專利名稱：秸稈大規(guī)模厭氧發(fā)酵工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于秸稈大規(guī)模厭氧發(fā)酵工藝及裝置，特別涉及秸稈在流動狀態(tài)下高負 荷厭氧發(fā)酵工藝及裝置。
背景技術(shù)：
在國內(nèi)外在針對秸稈物料特性的厭氧消化反應(yīng)器方面的研究還非常少。在目前的研究中 一致認為秸稈密度小、體積大、不具有流動性，因此，無法使用一般的"連續(xù)流"反應(yīng)器。 但是目前的"批式"反應(yīng)器需要完全停機以裝、卸物料，運轉(zhuǎn)周期長，且不能連續(xù)、穩(wěn)定地 產(chǎn)氣。因此要實現(xiàn)秸稈大規(guī)模厭氧，必須要解決秸稈的流化問題，以及在流化狀態(tài)下厭氧菌 種的大量保持問題。由此我們通過與山大的密切合作研發(fā)秸稈厭氧流化床生物轉(zhuǎn)化工藝。該 工藝借鑒了生物工程技術(shù)以方便進、出料。同時，針對不同反應(yīng)器，研究最優(yōu)的運行參數(shù)， 實現(xiàn)專用反應(yīng)器的高效率的運行。
污水處理中目前流行的厭氧技術(shù)如、UASB、 EGSB、 IC等由于有積負荷髙，出水水質(zhì)好， 自動化程度比較髙，操作管理方便等諸多優(yōu)點，而被廣泛應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域中。這些傳統(tǒng) 厭氧技術(shù)也被應(yīng)用于有機物厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣的領(lǐng)域中。如中國專利CN1896252 (申請?zhí)?200610088107. l)提供了"一種有機物高效厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣的方法"包括步驟a.固體有 機物原料預(yù)處理；b.在厭氧水解反應(yīng)器內(nèi)，將預(yù)處理后的固態(tài)有機物在微生物胞外水解酶的 催化作用下，進行高分子有機物水解形成有機小分子溶解在液體中；C.將厭氧水解反應(yīng)器內(nèi) 形成的有機小分子溶液引入到后續(xù)厭氧發(fā)酵反應(yīng)器進行厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲垸。該發(fā)明通過控制厭 氧水解反應(yīng)器內(nèi)pH值變化，提高有機物厭氧發(fā)酵的速率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種秸稈大規(guī)模厭氧發(fā)酵工藝及裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種秸稈大規(guī)模厭氧發(fā)酵工藝，步驟如下
(1) 秸稈預(yù)處理
向秸稈中加入白腐真菌6t^YerW/柳g/人堆積3-5天，自然發(fā)酵，得到生物處理過的秸 稈。通過本步驟預(yù)處理可大量分解秸稈中的木質(zhì)素，釋放厭氧可降解的纖維素以及其他多糖 物質(zhì)。
(2) 厭氧發(fā)酵
將步驟(1)生物處理過的秸稈粉碎至3-8mm，送至厭氧發(fā)生器，均勻布料，在溫度53 土rc攪拌反應(yīng)6-7天。將得到的沼氣儲存，含有菌體的沼渣液體進入下一步驟厭氧菌分離。
