本發(fā)明屬于沼氣制備方法的技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種仿生厭氧發(fā)酵制取沼氣的工藝。
背景技術(shù)：
我國(guó)是世界上可再生能源原料產(chǎn)出量最多的國(guó)家，每年農(nóng)業(yè)固體廢棄物產(chǎn)量大約40多億噸，其中，畜禽糞便30億噸，農(nóng)作物秸稈7億多噸；農(nóng)作物秸稈中，稻秸、玉米秸、麥秸占總量的77%以上。目前，我國(guó)秸稈的利用率很低，除了直接還田、用作燃料以及不足20%用作飼料外，大量剩余秸稈被隨意遺棄田間或直接焚燒，這會(huì)引發(fā)很多不良后果，如資源浪費(fèi)、地力損傷、環(huán)境污染、火災(zāi)、交通事故、呼吸道疾病及破壞周圍的生態(tài)環(huán)境等。厭氧消化技術(shù)是一種非常成熟的有機(jī)垃圾處理技術(shù)，通過(guò)利用厭氧消化技術(shù)不僅可將作物秸稈轉(zhuǎn)化為高效、清潔、高品位的新型能源——生物氣，同時(shí)亦可產(chǎn)生沼渣和沼液；該技術(shù)的應(yīng)用可緩解我國(guó)常規(guī)能源緊張的狀況，還可解決農(nóng)作物秸稈的出路問(wèn)題，以及減少環(huán)境污染的現(xiàn)象。
以秸稈為原料通過(guò)厭氧消化技術(shù)生產(chǎn)沼氣，首先需要將生物質(zhì)結(jié)構(gòu)中的高分子聚合物水解成小分子的有機(jī)物。由于較難降解的木質(zhì)素包裹著纖維素和半纖維素，另外，纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)對(duì)生物降解也有一定的抑制作用，所以水解過(guò)程一直是木質(zhì)纖維素生物質(zhì)生產(chǎn)沼氣的限速步驟。木質(zhì)素對(duì)纖維素和半纖維素降解的抑制主要表現(xiàn)在：秸稈細(xì)胞壁中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素3種聚合物結(jié)合在一起形成“木質(zhì)素與碳水化合物聯(lián)合體（lcc）”，且木質(zhì)素覆蓋在纖維素的表面，形成強(qiáng)有力的物理屏障，降低了纖維素的可利用面積，進(jìn)而阻礙了微生物和酶接近易被生物降解的纖維素。纖維素結(jié)晶結(jié)構(gòu)對(duì)木質(zhì)纖維素生物質(zhì)降解的抑制作用主要表現(xiàn)在：纖維素分子呈聚集狀態(tài)，纖維素極難溶解，并且反應(yīng)性能較差，這是由于纖維素結(jié)晶區(qū)內(nèi)鏈分子的全部羥基和非結(jié)晶區(qū)內(nèi)鏈分子的部分羥基基會(huì)形成很多氫鍵；纖維素結(jié)晶區(qū)葡萄糖分子的全部羥基與分子內(nèi)部或分子外部的氧結(jié)合形成結(jié)晶構(gòu)造，降低了酶與纖維素的有效接觸面積，從而抑制了木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的厭氧消化。以上兩個(gè)方面導(dǎo)致秸稈水解緩慢，水解程度低，進(jìn)而影響后續(xù)的酸化和產(chǎn)甲烷過(guò)程，表現(xiàn)為厭氧消化時(shí)間長(zhǎng)、消化率低、產(chǎn)氣量少、投入產(chǎn)出效益差等制約性問(wèn)題。
目前，為提高秸稈厭氧消化生產(chǎn)沼氣的效率，研究者們?cè)噲D通過(guò)預(yù)處理提高秸稈的厭氧生物可降解性，旨在改善木質(zhì)纖維素的組成和結(jié)構(gòu)，促進(jìn)水解作用的進(jìn)行；其中包括物理方法（分解、福射、熱解等）、化學(xué)方法（堿處理、酸處理、氧化劑處理）和生物方法（真菌、放線菌或它們的酶處理）等，但是這些預(yù)處理方式由于存在效率低、成本高、污染嚴(yán)重的問(wèn)題而很難在秸稈沼氣工程中得到推廣。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種仿生厭氧發(fā)酵制取沼氣的工藝，解決了現(xiàn)有技術(shù)中秸稈厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣的方法存在消化時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)氣效率低和成本高的問(wèn)題。
