申请日2005.09.19
公开(公告)日2008.03.26
IPC分类号C02F11/04; B09B3/00
摘要
一种用厨余物、秸秆、畜禽粪便和活性污泥为原料的沼气生产方法，涉及沼气生产关键技术和高固形物沼气发酵反应器技术。本发明给出了沼气生产关键技术和高固形物反应器的技术特征：发酵过程中严格的厌氧环境、足够和优良的接种物、必要的发酵温度、适宜的酸碱度、适宜的发酵浓度和碳氢比;发酵菌在发酵物中的繁殖速度保障;有毒有害微生物菌的杀灭;运行稳定的高固形物反应器。
权利要求书
1.一种利用厨余物、秸秆、畜禽粪便和活性污泥为发酵原料的沼气生产方法， 其特征是采用两个平行的高固形物沼气反应器，以城市生活污水处理厂厌氧消化污 泥作为种泥，在反应器中将原料厨余物、秸秆、畜禽粪便、活性污泥和种泥混合， 厨余物、秸秆、畜禽粪便和活性污泥的质量配比为1∶1∶1∶1，种泥用量为原料 量的25%，北方地区采取中温33-37℃厌氧发酵，南方地区采取中高温33-55℃厌 氧发酵，pH值维持在7.0，湿度控制在90%-100%，每天检测有机酸、CH4和CO2含 量，当产生的沼气中CH4含量稳定为50%-70%，CO2含量为30%-50%时，反应器 达正常运行状态;
正常运行时，厨余物、秸秆、畜禽粪便和活性污泥的质量配比是1∶1∶1∶1， 各原料有上下各30%的波动，原料含水率要求：厨余物的含水率为80%-90%;存 储的浸过水的水稻秸秆含水率为80%-85%;畜禽粪便的含水率为80%-90%;污水 处理厂的活性污泥含水率75%-80%，物料在反应器中的停留时间为40-45天;
每2天进料一次，以厨余物、秸秆、畜禽粪便和污水处理厂活性污泥为原料， 按配比混合均匀，每次进料量占反应器中总料量的2.5%，通过进料装置口输到高固 形物沼气反应器中;
反应物料在高固形物沼气反应器中通过反应器中的自动搅拌装置达到局部混 合均匀，每2天出料一次，出渣量为高固形物沼气反应器中总料量的2.5%。
2.根据权利要求1所述的沼气生产方法，其特征是高固形物沼气反应器容积 为2-400m3。
3.根据权利要求1所述的沼气生产方法，其特征是原料的产气强度为 0.2-0.4m3沼气/m3反应器·天。
4.根据权利要求1所述的沼气生产方法，其特征是在反应器刚开始启动，或 产气率减小或酸积累pH下降反应条件不好时，需向反应器中添加专性菌剂——含 产酸菌和产甲烷菌的复合菌剂，投加量为进料量的1%-10%，所述复合菌剂为江苏 博大环保股份有限公司研究开发的“倍加清”专性菌剂。
5.根据权利要求1所述的沼气生产方法，其特征是发酵不受干扰物质塑料、 木块或沙石的影响，无需花费人力和设备将其在发酵前检出。
说明书
一种用厨余物、秸秆、畜禽粪便和活性污泥为原料的沼气生产方法
技术领域
利用厨余物、秸秆、畜禽粪便和活性污泥等有机废弃物为发酵原料的沼气生产 方法，涉及沼气生产关键技术和高固形物沼气发酵反应器技术。
背景技术
如何安全、经济、稳定的生产沼气一直是世界性的一个难题。秸秆被认为是重 要的沼气发酵原料。为解决秸秆发酵的技术问题，国家安排了一系列应用基础和应 用技术的研究课题，主要解决的目标是：秸秆能否产气，能生产多少沼气，秸秆与 粪便如何配合使用，如何进行预处理，秸秆出料方法和出料机具的研究等等。我国 北方开发的“四位一体”高效种养结合发展模式，即太阳能温室，沼气池，猪圈， 厕所和南方开发的猪圈，沼气池，果园“三位一体”模式，都曾被认为是适合我国 国情的有效模式。
但是，传统的沼气发酵的湿法技术占地面积大，产生大量的二次垃圾和废水， 废水处理投资成本和运行成本高;另外，由于要提高垃圾厌氧发酵的周期率就必须 保证厌氧发酵菌的生存温度环境而使得发酵耗能高、处理干物质的成本高等一系列 缺点，限制了其适应的范围和地域。
目前，在国内外都有对干法沼气的发酵研究。在欧洲和美洲固体有机废物的干 法厌氧消化在实际的应用中都得到了较好的发展。在厌氧消化工艺方面，根据反应 的级数可分为一相处理和两相处理。一相处理的工艺简单，能够有效处理总固体含 量20%～40%的有机固体废物。由于底物的高粘性，在反应器中底物一般通过平推 流的方式移动。现在已经有多种有效的能够大规模应用的工艺，如比利时的Dranco 工艺，瑞士的Kompogas工艺，法国的Valorga工艺。在国内，也有开发出一种干式 二相高温和中温的厌氧发酵技术-解粹技术，用于沼气的高固形物发酵。
在沼气的规模化应用方面，我国河南南洋酒精厂多年前建立了利用酒糟废水生 产沼气的系统，采用多个大型的厌氧反应罐生产沼气，沼气并入了城市天然气管网， 取得了较好的应用效果和积累了城市化沼气应用经验。利用秸秆和厨余物为原料， 规模化高固形物生产沼气用于小城镇居民的能源供应，国内还没有完整和系统的研 究，针对秸秆和厨余物等有机物质的沼气能源发展，还有许多方面需要研究和开发。
发明内容