在厭氧裝置中經(jīng)過預(yù)處理后的秸稈可以被水解酸化菌水解成可溶于水的小分子有機物 以及乳狀物，并且進一步的充分厭氧得到沼氣和厭氧反應(yīng)底物。產(chǎn)生的沼氣及時與懸浮物分 離，可提高傳質(zhì)效率。
(3) 分離將步驟(2)得到含有菌體的沼渣液體送進厭氧菌分離裝置，保持固體總有機物的含量 為78-82克/升，分離得到厭氧菌液體和秸稈有機肥。在這一步驟中，固體物(總有機物)含量在罐中一直保持穩(wěn)定，這樣才能即能保證罐內(nèi) 的混合液的流動性，又能保證厭氧裝置的容積負荷一直處于高負荷狀態(tài)。(4)步驟(3)分離出厭氧菌液體再用于另一個循環(huán)，與經(jīng)步驟(1)預(yù)處理的秸稈直 接混合，重復(fù)進行步驟(2)和步驟(3)操作。進一步的，將步驟(3)分離出秸稈有機肥脫水、裝袋。進一步的，將步驟(2)得到的沼氣進入儲氣囊儲存，加壓后可直接使用。以上各步驟中，本發(fā)明未進行詳細限定的工藝條件技術(shù)人員均可參照傳統(tǒng)的厭氧工藝和 相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)加以確定。步驟(1)秸稈預(yù)處理中所用的白腐真菌6v/n化rW/wwg"可以從菌種保藏中心購得,也 可以按現(xiàn)有技術(shù)自行制備。由于在厭氧過程中要消耗一定水分，所以要根據(jù)厭氧菌分離過程中檢測的總有機物含量 適量在步驟(2)中添加水分,使該步驟中的水份含量為15-25%wt。在原料中，玉米秸稈的熱值，約為每公斤3700大卡，每公斤的秸稈可以產(chǎn)生約0.47立 方沼氣，每立方米沼氣的熱值相當(dāng)于5500大卡。本發(fā)明使玉米秸稈轉(zhuǎn)化為沼氣能量的轉(zhuǎn)化 率達到70%，屬于充分厭氧，也就是說在秸稈中的有機質(zhì)大部分轉(zhuǎn)化為甲垸與富含無機元素 N、 P、 K的有機物。實施本發(fā)明的厭氧發(fā)酵裝置，由進料裝置、厭氧發(fā)生器、厭氧菌分離裝置構(gòu)成。其中， 厭氧發(fā)生器頂部設(shè)儲氣囊，用于收集儲存產(chǎn)生的沼氣，厭氧發(fā)生器內(nèi)上部進料處設(shè)有布料裝 置，用于均勻布料，厭氧發(fā)生器內(nèi)中部設(shè)有攪拌裝置，厭氧發(fā)生器壁設(shè)有加熱裝置和保溫層。 厭氧發(fā)生器下部與厭氧菌分離裝置連通，厭氧菌分離裝置底部設(shè)有厭氧菌液體流出口、上部 設(shè)有秸稈有機肥輸出管口。所述的進料裝置，包括拌料池和泵，拌料池上方設(shè)有厭氧菌液體回流進口與厭氧菌分離 裝置中的厭氧菌液體出口連通。所述的厭氧反應(yīng)器中設(shè)有料位計、液位計、溫度計、pH計、氧化還原電位計等顯示反 應(yīng)器中的各項參數(shù)的檢測裝置。所述厭氧發(fā)生器頂部的儲氣囊優(yōu)選橡膠囊。所述厭氧發(fā)生器壁上的加熱裝置是蒸氣加熱管盤。 本發(fā)明的技術(shù)特點下1、秸稈流體化秸稈流體化是大規(guī)模秸稈厭氧發(fā)酵的必須步驟，通過秸稈流體化可以實現(xiàn)大規(guī)模、連 續(xù)操作的同時進行，更重要的是通過秸稈流體化使后續(xù)厭氧過程中傳質(zhì)效率能夠得到大幅提高。本發(fā)明采用的秸稈流體化方法是首先通過白霉菌真菌預(yù)處理對秸稈中的成份調(diào)整，大 量分解秸稈中的木質(zhì)素，釋放厭氧可以降解的纖維素以及其他多糖物質(zhì)，然后粉碎。然后通 過水泵把預(yù)處理后的秸稈輸送至厭氧發(fā)生器，在厭氧裝置中經(jīng)過預(yù)處理后的秸稈可以被水解 酸化菌水解成可溶于水的小分子有機物，以及乳狀物。通過秸稈的流化預(yù)處理，使得厭氧速度大幅提高，并且使攪拌、加熱等控制厭氧反應(yīng)的手段更容易實施。 2、厭氧菌分離
