專利名稱：秸稈大規模厭氧發酵工藝及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于秸稈大規模厭氧發酵工藝及裝置，特別涉及秸稈在流動狀態下高負 荷厭氧發酵工藝及裝置。
背景技術：
在國內外在針對秸稈物料特性的厭氧消化反應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"連續流"反應器。 但是目前的"批式"反應器需要完全停機以裝、卸物料，運轉周期長，且不能連續、穩定地 產氣。因此要實現秸稈大規模厭氧，必須要解決秸稈的流化問題，以及在流化狀態下厭氧菌 種的大量保持問題。由此我們通過與山大的密切合作研發秸稈厭氧流化床生物轉化工藝。該 工藝借鑒了生物工程技術以方便進、出料。同時，針對不同反應器，研究最優的運行參數， 實現專用反應器的高效率的運行。
污水處理中目前流行的厭氧技術如、UASB、 EGSB、 IC等由于有積負荷髙，出水水質好， 自動化程度比較髙，操作管理方便等諸多優點，而被廣泛應用于污水處理領域中。這些傳統 厭氧技術也被應用于有機物厭氧發酵生產沼氣的領域中。如中國專利CN1896252 (申請號 200610088107. l)提供了"一種有機物高效厭氧發酵生產沼氣的方法"包括步驟a.固體有 機物原料預處理；b.在厭氧水解反應器內，將預處理后的固態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.將厭氧水解反應器內 形成的有機小分子溶液引入到后續厭氧發酵反應器進行厭氧發酵產甲垸。該發明通過控制厭 氧水解反應器內pH值變化，提高有機物厭氧發酵的速率。
發明內容
本發明針對現有技術的不足，提供一種秸稈大規模厭氧發酵工藝及裝置。
本發明的技術方案如下
一種秸稈大規模厭氧發酵工藝，步驟如下
(1) 秸稈預處理
向秸稈中加入白腐真菌6t^YerW/柳g/人堆積3-5天，自然發酵，得到生物處理過的秸 稈。通過本步驟預處理可大量分解秸稈中的木質素，釋放厭氧可降解的纖維素以及其他多糖 物質。
(2) 厭氧發酵
將步驟(1)生物處理過的秸稈粉碎至3-8mm，送至厭氧發生器，均勻布料，在溫度53 土rc攪拌反應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。
在厭氧裝置中經過預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底物。產生的沼氣及時與懸浮物分 離，可提高傳質效率。
(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定，這樣才能即能保證罐內 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。(4)步驟(3)分離出厭氧菌液體再用于另一個循環，與經步驟(1)預處理的秸稈直 接混合，重復進行步驟(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，本發明未進行詳細限定的工藝條件技術人員均可參照傳統的厭氧工藝和 相關現有技術加以確定。步驟(1)秸稈預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 可以按現有技術自行制備。由于在厭氧過程中要消耗一定水分，所以要根據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生約0.47立 方沼氣，每立方米沼氣的熱值相當于5500大卡。本發明使玉米秸稈轉化為沼氣能量的轉化 率達到70%，屬于充分厭氧，也就是說在秸稈中的有機質大部分轉化為甲垸與富含無機元素 N、 P、 K的有機物。實施本發明的厭氧發酵裝置，由進料裝置、厭氧發生器、厭氧菌分離裝置構成。其中， 厭氧發生器頂部設儲氣囊，用于收集儲存產生的沼氣，厭氧發生器內上部進料處設有布料裝 置，用于均勻布料，厭氧發生器內中部設有攪拌裝置，厭氧發生器壁設有加熱裝置和保溫層。 厭氧發生器下部與厭氧菌分離裝置連通，厭氧菌分離裝置底部設有厭氧菌液體流出口、上部 設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。所述的厭氧反應器中設有料位計、液位計、溫度計、pH計、氧化還原電位計等顯示反 應器中的各項參數的檢測裝置。所述厭氧發生器頂部的儲氣囊優選橡膠囊。所述厭氧發生器壁上的加熱裝置是蒸氣加熱管盤。 本發明的技術特點下1、秸稈流體化秸稈流體化是大規模秸稈厭氧發酵的必須步驟，通過秸稈流體化可以實現大規模、連 續操作的同時進行，更重要的是通過秸稈流體化使后續厭氧過程中傳質效率能夠得到大幅提高。本發明采用的秸稈流體化方法是首先通過白霉菌真菌預處理對秸稈中的成份調整，大 量分解秸稈中的木質素，釋放厭氧可以降解的纖維素以及其他多糖物質，然后粉碎。然后通 過水泵把預處理后的秸稈輸送至厭氧發生器，在厭氧裝置中經過預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物質以及大量的菌種液排出反應器，造成了厭氧菌數量下降、 厭氧反應速度降低的后果。本發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 厭氧菌種循環回厭氧反應器中,目的就是為了保持厭氧反應器中厭氧菌高濃度，在操作的過 程中僅僅排放秸稈厭氧反應殘渣，使厭氧反應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，現在污水處理中的厭氧裝置也是在發明了三項分離技術以后才能夠保持大 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器中的營養 成分得以保留，使純秸稈發酵不需再添加氮磷等營養物。
本發明的優良效果如下-
