本發(fā)明屬于有機(jī)固體廢棄物厭氧發(fā)酵制沼氣領(lǐng)域，具體是一種以固體生物質(zhì)廢棄物為原料利用固態(tài)發(fā)酵和沼液外循環(huán)脫碳聯(lián)合制沼氣的方法。

背景技術(shù)：

由于世界范圍內(nèi)能源短缺以及化石能源燃燒所產(chǎn)生的環(huán)境污染，通過(guò)厭氧發(fā)酵技術(shù)作為一種重要可再生能源途徑越來(lái)越受到重視。根據(jù)厭氧發(fā)酵體系的總固體濃度，可將厭氧發(fā)酵分為濕式厭氧發(fā)酵和干式厭氧發(fā)酵(固態(tài)發(fā)酵)。一般來(lái)說(shuō)濕法發(fā)酵TS濃度通常低于10％，干式發(fā)酵TS濃度一般為15％～35％。相對(duì)來(lái)說(shuō)，固態(tài)發(fā)酵具有耗水量少，投資成本低，容積產(chǎn)氣率高的特點(diǎn)，因此也越來(lái)越受到關(guān)注。

沼氣是一種氣體混合物約含有60％的甲烷，40％二氧化碳及其微量的硫化氫、氨氣等。一般來(lái)說(shuō)，沼氣的熱值約為22000–25000kJ·m^-3。沼氣中能作為能源利用的成分主要是甲烷，因此提高沼氣中甲烷的濃度，可以提高沼氣的熱值。另外，沼氣經(jīng)過(guò)提純之后，可以作為車(chē)用燃?xì)?、居民?hù)用燃?xì)獾龋梢赃M(jìn)一步提高沼氣的利用價(jià)值。通過(guò)提高沼氣中甲烷的含量可以減少沼氣提純過(guò)程中的成本。

綜上所述，有機(jī)廢棄物的固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的研究對(duì)提高現(xiàn)有厭氧發(fā)酵體系的發(fā)酵效率具有重要意義，提高沼氣中甲烷的含量可以提高沼氣的熱值，降低沼氣提純的成本，對(duì)于沼氣的綜合利用具有重要的意義。本發(fā)明通過(guò)固態(tài)發(fā)酵技術(shù)提高厭氧發(fā)酵效率并通過(guò)對(duì)沼液進(jìn)行外循環(huán)曝氣脫碳，明顯提高了沼氣中甲烷的含量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種采用固態(tài)發(fā)酵和沼液外循環(huán)脫碳聯(lián)合制沼氣的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用技術(shù)方案為：

一種采用固態(tài)發(fā)酵和外循環(huán)脫碳聯(lián)合制沼氣與沼液的方法：以固體生物質(zhì)廢棄物為原料，利用固態(tài)發(fā)酵和沼液外循環(huán)脫碳聯(lián)合制沼氣。

將固體生物質(zhì)廢棄物固態(tài)發(fā)酵和沼液外循環(huán)脫碳聯(lián)合，固態(tài)發(fā)酵中的固體濃度在15-20％，發(fā)酵后進(jìn)行固液分離，分離出的沼液經(jīng)外循環(huán)脫碳，從而提高沼氣中甲烷濃度。

所述外循環(huán)脫碳為固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)沼液經(jīng)過(guò)滲濾裝置進(jìn)行固液分離，分離后的沼液通過(guò)外部管道引入曝氣脫碳裝置進(jìn)行曝氣脫碳，進(jìn)過(guò)曝氣脫碳后的沼液再次循環(huán)進(jìn)入固態(tài)發(fā)酵系統(tǒng)。

所述固體生物質(zhì)廢棄物為農(nóng)業(yè)秸稈，能源草類(lèi)和/或餐廚垃圾。

所述固態(tài)發(fā)酵和沼液外循環(huán)脫碳聯(lián)合裝置包括固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)罐1、分離裝置2、噴淋裝置3、曝氣脫碳裝置4、沼液回流裝置5和流量可控鼓風(fēng)機(jī)6；噴淋裝置3和分離裝置2分別設(shè)于固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)罐1的頂部和底部，噴淋裝置3通過(guò)沼液回流管道7與沼液回流裝置5的一端相連，其另一端通過(guò)沼液回流管道7與曝氣脫碳裝置4的一端相連，曝氣脫碳裝置4的另一端通過(guò)設(shè)置的沼液回流管道7與分離裝置2連通，流量可控鼓風(fēng)機(jī)6通過(guò)沼液回流管道7連接于曝氣脫碳裝置4底部。

所述分離裝置2為沼液滲濾裝置或者固液分離裝置。

固體生物質(zhì)廢棄物進(jìn)入到固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)罐內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵過(guò)程中沼液通過(guò)分離裝置濾出，通過(guò)管道進(jìn)入曝氣裝置，曝氣裝置由鼓風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)，對(duì)曝氣裝置內(nèi)沼液進(jìn)行曝氣脫碳，曝氣裝置內(nèi)經(jīng)過(guò)曝氣脫碳的沼液由沼液回流裝置回流到固態(tài)發(fā)酵罐體，固態(tài)發(fā)酵罐上方，回流管道末端裝有噴淋裝置，使沼液均勻分散到罐體。

