本發(fā)明涉及沼氣發(fā)酵，具體為一種厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣各階段生物強(qiáng)化工藝。

背景技術(shù)：

1、隨著化石燃料資源的日益減少、環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重以及應(yīng)對(duì)氣候變化需要的低碳發(fā)展，可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用變得尤為重要。生物天然氣作為一種低碳、清潔、可再生能源，因其可持續(xù)性和環(huán)境友好性而受到廣泛關(guān)注。生物天然氣項(xiàng)目通過(guò)技術(shù)手段，將有機(jī)廢棄物等生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為高效清潔的能量形式，最終實(shí)現(xiàn)低碳、能源、環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、鄉(xiāng)村振興、生態(tài)等多重經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2、生物天然氣項(xiàng)目是以畜禽養(yǎng)殖糞污、農(nóng)作物秸稈、農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物、餐廚及廚余垃圾、河湖水草及污泥、園林綠化垃圾以及能源作物等有機(jī)廢棄物為原料，通過(guò)厭氧發(fā)酵技術(shù)，將有機(jī)廢棄物中的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳，進(jìn)一步提純甲烷，得到具有低碳清潔的可再生生物天然氣，并副產(chǎn)有機(jī)肥。

3、而生物天然氣的有機(jī)廢棄物的厭氧消化需要經(jīng)歷多個(gè)階段，包括水解階段、酸化階段、產(chǎn)乙酸階段、產(chǎn)甲烷階段等，雖然也有如公開(kāi)專利cn105861306a固液兩階段厭氧發(fā)酵裝置及方法，通過(guò)分別設(shè)置固體產(chǎn)酸發(fā)酵反應(yīng)器、液體產(chǎn)甲烷反應(yīng)器進(jìn)行簡(jiǎn)單固液兩階段處理，但缺少對(duì)不同階段菌群的進(jìn)一步針對(duì)性優(yōu)化，且目前的此類項(xiàng)目更多的是將多個(gè)階段融合至同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，由于不同階段的反應(yīng)時(shí)間、菌群等的要求差別較大，從而導(dǎo)致厭氧消化的進(jìn)程難于控制，普遍存在發(fā)酵不完全、產(chǎn)氣效率低，進(jìn)而導(dǎo)致工程項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益差，難于實(shí)現(xiàn)完全商業(yè)化運(yùn)行。鑒于此，針對(duì)上述問(wèn)題，深入研究，遂有本案產(chǎn)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣各階段生物強(qiáng)化工藝，以解決上述背景技術(shù)中提出缺少針對(duì)不同階段的反應(yīng)和菌群等要求控制，存在發(fā)酵不完全、產(chǎn)氣效率低，進(jìn)而導(dǎo)致工程項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益差的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣各階段生物強(qiáng)化工藝，包括厭氧發(fā)酵各個(gè)階段的優(yōu)勢(shì)菌群培養(yǎng)單元、營(yíng)養(yǎng)液儲(chǔ)存單元和各個(gè)階段的菌群活性在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述優(yōu)勢(shì)菌群培養(yǎng)單元包括第一菌群培養(yǎng)罐、第二菌群培養(yǎng)罐、第三菌群培養(yǎng)罐和第四菌群培養(yǎng)罐，所述營(yíng)養(yǎng)液儲(chǔ)存單元包括ph調(diào)節(jié)劑單元、第一營(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧⒌诙I(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧?、第三營(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧⒌谒臓I(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧偷谖鍫I(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧?，根?jù)發(fā)酵原料的不同自主培養(yǎng)針對(duì)性的優(yōu)勢(shì)菌群，并通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)準(zhǔn)確判斷其各階段菌群活性，進(jìn)而自動(dòng)加入自主培養(yǎng)的相應(yīng)階段菌群，實(shí)現(xiàn)低成本條件下加速反應(yīng)進(jìn)程并提高產(chǎn)氣量和甲烷濃度；

3、工藝流程具體實(shí)現(xiàn)方式包括：

4、將有機(jī)廢棄物或沼渣/沼液加入到第一菌群培養(yǎng)罐，根據(jù)沼氣工程項(xiàng)目本身的特性，將溫度控制在指定的溫度范圍，加入ph調(diào)節(jié)劑單元調(diào)節(jié)ph值在6-8之間，通過(guò)監(jiān)測(cè)溫度、壓力、c:n:p、電導(dǎo)率、溶解氧、濁度、ph、甲烷濃度、沼氣流量等參數(shù)，準(zhǔn)確判斷出第一營(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧⒌诙I(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧?、第三營(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧?、第四營(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧偷谖鍫I(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧杓尤霠I(yíng)養(yǎng)液的量，優(yōu)化有機(jī)廢物中原有的水解菌群的繁殖；

5、當(dāng)?shù)谝痪号囵B(yǎng)罐中水解菌達(dá)到指定濃度后，80％將被送至沼氣項(xiàng)目的第一階段用于加速水解進(jìn)程或進(jìn)入第二菌群培養(yǎng)罐，20％將作為母液按照上述步驟用于再培養(yǎng)水解菌群。

6、第二菌群培養(yǎng)罐，通過(guò)第一營(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧?、第二營(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧⒌谌隣I(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧?、第四營(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧偷谖鍫I(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧峁┎煌瑺I(yíng)養(yǎng)液的配比，優(yōu)化有機(jī)廢物中酸化菌群的繁殖；