本發(fā)明的一種仿生厭氧發(fā)酵制取沼氣的工藝，其主要是通過(guò)以下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的：包括以下步驟：1）原料預(yù)處理，取原料，進(jìn)行粉碎；2）原料調(diào)配，取步驟1）所得原料，添加水，攪拌，得料液，料液的含固率為5-8%，料液的溫度為34-40℃；3）水解酸化，取步驟2）所得料液，添加沼液，并間歇曝氣，曝氣頻率為4-8min/2h，曝氣強(qiáng)度為9-12mlo2/(g·vs)，于34-40℃下，水解酸化，得混合物料，將部分混合物料進(jìn)行固液分離，得水解液；4）厭氧發(fā)酵，取步驟3）所得水解液，在34-40℃下，厭氧發(fā)酵，得沼氣和沼液；5）連續(xù)生產(chǎn)，收集步驟4）所得沼氣，將步驟4）所得沼液和步驟3）剩余的混合物料用于步驟3）中下一批次料液的水解酸化，如此循環(huán)。
本發(fā)明基于反芻動(dòng)物的瘤胃高效消化系統(tǒng)機(jī)制，設(shè)計(jì)水解酸化和厭氧發(fā)酵兩個(gè)步驟分離的仿生厭氧發(fā)酵工藝，在水解酸化后進(jìn)行固液分離模擬瘤胃的酸抑制解除，通過(guò)沼液回用模擬反芻唾液分泌過(guò)程；水解酸化步驟進(jìn)行曝氣以實(shí)現(xiàn)其微氧環(huán)境，反應(yīng)溫度與瘤胃內(nèi)溫度相符合；這種模仿反芻動(dòng)物瘤胃消化機(jī)理來(lái)提高纖維素含量較高類物料的厭氧發(fā)酵效率，可以縮短水力停留時(shí)間，顯著提高了秸稈水解酸化和厭氧發(fā)酵的效率，提高產(chǎn)氣量，降低工程投資成本，增加了沼氣工程的經(jīng)濟(jì)效益。曝氣強(qiáng)度以每克（g）干物質(zhì)（vs）曝氣的氧當(dāng)量（mlo2）計(jì)算，例如直接用空氣曝氣，空氣中含氧21%，實(shí)際曝氣量為所需氧氣的量除以21%。
作為一種優(yōu)選的實(shí)施方案，所述步驟3）中，沼液的添加量與步驟4）中所取的水解液的體積相等。經(jīng)過(guò)厭氧發(fā)酵后的沼液，揮發(fā)性脂肪酸（vfa）含量相對(duì)較低，經(jīng)回流噴淋用于物料的水解酸化過(guò)程，模仿了反芻動(dòng)物唾液的分泌；一方面，緩解了水解酸化過(guò)程中的過(guò)酸環(huán)境，調(diào)節(jié)了水解酸化過(guò)程的ph值，另一方面，大大減少了后續(xù)沼液的排放，節(jié)約了沼液處理成本。
作為一種優(yōu)選的實(shí)施方案，所述步驟3）中，進(jìn)行固液分離的混合物料的體積不超過(guò)步驟3）混合物料總體積的10%。水解酸化后的水解液只取一小部分進(jìn)行厭氧發(fā)酵，剩余的水解液繼續(xù)用于下一批原料的水解酸化；對(duì)水解酸化后的混合物料進(jìn)行固液分離，模仿了反芻動(dòng)物瘤胃酸解除機(jī)制，減少酸積累對(duì)纖維素類物質(zhì)水解酸化效率的影響；少量的富含揮發(fā)性脂肪酸（vfa）的水解液進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷，可以充分保持體系的穩(wěn)定性。