本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的組合方法，首先通過(guò)固態(tài)發(fā)酵技術(shù)提高厭氧發(fā)酵體系的效率，利用沼氣中的二氧化碳與甲烷在水中的溶解度的差異，再通過(guò)外循環(huán)吹脫溶解在沼液中的二氧化碳，進(jìn)而通過(guò)固態(tài)發(fā)酵與沼液外循環(huán)脫碳提高厭氧發(fā)酵效率并提高沼氣中甲烷濃度。

本發(fā)明方法應(yīng)用于固體生物質(zhì)固態(tài)發(fā)酵制沼氣領(lǐng)域，發(fā)酵罐內(nèi)濃度可達(dá)15％以上，沼液與固體生物質(zhì)通過(guò)滲濾或分離裝置進(jìn)行分離，分離后的沼液進(jìn)入到曝氣裝置進(jìn)行曝氣脫碳，從而脫除沼液中溶解的CO₂，進(jìn)而提高發(fā)酵系統(tǒng)所產(chǎn)沼氣中甲烷的濃度，降低后期沼氣提純凈化的成本。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)曝氣脫除沼液中CO₂，能夠明顯提高沼氣中甲烷濃度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明采用固態(tài)發(fā)酵和沼液外循環(huán)脫碳聯(lián)合制沼氣的示意圖(其中，1、固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)罐；2、沼液滲濾或者固液分離裝置；3、沼液噴淋裝置；4、曝氣脫碳裝置；5、沼液回流裝置；6、流量可控鼓風(fēng)機(jī)；7、沼液回流管道)

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提的秸稈固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中甲烷含量變化示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提的秸稈固態(tài)發(fā)酵累計(jì)甲烷產(chǎn)量示意圖。

具體實(shí)施方式

下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述。

實(shí)施例1

圖1所示，固態(tài)發(fā)酵和沼液外循環(huán)脫碳聯(lián)合裝置包括固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)罐1、分離裝置2、噴淋裝置3、曝氣脫碳裝置4、沼液回流裝置5和流量可控鼓風(fēng)機(jī)6；噴淋裝置3和分離裝置2分別設(shè)于固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)罐1的頂部和底部，噴淋裝置3通過(guò)沼液回流管道7與沼液回流裝置5的一端相連，其另一端通過(guò)沼液回流管道7與曝氣脫碳裝置4的一端相連，曝氣脫碳裝置4的另一端通過(guò)設(shè)置的沼液回流管道7與分離裝置2連通，流量可控鼓風(fēng)機(jī)6通過(guò)沼液回流管道7連接于曝氣脫碳裝置4底部。

所述分離裝置2為沼液滲濾裝置或者固液分離裝置。

方法：

固體生物質(zhì)廢棄物進(jìn)入到固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)罐內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵過(guò)程中沼液通過(guò)分離裝置濾出，通過(guò)管道進(jìn)入曝氣裝置，曝氣裝置由鼓風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)，對(duì)曝氣裝置內(nèi)沼液進(jìn)行曝氣脫碳，曝氣裝置內(nèi)經(jīng)過(guò)曝氣脫碳的沼液由沼液回流裝置回流到固態(tài)發(fā)酵罐體，固態(tài)發(fā)酵罐上方，回流管道末端裝有噴淋裝置，使沼液均勻分散到罐體。

實(shí)施例2

使用玉米秸稈作為沼氣發(fā)酵原料，首先對(duì)玉米秸稈進(jìn)行破碎至其粒徑小于30mm，隨后將粉碎后玉米秸稈置于固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)罐內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵溫度為55℃，發(fā)酵時(shí)間30天，控制沼氣發(fā)酵的固體濃度在20％左右；發(fā)酵過(guò)程中沼液通過(guò)分離裝置濾出，通過(guò)管道進(jìn)入曝氣裝置，曝氣裝置由鼓風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)，對(duì)曝氣裝置內(nèi)沼液進(jìn)行曝氣脫碳，曝氣強(qiáng)度為1L/min，曝氣裝置進(jìn)行水浴保持溫度在55℃。經(jīng)過(guò)曝氣脫碳的沼液由沼液回流裝置回流到固態(tài)發(fā)酵罐體，回流管道末端裝有噴淋裝置，使沼液均勻分散到罐體。

同時(shí)，設(shè)置對(duì)照組，對(duì)照組為使用玉米秸稈作為沼氣發(fā)酵原料，首先對(duì)玉米秸稈進(jìn)行破碎至其粒徑小于30mm，隨后將粉碎后玉米秸稈置于固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)罐內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵溫度為55℃，發(fā)酵時(shí)間30天。

對(duì)上述兩種方式獲得的玉米秸稈厭氧發(fā)酵沼氣進(jìn)行產(chǎn)量以及沼氣中甲烷含量測(cè)定，參見(jiàn)圖2和3。由圖可見(jiàn)經(jīng)過(guò)沼液外循環(huán)脫碳，沼氣中甲烷含量明顯上升。