[发明专利]一种秸秆两相发酵制备生物天然气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及秸秆沼气技术领域，尤其涉及一种秸秆两相发酵制备生物天然气的方法。

背景技术

我国具有非常丰富的秸秆资源，近年来，将秸秆用于产沼气已成为秸秆资源化，能源化利用的一个重要技术途径。传统秸秆单相厌氧发酵技术存在秸秆降解率低，进出料困难，表面易形成浮渣层等问题。秸秆两相厌氧消化工艺具有单相工艺所不具备的优点，能将水解酸化和甲烷化分离并分别最优化，避免了单相工艺中，前期产甲烷速率限制造成酸积累，后期水解速率限制了产气。通过相分离，秸秆进出料在水解酸化相中进行，产甲烷相连续稳定产气，可较好地解决现有秸秆沼气技术中沼气产量不稳又无法实现连续操作的困难，且能提高秸秆发酵产气效率。因而，两相厌氧发酵技术是农作物秸秆产沼气近年来的研究热点之一。

传统两相模式均是集中在一起，酸化液进发酵罐然后沼液回流酸化罐，这样会在酸化罐中引入产甲烷菌，即产气亦在酸化罐中进行。在实际运行中，秸秆两相厌氧发酵系统产酸相和产甲烷相分离效果往往不同，产酸相产气较多，而产气相产气(甲烷)率较低，导致秸秆生物转化率低，产气品质差等问题。同时，将传统两相运用于工程中时，还需要考虑秸秆的运输半径、储存成本、储存安全性及经济模式等。

发明内容

针对实际运行中的上述问题，本发明采用相关调控措施，将秸秆产酸及酸化液产甲烷工艺优化，在两相中更严格的控制反应条件，真正的分离产酸相和产气相，抑制产酸相产气并增加有机酸产量及浓度，提高产气相的产气量和产气质量(指甲烷浓度)。产酸相的反应器可以就近放置在秸秆产生地，如农田附近，秸秆收获后直接放入反应器进行酸化，同时兼具秸秆储存的功能。产生的酸化液通过浓缩设备浓缩后，运输到集中的产气相反应器进行发酵产气，减少了秸秆的运输、储存等环节，在工程运行中，有效减少运行成本。

本发明可有效的实现两相分离，产酸相和产气相可分开在两地进行，可有效的降低秸秆的收集和运输成本。

一种秸秆两相发酵制备生物天然气的方法，所述方法包括以下步骤：

1)在产酸相利用高效酸化菌液和复合添加剂对秸秆进行酸化处理获得酸化液；所述复合添加剂按重量份计，包括CaO 5-500份和纤维素酶0.1-10份；优选包括CaO 10-250份和纤维素酶0.5-5份；进一步优选包括CaO 50份和纤维素酶1份。

2)在产气相利用所述酸化液生产沼气。

优选地，步骤1)所述高效酸化菌液其制备方法包括以下步骤：

S1、取沼液，分离浓缩得固相和液相；

所述沼液可为现有技术传统沼液，优选为来自沼气工程中的沼液，更优选为以秸秆为原料的沼气工程中的沼液；

具体到本发明，在第一次制备所述高效酸化菌液时可使用上述提及的沼液，在之后制备所述高效酸化菌液时优选使用所述产气相产生的沼液；实现循环利用；所述分离浓缩可用振动筛；

S2、将所述固相用酸调节pH至4-5.5，放置1-3天，制得处理固相；所述酸可为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸等中一种或几种；

S3、将复合添加剂、秸秆和所述液相按照重量比例1-2∶8-12∶80-120混合，优选按重量比例1:10:100混合，放置至少2天后制得秸秆糖化液；所述复合添加剂按重量份计，包括CaO 5-500份和纤维素酶0.1-10份；优选包括CaO 10-250份和纤维素酶0.5-5份；进一步优选包括CaO 50份和纤维素酶1份；

S4、将所述处理固相加入到所述秸秆糖化液中，调节起始pH值为6.5-7.5进行反应，直至当挥发性脂肪酸(VFAs)的含量不升高时反应完成，制得高效酸化菌液；优选直至当连续3天挥发性脂肪酸的含量不升高时反应完成；优选在制备高效酸化菌液过程中(例如步骤S3和S4)适当加入所述液相，以补充水分的蒸发造成的盐度升高。

优选地，步骤1)所述复合添加剂、秸秆和所述高效酸化菌液的重量比例为1-2∶8-12∶1-3；更优选重量比例为1∶8-10∶1-2；进一步优选重量比例为1∶9-10∶1.5-2。

优选地，步骤1)对秸秆的酸化处理分多次进行，直至将秸秆彻底地处理完毕；当每一次酸化处理液中挥发性脂肪酸的含量不升高时，表明本次秸秆酸化处理完成，结束本次秸秆酸化处理。优选对秸秆的酸化处理分5-8次进行

一般地，优选当连续3天酸化处理液中挥发性脂肪酸的含量不升高时，表明本次秸秆酸化处理完成；通常对于新加入的秸秆第一次进行酸化处理的时间为15-20天；一般常温条件下进行处理即可。