專利名稱：周期刺激秸稈和城市垃圾進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵沼氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于利用生物質(zhì)進(jìn)行沼氣發(fā)酵領(lǐng)域，特別涉及到周期刺激秸稈和城市垃圾進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵沼氣的方法。
背景技術(shù)：
目前沼氣發(fā)酵多是以沼氣濕發(fā)酵為主，農(nóng)作物秸稈在傳統(tǒng)的沼氣濕發(fā)酵中的分解利用很低，而將未被利用的秸稈轉(zhuǎn)化為肥料或飼料處理工藝繁瑣，成本高。
沼氣濕發(fā)酵是一種需要大量自由水的沼氣發(fā)酵工藝，現(xiàn)有的沼氣系統(tǒng)中，沼氣濕發(fā)酵工藝應(yīng)用得十分廣泛，但缺點(diǎn)是含有大量的水分，在清理發(fā)酵剩余物質(zhì)時(shí)不得不進(jìn)行較為復(fù)雜的人為勞動(dòng)，同樣，在添加物料時(shí)也存在這一方面的問題，體積大，物料處理量小。更為重要的是在還田、利用殘余物生產(chǎn)真菌等方面更為不方便，必須將物料在進(jìn)行處理后再應(yīng)用到飼料、肥料及生產(chǎn)應(yīng)用上。
目前我國城市生活垃圾年產(chǎn)量達(dá)1億多噸，且每年以8％-10％的速度增長，其中50％以上成分是有機(jī)物，主要是采用衛(wèi)生填埋法處理(自然發(fā)酵)，其存在著(1)產(chǎn)生的滲濾液和填埋氣體對(duì)環(huán)境造成巨大威脅；(2)處理周期長，生產(chǎn)成本高。
沼氣固態(tài)發(fā)酵充分利用了固體垃圾和秸稈干的這一大特點(diǎn)，使得未發(fā)酵完的底物能方便作為肥料和飼料等用；同時(shí)在還田及其體積、添加量上、運(yùn)輸上都具有沼氣濕發(fā)酵不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。從這些方面來看，沼氣固態(tài)發(fā)酵應(yīng)用前景廣闊。但目前迫切強(qiáng)化需要固態(tài)發(fā)酵沼氣技術(shù)工程化研究，提高固態(tài)發(fā)酵沼氣技術(shù)水平和實(shí)用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是從固體原料預(yù)處理和周期刺激固態(tài)發(fā)酵沼氣兩個(gè)方面著手研究，提出一種周期刺激汽爆秸稈和城市垃圾進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵沼氣的方法。一是應(yīng)用固態(tài)發(fā)酵沼氣解決濕發(fā)酵殘?jiān)灰滋幚淼膯栴}，二是通過固體原料預(yù)處理和外界周期刺激提高固態(tài)發(fā)酵沼氣原料利用率和產(chǎn)氣率低。
本發(fā)明的技術(shù)方案為首先將風(fēng)干秸稈或篩選的有機(jī)垃圾經(jīng)過汽爆處理后放入固態(tài)發(fā)酵罐體中；然后將汽爆物料與沼氣迅速混合，密封于發(fā)酵罐體中進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵；通入發(fā)酵的沼氣排凈罐體中的空氣，采用外界周期壓力變化以強(qiáng)化固態(tài)發(fā)酵的速率；迅速排氣收集沼氣。
所述的汽爆處理是指先將秸稈粗切至20-30mm長，再裝入汽爆罐，于1.3-1.7Mpa維壓10min，或篩選的有機(jī)垃圾在1.0-1.3Mpa下維壓5-10min，瞬間減壓釋放即得汽爆物料。
所述的汽爆物料與沼氣迅速混合是指在汽爆物料中，添加占汽爆物料重量8-10wt％的沼氣污泥和0.1-0.8wt％的碳酸銨作為固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基，添加水，使固態(tài)發(fā)酵發(fā)酵培養(yǎng)基的含水量為30-60wt％。
所述的固態(tài)發(fā)酵是在50℃下發(fā)酵5-15天。
所述的秸稈是指麥草、稻草或玉米稈等植物原料。
所述的篩選的有機(jī)垃圾是指城市分檢后的生活垃圾。
所述的采用外界周期壓力是指在50℃恒溫培養(yǎng)下，隨著沼氣的產(chǎn)生，逐步升壓，每12-24小時(shí)一個(gè)周期用外源沼氣使發(fā)酵罐體中的壓力達(dá)到0.1-0.2Mpa，維壓5-10min后迅速排氣。
所述的迅速排氣收集是指由連接在固態(tài)發(fā)酵罐上的電磁閥控制快速瀉壓，通過排氣法收集沼氣。
