本發(fā)明屬于秸稈厭氧發(fā)酵方法，具體涉及一種利用沼液回流和有機(jī)負(fù)荷的秸稈厭氧發(fā)酵方法。

背景技術(shù)：

農(nóng)作物秸稈一直是生物質(zhì)能源中非常有潛力的原料之一而厭氧發(fā)酵是在缺少無機(jī)電子受體的條件下，經(jīng)過水解發(fā)酵產(chǎn)酸產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段，最終產(chǎn)生二氧化碳和甲烷的過程，上述過程被認(rèn)為是秸稈資源化的最重要途徑，由于秸稈本身氮源缺乏，沼氣工程中常投加牲畜糞便等原料混合發(fā)酵來平衡碳氮比，產(chǎn)生的沼液氨氮等有機(jī)污染物濃度高，但由于沼液成分復(fù)雜，還田利用還受土地承載能力季節(jié)性變化等諸多因素影響，導(dǎo)致沼液不能被充分消納，需進(jìn)一步無害化處理，從而制約了秸稈沼氣工程的發(fā)展，尤其是不同回流比和負(fù)荷條件下秸稈產(chǎn)氣及發(fā)酵特性的研究更少，從而限制了該工藝在工程上的應(yīng)用，因此需要一種方案來解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種利用沼液回流和有機(jī)負(fù)荷的秸稈厭氧發(fā)酵方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下:利用沼液回流和有機(jī)負(fù)荷的秸稈厭氧發(fā)酵方法，按照如下步驟：

（1）混合：將原料75%與污泥25%混合攪拌，攪拌完成后倒入反應(yīng)器；

（2）厭氧消化：一共分為6個(gè)階段，每隔2個(gè)小時(shí)加入之前的原料；甲烷產(chǎn)率時(shí)衡量厭氧消化效率的重要指標(biāo)，各階段甲烷產(chǎn)率各有不同，第一階段的有機(jī)負(fù)荷為1.5g/（l.d），甲烷產(chǎn)率緩慢，反應(yīng)器內(nèi)微生物菌群對(duì)單秸稈原料的環(huán)境適應(yīng)性及甲烷菌較長(zhǎng)的時(shí)代周期都會(huì)影響到甲烷效率，從第二階段開始，反應(yīng)器進(jìn)入平穩(wěn)運(yùn)行。第五階段olr達(dá)到4g/（l.d）回流比減少為1:1，甲烷最高產(chǎn)率達(dá)到970ml/（l.d）該階段的平均甲烷產(chǎn)率為768ml/（l.d）。但當(dāng)olr再次增加后，甲烷產(chǎn)率下降至587ml/（l.d）。單位秸稈產(chǎn)甲烷量的變化受到回流比和olr的共同影響第二階段ts甲烷產(chǎn)量達(dá)到了194ml/g，但隨著olr逐漸提高到4g/（l.d）產(chǎn)甲烷量反而降到152ml/g。在同樣的olr條件下，當(dāng)減少沼液回流比為1:1時(shí)甲烷產(chǎn)量達(dá)到了最大的202ml/g負(fù)荷繼續(xù)提高，單位秸稈產(chǎn)甲烷量開始下降；

（3）過濾：在料液吸收到甲烷后，用紗網(wǎng)擠壓過濾，氣體經(jīng)過4mol/lnaoh溶液吸收得到甲烷的體積；

（4）分析留樣：取出過濾的沼渣，分析秸稈各組分的變化，沼液留樣，固渣樣品在干燥箱中以60度干燥12h至恒質(zhì)量，用于測(cè)定碳氮比及各組分比例固體總有機(jī)碳使用總有機(jī)碳分析儀測(cè)定，凱氏氮通過凱氏分析儀測(cè)定纖維素半纖維素和木質(zhì)素的比例根據(jù)范氏洗滌法原理測(cè)定，沼液經(jīng)過5000r/min離心15min后，用超純水稀釋10倍用于各指標(biāo)的測(cè)定氨氮質(zhì)量濃度使用納氏試劑測(cè)定樣品加入3mol/l磷酸離心后，使用島津plus型測(cè)定，纖維霉素和木聚糖酶活在分光光度計(jì)上利用dns法測(cè)定，溶解有機(jī)物質(zhì)量濃度用總有機(jī)碳分析儀測(cè)定然后稀釋樣品質(zhì)量濃度到10mg/l一下，使用三維熒光光譜儀測(cè)定三維熒光，參數(shù)設(shè)定為：激發(fā)波長(zhǎng)范圍200-500nm，發(fā)射波長(zhǎng)200-600nm，激發(fā)和發(fā)射狹縫寬度均為4nm，波長(zhǎng)掃描間隔均為10nm，為避免出現(xiàn)二級(jí)瑞利散射，在出光一側(cè)添加290nm的截止濾片；

