[发明专利]生物质厌氧发酵制取沼气的方法与设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种将生物质通过厌氧发酵制沼气的方法与设备，属于固体废物处理与资 源化领域及新能源领域的技术。特别是植物秸秆的厌氧发酵制取沼气的方法。

背景技术

在农业生产过程中产生大量秸秆，树木产品制作过程中产生大量的锯末树皮及边角料 等生物质废物，尤其是农业秸秆常被作为废物就地焚烧污染环境。另一方面，生物质中又 含有大量的有机物，是丰富的资源，有关生物质的资源化已有很多探索。其中，要制成纯 度高的产品则往往成本高，难于实用。而作为燃料直接燃烧，小规模则易污染，大规模则 由于能量密度低，难于高效率利用。在农村的农户将其直接进行厌氧发酵生产沼气，虽简 单易行，但因速度慢且转化率低，所以难于实现规模化处理和利用。而要实现规模化厌氧 发酵制沼气，则需解决转化率低，速度慢和所产生废液的处理问题。

因此，探索包括植物秸秆在内的生物质高效可综合利用的厌氧发酵制沼气方法和设备 对于开拓生物质的利用途径，从工程角度实现其资源化具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供将生物质高效厌氧发酵制取沼气，并使其综合利用不产生废物 的方法和设备，该方法具有高效率不产生废物的特点。

本发明是通过下述技术方案加以实现的。

一种生物质厌氧发酵制取沼气的方法，其特征是步骤如下：

1).将生物难分解的生物质物料采用水热反应过程分解为生物易分解物质；

2).将生物易分解物质进行生物加水分解，得到水解产物；

3)将水解产物通过微生物的酸发酵转化为有机酸；.

4)将有机酸通过微生物转化为甲烷气；

5).将步骤4)的剩余物料返回到步骤2)再进行生物加水分解。

本发明的生物质物料的厌氧发酵方法，通过水热反应将生物难分解物质分解为生物易 分解物质，再通过生物水解得到生物易利用的物质，再通过酸发酵将生物易利用物质变成 有机酸为甲烷气的生成创造条件。将甲烷发酵过程产生的物料向生物水解过程回流循环使 未水解而没有被转变为甲烷的物质再次生物水解，提高生物质转化率和利用率。水热反应 可采用普通的高温爆破，加温加酸，加温加碱等方法，如加硫酸，加氨水，温度在100-150 ℃等。生物水解，酸发酵，甲烷发酵等过程采用加温到37℃为佳，也可采用45℃。其过 程中的菌体采用普通的厌氧发酵过程中的菌进行接菌即可，在本发明所控制的条件下菌体 会逐步适应其生存条件，进行高效的发酵。

所述的生物水解过程，酸发酵过程及甲烷发酵过程的生物质物料含量为总重量的20～ 55％，这些过程均实施机械搅拌。在所述浓度下，物料呈浆状，既避免了固态发酵速度慢， 转化率低，效率低的状况，又避免了传统的液相发酵，固含量低，产生大量废液难以处理 的问题，这种浆态状大大缩小了体积，为作为沼肥利用提供了条件。但浆状物料间的物质 传递也难以有效进行，由此会影响发酵效率，因此，通过搅拌达到物料的混合，促进物质 传递，以保障发酵效率。即在搅拌的浆态床操作不仅可以实现高效率发酵还能实现废液利 用，为低成本环保型生物质厌氧发酵奠定了基础。搅拌速度可根据具体情况而定，低速搅 拌即可。

所述的生物水解过程和酸发酵过程可以在不同的反应器中进行，也可在同一反应器中 进行。在同一反应器中进行可以根据具体情况对发酵条件进行适当的调控，有所侧重，易 水解的生物质在水热反应中糖化彻底，则可减小其生物水解过程或直接进入酸发酵。

所述的甲烷发酵过程产生的物料通过菌渣分离后菌体返回甲烷发酵反应器，生物质渣 的一部分回流到生物水解反应器，另一部分排出发酵系统。由于甲烷发酵菌的增殖速度慢， 所以如不能将其回收则造成甲烷菌随发酵废物的排出而流失，会严重影响发酵速度。因此， 菌体的回收就成为本技术能否应用的关键。菌体的回收回流保证了浆态发酵的高效顺利持 续的进行。同时更重要的是通过回流循环解决了高浓度固体物质条件下，水热反应得到的 糖类及酸发酵过程所产生的醋酸等有机酸类对菌体的抑制问题，使得高菌体活性与高浓度 发酵两立并行。

所述的甲烷发酵过程产生的物料经超声波作用后再通过菌渣分离，其菌体返回甲烷发 酵反应器，生物质渣的一部分回流到生物水解反应器，另一部分排出发酵系统。超声波作 用促进了物料中气体的放出，使得菌渣分离更为容易进行。