專利名稱：一種沼氣發酵的方法
技術領域：
本發明涉及再生能源技術領域，具體的說是涉及一種沼氣發酵的方法。
背景技術：
隨著我國經濟的快速發展，人民生活水平不斷升高，但隨之而來的各種垃圾廢棄物也不斷増加，如エ業廢水、建筑垃圾、餐廚垃圾、作物秸桿、人畜家禽糞便等等，這些垃圾廢棄物不但給環境帶來了極大壓力，而且也加大了處理成本。但是另一方面，部分垃圾廢棄物如餐廚垃圾、作物秸桿、人畜家禽糞便等的有機物含量較高，能夠利用生物方法對其進行資源化處理，以達到資源同收、變廢為寶的目的、而厭氧消化技術就是ー種應用較普遍的生物處理方法。厭氧消化是指有機物質被微生物菌在厭氧條件下分解產生甲烷和ニ氧化碳的過 程，人們常稱之為沼氣發酵或厭氧發酵。沼氣是ー種以甲烷為主的可燃性混合氣體，屬于ー種清潔能源，由于這種氣體最先是在沼澤中發現的，所以稱為沼氣。利用沼氣發酵不僅能夠獲得沼氣能源，而且這些廢棄物被發酵后能夠獲得高質量的有機肥料和土壌改良劑。目前，常規的沼氣發酵的方法是先進行沼氣接種物的馴化(又稱為活性污泥的馴化)，然后再將沼氣接種物和發酵原料在一定的水分、溫度和厭氧條件下發酵產氣。現有的沼氣發酵往往針對單一物料，但是單一物料的含水率、pH、碳氮比等變化范圍很小，不能完全適應厭氧發酵產沼氣，特別是單一物料厭氧發酵反應產物會對甲烷產生反饋抑制作用。例如餐廚垃圾，其碳氮比偏低，単獨餐廚垃圾發酵容易導致氨氮的積累，如果超出氨氮抑制濃度會抑制產氣，同時餐廚垃圾中的鈉離子也會對產氣造成一定影響；糞便發酵同樣是氨氮濃度高，對產甲烷菌有抑制作用；作物秸桿富含纖維素、木質素，單獨進行沼氣發酵，纖維素尤其是木質素很難被分解，因此發酵時間較長，產氣效率低下。如果針對各種廢棄物分別建設發酵設施，則投資過大，無法形成規模，而且單一物料的抑制因素明顯，物料調整難度較大。

發明內容
有鑒于此，本發明的目的在于提供一種沼氣發酵的方法，使得該方法能夠提高沼氣產氣量，特別是甲烷的產氣量。為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案—種沼氣發酵的方法，將沼氣接種物馴化后和餐廚垃圾、干燥的秸桿混合進行厭氧發酵，所述餐廚垃圾以總固體含量計和干燥的秸桿的質量比為I. 5-7:1。其中，所述總固體含量指的是物料在105°C下烘干至恒重后殘留下來的固體的重量，英文簡寫為TS，屬本技術領域常用術語，所述餐廚垃圾以總固體含量計和干燥的秸桿的質量比優選為為4-6:1，更優選為5:1，所述馴化后沼氣接種物與干燥的秸桿的體積質量比優選為 550-650mL:lg。針對現有沼氣發酵方法中采用單一的餐廚垃圾或秸桿物料發酵產沼氣量不高的問題，本發明以合理的配比同時采用餐廚垃圾和秸桿兩種物料來發酵產沼氣。農作物秸桿屬富碳原料，其碳氮比一般都在30:1以上，単獨用來發酵不易啟動，且大量的纖維素較難分解利用，產沼氣效率低下。但秸桿和餐廚垃圾的混合發酵能很好的平衡反應體系中的碳氮比，避免了碳氮比較低的餐廚垃圾單獨發酵時含氮量偏高導致氨氮濃度高而引起的產氣抑制和碳氮比較高的秸桿單獨發酵時的不易啟動，同時也能一定程度上降低了餐廚垃圾中的其他離子對微生物的影響。與此同時，餐廚垃圾的加入有利于沼氣接種物中的纖維素分解菌更好的生長繁殖，對秸桿中纖維素的分解和利用有促進作用，與秸桿單獨厭氧發酵產沼氣相比提高了纖維素降解率，有利于產沼氣效率的提高。此外，本發明以合理配比混合發酵餐廚垃圾和秸桿，無需加酸堿調節pH，使發酵的pH值處于適于沼氣發酵范圍。餐廚垃圾成分一般包括米飯、蔬菜、肉類、骨頭、菜湯等，雖然不同季節不同地點