這是保障厭氧高效率的重要手段，傳統(tǒng)意義上的秸稈沼渣包含著大量厭氧菌種，在排放 沼渣的同時把水中的氮磷營養(yǎng)物質(zhì)以及大量的菌種液排出反應(yīng)器，造成了厭氧菌數(shù)量下降、 厭氧反應(yīng)速度降低的后果。本發(fā)明采用厭氧菌分離裝置將厭氧菌種進行分離，將分離得到的 厭氧菌種循環(huán)回厭氧反應(yīng)器中,目的就是為了保持厭氧反應(yīng)器中厭氧菌高濃度，在操作的過 程中僅僅排放秸稈厭氧反應(yīng)殘渣，使厭氧反應(yīng)器中一直保存大量的厭氧菌。這樣就能夠保持 最大的厭氧效率，現(xiàn)在污水處理中的厭氧裝置也是在發(fā)明了三項分離技術(shù)以后才能夠保持大 量厭氧菌的同時獲得更大的厭氧效率的。另外，正是通過厭氧菌分離裝置使反應(yīng)器中的營養(yǎng) 成分得以保留，使純秸稈發(fā)酵不需再添加氮磷等營養(yǎng)物。
本發(fā)明的優(yōu)良效果如下-
7、本發(fā)明的方法和裝置，通過對秸稈進行生物預(yù)處理、然后經(jīng)過粉碎。使之具有流動 性，同時經(jīng)過厭氧菌的水解酸化過程，使懸浮有機物分解成可溶于水、或者是乳濁液方式的 微小有機物，這樣在傳質(zhì)過程中效率增加了很多，經(jīng)過實際運行表明厭氧速度明顯提高，是 傳統(tǒng)秸稈厭氧的10倍以上，并且經(jīng)過厭氧產(chǎn)生的沼渣通過10多天的高溫厭氧，形成細膩的 厭氧底物脫水效果好，并且由于在厭氧的過程中微生物的作用，使厭氧底物的氮、磷、鉀、 腐殖酸的含量大大增加。雖然本發(fā)明利用了傳統(tǒng)的厭氧工藝，但是不同的是，在秸稈的發(fā)酵 過程中，不需要再增加氮源，并且在秸稈厭氧過程中真正實現(xiàn)了持續(xù)進料與持續(xù)出料的方法， 并且我們通過生物化學(xué)的方式改變了秸稈的分子結(jié)構(gòu)，把大量難以厭氧消化的秸稈木質(zhì)素轉(zhuǎn) 化為宜被生物降解的炭源，把保護秸稈的蠟質(zhì)(木質(zhì)素)成分降解，可以使厭氧菌順利的進 入秸稈的內(nèi)部。這樣使降解秸稈的速度就大大提高，使低成本、低造價大規(guī)模的秸稈厭氧成 為現(xiàn)實。
2、 本發(fā)明的工藝和裝置沒有任何的污水、廢氣、廢渣的排放。產(chǎn)生大量的沼氣可以作 熱能使用，能減少廢氣排放。
3、 本發(fā)明裝置具有重大的經(jīng)濟效益，首先傳統(tǒng)的沼渣中含有大量的寄生蟲卵、害蟲蟲 卵、以及有害病菌是因為厭氧環(huán)境造成的，目前的秸稈厭氧需要添加糞便等厭氧所需的營養(yǎng) 物質(zhì)，并且在常溫厭氧下進行，而且沒有對原料進行預(yù)處理。所以盡管發(fā)酵時間很長(6個 月以上)，但還是屬于不完全厭氧，沼渣的成份中仍存在很多有機成份。因此傳統(tǒng)沼渣的經(jīng) 濟價值很低，同時由于效率很低，造成產(chǎn)出相對成本偏高，只有沼氣能夠產(chǎn)生極小的經(jīng)濟價 值，但是無法形成商業(yè)利潤。