作為一種優(yōu)選的實(shí)施方案，所述步驟5）中，下一批次料液進(jìn)行水解酸化之前，在混合物料中分離出與下一批次料液體積相同的上層物料。在混合物料中分離出相同體積的上層物料，促進(jìn)其它料液的充分水解酸化。所述步驟3）中，水解酸化時(shí)的ph值為5.20-6.20。這種ph值環(huán)境與反芻動(dòng)物瘤胃內(nèi)的ph值環(huán)境吻合，使厭氧發(fā)酵過(guò)程維持在6.90-7.20之間的中性條件下，這兩步操作分別處于產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌最佳的ph值范圍，減少了酸積累對(duì)纖維素類物質(zhì)水解酸化效率的影響。
作為一種優(yōu)選的實(shí)施方案，所述步驟3）中，水解酸化的時(shí)間為18-22天，所述步驟4）中，厭氧發(fā)酵的時(shí)間為1-3天。通過(guò)控制厭氧發(fā)酵時(shí)間，可以更好的控制產(chǎn)甲烷氣的質(zhì)量，避免過(guò)多的沼液的產(chǎn)生，提高水解液的利用率，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。
作為一種優(yōu)選的實(shí)施方案，所述步驟3）中，分離出來(lái)的上層物料用于生產(chǎn)生物有機(jī)肥。水解酸化后產(chǎn)生的混合物料中的上層物料含有大量的水分和固相物，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，將其生產(chǎn)生物有機(jī)肥不僅可以提高其利用價(jià)值，提高經(jīng)濟(jì)效益，而且，所得生物有機(jī)肥肥力好，利用價(jià)值高。
作為一種優(yōu)選的實(shí)施方案，所述步驟1）中，原料為秸稈，采用機(jī)械粉碎方式進(jìn)行粉碎，粉碎后的粒徑小于2cm。采用機(jī)械粉碎的方式進(jìn)行粉碎使粉碎更加容易，方便處理，粉碎后的秸稈更容易進(jìn)行水解和酸化，提高水解和酸化效果。
作為一種優(yōu)選的實(shí)施方案，所述步驟2）的原料調(diào)配在調(diào)配池內(nèi)進(jìn)行，所述調(diào)配池連接有換熱器。通過(guò)調(diào)配池專門用于粉碎后原料的調(diào)配，從而提高生產(chǎn)效率。
作為一種優(yōu)選的實(shí)施方案，所述步驟3）的水解酸化在水解酸化罐內(nèi)進(jìn)行，所述水解酸化罐通過(guò)輸送泵與所述調(diào)配池連接，所述水解酸化罐的內(nèi)部設(shè)有固液分離器，所述水解酸化罐的頂部設(shè)有用于噴灑沼液的噴淋裝置，所述水解酸化罐還連接有曝氣裝置，所述水解酸化罐也連接有換熱器。調(diào)配池定期實(shí)現(xiàn)對(duì)水解酸化罐進(jìn)行原料供應(yīng)，原料在水解酸化罐內(nèi)經(jīng)過(guò)充分的水解酸化，然后，通過(guò)固液分離器分離出一部分水解液，這部分水解液用于厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷；剩余的水解液和沼液一起用于下一批料液的水解酸化，水解酸化罐的設(shè)置使水解酸化步驟操作容易，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的連續(xù)性。
作為一種優(yōu)選的實(shí)施方案，所述步驟4）的厭氧發(fā)酵在厭氧發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行，所述厭氧發(fā)酵罐通過(guò)輸送管道與所述水解酸化罐的底部連接，所述厭氧發(fā)酵罐的頂部通過(guò)沼液管道與所述水解酸化罐的噴淋裝置連接，所述厭氧發(fā)酵罐的頂部還連接有用于收集沼氣的儲(chǔ)氣裝置，所述厭氧發(fā)酵罐也連接有換熱器。通過(guò)厭氧發(fā)酵罐的設(shè)置，方便了水解液厭氧發(fā)酵的完成；厭氧發(fā)酵罐與水解酸化罐有機(jī)連接，使沼液回用方便，水解液分離簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化操作。