的餐廚垃圾成分略有差別，但餐廚垃圾的各有機物含量無太大差別(以蛋白質、可溶性糖、粗脂肪、粗纖維含量計)，以質量百分比計包含12-18%蛋白質、30-35%可溶性糖、22-28%粗脂肪、5-10%粗纖維，因此本發明優選以質量百分比計包含12-18%蛋白質、30-35%可溶性糖、22-28%粗脂肪、5-10%粗纖維的餐廚垃圾，更優選以質量百分比計包含15. 14%蛋白質、33. 38%可溶性糖、25. 24%粗脂肪、7. 58%粗纖維的餐廚垃圾。秸桿是成熟農作物莖葉(穂)部分的總稱，通常指小麥、水稻、玉米、薯類、油料、棉花、甘蔗和其它農作物在收獲籽實后的剰余部分，本發明所述秸桿優選為高粱秸桿或玉米秸桿。本發明所述沼氣接種物是指富含沼氣發酵微生物的各種厭氧活性污泥，又稱活性污泥，如老沼氣池里的沼渣、沼液，糞坑的底腳黒色沉渣、塘泥、城鎮污水溝的污泥，以及食品廠、酒廠、屠宰場的污水等，都是本領域常用的較好的接種物，屬本領域公知，而本發明優選采用污水處理廠的污泥作為沼氣接種物。無論選用何種沼氣接種物，都需要事先將其馴化(即擴大培養)以便讓其更好地用于發酵，而本領域公知，一般馴化的方法是將沼氣接種物加入普通營養物如葡萄糖等以及沼氣發酵所采用的物料中加以馴化。而本發明所述馴化優選為按以下步驟進行步驟I、向沼氣接種物中添加葡萄糖至濃度為lg/L，然后維持溶解氧的濃度在2-3mg/L進行7天的初期馴化，初期馴化期間每天曝氣7h，靜沉3h，閑置14h，每次閑置后用沼氣接種物替換1/3體積的上清液；步驟2、向初期馴化后的沼氣接種物中添加葡萄糖至濃度為lg/L，同時添加占初期馴化后的沼氣接種物質量10%的餐廚垃圾，然后進行5天的中期馴化，中期馴化期間每天曝氣7h，靜沉3h，閑置14h，所述餐廚垃圾與本發明所述沼氣發酵方法采用的餐廚垃圾ー致；步驟3、向中期馴化后的沼氣接種物中添加葡萄糖至濃度為lg/L，同時添加占中期馴化后的沼氣接種物質量15%的餐廚垃圾以及占中期馴化后的沼氣接種物質量20%的干燥秸桿，然后進行18天的后期馴化，后期馴化期間每天曝氣7h，靜沉3h，閑置14h，后期馴化完成后即得馴化后的沼氣接種物，所述餐廚垃圾、干燥秸桿與本發明所述沼氣發酵方法采用的餐廚垃圾、干燥秸桿一致。在進行沼氣發酵時，溫度一般在10_60°C之間，溫度越高產氣越快，但相應地能耗也過高，適當的溫度、攪拌頻率可以提高產氣效率，因而本發明所述進行厭氧發酵優選為在35_55°C、厭氧條件下發酵，發酵期間以每天3次、毎次5分鐘的頻率攪拌發酵物。在相同的發酵環境中，采用不同配比的餐廚垃圾和秸桿，以及単一使用餐廚垃圾或秸桿來進行沼氣發酵的試驗，結果顯示，在本發明規定的配比之內，沼氣產量、甲烷平均濃度、甲烷累積產量均高于其他配比和單一物料的產氣效果。由以上技術方案可知，本發明通過對餐廚垃圾以及秸桿的合理配比，無需加酸堿調節PH，平衡發酵體系中的碳氮比，在高效利用餐廚垃圾的同時也能消化處理部分難以利用的纖維素作物，兩者產生ー個相互促進的作用，并且操作簡單、成本低廉，具有可貴的經濟效益。
具體實施例方式本發明實施例公開了ー種沼氣發酵的方法。本領域技術人員可以借鑒本文內容，適當改進エ藝參數實現。特別需要指出的是，所有類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發明。本發明的方法已經通過較佳實施例進行了描述，相關人員明顯能在不脫離本發明內容、精神和范圍內對本文所述的產品及方法進行 改動或適當變更與組合，來實現和應用本發明技木。為了進一歩理解本發明，下面結合實施例對本發明提供的一種沼氣發酵的方法進行詳細說明。實施例I :沼氣發酵試驗I、沼氣發酵原料沼氣接種物取自北京市污水處理廠的污泥；餐廚垃圾取自北京化工大學食堂，其中蛋白質15. 14%，可溶性糖33. 38%，粗脂肪25. 24%，粗纖維7. 58% (質量百分比)；甜高粱秸桿取自北京市郊區農田；2、沼氣接種物馴化初期馴化(7天)向污泥中添加葡萄糖至濃度為lg/L，反應器運行周期為24h，時間分配為曝氣7h，靜沉3h，閑置14h。每次閑置后用初始的污泥替換1/3體積的上清液，溶解氧濃度維持在2-3mg/L ；中期馴化(5天):向初期馴化后的污泥中添加葡萄糖至濃度為lg/L，同時添加占初期馴化后的沼氣接種物質量10%的餐廚垃圾，反應器運行周期為24h，時間分配為曝氣7h，靜沉3h，閑置14h ；后期馴化(18天)向中期馴化后的污泥中添加葡萄糖至濃度為lg/L，同時添加占中期馴化后的污泥質量15%的餐廚垃圾以及占中期馴化后的污泥質量20%的干燥甜高粱秸桿，反應器運行周期為24h，時間分配為曝氣7h，靜沉3h，閑置14h。經過檢測，馴化后的污泥具有較高的產氣率和COD去除率，表明污泥已適應厭氧發酵生產甲烷的特性，污泥馴化完成。3、沼氣發酵對餐廚垃圾和秸桿進行預處理先將餐廚垃圾中的硬骨頭、筷子和衛生紙等揀出來以免破壞粉碎機，然后簡單脫水后破碎到粒徑為5mm左右(含水率為79. 39%，TS為20. 61%);將秸桿先后經過榨汁、曬干、粉碎等處理后粒徑達到O. 3mm左右。