本發(fā)明通過完全厭氧充分殺死秸稈中的生物蟲卵，可以作為優(yōu) 質(zhì)的全營養(yǎng)有機栽培基質(zhì)使用，本發(fā)明可以生產(chǎn)大量優(yōu)質(zhì)能源沼氣的同時生產(chǎn)高品質(zhì)的有機 基質(zhì)，該有機肥營養(yǎng)成分高(是傳統(tǒng)沼渣的5倍以上)、并且不含任何有害成分，是現(xiàn)代農(nóng) 業(yè)的理想基質(zhì)。本發(fā)明使秸稈厭氧綜合效益明顯增加，每處理一噸秸稈可以產(chǎn)生200元以上 的經(jīng)濟效益?？梢詮母旧辖鉀Q政府補貼沼氣的作法，把秸稈沼氣能夠真正實現(xiàn)企業(yè)化發(fā)展。


圖1是本發(fā)明的厭氧發(fā)酵裝置示意圖，其中，1、料池，2、料池上的厭氧菌液體回流口， 3、泵，4、厭氧發(fā)生器，5、儲氣囊，6、布料裝置，7、攪拌裝置，8、加熱管盤，9、厭氧菌分離裝置，10、厭氧菌液體流出口， 11、秸稈有機肥輸出管口， 12、接料車。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不限于此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)現(xiàn)有 技術(shù)進行適當(dāng)?shù)韧娲?，達到同樣的技術(shù)效果。 實施例1:厭氧發(fā)酵裝置，結(jié)構(gòu)如圖l所示，料池1上設(shè)有厭氧菌液體回流口2，料池中的原料通 過泵3進入?yún)捬醢l(fā)生器4，厭氧發(fā)生器4頂部有橡膠儲氣囊5，厭氧發(fā)生器4內(nèi)上部有布料 裝置6，攪拌裝置7位于厭氧發(fā)生器4內(nèi)中間，蒸氣加熱管盤8盤繞在厭氧發(fā)生器4壁上， 其外是保溫層。厭氧發(fā)生器4下部連通厭氧菌分離裝置9，厭氧菌分離裝置9底部有厭氧菌 液體流出口IO，厭氧菌分離裝置9上部有秸稈有機肥輸出管口 11，秸稈有機肥輸出管口ll 下方是接料車12。厭氧反應(yīng)器還設(shè)有料位計、液位計、溫度計、pH計、氧化還原電位計等 顯示反應(yīng)器中的各項參數(shù)的檢測裝置。實施例2: —種秸稈大規(guī)模厭氧發(fā)酵工藝，利用實施例l的裝置進行，步驟如下(1) 秸稈預(yù)處理向秸稈中加入白腐真菌6vWfe ro^/柳g/人堆積5天，自然發(fā)酵，得到生物處理過的秸稈。(2) 厭氧發(fā)酵將步驟(1)生物處理過的秸稈粉碎至4-5mm，放入料池1，用泵3送至厭氧發(fā)生器4， 通過布料裝置6均勻布料，在溫度53士rC攪拌反應(yīng)7天。將得到的沼氣儲存于厭氧發(fā)生器 4我頂部有橡膠儲氣囊5，含有菌體的沼渣液體進入下一步驟厭氧菌分離。本步驟中pH計設(shè)置為7. 2±0. 1、氧化還原電位計設(shè)置為-150 400。(3) 分離將步驟(2)得到含有菌體的沼渣液體輸送進厭氧菌分離裝置9，保持固體總有機物的 含量為80克/升，分離得到厭氧菌液體和秸稈有機肥。(4) 步驟(3)分離出厭氧菌液體從厭氧菌分離裝置9底部有厭氧菌液體流出口 10通 過厭氧菌液體回流口2再進入料池1與生物處理過的秸稈混合，用于下一循環(huán)，重復(fù)進行步 驟(2)和步驟(3)操作。(5) 將步驟(3)分離得到的秸稈有機肥脫水、裝袋。 將步驟(2)得到的沼氣進入儲氣囊儲存，加壓后可直接使用。
權(quán)利要求