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明將原料調(diào)配、水解酸化與厭氧發(fā)酵步驟分開(kāi)，原料先調(diào)配成料液后再進(jìn)行水解酸化，在水解酸化后進(jìn)行固液分離模擬瘤胃的酸抑制解除，通過(guò)沼液回用模擬反芻唾液分泌過(guò)程；水解酸化后的水解液僅部分用于厭氧發(fā)酵，剩余的水解液與厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼液一起用于下一批次料液的水解酸化，整個(gè)工藝是一個(gè)聯(lián)動(dòng)的過(guò)程，水解酸化步驟進(jìn)行曝氣以實(shí)現(xiàn)其微氧環(huán)境，反應(yīng)溫度與瘤胃內(nèi)溫度相符合，充分模擬了反芻動(dòng)物瘤胃消化機(jī)制，顯著提高了秸稈水解酸化和厭氧發(fā)酵的效率，縮短了水力停留時(shí)間，降低了工程投資成本，增加了沼氣工程的經(jīng)濟(jì)效益。
附圖說(shuō)明
為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的平面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中：1-粉碎機(jī)；2-調(diào)配池；3-水解酸化罐；4-厭氧發(fā)酵罐；5-噴淋裝置；6-曝氣裝置；7-固液分離器；8-換熱器；9-儲(chǔ)氣裝置；10-輸送泵；11-有機(jī)肥生產(chǎn)車間。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明的具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
參閱附圖1，本發(fā)明的一種仿生厭氧發(fā)酵制取沼氣的工藝所用的設(shè)備有粉碎機(jī)1、調(diào)配池2、水解酸化罐3、厭氧發(fā)酵罐4；經(jīng)過(guò)粉碎機(jī)1粉碎后的原料可以經(jīng)過(guò)送料裝置輸送至調(diào)配池2，原料在調(diào)配池2內(nèi)進(jìn)行調(diào)配，調(diào)配池2連接有換熱器8；調(diào)配合適的料液經(jīng)過(guò)輸送泵10輸送至水解酸化罐3，料液在水解酸化罐3內(nèi)進(jìn)行水解酸化，水解酸化罐3通過(guò)輸送泵10與調(diào)配池2連接，料液從水解酸化罐3的底部進(jìn)入水解酸化罐3的內(nèi)部，水解酸化罐3的內(nèi)部設(shè)有固液分離器7，固液分離器7將水解液分離出來(lái)，水解酸化罐3的上部設(shè)有用于排出上層物料的溢流口，水解酸化罐3的頂部設(shè)有用于噴灑沼液的噴淋裝置5，水解酸化罐3還連接有曝氣裝置6，水解酸化罐3也連接有換熱器8；水解酸化罐3水解酸化后的混合物料，一部分經(jīng)過(guò)內(nèi)部的固液分離器7分離出水解液；分離后的水解液直接進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵罐4，水解液在厭氧發(fā)酵罐4內(nèi)進(jìn)行厭氧發(fā)酵，厭氧發(fā)酵罐4通過(guò)輸送管道與水解酸化罐3的底部連接，厭氧發(fā)酵罐4的頂部通過(guò)沼液管道與水解酸化罐3的噴淋裝置5連接，厭氧發(fā)酵罐4的頂部還連接有用于收集沼氣的儲(chǔ)氣裝置9，厭氧發(fā)酵罐4也連接有換熱器8；輸送泵10下次給水解酸化罐3進(jìn)料時(shí)使水解酸化罐3內(nèi)相同數(shù)量的上層物料從溢流口排出，進(jìn)料后的料液繼續(xù)在水解酸化罐3內(nèi)進(jìn)行水解酸化，分離水解液，厭氧發(fā)酵，如此循環(huán)；從溢流口排出的上層物料輸送至有機(jī)肥生產(chǎn)車間11，進(jìn)行生物有機(jī)肥的生產(chǎn)。
