CN104561120A

CN104561120A - 一种秸秆三段式厌氧发酵制备沼气的方法

Info

Publication number: CN104561120A
Application number: CN201510057454.7A
Authority: CN
Inventors: 肖进彬; 高正龙; 孙慧军; 方玉美; 聂宁; 李少凯; 任秋鹤; 刘振; 张波
Original assignee: Henan Provincial High-New Tech Commercial And Industrial General Co
Current assignee: Henan Provincial High-New Tech Commercial And Industrial General Co
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2015-04-29

Abstract

本发明涉及秸秆三段式厌氧发酵制备沼气的方法，有效解决利用秸秆和污泥高产出制备沼气的问题，方法是，将秸秆和污泥装入混合搅拌器，然后加入水制成混合物，将混合物装入第一反应器密封进行厌氧发酵预反应，25-65℃下反应1-7天，然后进入第二反应器密封进行第二次厌氧发酵主反应，25-65℃下反应5-15天，然后进入第三反应器密封进行第三次厌氧发酵主反应，25-65℃下反应5-15天，经第三反应器后残留的混合物经筛网挤压分离，除去秸秆残留物，污泥和水的混合物用污泥回流泵回流到混合搅拌器与新鲜的秸秆原料混合再利用，反应器中产生的沼气进入储气柜储存；发明采用三段式干式厌氧发酵工艺，每吨秸秆原料可以产沼气400～500 m³，沼气中甲烷含量达到50%～70%。

Description

一种秸秆三段式厌氧发酵制备沼气的方法

技术领域

本发明涉及生物质能源，特别是一种秸秆三段式厌氧发酵制备沼气的方法。

背景技术

以秸秆为原料的生物质资源化、能源化技术可以将秸秆转化为固体、液体、气体燃料和肥料等产品，其中将秸秆厌氧发酵转化为沼气可以获得一种清洁能源，更加利于加工、运输和使用。

利用厌氧发酵技术将秸秆发酵后得到的沼气是一种洁净、环保、无碳排放的生物质可再生燃料，可以代替煤炭、柴油、重油等锅炉燃料，用于发电、城市供暖等。由于秸秆干枯后发酵比较困难，通常需要对发酵用的秸秆用酸、碱、蒸汽、微生物进行预处理，增加了秸秆厌氧发酵工艺的复杂性和操作成本，经济效益较低。专利CN104232473A（一种卧式大型连续沼气干式发酵装置及方法），采用了动力推进的方法实现连续的厌氧发酵工艺，增加了设备的复杂程度和能耗，CN104120151A （蓝藻、芦苇和水稻秸秆干法厌氧发酵制沼气的工艺）描述了一种混合的厌氧发酵方法，需要将蓝藻用于厌氧发酵，发酵技术的应用受到了一定的局限性，不利于技术的推广和实际应用。因此，如何利用秸秆和污泥制备沼气上的改进和创新势在必行。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种秸秆三段式厌氧发酵制备沼气的方法，可有效解决利用秸秆和污泥高产出制备沼气的问题。

本发明解决的技术方案是，将秸秆和污泥风干，秸秆粉碎成≤5cm，污泥粉碎成粒径≤2cm，将秸秆和污泥装入混合搅拌器，然后加入水制成混合物，混合物以重量计：风干的秸秆和污泥占10-30%、水70-90%，其中风干的秸秆和污泥的重量比为1︰0.5-2，将混合物装入第一反应器（又称预反应器）密封进行厌氧发酵预反应，25-65℃下反应1-7天，然后进入第二反应器（又称主反应器）密封进行第二次厌氧发酵主反应，25-65℃下反应5-15天，然后进入第三反应器（又称二次主反应器）密封进行第三次厌氧发酵主反应，25-65℃下反应5-15天，经第三反应器后残留的混合物经筛网挤压分离，除去秸秆残留物，污泥和水的混合物用污泥回流泵回流到混合搅拌器与新鲜的秸秆原料混合再利用，第一反应器、第二反应器、第三反应器中产生的沼气进入储气柜储存；

所述的秸秆为麦秆、玉米秆、稻秆、棉秆、豆秆、花生壳、花生秧中的一种或2-3种的混合物；

所述的污泥来自城市生活污水处理厂的污泥，是微生物群体及它们所依附的有机物质和无机物质的总称，微生物群体主要包括细菌，原生动物和藻类等，其中，细菌和原生动物是主要的二大类，污泥主要用来处理污废水（公知技术）。

本发明采用三段式（预反应、主反应和二次反应）干式厌氧发酵工艺，可以不用专门的秸秆预处理工艺和添加剂，减少了秸秆预处理过程中酸、碱、蒸汽和微生物的使用量，降低了秸秆厌氧发酵成本，利用预反应器，保持了污泥的活性，物料在三个反应器中的运动，代替搅拌过程，利用二次反应器延长产气时间，增加了沼气的收率和沼气中甲烷的含量。通过本工艺技术的处理，每吨秸秆原料可以产沼气400～500 m³，沼气中甲烷含量达到50%～70%，经济和社会效益巨大。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作详细说明。

