CN102586336A - 生物甲烷两阶段转化产出的方法 - Google Patents

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Abstract

一种生物甲烷两阶段转化产出的方法，将原料木薯渣及酒精废液置入折流沉降池中，去除原料中大颗粒物料、调整固液比和pH值；所得物料送入水解酸化池进行水解和酸化，将酸化达峰值后的物料抽进调节池调节pH值、温度、C0D值、VFA值，输进厌氧发酵罐发酵得甲烷和二氧化碳，依甲烷浓度不同分送锅炉车间作燃料或加工为机动车用燃气。本发明的生物甲烷两阶段转化产出的方法，以木薯加工产业的废渣、废水为原料，开拓出一条高效、优质、低成本地生产新能源的渠道，不仅变废为宝，实现了规模化生产，而且解决了一个对保护环境极为重要的传统难题，有着重要的经济和社会意义。

Description

生物甲烷两阶段转化产出的方法
技术领域
本发明属生物甲烷两阶段转化产出的方法。
背景技术
现在全球都在寻找能代替汽油的新能源，沼气就是其中一种再生能源。沼气的出现在我国已有几十年的历史，但由于收集技术和收集设备没有跟上，我国的沼气仅停留在农村用户用来照明或取火上，可再生能源没有得到充分利用。而在国外，例如德国、瑞典、日本等国家，政府很重视再生能源的扶持补贴，政策条例很细，所以许多国家沼气的发展比我国快了很多。在德国，沼气可以上气网也可以发电后上电网，德国把沼气发展作为战略能源，以期代替汽油。在我国，能对沼气进行科学管理而实现产业化、规模化的前例少之又少，日产沼气2万立方米以上的不到十家。在沼气的制备工艺技术上基本上都是只沿用了发酵手段，产量难以大幅提高。申请人经过多年研究实验，发现只有经过对沼液进行水解酸化才有可能从根本上解决产气量不高的问题，水解酸化就是本发明的核心技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种原料在酸化池酸化后经调节再进入厌氧发酵产出甲烷的生物甲烷两阶段转化产出的方法，实现生物甲烷产量大幅度提高和稳定生产。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
本发明采用的工艺流程是：
步骤1：将原料木薯渣及酒精废液置入折流沉降池中，去除原料中大颗粒物料、调整固液比和pH值；
步骤2：将步骤1所得物料送入水解酸化池进行水解和酸化，使薯渣及酒精废液中残余的淀粉、蛋白质、纤维素、不可发酵的糖等转化成低分子有机酸；
步骤3：将步骤2酸化达到峰值之后的物料抽进调节池，与厌氧反应器的回流污泥、沉降池回流污泥与酸化池进水、酸碱度缓冲液及菌种等物料混合均匀；
步骤4：将步骤3所得混合均匀的物料输进厌氧发酵罐发酵；发酵罐内，在微生物共同作用下利用厌氧微生物将污水或污泥中的有机物分解出甲烷和二氧化碳等最终产物：排出污泥经沉降后压干做为生物肥料外运，污水经好氧池再充分曝气降解残余有机物使COD达标排放；
步骤5：收集步骤4所得气体：甲烷浓度达55～65％的储存到湿式储气柜，可直接送到锅炉车间作为燃料燃烧供蒸汽给车间使用；其余部分甲烷可送到燃气车间进行提纯净化，甲烷浓度达97％以上的净化气收集到独立气柜中，经压缩送加气站供机动车作车用燃气。
折流沉降池调整废液量和废渣量使总固量TS达4％-10％，温度控制在30-45℃，控制池内物料pH值在3.2-4.8。
水解酸化池内有多个酸化池，各酸化池中的物料通过压力差以自流动的方式从1#池自动流到最后一个酸化池；各池底均布有管道，管道上又布有分支列管，列管上每间隔一定距离开孔向上，通过泵打利用水力使池内污泥翻腾保持悬浮状态，使物料混合均匀、酸化反应充分；在1#池中加入酸化菌，酸化时间3-6天，酸化达到峰值之后物料被抽进调节池；酸化池要求pH值3.2-4.8，温度值30-45℃，COD值15000～20000mg/L，VFA为3000～4000mg/L。
调节池用于将厌氧反应器回流污泥、沉降池回流污泥与酸化池进水、酸碱度缓冲液及菌种等物料混合均衡；要求pH值4.0-6.8，温度值30-40℃，COD值＜25000mg/L，VFA值2500～3500mg/L。
由调节池出来的物料在厌氧发酵罐内下进料上出料，不断补充新鲜污泥同时也不断排出污泥，保证厌氧发酵罐中厌氧反应的营养物质如氨、碳正常满足；厌氧发酵罐内要求pH值5.5～7.5，反应温度25～45℃，微生物降解产生甲烷；
本发明的生物甲烷两阶段转化产出的方法，以木薯加工产业的废渣、废水为原料，开拓出一条高效、优质、低成本地生产新能源的渠道，不仅变废为宝，实现了规模化生产，而且解决了一个对保护环境极为重要的传统难题，有着重要的经济和社会意义。