本發(fā)明的一種仿生厭氧發(fā)酵制取沼氣的工藝，包括以下步驟：1）原料預(yù)處理，取原料，在粉碎機(jī)1內(nèi)進(jìn)行粉碎；2）原料調(diào)配，取步驟1）所得原料放入調(diào)配池2內(nèi)，添加水，攪拌，得料液，料液的含固率為5-8%，通過(guò)換熱器8使料液的溫度為34-40℃；3）水解酸化，將步驟2）所得料液通過(guò)輸送泵10輸送至水解酸化罐3內(nèi)，通過(guò)水解酸化罐3頂部的噴淋裝置5添加沼液，并采用曝氣裝置6進(jìn)行間歇曝氣，曝氣頻率為4-8min/2h，曝氣強(qiáng)度為9-12mlo2/(g·vs)，通過(guò)與水解酸化罐3連接的換熱器8調(diào)節(jié)水解酸化的溫度為34-40℃，進(jìn)行水解酸化，得混合物料，將部分混合物料，通過(guò)固液分離器7進(jìn)行分離，得水解液；4）厭氧發(fā)酵，步驟3）所得水解液直接輸送至厭氧發(fā)酵罐4，通過(guò)與厭氧發(fā)酵罐4連接的換熱器8控制厭氧發(fā)酵的溫度為34-40℃，進(jìn)行厭氧發(fā)酵，得沼氣和沼液；5）連續(xù)生產(chǎn)，利用儲(chǔ)氣裝置9收集步驟4）所得沼氣，將步驟4）所得沼液通過(guò)噴淋裝置5返回至水解酸化罐3，重新進(jìn)行原料預(yù)處理、原料調(diào)配，并將調(diào)配好的料液再次輸送至水解酸化罐3，利用噴淋裝置5回流的由上一批次步驟4）得到的沼液和上一批次步驟3）剩余的混合物料一起用于步驟3）中本批次料液的水解酸化，水解酸化完畢之后，按照步驟4）的方法繼續(xù)進(jìn)行厭氧發(fā)酵；如此循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
優(yōu)選地，所述步驟3）中，沼液的添加量與步驟4）中所取的水解液的體積相等。
進(jìn)一步地，所述步驟4）中，所述步驟3）中，進(jìn)行固液分離的混合物料的體積不超過(guò)步驟3）所得混合物料總體積的10%。
具體地，所述步驟5）中，下一批次料液進(jìn)行水解酸化之前，在混合物料中分離出與下一批次料液體積相同的上層物料。
更優(yōu)選地，所述步驟3）中，水解酸化的時(shí)間為18-22天，所述步驟4）中，厭氧發(fā)酵的時(shí)間為1-3天。
更進(jìn)一步地，所述步驟3）中，分離出來(lái)的上層物料用于生產(chǎn)生物有機(jī)肥。
更具體地，所述步驟1）中，原料為秸稈，采用機(jī)械粉碎方式進(jìn)行粉碎，粉碎后的粒徑小于2cm。
實(shí)施例一
本發(fā)明的一種仿生厭氧發(fā)酵制取沼氣的工藝，包括以下步驟：
1）原料預(yù)處理，取玉米秸稈，進(jìn)行粉碎；
2）原料調(diào)配，取上述粉碎后所得玉米秸稈，添加水，攪拌，得料液，使料液的含固率為5%，料液的溫度為34℃；
3）水解酸化，取上述料液，添加沼液，并間歇曝氣，曝氣頻率為4min/2h，曝氣強(qiáng)度為9mlo2/(g·vs)，于34℃下，水解酸化，得混合物料，每天將部分混合物料進(jìn)行固液分離，得水解液；
4）厭氧發(fā)酵，取上述水解液，發(fā)酵溫度為34℃，厭氧發(fā)酵2天，得沼氣和沼液；
5）連續(xù)生產(chǎn)，收集上述沼氣，將上述所得沼液和上述剩余的混合物料用于步驟3）中下一批次料液的水解酸化，如此循環(huán)；
6）整批原料水解酸化過(guò)程分20次進(jìn)料，每次進(jìn)料累積水解酸化時(shí)間為20天，水解酸化得到的水解液每天進(jìn)入?yún)捬豕捱M(jìn)行厭氧發(fā)酵，20天后水解酸化完成，厭氧發(fā)酵過(guò)程連續(xù)運(yùn)行22天，結(jié)束該沼氣制取過(guò)程。
實(shí)施例二
本發(fā)明的一種仿生厭氧發(fā)酵制取沼氣的工藝，包括以下步驟：
1）原料預(yù)處理，取水稻秸稈，采用機(jī)械粉碎的方式進(jìn)行粉碎，粉碎后的粒徑小于2cm；
2）原料調(diào)配，取上述粉碎后所得水稻秸稈，添加水，攪拌，得料液，使料液的含固率為7%，料液的溫度為38℃；