本發(fā)明要求盡量作到充壓時(shí)間較長，曲線上升平緩。瀉壓時(shí)間要求盡可能短，一般在幾秒之內(nèi)完成，使固體培養(yǎng)基顆粒之間的氣體發(fā)生突然膨脹而使料層發(fā)生松動(dòng)。固態(tài)發(fā)酵罐的壓力周期變化，對(duì)固體培養(yǎng)基是靜態(tài)，但對(duì)氣相是動(dòng)態(tài)的，這樣它的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為(1)很容易使固態(tài)發(fā)酵罐內(nèi)氣相的分子擴(kuò)散變?yōu)閺?qiáng)制對(duì)流擴(kuò)散，以達(dá)到固態(tài)發(fā)酵罐中的溫度、濕度的均勻。(2)在瀉壓操作中，因突然快速排氣，顆粒間的氣相因減壓膨脹，對(duì)固體顆粒起松動(dòng)作用。這對(duì)微生物生長特有利。(3)壓力周期波動(dòng)對(duì)微生物代謝具有的刺激作用。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有(1)由于所用秸稈經(jīng)過汽爆處理，破壞了天然結(jié)構(gòu)，利于微生物的降解，提高了秸稈利用率。(2)固體垃圾經(jīng)汽爆處理后，可有效地消毒，便于操作利用。(3)固態(tài)發(fā)酵罐內(nèi)氣相周期波動(dòng)使固態(tài)發(fā)酵物料溫度、濕度均勻性提高，省去了攪拌裝置。(4)固態(tài)發(fā)酵沼氣，在提高沼氣收率的同時(shí)，也便于發(fā)酵渣的利用。
具體實(shí)施例方式
權(quán)利要求
1.一種周期刺激秸稈和城市垃圾進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵沼氣的方法，其特征是該方法是將風(fēng)干秸稈或篩選的有機(jī)垃圾經(jīng)過汽爆處理后放入固態(tài)發(fā)酵罐體中；然后將汽爆物料與沼氣迅速混合，密封于發(fā)酵罐體中進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵；通入發(fā)酵的沼氣排凈罐體中的空氣，采用外界周期壓力變化以強(qiáng)化固態(tài)發(fā)酵的速率；迅速排氣收集沼氣。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的汽爆處理是指先將秸稈粗切荃20-30mm長，再裝入汽爆罐，于1.3-1.7Mpa維壓10min，或篩選的有機(jī)垃圾在1.0-1.3Mpa下維壓5-10min，瞬間減壓釋放即得汽爆物料。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的汽爆物料與沼氣迅速混合是指在汽爆物料中，添加占汽爆物料重量8-10wt％的沼氣污泥和0.1-0.8wt％的碳酸銨作為固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基，添加水，使固態(tài)發(fā)酵發(fā)酵培養(yǎng)基的含水量為30-60wt％。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的固態(tài)發(fā)酵是在50℃下發(fā)酵5-15天。
5.如權(quán)利要求1、2或3任意一項(xiàng)所述的方法，其特征是所述的秸稈是指麥草、稻草或玉米稈。
6.如權(quán)利要求1或2任意一項(xiàng)所述的方法，其特征是所述的篩選的有機(jī)垃圾是指城市分檢后的生活垃圾。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的采用外界周期壓力是指在50℃恒溫培養(yǎng)下，隨著沼氣的產(chǎn)生，逐步升壓，每12-24小時(shí)一個(gè)周期用外源沼氣使發(fā)酵罐體中的壓力達(dá)到0.1-0.2Mpa，維壓5-10min后迅速排氣。
8.如權(quán)利要求1或7任意一項(xiàng)所述的方法，其特征是所述的迅速排氣收集是指由連接在固態(tài)發(fā)酵罐上的電磁閥控制快速瀉壓，通過排氣法收集沼氣。
全文摘要
本發(fā)明屬于利用生物質(zhì)進(jìn)行沼氣發(fā)酵領(lǐng)域，特別涉及到周期刺激秸稈和城市垃圾進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵沼氣的方法。該方法是將風(fēng)干秸稈或篩選的有機(jī)垃圾經(jīng)過汽爆處理后放入固態(tài)發(fā)酵罐體中；然后將汽爆物料與沼氣迅速混合，密封于發(fā)酵罐體中進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵；通入發(fā)酵的沼氣排凈罐體中的空氣，采用外界周期壓力變化以強(qiáng)化固態(tài)發(fā)酵的速率；迅速排氣收集沼氣。本發(fā)明由于是用汽爆物料，而且固態(tài)發(fā)酵罐內(nèi)氣相周期波動(dòng)，使固態(tài)發(fā)酵物料溫度、濕度均勻性提高，所以，在提高沼氣收率的同時(shí)，也便于發(fā)酵渣的利用。
文檔編號(hào)B09B3/00GK1403396SQ0113097
公開日2003年3月19日 申請(qǐng)日期2001年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月28日
發(fā)明者陳洪章, 李佐虎 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院過程工程研究所