本发明的目的是提出一种利用厨余物、秸秆、畜禽粪便和活性污泥等有机废弃 物为发酵原料的沼气生产技术，本发明以江南的小城镇为模式，用南方水稻秸秆和 小城镇有代表性的固体有机垃圾为主要的沼气生产原料，提供城镇化沼气生产要素 和规模化生产过程，建立城镇化沼气示范工程，克服传统的湿法沼气发酵技术存在 的问题。
本发明主要目标是：
(1)严格的厌氧环境、足够和优良的接种物、必要的发酵温度、适宜的酸碱度、 适宜的发酵浓度和碳氢比;
(2)发酵菌在发酵物中的繁殖速度保障;
(3)有毒有害微生物菌的杀灭;
(4)运行稳定的高固形物沼气反应器。
本发明的技术方案：
采用两个平行的高固形物沼气反应器，以城市生活污水处理厂厌氧消化污泥作 为种泥，在反应器中将原料厨余物、秸秆、畜禽粪便、活性污泥和种泥混合，厨余 物、秸秆、畜禽粪便和活性污泥的质量配比为1∶1∶1∶1，种泥用量为原料量的25 %，北方地区采取中温33-37℃厌氧发酵，南方地区采取中高温33-55℃厌氧发酵， pH值维持在7.0，湿度控制在90%-100%，每天检测有机酸、CH4和CO2含量，当产生 的沼气中CH4含量稳定为50%-70%，CO2含量为30%-50%时，反应器达正常运行状 态。
本发明的有益效果：
(1)可以直接处理农作物秸秆和城市垃圾等固体可发酵有机物，较传统湿法节 省了预处理成本50%以上;
(2)发酵不受干扰物质如塑料、木块、沙石等的影响，无需花费人力和设备将 其在发酵前检出;
(3)沼气质量高(含硫量低于湿法沼气，在50-300ppm，可不经洗气直接供沼 气发动机使用)，发酵物出气率高(25%-35%);
(4)进料出料可使用通用的装载机等工程机械，设备效率高，通用性强;
(5)耗水量比起湿法降低80%以上，几乎没有污水排放;
(6)发酵剩余物无湿法发酵的沼液，不用脱水处理，发酵剩余物经简单的过筛 和短时间的堆肥即可用作园林肥料或农作物肥料，因而存储和后处理费用低，价值 高。
(7)高固形物沼气发酵工艺的初期投资、运营成本和环境成本都远低于湿法技 术(降低30%-40%以上)。
本发明对实现沼气生产的低投资、低运行成本、高稳定性和清洁生产具有重要 的学术意义和实践价值。比起湿法沼气发酵技术，高固形物沼气发酵技术提高了沼 气的生产规模，降低了基础设施建设投入;可大量消耗农作物秸秆、城市厨余垃圾 这些在湿法中难于利用的原料，而且发酵过程所需热量减少50%以上。每吨农作物 秸秆或城市厨余垃圾在40天左右的发酵期中约可生产出150立方米左右含甲烷 60%以上的沼气，并可产大量的高质量绿肥。
城镇化是我国社会经济发展的趋势，城镇及其周围农业生产地区每年产生大量 的生活和农业废弃物，如厨余物、秸秆、粪便和有机污泥等。将这些废弃物集中发 酵产沼气，沼气用于城镇居民日常生活，减少对不可再生的煤或天然气的需求;沼 渣成为高效的绿色农肥，还田后有利于农作物的生长;农作物秸秆再用于沼气的生 产，形成一个良性循环，帮助解决了秸秆和城镇居民有机生活垃圾的处置问题。同 时得到了能源——沼气，得到了高效农肥，是一个符合生态的过程。
具体实施方式
(1)设计二个平行的高固形物沼气反应器(2-400m2)，以城市生活污水处理 厂厌氧消化污泥作为种泥，在反应器中将原料厨余物、秸秆、畜禽粪便、活性污泥 和种泥混合，厨余物、秸秆、畜禽粪便和活性污泥的质量配比为1∶1∶1∶1，种 泥用量为原料量的25%，北方地区采取中温33-37℃厌氧发酵，南方地区采取中高 温33-55℃厌氧发酵，pH值维持在7.0，湿度控制在90%-100%，每天检测有机质中 的有机酸、CH4和CO2含量，当产生的沼气中CH4含量稳定为50%-70%，CO2含量 为30%-50%时，反应器达正常运行状态。
正常运行时，厨余物、秸秆、畜禽粪便和活性污泥的质量配比是1∶1∶1∶1， 各原料可以有上下各30%的波动，原料含水率要求：厨余物的含水率为80%-90%; 存储的浸过水的水稻秸秆含水率为80%-85%;畜禽粪便的含水率为80%-90%;污 水处理厂的活性污泥含水率75%-80%，物料在反应器中的停留时间为40-45天。
每2天进料一次，以厨余物、秸秆、畜禽粪便和污水处理厂活性污泥为原料， 按配比混合均匀，每次进料量占反应器中总料量的2.5%，通过进料装置口输到高固 形物沼气反应器中。
反应物料在高固形物沼气反应器中通过反应器中的自动搅拌装置达到局部混 合均匀，每2天出料一次，出渣量为高固形物沼气反应器中总料量的2.5%。
(2)原料的产气强度为0.2-0.4m3(沼气)/m3(反应器)·天。
(3)杂质对反应的影响：发酵不受干扰物质如塑料、木块、沙石等的影响， 无需花费人力和设备将其在发酵前检出。
(4)在反应器刚开始启动或反应条件不好时(如产气率减小，酸积累导致pH 下降)，需向反应器中添加专性菌剂——一种含产甲烷菌和产酸菌等的复合菌剂，投 加量为进料量的1%-10%。所述复合菌剂为江苏博大环保股份有限公司研究开发的 “倍加清”专性菌剂。