3）水解酸化，取上述所得料液，添加沼液，并間歇曝氣，曝氣頻率6min/2h，曝氣強(qiáng)度10mlo2/(g·vs)，于38℃下，水解酸化，得混合物料，每0.5天將混合物料總體積的10%的混合物料進(jìn)行固液分離，得水解液；
4）厭氧發(fā)酵，取上述水解液，調(diào)節(jié)發(fā)酵溫度為38℃，厭氧發(fā)酵1天，得沼氣和沼液；
5）連續(xù)生產(chǎn)，收集沼氣，沼液在水解酸化步驟回用，沼液的回流量與上述排出的水解液的體積相等，以供下一批次料液的水解酸化，如此反復(fù)，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)式仿生厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷氣體；
6）整批原料水解酸化過(guò)程分36次進(jìn)料，每次進(jìn)料累積水解酸化時(shí)間為18天，水解酸化得到的水解液每0.5天進(jìn)入?yún)捬豕捱M(jìn)行厭氧發(fā)酵，18天后水解酸化完成，厭氧發(fā)酵過(guò)程連續(xù)運(yùn)行19天，結(jié)束該沼氣制取過(guò)程。
實(shí)施例三
本發(fā)明的一種仿生厭氧發(fā)酵制取沼氣的工藝，包括以下步驟：
1）原料預(yù)處理，取小麥秸稈，采用機(jī)械粉碎的方式進(jìn)行粉碎，粉碎后的粒徑為1cm；
2）原料調(diào)配，取上述粉碎后所得小麥秸稈，添加水，得料液，使料液的含固率為8%，料液的溫度為40℃；
3）水解酸化，取上述所得料液，添加沼液，并間歇曝氣，曝氣頻率8min/2h，曝氣強(qiáng)度12mlo2/(g·vs)，于40℃下，水解酸化，得混合物料，每1.5天將混合物料總體積的5%的混合物料進(jìn)行固液分離，得水解液；
4）厭氧發(fā)酵，取上述水解液，調(diào)節(jié)發(fā)酵溫度為40℃，厭氧發(fā)酵3天，得沼氣和沼液；
5）連續(xù)生產(chǎn)，收集沼氣，沼液在水解酸化步驟回用，沼液的回流量與上述排出的水解液的體積相等，以供下一批次料液的水解酸化，下一批次料液進(jìn)行水解酸化之前，在混合物料中分離出與下一批次料液體積相同的上層物料，如此反復(fù)，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)式仿生厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷氣體；
6）整批原料水解酸化過(guò)程分13次進(jìn)料，每次進(jìn)料累積水解酸化時(shí)間為22天，水解酸化得到的水解液每1.5天進(jìn)入?yún)捬豕捱M(jìn)行厭氧發(fā)酵，22天后水解酸化完成，厭氧發(fā)酵過(guò)程連續(xù)運(yùn)行25天，結(jié)束該沼氣制取過(guò)程。
實(shí)施例四
本發(fā)明的一種仿生厭氧發(fā)酵制取沼氣的工藝，包括以下步驟：
1）原料預(yù)處理，取玉米秸稈，在粉碎機(jī)1內(nèi)進(jìn)行粉碎；
2）原料調(diào)配，取步驟1）所得秸稈放入調(diào)配池2內(nèi)，添加水，攪拌，得料液，料液的含固率為5%，通過(guò)換熱器8使料液的溫度為34℃；
3）水解酸化，將步驟2）所得料液通過(guò)輸送泵10輸送至水解酸化罐3內(nèi)，通過(guò)水解酸化罐3頂部的噴淋裝置5添加沼液，并采用曝氣裝置6進(jìn)行間歇曝氣，曝氣頻率為4min/2h，曝氣強(qiáng)度為12mlo2/(g·vs)，通過(guò)與水解酸化罐3連接的換熱器8調(diào)節(jié)水解酸化的溫度為34℃，進(jìn)行水解酸化，得混合物料，每天將混合物料總體積的10%的混合物料，通過(guò)水解酸化罐3內(nèi)部的固液分離器7分離出液體，得水解液；
4）厭氧發(fā)酵，將步驟3）所得水解液直接輸送至厭氧發(fā)酵罐4，通過(guò)與厭氧發(fā)酵罐4連接的換熱器8控制厭氧發(fā)酵的溫度為34℃，進(jìn)行厭氧發(fā)酵，厭氧發(fā)酵1天，得沼氣和沼液；
