專利名稱：一種滸苔與其它生物質(zhì)厭氧共發(fā)酵制沼氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種沼氣制備技術(shù)，具體地說涉及一種滸苔與其它生物質(zhì)厭氧共發(fā)酵制沼氣的方法。
背景技術(shù)：
滸苔爆發(fā)具有季節(jié)性和突然性，如果專門建設(shè)滸苔厭氧處理設(shè)施有造成浪費(fèi)的風(fēng)險，而且面對突然爆發(fā)的大量滸苔，即使具有專門的厭氧發(fā)酵設(shè)施，由于厭氧發(fā)酵過程的特點(diǎn)，也很難在短時間內(nèi)迅速處理大量的將苔。
隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，特別是在滸苔易爆發(fā)的沿海地區(qū)，目前已經(jīng)有大量以禽畜糞便、城市污水廠污泥等為處理對象的規(guī)?；托⌒蛥捬跆幚碓O(shè)施。如果能夠充分利用這些資源，可在短時間內(nèi)提供很大的厭氧發(fā)酵處理能力，進(jìn)行爆發(fā)滸苔的迅速分流與厭氧發(fā)酵處理，這種處理措施不僅可以有效處理滸苔，而且可以為企業(yè)或者農(nóng)戶提供燃?xì)饽茉础?br> 目前的大型禽畜糞便處理設(shè)施一般以單一發(fā)酵原料為主，如牛糞、豬糞、污泥等，這種單一的原料組成不利于為微生物群落生長提供豐富的、充足的營養(yǎng)。也不能充分利用厭氧發(fā)酵設(shè)施的處理能力。而多種原料的厭氧共發(fā)酵過程能夠充分利用多種原料的特性及相互間的互補(bǔ)性，如有的原料可提供豐富的微生物菌種，有的原料可為發(fā)酵過程提供豐富的易降解的碳水化合物，有的原料可提供豐富的氮源、磷源、微量元素等。辯苔中多糖、蛋白質(zhì)、微量元素等較為豐富，能夠為厭氧發(fā)酵提供豐富的營養(yǎng)。但收集的新鮮滸苔其表面厭氧微生物數(shù)量較少，以滸苔為單一原料進(jìn)行稱苔厭氧發(fā)酵處理，處理過程啟動緩慢，沼氣產(chǎn)量低。而牛糞、豬糞、污泥等生物質(zhì)垃圾擁有豐富的厭氧發(fā)酵微生物群落，因此將這些生物質(zhì)垃圾與橋苔混合進(jìn)行厭氧發(fā)酵能夠充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，有利于提高厭氧發(fā)酵效率和物料降解率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種滸苔與其它生物質(zhì)厭氧共發(fā)酵制沼氣的方法，為季節(jié)性爆發(fā)的滸苔提供一種無害化、能源化的處理措施。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的滸苔與其它生物質(zhì)厭氧共發(fā)酵制沼氣的方法，主要步驟包括
a) 將滸苔進(jìn)行堆肥預(yù)處理，堆肥預(yù)處理的溫度大于3CTC，堆肥時間
不少于48小時；
b) 將經(jīng)過堆肥預(yù)處理的滸苔與其它生物質(zhì)混合成均勻混合物，利用
公知的厭氧發(fā)酵制沼氣設(shè)備進(jìn)行共發(fā)酵以制備沼氣；其中，稱苔占混合物總體積的30 70%。
本發(fā)明無需投資建設(shè)滸苔處理專用設(shè)備，通過充分利用已有的企業(yè)沼氣工程、農(nóng)村沼氣池等多種厭氧處理設(shè)施，可在短時間內(nèi)分流和處理大量滸苔，進(jìn)行爆發(fā)滸苔的應(yīng)急能源化處理。本發(fā)明不僅可以大量處理滸苔，而且可利用厭氧發(fā)酵技術(shù)從滸苔回收能源，同時可以提高其它生物質(zhì)厭氧處理過程的產(chǎn)氣效率。該發(fā)明可作為滸苔爆發(fā)時應(yīng)急處理措施之一，也可以將滸苔收集后晾干儲存，作為提髙其它生物質(zhì)厭氧發(fā)酵系統(tǒng)運(yùn)行效率和產(chǎn)氣量的措施之一，作為滸苔能源化利用的重要措施。