由附图给出，本发明在具体实施中是由以下方法实现的。

实施例1

将秸秆和污泥风干，秸秆粉碎成≤5cm，污泥粉碎成粒径≤2cm，将玉米秆和污泥装入混合搅拌器，然后加入水制成混合物，混合物以重量计：风干的玉米秆和污泥占20%、水80%，其中风干的玉米秆和污泥的重量比为1︰1，将混合物装入第一反应器（又称预反应器）密封进行厌氧发酵预反应，45℃下反应4天，然后进入第二反应器（又称主反应器）密封进行第二次厌氧发酵主反应，45℃下反应10天，然后进入第三反应器（又称二次主反应器）密封进行第三次厌氧发酵主反应，45℃下反应10天，经第三反应器后残留的混合物经筛网挤压分离，除去秸秆残留物，污泥和水的混合物用污泥回流泵回流到混合搅拌器与新鲜的秸秆原料混合再利用，第一反应器、第二反应器、第三反应器中产生的沼气进入储气柜储存。

实施例2

将秸秆和污泥风干，秸秆粉碎成≤5cm，污泥粉碎成粒径≤2cm，将麦秆、豆秆（重量计1︰1）和污泥装入混合搅拌器，然后加入水制成混合物，混合物以重量计：风干的麦秆、豆秆和污泥占12%、水88%，其中风干的麦秆、豆秆的重量和与污泥的重量比为1︰1.5，将混合物装入第一反应器（又称预反应器）密封进行厌氧发酵预反应，30℃下反应7天，然后进入第二反应器（又称主反应器）密封进行第二次厌氧发酵主反应，30℃下反应15天，然后进入第三反应器（又称二次主反应器）密封进行第三次厌氧发酵主反应，30℃下反应15天，经第三反应器后残留的混合物经筛网挤压分离，除去秸秆残留物，污泥和水的混合物用污泥回流泵回流到混合搅拌器与新鲜的秸秆原料混合再利用，第一反应器、第二反应器、第三反应器中产生的沼气进入储气柜储存。

实施例3

将秸秆和污泥风干，秸秆粉碎成≤5cm，污泥粉碎成粒径≤2cm，将稻秆、棉秆、花生壳（重量计1︰1︰1）和污泥装入混合搅拌器，然后加入水制成混合物，混合物以重量计：风干的稻秆、棉秆、花生壳和污泥占28%、水72%，其中风干的稻秆、棉秆、花生壳的重量和与污泥的重量比为1︰0.5，将混合物装入第一反应器（又称预反应器）密封进行厌氧发酵预反应，60℃下反应2天，然后进入第二反应器（又称主反应器）密封进行第二次厌氧发酵主反应，65℃下反应5天，然后进入第三反应器（又称二次主反应器）密封进行第三次厌氧发酵主反应，65℃下反应5天，经第三反应器后残留的混合物经筛网挤压分离，除去秸秆残留物，污泥和水的混合物用污泥回流泵回流到混合搅拌器与新鲜的秸秆原料混合再利用，第一反应器、第二反应器、第三反应器中产生的沼气进入储气柜储存。

本发明经实地实验，取得了非常满意的有益技术效果，其实验情况如下：

实验1：粉碎的稻秆在混合搅拌器种与回流的污泥混合，混合物中风干的稻秆和污泥以重量计占10%、水占90%，其中稻杆5吨、污泥5吨、水90吨，按本发明给出的方法，混合物进入预反应器在25℃～65℃下反应7天，然后进入主反应器在37℃下反应15天，然后进入二次反应器在37℃下反应15天。结果产沼气2000m³，沼气中甲烷含量达到50%。

实验2：

粉碎的麦秆在混合搅拌器种与回流的污泥混合，混合物中风干的麦秆和污泥以重量计占20%、水占80%，其中麦杆6吨、污泥12吨、水72吨，按本发明给出的方法，混合物进入预反应器在55℃下反应4天，然后进入主反应器在55℃下反应10天，然后进入二次反应器在55℃下反应15天。结果产沼气2700m³，沼气中甲烷含量达到65%。

实验3：

粉碎的玉米秆在混合搅拌器种与回流的污泥混合，混合物中风干的玉米秆和污泥以重量计占30%、水占70%，其中玉米秆4吨、污泥2吨、水14吨，按本发明给出的方法，混合物进入预反应器在65℃下反应4天，然后进入主反应器在55℃下反应15天，然后进入二次反应器在55℃下反应15天。结果产沼气2000 m³，沼气中甲烷含量达到70%。

实验4：

粉碎的玉米秆和麦秆在混合搅拌器种与回流的污泥混合，混合物中风干的玉米秆、麦秆和污泥以重量计占15%、水占85%，其中玉米秆3吨、麦秆3吨、污泥9吨、水85吨，按本发明给出的方法，混合物进入预反应器在37℃下反应1天，然后进入主反应器在55℃下反应10天，然后进入二次反应器在55℃下反应15天。结果产沼气2400m³，沼气中甲烷含量达到55%。