7、本發明的方法和裝置，通過對秸稈進行生物預處理、然后經過粉碎。使之具有流動 性，同時經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，這樣在傳質過程中效率增加了很多，經過實際運行表明厭氧速度明顯提高，是 傳統秸稈厭氧的10倍以上，并且經過厭氧產生的沼渣通過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。雖然本發明利用了傳統的厭氧工藝，但是不同的是，在秸稈的發酵 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了持續進料與持續出料的方法， 并且我們通過生物化學的方式改變了秸稈的分子結構，把大量難以厭氧消化的秸稈木質素轉 化為宜被生物降解的炭源，把保護秸稈的蠟質(木質素)成分降解，可以使厭氧菌順利的進 入秸稈的內部。這樣使降解秸稈的速度就大大提高，使低成本、低造價大規模的秸稈厭氧成 為現實。
2、 本發明的工藝和裝置沒有任何的污水、廢氣、廢渣的排放。產生大量的沼氣可以作 熱能使用，能減少廢氣排放。
3、 本發明裝置具有重大的經濟效益，首先傳統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 物質，并且在常溫厭氧下進行，而且沒有對原料進行預處理。所以盡管發酵時間很長(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。因此傳統沼渣的經 濟價值很低，同時由于效率很低，造成產出相對成本偏高，只有沼氣能夠產生極小的經濟價 值，但是無法形成商業利潤。本發明通過完全厭氧充分殺死秸稈中的生物蟲卵，可以作為優 質的全營養有機栽培基質使用，本發明可以生產大量優質能源沼氣的同時生產高品質的有機 基質，該有機肥營養成分高(是傳統沼渣的5倍以上)、并且不含任何有害成分，是現代農 業的理想基質。本發明使秸稈厭氧綜合效益明顯增加，每處理一噸秸稈可以產生200元以上 的經濟效益。可以從根本上解決政府補貼沼氣的作法，把秸稈沼氣能夠真正實現企業化發展。
圖1是本發明的厭氧發酵裝置示意圖，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
下面結合實施例對本發明作進一步說明，但不限于此，本領域的技術人員可以根據現有 技術進行適當等同替代，達到同樣的技術效果。 實施例1:厭氧發酵裝置，結構如圖l所示，料池1上設有厭氧菌液體回流口2，料池中的原料通 過泵3進入厭氧發生器4，厭氧發生器4頂部有橡膠儲氣囊5，厭氧發生器4內上部有布料 裝置6，攪拌裝置7位于厭氧發生器4內中間，蒸氣加熱管盤8盤繞在厭氧發生器4壁上， 其外是保溫層。厭氧發生器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。厭氧反應器還設有料位計、液位計、溫度計、pH計、氧化還原電位計等 顯示反應器中的各項參數的檢測裝置。實施例2: —種秸稈大規模厭氧發酵工藝，利用實施例l的裝置進行，步驟如下(1) 秸稈預處理向秸稈中加入白腐真菌6vWfe ro^/柳g/人堆積5天，自然發酵，得到生物處理過的秸稈。(2) 厭氧發酵將步驟(1)生物處理過的秸稈粉碎至4-5mm，放入料池1，用泵3送至厭氧發生器4， 通過布料裝置6均勻布料，在溫度53士rC攪拌反應7天。將得到的沼氣儲存于厭氧發生器 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計設置為7. 2±0. 1、氧化還原電位計設置為-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，重復進行步 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。
權利要求
1.一種秸稈大規模厭氧發酵方法，步驟如下(1)秸稈預處理向秸稈中加入白腐真菌(white rot fungi)，堆積3-5天，自然發酵，得到生物處理過的秸稈；(2)厭氧發酵將步驟(1)生物處理過的秸稈粉碎至3-8mm，送至厭氧發生器，均勻布料，在溫度53±1℃攪拌反應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，與經步驟(1)預處理的秸稈直接混合，重復進行步驟(2)和步驟(3)操作。
2. 如權利要求1所述的秸稈大規模厭氧發酵方法，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. 如權利要求1所述的秸稈大規模厭氧發酵方法，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. 一種實施權利要求1方法的的厭氧發酵裝置，其特征在于由進料裝置、厭氧發生器、 厭氧菌分離裝置構成;其中，厭氧發生器頂部設儲氣囊，用于收集儲存產生的沼氣，厭氧發 生器內上部進料處設有布料裝置，用于均勻布料，厭氧發生器內中部設有攪拌裝置，厭氧發 生器壁設有加熱裝置和保溫層;厭氧發生器下部與厭氧菌分離裝置連通，厭氧菌分離裝置底 部設有厭氧菌液體流出口 、上部設有秸稈有機肥輸出管口 。
5. 如權利要求4所述的厭氧發酵裝置，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. 如權利要求4所述的厭氧發酵裝置，其特征在于所述厭氧發生器頂部的儲氣囊是橡膠囊。
7. 如權利要求4所述的厭氧發酵裝置，其特征在于所述厭氧發生器壁上的加熱裝置是 蒸氣加熱管盤。
全文摘要
本發明涉及一種秸稈大規模厭氧發酵工藝及裝置。發酵工藝包括秸稈生物預處理、厭氧發酵、厭氧菌分離，分離出厭氧菌液體再用于另一個循環。實施本方法的厭氧發酵裝置，由進料裝置、厭氧發生器、厭氧菌分離裝置構成。本發明的工藝和裝置，在秸稈發酵過程中不需再增加氮源，并且在秸稈厭氧過程中實現了連續進、出料，通過生物化學的方式改變了秸稈的分子結構，把大量難以厭氧消化的秸稈木質素轉化為宜被生物降解的炭源，把保護秸稈的蠟質成分降解，可使厭氧菌順利的進入秸稈的內部，使降解秸稈的速度提高，可實現低成本、大規模的生產。
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 優先權日2008年11月27日
發明者敏 岳, 岳欽艷, 倩 李, 王群峰 申請人:山東大學