本發(fā)明能夠利用已有的多種厭氧發(fā)酵制沼氣處理設(shè)施，與多種常見的厭氧發(fā)酵材料進(jìn)行混合共發(fā)酵制取沼氣，本發(fā)明對于滸苔爆發(fā)時的快速處理及滸苔的能源化利用具有重要意義。
具體實施例方式
本發(fā)明提供的滸苔與其它生物質(zhì)厭氧共發(fā)酵制沼氣技術(shù)，包括發(fā)酵原料堆肥預(yù)處理、投料、攪拌勻質(zhì)和厭氧發(fā)酵過程4個步驟，其中
其它生物質(zhì)主要包括牛糞、豬糞、雞糞、污水處理廠污泥、餐廚垃圾等可厭氧發(fā)酵制取沼氣的生物質(zhì)；
本發(fā)明可利用的已有厭氧發(fā)酵處理設(shè)施包括大型禽畜糞便沼氣工程、污水處理廠污泥厭氧發(fā)酵處理設(shè)施和農(nóng)村戶用沼氣工程，也可以按照本發(fā)明的方法在專門的厭氧處理設(shè)施中進(jìn)行滸苔厭氧發(fā)酵處理；
本發(fā)明的堆肥預(yù)處理物料可以是滸苔與其它生物質(zhì)的均勻混合物，也可以是單獨(dú)的滸苔。堆肥預(yù)處理時需要塑料薄膜覆蓋，如果環(huán)境溫度較低， 應(yīng)當(dāng)適當(dāng)延長堆肥時間；
本發(fā)明的投料過程需要按照厭氧共發(fā)酵過程所用設(shè)施不同按照不同 方式處理，其中依賴于CSTR工藝的厭氧共發(fā)酵過程可完全按照原有操作 過程進(jìn)行，不必做其它改動。依賴于USR工藝的厭氧共發(fā)酵過程，應(yīng)在 投料前將物料充分?jǐn)嚢?，由于滸苔質(zhì)量較輕，容易隨產(chǎn)生的氣泡浮至反應(yīng) 器頂部，造成結(jié)殼，為降低結(jié)殼，USR反應(yīng)器內(nèi)物料濃度不宜過低，固含 率通常應(yīng)不低于10%;
基于農(nóng)村戶用沼氣工程的厭氧共發(fā)酵過程，發(fā)酵物料的投加應(yīng)遵循先 向沼氣池中加入約為池體體積16%左右的水，然后開始投加包含滸苔的混 合發(fā)酵原料，每投加約50L發(fā)酵原料，需要充分?jǐn)嚢枵託獬匾淮?，防止?氣池內(nèi)物料不均勻。在農(nóng)村沼氣池完成物料投加之后需要一個投料后攪拌 勻質(zhì)過程，這個過程至少持續(xù)2天，每天充分?jǐn)嚢枵託獬? 3次，這一 過程結(jié)束后，封閉沼氣池，進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵階段；
在滸苔高混合比(大于50%)的情況下，為防止?jié)G苔表面鹽分造成發(fā) 酵后沼渣、沼液中鹽分濃度較高，避免對土壤造成鹽堿化的風(fēng)險，可以采 取水洗方法清除滸苔表面鹽分，具體方法是將收集的滸苔裝車后運(yùn)到離 收集地點(diǎn)較近的河流入?？?，抽取河水沖洗滸苔，可以充分去除滸苔表面 鹽分，而且不浪費(fèi)淡水資源，不會產(chǎn)生其它環(huán)境污染，不會影響環(huán)境水質(zhì)；
基于USR、 CSTR和農(nóng)村戶用沼氣工程的滸苔與其它生物質(zhì)的厭氧共 發(fā)酵過程，滸苔不需要進(jìn)行粉碎打漿等其它預(yù)處理，可直接與其它生物質(zhì) 混合進(jìn)料，不影響厭氧消解效率；
稱苔與其它生物質(zhì)共發(fā)酵體系的固體停留時間根據(jù)滸苔含量進(jìn)行調(diào) 整，調(diào)整的原則是發(fā)酵原料中滸苔所占比例越高，發(fā)酵過程固體停留時間 越短。
下面通過實施例，進(jìn)一歩闡明本發(fā)明的突出和顯著的優(yōu)勢，僅在于說 明本發(fā)明而絕非限制本發(fā)明。 實施例1