取馴化后的污泥分裝在10個IL的廣ロ瓶中，每個廣ロ瓶分裝量以馴化后沼氣接種物與干燥的秸桿的體積質量比為600mL: Ig計算，使之處于厭氧環境中，然后量取不同配比的餐廚垃圾和甜高粱秸桿，混合均勻，通過補料ロ加入10個廣ロ瓶中，迅速密封補料ロ，在35°C下恒溫水浴發酵按每天3次、毎次5分鐘的頻率攪拌，反應發酵時間持續7天，結果見表I。表I沼氣發酵試驗結果
權利要求
1.一種沼氣發酵的方法，其特征在干，將沼氣接種物馴化后和餐廚垃圾、干燥的秸桿混合進行厭氧發酵，所述餐廚垃圾以總固體含量計和干燥的秸桿的質量比為I. 5-7:1。
2.根據權利要求I所述方法，其特征在于，所述餐廚垃圾以總固體含量計和干燥的秸桿的質量比為4-6: I。
3.根據權利要求I所述方法，其特征在于，所述餐廚垃圾以總固體含量計和干燥的秸桿的質量比為5:1。
4.根據權利要求I所述方法，其特征在于，所述餐廚垃圾以質量百分比計包含12-18%蛋白質、30-35%可溶性糖、22-28%粗脂肪、5-10%粗纖維。
5.根據權利要求4所述方法，其特征在于，所述餐廚垃圾以質量百分比計包含15.14%蛋白質、33. 38%可溶性糖、25. 24%粗脂肪、7. 58%粗纖維。
6.根據權利要求I所述方法，其特征在于，所述沼氣接種物為污水處理廠的污泥。
7.根據權利要求I所述方法，其特征在于，所述馴化具體為 步驟I、向沼氣接種物中添加葡萄糖至濃度為lg/L，然后維持溶解氧的濃度在2-3mg/L進行7天的初期馴化，初期馴化期間每天曝氣7h，靜沉3h，閑置14h，每次閑置后用沼氣接種物替換1/3體積的上清液； 步驟2、向初期馴化后的沼氣接種物中添加葡萄糖至濃度為lg/L，同時添加占初期馴化后的沼氣接種物質量10%的餐廚垃圾，然后進行5天的中期馴化，中期馴化期間每天曝氣7h，靜沉3h，閑置14h，所述餐廚垃圾與權利要求I所述一致； 步驟3、向中期馴化后的沼氣接種物中添加葡萄糖至濃度為lg/L，同時添加占中期馴化后的沼氣接種物質量15%的餐廚垃圾以及占中期馴化后的沼氣接種物質量20%的干燥秸桿，然后進行18天的后期馴化，后期馴化期間每天曝氣7h，靜沉3h，閑置14h，后期馴化完成后即得馴化后的沼氣接種物，所述餐廚垃圾、干燥秸桿與權利要求I所述一致。
8.根據權利要求I所述方法，其特征在于，所述秸桿為高粱秸桿或玉米秸桿。
9.根據權利要求I所述方法，其特征在于，所述進行厭氧發酵具體為 在35-55°C、厭氧條件下發酵，發酵期間以每天3次、毎次5分鐘的頻率攪拌發酵物。
10.根據權利要求I所述方法，其特征在于，所述馴化后沼氣接種物與干燥的秸桿的體積質量比為550-650mL: lg。
全文摘要
本發明涉及再生能源技術領域，公開了一種沼氣發酵的方法。本發明所述方法將沼氣接種物馴化后和餐廚垃圾、干燥的秸稈混合進行厭氧發酵，所述餐廚垃圾以總固體含量計和干燥的秸稈的質量比為1.5-7:1。本發明通過對餐廚垃圾以及秸稈的合理配比，無需加酸堿調節pH，平衡發酵體系中的碳氮比，在高效利用餐廚垃圾的同時也能消化處理部分難以利用的纖維素作物，兩者產生一個相互促進的作用，并且操作簡單、成本低廉，具有可貴的經濟效益。
文檔編號C12P5/02GK102747107SQ20121025370
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月20日 優先權日2012年7月20日
發明者張栩, 董玉林, 譚天偉 申請人:北京化工大學