由实验资料可以清楚的看出，本发明方法简单，原材料丰富，成本低，产气量高，采用三段式（预反应、主反应和二次反应）干式厌氧发酵，可以不用专门的秸秆预处理工艺和添加剂，减少了秸秆预处理过程中酸、碱、蒸汽和微生物的使用量，降低了秸秆厌氧发酵成本，利用预反应器，保持了污泥的活性，物料在三个反应器中的运动，代替搅拌过程，简化了工艺过程，利用二次反应器将延长产气时间，增加了沼气的收率和沼气中甲烷的含量，每吨秸秆原料可以产沼气400-500 m³，沼气中甲烷含量达到50%-70%，同时减少了环境污染，经济和社会效益巨大。

Claims

1.一种秸秆三段式厌氧发酵制备沼气的方法，其特征在于，将秸秆和污泥风干，秸秆粉碎成≤5cm，污泥粉碎成粒径≤2cm，将秸秆和污泥装入混合搅拌器，然后加入水制成混合物，混合物以重量计：风干的秸秆和污泥占10-30%、水70-90%，其中风干的秸秆和污泥的重量比为1︰0.5-2，将混合物装入第一反应器密封进行厌氧发酵预反应，25-65℃下反应1-7天，然后进入第二反应器密封进行第二次厌氧发酵主反应，25-65℃下反应5-15天，然后进入第三反应器密封进行第三次厌氧发酵主反应，25-65℃下反应5-15天，经第三反应器后残留的混合物经筛网挤压分离，除去秸秆残留物，污泥和水的混合物用污泥回流泵回流到混合搅拌器与新鲜的秸秆原料混合再利用，第一反应器、第二反应器、第三反应器中产生的沼气进入储气柜储存；

所述的秸秆为麦秆、玉米秆、稻秆、棉秆、豆秆、花生壳、花生秧中的一种或2-3种的混合物。

2.根据权利要求1所述的秸秆三段式厌氧发酵制备沼气的方法，其特征在于，将秸秆和污泥风干，秸秆粉碎成≤5cm，污泥粉碎成粒径≤2cm，将玉米秆和污泥装入混合搅拌器，然后加入水制成混合物，混合物以重量计：风干的玉米秆和污泥占20%、水80%，其中风干的玉米秆和污泥的重量比为1︰1，将混合物装入第一反应器密封进行厌氧发酵预反应，45℃下反应4天，然后进入第二反应器密封进行第二次厌氧发酵主反应，45℃下反应10天，然后进入第三反应器密封进行第三次厌氧发酵主反应，45℃下反应10天，经第三反应器后残留的混合物经筛网挤压分离，除去秸秆残留物，污泥和水的混合物用污泥回流泵回流到混合搅拌器与新鲜的秸秆原料混合再利用，第一反应器、第二反应器、第三反应器中产生的沼气进入储气柜储存。

3.根据权利要求1所述的秸秆三段式厌氧发酵制备沼气的方法，其特征在于，将秸秆和污泥风干，秸秆粉碎成≤5cm，污泥粉碎成粒径≤2cm，将麦秆、豆秆和污泥装入混合搅拌器，然后加入水制成混合物，混合物以重量计：风干的麦秆、豆秆和污泥占12%、水88%，其中风干的麦秆、豆秆的重量和与污泥的重量比为1︰1.5，将混合物装入第一反应器密封进行厌氧发酵预反应，30℃下反应7天，然后进入第二反应器密封进行第二次厌氧发酵主反应，30℃下反应15天，然后进入第三反应器密封进行第三次厌氧发酵主反应，30℃下反应15天，经第三反应器后残留的混合物经筛网挤压分离，除去秸秆残留物，污泥和水的混合物用污泥回流泵回流到混合搅拌器与新鲜的秸秆原料混合再利用，第一反应器、第二反应器、第三反应器中产生的沼气进入储气柜储存。

4.根据权利要求1所述的秸秆三段式厌氧发酵制备沼气的方法，其特征在于，将秸秆和污泥风干，秸秆粉碎成≤5cm，污泥粉碎成粒径≤2cm，将稻秆、棉秆、花生壳和污泥装入混合搅拌器，然后加入水制成混合物，混合物以重量计：风干的稻秆、棉秆、花生壳和污泥占28%、水72%，其中风干的稻秆、棉秆、花生壳的重量和与污泥的重量比为1︰0.5，将混合物装入第一反应器密封进行厌氧发酵预反应，60℃下反应2天，然后进入第二反应器密封进行第二次厌氧发酵主反应，65℃下反应5天，然后进入第三反应器密封进行第三次厌氧发酵主反应，65℃下反应5天，经第三反应器后残留的混合物经筛网挤压分离，除去秸秆残留物，污泥和水的混合物用污泥回流泵回流到混合搅拌器与新鲜的秸秆原料混合再利用，第一反应器、第二反应器、第三反应器中产生的沼气进入储气柜储存。