本發(fā)明開發(fā)的厭氧共發(fā)酵技術(shù)可用于滸苔一牛糞厭氧共發(fā)酵。以目前 我國農(nóng)村常見的水壓式、圓柱形、地下式、常溫發(fā)酵沼氣池為實施依托加以說明，沼氣池體積8m3，環(huán)境溫度平均在24匸 2^C之間。發(fā)酵原料為 33%稱苔和67%牛糞(均為體積分?jǐn)?shù))，混合均勻后于陽光充足處堆積成 堆，覆蓋薄膜，每日測量堆肥內(nèi)部溫度，兩日所測溫度均高于3(TC，堆肥 兩天。兩天后可以將物料加入沼氣池中，加料前向沼氣池中注水約1.3m3， 然后投加物料，所投加物料共計4m3，每加料0.05mS左右，即攪拌沼氣池 一次，攪拌完全后再次加料0.05m3，如此反復(fù)，直到物料全部加入沼氣池 中。發(fā)酵物料全部投加完畢后，沼氣池敞口兩天，在這段時間內(nèi)，每日徹 底攪拌物料至少2次，兩天后沼氣池可以封閉，進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵產(chǎn)沼氣階段。 滸苔一牛糞厭氧發(fā)酵過程啟動速度很快，在沼氣池內(nèi)溫度不低于30°C 情況下，厭氧發(fā)酵啟動24h后即有氣體產(chǎn)生，發(fā)酵前兩天內(nèi)，牛糞單獨(dú)發(fā) 酵產(chǎn)生氣體約84L，牛糞一滸苔厭氧共發(fā)酵產(chǎn)生氣體約280L，在此階段滸 苔一牛糞厭氧共發(fā)酵過程的產(chǎn)氣量是單獨(dú)牛糞厭氧發(fā)酵過程的大約4倍。 而單獨(dú)滸苔厭氧發(fā)酵過程啟動非常慢，大約需20天以上，而且與單獨(dú)牛 糞厭氧發(fā)酵過程相比，滸苔一牛糞厭氧共發(fā)酵過程也表現(xiàn)出啟動快、發(fā)酵 效率高等明顯優(yōu)勢，說明滸苔與牛糞在發(fā)酵過程中具有互補(bǔ)性，能夠促進(jìn) 各自的發(fā)酵過程。
在將初始發(fā)酵過程產(chǎn)生的氣體排空之后的l一2天時間內(nèi)，產(chǎn)生的沼 氣中甲烷濃度可達(dá)到60%以上，沼氣能正常點(diǎn)燃使用，燃燒火焰為藍(lán)色。 在其后的時間內(nèi)(大于一周)，滸苔與牛糞混合共發(fā)酵運(yùn)行狀況良好、穩(wěn) 定，平均日產(chǎn)氣量為224L，與單獨(dú)牛糞發(fā)酵過程相比，加入滸苔的沼氣 池累積產(chǎn)氣量是單獨(dú)牛糞發(fā)酵池的2.4倍。滸苔一牛糞厭氧共發(fā)酵過程與 單獨(dú)的牛糞發(fā)酵過程相比，在產(chǎn)氣量和初始產(chǎn)氣速率上都表現(xiàn)出明顯的優(yōu) 勢。
實施例2
本發(fā)明設(shè)計的厭氧共發(fā)酵體系亦可用于滸苔一豬糞厭氧共發(fā)酵。以 800m3的USR反應(yīng)罐為設(shè)計實施的載體加以說明。發(fā)酵罐為中溫發(fā)酵罐， 溫度基本可維持在35"C。由于USR發(fā)酵罐無攪拌裝置，物料中較輕的組 分容易被產(chǎn)生的氣體帶到發(fā)酵罐頂部，產(chǎn)生結(jié)殼問題，為盡量減少結(jié)殼現(xiàn) 象發(fā)生，要求進(jìn)入USR發(fā)酵罐的物料固含率不應(yīng)低于10%。因此如果 800mS反應(yīng)罐有效體積為700m3，滸苔占發(fā)酵原料體積分?jǐn)?shù)50% (未經(jīng)稀
6釋的豬糞和滸苔的固含率在本實施例中參照18%進(jìn)行計算)，以分批進(jìn)料 方式進(jìn)料，第一次進(jìn)料約需要豬糞和滸苔各195m3。為加速厭氧共發(fā)酵體 系的啟動速度，在物料投加到發(fā)酵罐之前，同樣可以將滸苔與豬糞混合均 勻預(yù)先堆肥2天。為避免外排沼渣、沼液中鹽分對周邊土壤造成不利影響， 可以將滸苔收集后運(yùn)到就近的河流入?？谔幱玫疀_洗脫鹽。 實施例3