1.一種秸稈大規(guī)模厭氧發(fā)酵方法，步驟如下(1)秸稈預(yù)處理向秸稈中加入白腐真菌(white rot fungi)，堆積3-5天，自然發(fā)酵，得到生物處理過的秸稈；(2)厭氧發(fā)酵將步驟(1)生物處理過的秸稈粉碎至3-8mm，送至厭氧發(fā)生器，均勻布料，在溫度53±1℃攪拌反應(yīng)6-7天；將得到的沼氣儲存，含有菌體的沼渣液體進入下一步驟厭氧菌分離；(3)分離將步驟(2)得到含有菌體的沼渣液體送進厭氧菌分離裝置，保持固體總有機物的含量為78-82克/升，分離得到厭氧菌液體和秸稈有機肥；(4)步驟(3)分離出厭氧菌液體再用于另一個循環(huán)，與經(jīng)步驟(1)預(yù)處理的秸稈直接混合，重復(fù)進行步驟(2)和步驟(3)操作。
2. 如權(quán)利要求1所述的秸稈大規(guī)模厭氧發(fā)酵方法，其特征在于,進一步將步驟(3)分離 出秸稈有機肥脫水、裝袋。
3. 如權(quán)利要求1所述的秸稈大規(guī)模厭氧發(fā)酵方法，其特征在于,進一步將步驟(2)得 到的沼氣進入儲氣囊儲存，加壓后使用。
4. 一種實施權(quán)利要求1方法的的厭氧發(fā)酵裝置，其特征在于由進料裝置、厭氧發(fā)生器、 厭氧菌分離裝置構(gòu)成;其中，厭氧發(fā)生器頂部設(shè)儲氣囊，用于收集儲存產(chǎn)生的沼氣，厭氧發(fā) 生器內(nèi)上部進料處設(shè)有布料裝置，用于均勻布料，厭氧發(fā)生器內(nèi)中部設(shè)有攪拌裝置，厭氧發(fā) 生器壁設(shè)有加熱裝置和保溫層;厭氧發(fā)生器下部與厭氧菌分離裝置連通，厭氧菌分離裝置底 部設(shè)有厭氧菌液體流出口 、上部設(shè)有秸稈有機肥輸出管口 。
5. 如權(quán)利要求4所述的厭氧發(fā)酵裝置，其特征在于所述的進料裝置，包括拌料池和泵， 拌料池上方設(shè)有厭氧菌液體回流進口與厭氧菌分離裝置中的厭氧菌液體出口連通。
6. 如權(quán)利要求4所述的厭氧發(fā)酵裝置，其特征在于所述厭氧發(fā)生器頂部的儲氣囊是橡膠囊。
7. 如權(quán)利要求4所述的厭氧發(fā)酵裝置，其特征在于所述厭氧發(fā)生器壁上的加熱裝置是 蒸氣加熱管盤。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種秸稈大規(guī)模厭氧發(fā)酵工藝及裝置。發(fā)酵工藝包括秸稈生物預(yù)處理、厭氧發(fā)酵、厭氧菌分離，分離出厭氧菌液體再用于另一個循環(huán)。實施本方法的厭氧發(fā)酵裝置，由進料裝置、厭氧發(fā)生器、厭氧菌分離裝置構(gòu)成。本發(fā)明的工藝和裝置，在秸稈發(fā)酵過程中不需再增加氮源，并且在秸稈厭氧過程中實現(xiàn)了連續(xù)進、出料，通過生物化學(xué)的方式改變了秸稈的分子結(jié)構(gòu)，把大量難以厭氧消化的秸稈木質(zhì)素轉(zhuǎn)化為宜被生物降解的炭源，把保護秸稈的蠟質(zhì)成分降解，可使厭氧菌順利的進入秸稈的內(nèi)部，使降解秸稈的速度提高，可實現(xiàn)低成本、大規(guī)模的生產(chǎn)。
文檔編號C12M1/02GK101407826SQ20081015928
公開日2009年4月15日 申請日期2008年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月27日
發(fā)明者敏 岳, 岳欽艷, 倩 李, 王群峰 申請人:山東大學(xué)