池中，然后添加厌氧发酵接种物，接种量大于或等于总发酵料液质量的30%，再加入沼液调节物料干物质浓度为4%‑10%，搅拌均匀后输送至湿式厌氧发酵装置进行湿式厌氧发酵；所述厌氧发酵接种物为沼气工程发酵沼渣或污水处理厂厌氧消化污泥；b) 湿式厌氧发酵温度为37℃，每天由湿式厌氧发酵装置顶部泵入湿式厌氧发酵装置内液位高度1/15‑1/20的物料，再由下部排出等量的物料，15‑20天完成循环，随时收集湿式厌氧发酵期间产生的沼气；c）由湿式发酵装置下部排出的物料自干式发酵装置顶部进料口溢流进入干式发酵装置中，并借助干式发酵装置底部多孔滤板对物料进行过滤，使滤液和滤渣分离并同期进行厌氧发酵，当湿式发酵装置需要补充新料时，滤液可通过排液口全部返回混合调节池用于调节物料干物质的浓度；干式厌氧发酵温度为37℃，期间随时收集干式厌氧发酵期间产生的沼气，每天将1/15‑1/20的发酵后滤渣经脱水出料装置脱水后排出；d）将湿干两级发酵罐收集的沼气，经过净化及提纯处理，完成生物燃气的制备。...

【技术特征摘要】
1.一种连续式湿干两级动态厌氧发酵制备生物燃气的方法，其特征在于，具体步骤如下：a）将有机物料按照碳氮比（20-30）：1互补搭配物料并混合，调节物料含水率为90%-96%，置于混合调节池中，然后添加厌氧发酵接种物，接种量大于或等于总发酵料液质量的30%，再加入沼液调节物料干物质浓度为4%-10%，搅拌均匀后输送至湿式厌氧发酵装置进行湿式厌氧发酵；所述厌氧发酵接种物为沼气工程发酵沼渣或污水处理厂厌氧消化污泥；b)湿式厌氧发酵温度为37℃，每天由湿式厌氧发酵装置顶部泵入湿式厌氧发酵装置内液位高度1/15-1/20的物料，再由下部排出等量的物料，15-20天完成循环，随时收集湿式厌氧发酵期间产生的沼气；c）由湿式发酵装置下部排出的物料自干式发酵装置顶部进料口溢流进入干式发酵装置中，并借助干式发酵装置底部多孔滤板对物料进行过滤，使滤液和滤渣分离并同期进行厌氧发酵，当湿式发酵装置需要补充新料时，滤液可通过排液口全部返回混合调节池用于调节物料干物质的浓度；干式厌氧发酵温度为37℃，期间随时收集干式厌氧发酵期间产生的沼气，每天将1/15-1/20的发酵后滤渣经脱水出料装置脱水后排出；d）将湿干两级发酵罐收集的沼气，经过净化及提纯处理，完成生物燃气的制备。2.根据权利要求1所述连续式湿干两级动态厌氧发酵制备生物燃气的方法，其特征在于，所述有机物料主要为农作物秸秆、蔓藤类植株残体、枝条类植株残体、水生植物、叶菜类蔬菜残体、餐厨垃圾、生活污水、污水处理厂剩余活性污泥和脱水藻泥。3.根据权利要求1所述连续式湿干两级动态厌氧发酵制备生物燃气的方法，其特征在于，所述多孔滤板孔径2-3mm，孔间距0.5-1.0cm。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜静，钱玉婷，常志州，奚永兰，黄红英，靳红梅，吴华山，徐跃定，
申请(专利权)人：江苏省农业科学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32