本發(fā)明設(shè)計的厭氧發(fā)酵體系可以CSTR反應(yīng)器為厭氧共發(fā)酵的實施依 托。以滸苔和牛糞為共發(fā)酵的原料加以說明，滸苔和牛糞的體積比可以在 3:7 7:3之間。兩種原料的共發(fā)酵過程大部分運(yùn)行參數(shù)與單獨(dú)的牛糞發(fā)酵 無明顯差異。但由于滸苔在共發(fā)酵條件下發(fā)酵速率較快，因此固體停留時 間需要做一定調(diào)整。如當(dāng)發(fā)酵物料全部為牛糞的CSTR厭氧反應(yīng)器，固體 停留時間約為28天，而物料組成為滸苔:牛糞=30:70 (體積比)時，固體 停留時間約為25天，物料組成為滸苔:牛糞=70:30 (體積比)時，固體停 留時間約為20天。厭氧共發(fā)酵過程中體系的固含率可以高于單一原料發(fā) 酵時體系固含率，在CSTR反應(yīng)器中實施共發(fā)酵時，體系的最大固含量可 以在原有單一原料發(fā)酵體系固含率的基礎(chǔ)上上調(diào)5個百分點(diǎn)，不會對反應(yīng) 體系的正常運(yùn)行造成不利影響，而且可以充分利用反應(yīng)器的有效體積。
權(quán)利要求
1、一種滸苔與其它生物質(zhì)厭氧共發(fā)酵制沼氣的方法，主要步驟包括a)將滸苔進(jìn)行堆肥預(yù)處理，堆肥預(yù)處理的溫度大于30℃，堆肥時間不少于48小時；b)將經(jīng)過堆肥預(yù)處理的滸苔與其它生物質(zhì)混合成混合物，在厭氧發(fā)酵制沼氣設(shè)備中進(jìn)行共發(fā)酵以制備沼氣；其中，滸苔占混合物總體積的30～70％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，歩驟a中的堆肥預(yù)處理是將滸苔與其它生物質(zhì)混合成均勻混合物后再進(jìn)行堆肥預(yù)處理。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，其它生物質(zhì)是牛糞、豬糞、雞糞、污水處理廠污泥及餐廚垃圾的可厭氧發(fā)酵制取沼氣的生物質(zhì)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，厭氧發(fā)酵制沼氣設(shè)備包括各種規(guī)模的禽畜糞便厭氧發(fā)酵灌、城市生活污水處理廠污泥厭氧消化設(shè)備或農(nóng)村戶用沼氣池。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，堆肥預(yù)處理時使用塑料薄膜覆蘭皿。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，當(dāng)滸苔占混合物總體積的50%以上時，滸苔在與其它生物質(zhì)混合前先用水沖洗除去其表面鹽份。
全文摘要
一種滸苔與其它生物質(zhì)厭氧共發(fā)酵制沼氣的技術(shù)，滸苔的體積分?jǐn)?shù)在30％～70％之間。本發(fā)明可依托已有牛糞、豬糞大型厭氧發(fā)酵處理設(shè)施及農(nóng)村戶用沼氣工程等厭氧發(fā)酵設(shè)施，用于快速處理自然爆發(fā)滸苔或滸苔能源化利用。本發(fā)明能迅速分流處理短時間內(nèi)爆發(fā)的滸苔，是低成本、無污染的滸苔能源化處理技術(shù)。本發(fā)明提供的滸苔厭氧共發(fā)酵制沼氣技術(shù)具有發(fā)酵啟動速度快、產(chǎn)氣量大的優(yōu)勢，且對其它生物質(zhì)沼氣發(fā)酵過程具有促進(jìn)作用。本發(fā)明分為滸苔堆肥預(yù)處理、投料、攪拌勻質(zhì)、厭氧發(fā)酵過程四個步驟。本發(fā)明具有操作簡單，易于掌握的特點(diǎn)，便于推廣應(yīng)用。本發(fā)明的應(yīng)用具有顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號C12P5/02GK101665807SQ20081021221
公開日2010年3月10日 申請日期2008年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
發(fā)明者張亞杰, 李瀟萍, 蔣禮玲, 許曉暉, 郭榮波 申請人:青島生物能源與過程研究所