5）連續(xù)生產(chǎn)，利用儲(chǔ)氣裝置9收集步驟4）所得沼氣，將步驟4）所得沼液通過(guò)噴淋裝置5返回至水解酸化罐3，重新進(jìn)行原料預(yù)處理、原料調(diào)配，并將調(diào)配好的料液再次輸送至水解酸化罐3，利用噴淋裝置5回流的由上一批次步驟4）得到的沼液和上一批次步驟3）剩余的混合物料一起用于步驟3）中本批次料液的水解酸化；水解酸化罐3的頂部設(shè)有溢流口，本批次的料液加入到水解酸化罐3時(shí)水解酸化罐3內(nèi)的混合物料中會(huì)有相同體積的上層物料從水解酸化罐3頂部的溢流口排出；水解酸化完畢之后，按照步驟4）的方法繼續(xù)進(jìn)行厭氧發(fā)酵，從溢流口排出的物料用于生產(chǎn)生物有機(jī)肥；如此循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)；
6）整批原料水解酸化過(guò)程分20次進(jìn)料，每次進(jìn)料累積水解酸化時(shí)間為18天，水解酸化得到的水解液每天進(jìn)入?yún)捬豕捱M(jìn)行厭氧發(fā)酵，18天后水解酸化完成，厭氧發(fā)酵過(guò)程連續(xù)運(yùn)行19天，結(jié)束該沼氣制取過(guò)程。
實(shí)施例五
本發(fā)明的一種仿生厭氧發(fā)酵制取沼氣的工藝，包括以下步驟：
1）原料預(yù)處理，取玉米秸稈，在粉碎機(jī)1內(nèi)進(jìn)行粉碎，粉碎后的粒徑小于1cm；
2）原料調(diào)配，取步驟1）所得玉米秸稈放入調(diào)配池2內(nèi)，添加水，攪拌，得料液，料液的含固率為8%，通過(guò)換熱器8使料液的溫度為39℃；
3）水解酸化，將步驟2）所得料液通過(guò)輸送泵10輸送至水解酸化罐3內(nèi)，通過(guò)水解酸化罐3頂部的噴淋裝置5添加沼液，并采用曝氣裝置6進(jìn)行間歇曝氣，曝氣頻率為5min/2h，曝氣強(qiáng)度為10.26mlo2/(g·vs)，通過(guò)與水解酸化罐3連接的換熱器8調(diào)節(jié)水解酸化的溫度為39℃，進(jìn)行水解酸化，得混合物料，每天將混合物料總體積的8%的混合物料，通過(guò)水解酸化罐3內(nèi)部的固液分離器7分離出液體，得水解液；
4）厭氧發(fā)酵，將步驟3）所得水解液直接輸送至厭氧發(fā)酵罐4，通過(guò)與厭氧發(fā)酵罐4連接的換熱器8控制厭氧發(fā)酵的溫度為39℃，進(jìn)行厭氧發(fā)酵，厭氧發(fā)酵3天，得沼氣和沼液；
5）連續(xù)生產(chǎn)，利用儲(chǔ)氣裝置9收集步驟4）所得沼氣，將步驟4）所得沼液通過(guò)噴淋裝置5返回至水解酸化罐3，重新進(jìn)行原料預(yù)處理、原料調(diào)配，并將調(diào)配好的料液再次輸送至水解酸化罐3，利用噴淋裝置5回流的由上一批次步驟4）得到的沼液和上一批次步驟3）剩余的混合物料一起用于步驟3）中本批次料液的水解酸化；水解酸化罐3的頂部設(shè)有溢流口，本批次的料液加入到水解酸化罐3時(shí)，水解酸化罐3內(nèi)的混合物料中會(huì)有相同體積的上層物料從水解酸化罐3頂部的溢流口排出；水解酸化完畢之后，按照步驟4）的方法繼續(xù)進(jìn)行厭氧發(fā)酵，從溢流口排出的物料用于生產(chǎn)生物有機(jī)肥；如此循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)；
6）整批原料水解酸化過(guò)程分20次進(jìn)料，每次進(jìn)料累積水解酸化時(shí)間為22天，水解酸化得到的水解液每天進(jìn)入?yún)捬豕捱M(jìn)行厭氧發(fā)酵，22天后水解酸化完成，厭氧發(fā)酵過(guò)程連續(xù)運(yùn)行25天，結(jié)束該沼氣制取過(guò)程。