（5）干燥：沼渣在通過干燥箱干燥后，進(jìn)行二氧化碳融氧，二次使用；

（6）回流：將過濾后的沼液按照回流比補(bǔ)充水分之后，返回反應(yīng)器內(nèi)。

所述原料選自瘤胃液、厭氧泥、玉米秸、草秸、稻秸、混合秸中的一種或多種。

所述攪拌速度為80r/min。

所述尼龍紗網(wǎng)為100目尼龍紗網(wǎng)。

所述干燥箱溫度為60度。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明以混合秸稈為單一原料，在半連續(xù)反應(yīng)器中，設(shè)置不同回流比和有機(jī)負(fù)荷，考察長(zhǎng)期消化過程中兩者對(duì)甲烷產(chǎn)率和液固相發(fā)酵特性的影響;并通過液相中可溶性有機(jī)物的變化，分析操作參數(shù)發(fā)揮作用的機(jī)制從而尋找最優(yōu)產(chǎn)甲烷及發(fā)酵條件，使得秸稈厭氧發(fā)酵的秸稈利用率最大化，時(shí)沼氣工程能更高效的運(yùn)行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的沼氣回流比與運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系圖。

圖2為本發(fā)明的沼氣回流比與有機(jī)負(fù)荷的關(guān)系圖。

圖3為本發(fā)明的揮發(fā)性脂肪酸的比例圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

如圖1至圖2所示，一種利用沼液回流和有機(jī)負(fù)荷的秸稈厭氧發(fā)酵方法，按照如下步驟進(jìn)行：

（1）混合：將原料75%與污泥25%混合攪拌，攪拌完成后倒入反應(yīng)器；

（2）厭氧消化：一共分為8個(gè)階段，每隔1個(gè)小時(shí)加入之前的原料；甲烷產(chǎn)率時(shí)衡量厭氧消化效率的重要指標(biāo)，各階段甲烷產(chǎn)率各有不同，第一階段的有機(jī)負(fù)荷為1.5g/（l.d），甲烷產(chǎn)率緩慢，反應(yīng)器內(nèi)微生物菌群對(duì)單秸稈原料的環(huán)境適應(yīng)性及甲烷菌較長(zhǎng)的時(shí)代周期都會(huì)影響到甲烷效率，從第二階段開始，反應(yīng)器進(jìn)入平穩(wěn)運(yùn)行。第五階段olr達(dá)到4g/（l.d）回流比減少為1:1，甲烷最高產(chǎn)率達(dá)到970ml/（l.d）該階段的平均甲烷產(chǎn)率為768ml/（l.d）。但當(dāng)olr再次增加后，甲烷產(chǎn)率下降至587ml/（l.d）。單位秸稈產(chǎn)甲烷量的變化受到回流比和olr的共同影響第二階段ts甲烷產(chǎn)量達(dá)到了194ml/g，但隨著olr逐漸提高到4g/（l.d）產(chǎn)甲烷量反而降到152ml/g。在同樣的olr條件下，當(dāng)減少沼液回流比為1:1時(shí)甲烷產(chǎn)量達(dá)到了最大的202ml/g負(fù)荷繼續(xù)提高，單位秸稈產(chǎn)甲烷量開始下降；

（3）過濾：在料液吸收到甲烷后，用紗網(wǎng)擠壓過濾；氣體經(jīng)過4mol/lnaoh溶液吸收得到甲烷的體積；

（4）分析留樣：取出過濾的沼渣，分析秸稈各組分的變化，沼液留樣；固渣樣品在干燥箱中以60度干燥12h至恒質(zhì)量，用于測(cè)定碳氮比及各組分比例固體總有機(jī)碳使用總有機(jī)碳分析儀測(cè)定，凱氏氮通過凱氏分析儀測(cè)定纖維素半纖維素和木質(zhì)素的比例根據(jù)范氏洗滌法原理測(cè)定，沼液經(jīng)過5000r/min離心15min后，用超純水稀釋10倍用于各指標(biāo)的測(cè)定氨氮質(zhì)量濃度使用納氏試劑測(cè)定樣品加入3mol/l磷酸離心后，使用島津plus型測(cè)定，纖維霉素和木聚糖酶活在分光光度計(jì)上利用dns法測(cè)定，溶解有機(jī)物質(zhì)量濃度用總有機(jī)碳分析儀測(cè)定然后稀釋樣品質(zhì)量濃度到10mg/l一下，使用三維熒光光譜儀測(cè)定三維熒光，參數(shù)設(shè)定為：激發(fā)波長(zhǎng)范圍200-500nm，發(fā)射波長(zhǎng)200-600nm，激發(fā)和發(fā)射狹縫寬度均為4nm，波長(zhǎng)掃描間隔均為10nm，為避免出現(xiàn)二級(jí)瑞利散射，在出光一側(cè)添加290nm的截止濾片；