具体实施方式
本发明采用的工艺流程是：
原料(木薯渣及酒精废液)→折流沉降→水解酸化→调节→厌氧发酵→储气→直接代替燃煤供锅炉燃烧或纯化成车用燃气。
原料木薯渣及酒精废液在折流沉降池(即预处理池)内去除原料中大颗粒物料，调整废液量和废渣量使总固量TS达4％-10％，温度控制在30-45℃，调整pH值使池内物料pH值在3.2-4.8，预处理后的物料通过抽液***抽入水解酸化池。
薯渣中残余有丰富的淀粉、蛋白质、纤维素、不可发酵的糖等。预处理后的薯渣在水解酸化池中首先被水解(液化)成可溶于水的物质，再转化成低分子有机酸(乳酸类如乙酸、丙酸、丁酸等)。申请人生产时用的水解酸化反应容器是水解酸化池，池内分成多个栅格，分别编号为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#池等，从1#池到最后一个池是通过压力差自流动方式流动；池的形状为凹形结构，总容积约为3万M3。池底布有管道，管道上又布有分支列管，列管上每间隔一定距离开孔，通过泵打利用水力使污泥翻腾保持悬浮状态，起到物料混合均匀、酸化反应充分进行的效果。渣、水等物料从折流沉降池经泵打进入1#酸化池，在1#池中加入酸化菌，酸化时长3-6天，酸化达到峰值之后就抽进调节池。酸化池监控项目有：T、pH、VFA、COD等；要求pH值3.2-4.8，温度值30-45℃，COD值15000～20000mg/L，VFA为3000～4000mg/L。
由于淀粉厂和酒精厂排出的废渣废水在水量、温度、酸碱等方面指标往往会有大幅度波动，这种变化对污水处理设施的运行、特别是生物处理设施正常发挥是不利的。调节池目的是将厌氧反应器回流污泥、沉降池回流污泥与酸化池进水、酸碱度缓冲液及菌种等多种物料混合均衡。调节池监控项目有pH、T、COD、VFA、等，要求pH值4.0-6.8，温度值30-40℃，COD值＜25000mg/L，VFA值2500～3500mg/L。
调节好后的物料送入厌氧发酵罐发酵，通过***的管道、泵等实现厌氧发酵罐的进出料平衡，采用下进料上出料的方式，不断补充新鲜污泥进厌氧发酵罐，同时也不断排出污泥。保证厌氧发酵罐中厌氧反应的营养物质如氨、碳正常满足。
厌氧反应器(发酵罐)内，生物处理在厌氧条件下进行，在微生物共同作用下利用厌氧微生物将污水或污泥中的有机物分解成甲烷和二氧化碳等最终产物。木薯渣在厌氧菌(产甲烷菌)作用下，微生物细胞裂变，在pH值5.0～6.8、反应温度25～45℃条件下，微生物降解产生甲烷。排出污泥经沉降后压干做为生物肥料外运，污水经好氧池再充分曝气降解残余有机物使COD达标(COD≤200mg/L)，水则可达标排放。
在厌氧反应器产生的气体，被收集并储存到湿式储气柜；由于气体中以甲烷为主，从厌氧反应器出来的气体甲烷含量为50-65％，可以直接燃烧；而再经过提纯处理的甲烷就可以达到车用燃料标准。故甲烷浓度达55～65％的气体直接送到锅炉车间作为燃料燃烧供蒸汽给车间使用，降低煤耗；另一部分甲烷送到燃气车间进行提纯净化，甲烷浓度达97％以上的气体收集到独立气柜中，经压缩由拖车送到加气站。
申请人以木薯渣和酒糟为原料，通过以上工艺生产甲烷气体。所用薯渣原料成份为：水份70-85％(m/m，水与总物重之比)；含粉量6-8％(m/m，在渣水中含淀粉量)；含渣量10-16％(m/m，渣与总物重之比)。原料经预处理去除大颗粒物质，初步调节浓度和温度；再用泵将初步调节后的物料打进酸化池，所用的酸化池分10个格栅，物料经泵打进入1#酸化池，在1#池中加入酸化菌开始进行酸化，物料依次进入2#、3#、直至10#，完成酸化处理的阶段；再泵入调节池再调节后进入厌氧反应器，在厌氧反应器中完成产甲烷阶段，厌氧反应4-6天。
在申请人实验和生产的过程中，厌氧反应器内的搅拌叶直径约3米，搅拌速度30～50转/分。不断的搅拌保证了物料均匀，反应能充分进行。
实施例1
以木薯渣和酒糟为原料，酸化温度32-35℃，pH值3.2-3.5，TS＝8％，酸化3天，跟踪2天之内的产量，进料量50-70米3/小时。
表一：10#酸化池与产气量对比表
Figure BDA0000140883370000041
实施例2
以木薯渣和酒糟为原料，酸化温度32-35℃，pH值3.2-3.5，TS＝8％，酸化6天，跟踪2天之内的产量，进料量50-70米3/小时。
表二：10#酸化池与产气量对比表
实施例3
以木薯渣和酒糟为原料，酸化温度35-40℃，pH值3.2-3.5，TS＝8％，酸化6天，跟踪2天之内的产量，进料量50-70米3/小时。
表三：10#酸化池与产气量对比表
Figure BDA0000140883370000051