對(duì)相同量的原料分別按照本發(fā)明實(shí)施例一至實(shí)施例五的五種仿生厭氧發(fā)酵工藝制取沼氣，測(cè)定整個(gè)過(guò)程的總產(chǎn)氣量和單位原料產(chǎn)氣量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示；對(duì)相同數(shù)量的相同原料，采用現(xiàn)有的傳統(tǒng)厭氧發(fā)酵工藝（cstr）也分別按照與實(shí)施例一至實(shí)施例五相同的粉碎方式、粉碎粒徑、固含率、水解酸化溫度和水解酸化時(shí)間、厭氧發(fā)酵溫度和厭氧發(fā)酵時(shí)間制取甲烷氣體，至少連續(xù)運(yùn)行相同的時(shí)間，測(cè)定五個(gè)對(duì)比例的總產(chǎn)氣量和單位原料產(chǎn)氣量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也列入表1中。
表1不同參數(shù)下性能指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果
由表1可以看出，與對(duì)比例相比，相同條件下，本發(fā)明的仿生厭氧發(fā)酵工藝對(duì)原料的水解率更高，原料水解酸化后的揮發(fā)性脂肪酸含量更多，從而更加有利于后續(xù)厭氧發(fā)酵；因此，本發(fā)明的方法制備的沼氣的總產(chǎn)氣量和單位原料產(chǎn)氣量均明顯高于相同條件下的傳統(tǒng)厭氧發(fā)酵工藝的沼氣的總產(chǎn)氣量和單位原料產(chǎn)氣量。
將本發(fā)明的仿生厭氧發(fā)酵工藝與現(xiàn)有的傳統(tǒng)厭氧發(fā)酵工藝（cstr）進(jìn)行現(xiàn)有的傳統(tǒng)厭氧發(fā)酵工藝（cstr）對(duì)比分析，以年處理1萬(wàn)噸秸稈項(xiàng)目為例，分析結(jié)果如表2和表3所示。
表2投資成本分析結(jié)果
表3增加效益分析結(jié)果
由表2和表3可以看出，與現(xiàn)有的厭氧發(fā)酵工藝相比，相同處理?xiàng)l件下，本發(fā)明的仿生厭氧發(fā)酵工藝的水力停留時(shí)間為20天，罐體個(gè)數(shù)少，罐體的有效空間利用率高，可以大大減小罐體的體積，可以節(jié)約投資64.5萬(wàn)元；原料產(chǎn)氣率提高不低于10％，沼氣日增產(chǎn)815.15m3，年增產(chǎn)297529.75元，年增收59.51萬(wàn)元，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益；系統(tǒng)更加穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)度酸化而導(dǎo)致的系統(tǒng)崩潰現(xiàn)象。
因此，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明將原料調(diào)配、水解酸化與厭氧發(fā)酵步驟分開(kāi)，原料先調(diào)配成料液后再進(jìn)行水解酸化，在水解酸化后進(jìn)行固液分離模擬瘤胃的酸抑制解除，通過(guò)沼液回用模擬反芻唾液分泌過(guò)程；水解酸化后的水解液僅部分用于厭氧發(fā)酵，剩余的水解液與厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼液一起用于下一批次料液的水解酸化，整個(gè)工藝是一個(gè)聯(lián)動(dòng)的過(guò)程，水解酸化步驟進(jìn)行曝氣以實(shí)現(xiàn)其微氧環(huán)境，反應(yīng)溫度與瘤胃內(nèi)溫度相符合，充分模擬了反芻動(dòng)物瘤胃消化機(jī)制，顯著提高了秸稈水解酸化和厭氧發(fā)酵的效率，縮短了水力停留時(shí)間，降低了工程投資成本，增加了沼氣工程的經(jīng)濟(jì)效益。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。