（5）干燥：沼渣在通過干燥箱干燥后，進(jìn)行二氧化碳融氧，二次使用；

（6）回流：將過濾后的沼液按照回流比補(bǔ)充水分之后，返回反應(yīng)器內(nèi)。

所述攪拌速度為60r/min。

所述干燥箱溫度為80度

上述發(fā)酵方法的甲烷生產(chǎn)周期短，甲烷含量最接近正常標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)速度快，燃燒周期短，二氧化碳含量低。

實(shí)施例2

如圖3所示，一種利用沼液回流和有機(jī)負(fù)荷的秸稈厭氧發(fā)酵方法，按照如下步驟進(jìn)行：

（1）混合：將原料60%與污泥40%混合攪拌，攪拌完成后倒入反應(yīng)器；

（2）厭氧消化：一共分為6個(gè)階段，每隔1個(gè)小時(shí)加入之前的原料；甲烷產(chǎn)率時(shí)衡量厭氧消化效率的重要指標(biāo)，各階段甲烷產(chǎn)率各有不同，第一階段的有機(jī)負(fù)荷為1.5g/（l.d），甲烷產(chǎn)率緩慢，反應(yīng)器內(nèi)微生物菌群對(duì)單秸稈原料的環(huán)境適應(yīng)性及甲烷菌較長(zhǎng)的時(shí)代周期都會(huì)影響到甲烷效率，從第二階段開始，反應(yīng)器進(jìn)入平穩(wěn)運(yùn)行。第五階段olr達(dá)到4g/（l.d）回流比減少為1:1，甲烷最高產(chǎn)率達(dá)到970ml/（l.d）該階段的平均甲烷產(chǎn)率為768ml/（l.d）。但當(dāng)olr再次增加后，甲烷產(chǎn)率下降至587ml/（l.d）。單位秸稈產(chǎn)甲烷量的變化受到回流比和olr的共同影響第二階段ts甲烷產(chǎn)量達(dá)到了194ml/g，但隨著olr逐漸提高到4g/（l.d）產(chǎn)甲烷量反而降到152ml/g。在同樣的olr條件下，當(dāng)減少沼液回流比為1:1時(shí)甲烷產(chǎn)量達(dá)到了最大的202ml/g負(fù)荷繼續(xù)提高，單位秸稈產(chǎn)甲烷量開始下降；

（3）過濾：在料液吸收到甲烷后，用紗網(wǎng)擠壓過濾；

（4）分析留樣：取出過濾的沼渣，分析秸稈各組分的變化，沼液留樣；

（5）干燥：沼渣在通過干燥箱干燥后，進(jìn)行二氧化碳融氧，二次使用；

（6）回流：將過濾后的沼液按照回流比補(bǔ)充水分之后，返回反應(yīng)器內(nèi)。

有機(jī)負(fù)荷濃度的變化與回流比制衡，過高的有機(jī)負(fù)荷質(zhì)量濃度不僅反應(yīng)產(chǎn)酸的產(chǎn)甲烷的失衡，而且還會(huì)抑制厭氧消化的過程。

實(shí)施例3

一種利用沼液回流和有機(jī)負(fù)荷的秸稈厭氧發(fā)酵方法，按照如下步驟進(jìn)行：

（1）混合：將原料65%與污泥35%混合攪拌，攪拌完成后倒入反應(yīng)器；

（2）厭氧消化：一共分為6個(gè)階段，每隔1個(gè)小時(shí)加入之前的原料；

（3）過濾：在料液吸收到甲烷后，用紗網(wǎng)擠壓過濾；

（4）分析留樣：取出過濾的沼渣，分析秸稈各組分的變化，沼液留樣；

（5）干燥：沼渣在通過干燥箱干燥后，進(jìn)行二氧化碳融氧，二次使用；

（6）回流：將過濾后的沼液按照回流比補(bǔ)充水分之后，返回反應(yīng)器內(nèi)。

所述攪拌速度為70r/min。

所述干燥箱溫度為60度

上述發(fā)酵方法的甲烷生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)速度快，燃燒周期短，二氧化碳含量低。

實(shí)施例4

一種利用沼液回流和有機(jī)負(fù)荷的秸稈厭氧發(fā)酵方法，按照如下步驟進(jìn)行：

（1）混合：將原料85%與污泥15%混合攪拌，攪拌完成后倒入反應(yīng)器；

（2）厭氧消化：一共分為4個(gè)階段，每隔1個(gè)小時(shí)加入之前的原料；

（3）過濾：在料液吸收到甲烷后，用紗網(wǎng)擠壓過濾；

（4）分析留樣：取出過濾的沼渣，分析秸稈各組分的變化，沼液留樣；

（5）干燥：沼渣在通過干燥箱干燥后，進(jìn)行二氧化碳融氧，二次使用；

（6）回流：將過濾后的沼液按照回流比補(bǔ)充水分之后，返回反應(yīng)器內(nèi)。

所述攪拌速度為100r/min。

所述干燥箱溫度為60度

上述發(fā)酵方法的甲烷生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)速度慢，燃燒周期長(zhǎng)，二氧化碳含量高，甲烷占比較多。