Claims (5)

1.一种生物甲烷两阶段转化产出的方法，其特征是工艺步骤是：
步骤1：将原料木薯渣及酒精废液置入折流沉降池中，去除原料中大颗粒物料、调整固液比和pH值；
步骤2：将步骤1所得物料送入水解酸化池进行水解和酸化，使薯渣及酒精废液中残余的淀粉、蛋白质、纤维素、不可发酵的糖等转化成低分子有机酸；
步骤3：将在步骤2酸化达到峰值之后的物料抽进调节池，与厌氧反应器的回流污泥、沉降池回流污泥与酸化池进水、酸碱度缓冲液及菌种等物料混合均匀；
步骤4：将步骤3所得混合均匀的物料输进厌氧发酵罐发酵；发酵罐内，在微生物共同作用下利用厌氧微生物将污水或污泥中的有机物分解出甲烷和二氧化碳等最终产物：排出污泥经沉降后压干作为生物肥料外运，污水经好氧池再充分曝气降解残余有机物使COD达标排放；
步骤5：收集步骤4所得气体：甲烷浓度达55～65％的储存到湿式储气柜，可直接送到锅炉车间作为燃料燃烧供蒸汽给车间使用；其余部分甲烷可送到燃气车间进行提纯净化，甲烷浓度达97％以上时将净化气体收集到独立气柜中，经压缩送到加气站供机动车作车用燃气。
2.如权利要求1所述的生物甲烷两阶段转化产出的方法，其特征是步骤1中的折流沉降池调整废液量和废渣量使TS达4％-10％，温度控制在30-45℃，控制池内物料pH值在3.2-4.8。
3.如权利要求1所述的生物甲烷两阶段转化产出的方法，其特征是步骤2中的水解酸化池内有多个酸化池，各酸化池中的物料通过压力差以自流动的方式从1#池自动流到最后一个酸化池；各池底均布有管道，管道上又布有分支列管，列管上每间隔一定距离开孔，通过泵打利用水力使池内污泥翻腾保持悬浮状态，使物料混合均匀、酸化反应充分；在1#池中加入酸化菌，酸化时长3-6天，酸化达到峰值之后物料被抽进调节池；酸化池要求pH值3.2-4.8，温度值30-45℃，COD值15000～20000mg/L，VFA为3000～4000mg/L。
4.如权利要求1所述的生物甲烷两阶段转化产出的方法，其特征是步骤3中的调节池用于将厌氧反应器回流污泥、沉降池回流污泥与酸化池进水、酸碱度缓冲液及菌种等物料混合均衡；要求pH值4.0～6.8，温度值30-40℃，COD值＜25000mg/L，VFA值2500～3500mg/L。
5.如权利要求1所述的生物甲烷两阶段转化产出的方法，其特征是步骤4中经调节池出来的物料在厌氧发酵罐内下进料上出料，不断补充新鲜污泥同时也不断排出污泥，保证厌氧发酵罐中厌氧反应的营养物质如氨、碳正常满足；厌氧发酵罐内要求pH值5.0～6.8，反应温度25～45℃，微生物降解产生甲烷。
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