[发明专利]一种汽爆秸秆与牛粪两相混合厌氧发酵产沼气的方法

说明书

本发明属于沼气能源制备方法领域，具体涉及一种汽爆秸秆与牛粪两相混合厌氧发酵产沼气的方法。所述方法为将汽爆秸秆与牛粪混合发酵产生有机酸，然后将有机酸进行制沼气。本发明汽爆秸秆和牛粪两相混合厌氧发酵产沼气的方法发酵启动快、发酵周期短、产气率高。

技术领域

本发明属于沼气能源制备方法领域，具体涉及一种汽爆秸秆与牛粪两相混合厌氧发酵产沼气的方法。

背景技术

能源是人类生存和发展的重要物质基础，也是当今国际政治、经济、军事、外交关注的焦点。在化石能源逐渐枯竭，能源价格逐年暴涨的形势下，寻找替代或辅助能源并提高能源利用效率显得愈加急迫。在太阳能、核能、风能、水能、潮汐能、地热能、生物质能等诸多新能源当中，生物质能源是最安全、最稳定的能源, 也是目前国家重点鼓励的新能源领域。沼气作为可再生能源，具有可再生性、成本低廉、对环境污染小、热值高等优点，发展秸秆沼气是秸秆资源化利用的重要方向之一。而且沼气发酵原料来源广泛，各种副产品都能被充分利用，因而是生物质能源中最有前景的一种。作为沼气生产的重要原料，我国农作物秸秆年产量达7亿多吨，畜禽粪便（干物质）也有1.4亿吨，如果将其充分利用，不仅能解决当前因焚烧秸秆、滥用化肥而造成的环境污染，也能缓解能源紧张给社会带来的压力。

利用秸秆厌氧发酵制取沼气已经有几十年的历史，但由于秸秆中木质素、纤维素及半纤维素的特殊缠绕结构使其难以被微生物分解利用，导致其沼气发酵过程启动缓慢，发酵周期长，产气率低。为了改变秸秆的微观结构，提高其厌氧发酵效率，出现了大量的秸秆预处理方法，如化学处理方法、生物处理方法、蒸汽爆破预处理方法等。这些方法中，化学处理方法对发酵效果有显著提高，但是化学预处理会对环境造成二次污染；生物预处理方法虽然效果较好，无污染，但存在可选用的菌种偏少且处理周期长，分解木质素的同时也消耗了纤维素和半纤维素的缺点；蒸汽爆破预处理对秸秆的特殊结构具有显著的破坏作用，处理时间短、无化学污染，被认为是一种较为有效的预处理方式。郑正等在中国专利CN101519668A中公开了汽爆木质纤维素物料进行单相厌氧发酵的方法，发酵周期和原料产气速率都大为提高。专利CN1403396A提供了一种周期刺激秸秆和城市垃圾进行固态发酵沼气的方法，使用的汽爆压力为1.3-1.7Mpa，但保压时间长至10min，预处理消耗的能量过大；CN101392270A利用汽爆稻壳生产天然气，采用的汽爆压力为1.5-4MPa，爆后物加水浸提后分离出液相和固相，固相加三倍体积的水进行酸化，液相利用碱调节PH至7，在30-40℃的情况下与固相酸化产生的酸液一起厌氧发酵，该生产工艺较为复杂，增加了汽爆后物质的浸提过程和离心分离过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽爆秸秆与牛粪两相混合厌氧发酵产沼气的方法，可以克服目前秸秆厌氧发酵过程中存在的发酵启动慢、发酵周期长、产气率低等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种汽爆秸秆与牛粪两相混合厌氧发酵产沼气的方法，将汽爆秸秆与牛粪混合发酵产生有机酸，然后利用有机酸进行制沼气。

其中，汽爆秸秆与牛粪的质量比为2-4:1，加水调节秸秆与牛粪混合物以及水形成的反应液的固含量为1-4%后于酸相反应器中产生有机酸。

汽爆秸秆优选通过下法获得：将秸秆粉碎至4-6cm长度，新鲜青秸秆的汽爆压力为2.0-2.5Mpa，压力保持90s；风干秸秆的汽爆压力为1.5-2.0Mpa，压力保持90s。

所述的秸秆可为玉米、高粱或小麦秸秆。

初始反应时，在酸相反应器中，加入反应液质量25-35%的沼液作为接种物，发酵温度控制在34-36℃；酸相反应器中的初始反应液碳氮比控制为25-30:1。初始反应的沼液可以是任意厌氧发酵后的产物，主要用来提供厌氧微生物。本发明优选采用牛粪发酵后的沼液。

酸相反应器水力停留周期为3-12天，每日进料量为2.5-3.5gVS/L/d。