7、當(dāng)?shù)诙号囵B(yǎng)罐中酸化菌群達(dá)到指定濃度后，80％將被送至沼氣項(xiàng)目的第二階段用于加速酸化進(jìn)程或進(jìn)入第三菌群培養(yǎng)罐，20％將作為母液按照上述步驟用于再培養(yǎng)酸化菌群。

8、第三菌群培養(yǎng)罐，通過(guò)第一營(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧?、第二營(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧⒌谌隣I(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧?、第四營(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧偷谖鍫I(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧峁┎煌瑺I(yíng)養(yǎng)液的配比，優(yōu)化有機(jī)廢物中產(chǎn)乙酸菌群的繁殖；

9、當(dāng)?shù)谌号囵B(yǎng)罐中酸化菌群達(dá)到指定濃度后，80％將被送至沼氣項(xiàng)目的第三階段用于加速產(chǎn)乙酸進(jìn)程或進(jìn)入第四菌群培養(yǎng)罐，20％將作為母液按照上述步驟用于再培養(yǎng)產(chǎn)乙酸菌群。

10、第四菌群培養(yǎng)罐，通過(guò)第一營(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧?、第二營(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧⒌谌隣I(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧?、第四營(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧偷谖鍫I(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)卧峁┎煌瑺I(yíng)養(yǎng)液的配比，優(yōu)化有機(jī)廢物中產(chǎn)甲烷菌群的繁殖；

11、當(dāng)?shù)谒木号囵B(yǎng)罐中產(chǎn)甲烷菌群達(dá)到指定濃度后，80％將被送至沼氣項(xiàng)目的第四階段用于加速產(chǎn)甲烷進(jìn)程，20％將作為母液按照上述步驟用于再培養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌群。

12、第一菌群培養(yǎng)罐、第二菌群培養(yǎng)罐、第三菌群培養(yǎng)罐、第四菌群培養(yǎng)罐中菌群培養(yǎng)均達(dá)到指定濃度后，儲(chǔ)存于相應(yīng)的培養(yǎng)罐中，以備使用；

13、上述操作不斷循環(huán)重復(fù)，每次循環(huán)持續(xù)的時(shí)間逐次縮短，最終實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、快速完成各階段群菌培養(yǎng)；

14、本工藝可針對(duì)厭氧反應(yīng)的各個(gè)階段獨(dú)立工作，各菌群培養(yǎng)罐的基質(zhì)分別來(lái)源于厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣項(xiàng)目的相應(yīng)階段或上一個(gè)培養(yǎng)罐。

15、第一菌群培養(yǎng)罐、第二菌群培養(yǎng)罐、第三菌群培養(yǎng)罐、第四菌群培養(yǎng)罐中培養(yǎng)的高濃度菌群將與沼氣項(xiàng)目的厭氧發(fā)酵罐相連接，并根據(jù)厭氧發(fā)酵罐各個(gè)階段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，適時(shí)、適量加入至厭氧發(fā)酵罐相應(yīng)的發(fā)酵階段，以優(yōu)化改善其運(yùn)行工況。

16、優(yōu)選的，所述工藝適用于各種干法和半干法厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣技術(shù)，包括：臥式推流干法厭氧發(fā)酵、車庫(kù)式干法厭氧發(fā)酵等干法厭氧產(chǎn)沼氣項(xiàng)目?jī)?yōu)化和研發(fā)。

17、優(yōu)選的，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)參數(shù)包括ph值、溫度、壓力、cod、氧化還原電位、溶解氧、沼氣量、甲烷濃度等多項(xiàng)參數(shù)。

18、優(yōu)選的，所述厭氧發(fā)酵具體分為經(jīng)歷四個(gè)階段：第一階段，水解階段；第二階段，酸化階段；第三階段，產(chǎn)乙酸階段；第四階段，產(chǎn)甲烷階段；通過(guò)分別培養(yǎng)四個(gè)階段的厭氧發(fā)酵群菌，優(yōu)化厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣系統(tǒng)的運(yùn)行管理，實(shí)現(xiàn)沼氣產(chǎn)量和甲烷濃度的穩(wěn)定提高，從而提高沼氣項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。

19、優(yōu)選的，所述第一菌群培養(yǎng)罐、第二菌群培養(yǎng)罐、第三菌群培養(yǎng)罐、第四菌群培養(yǎng)罐分別對(duì)應(yīng)水解階段、酸化階段、產(chǎn)乙酸階段、產(chǎn)甲烷階段分別進(jìn)行水解菌群、酸化菌群、產(chǎn)乙酸菌群和產(chǎn)甲烷菌群的繁殖。

20、優(yōu)選的，所述第一菌群培養(yǎng)罐、第二菌群培養(yǎng)罐、第三菌群培養(yǎng)罐、第四菌群培養(yǎng)罐培養(yǎng)基液既可按照工藝流程具體實(shí)現(xiàn)方式的前一步提供，也可由相連的沼氣項(xiàng)目直接提供，將根據(jù)沼氣項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程的特點(diǎn)，實(shí)時(shí)自動(dòng)控制選擇。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：該厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣各階段生物強(qiáng)化工藝，優(yōu)化厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣系統(tǒng)的運(yùn)行管理，通過(guò)分別培養(yǎng)四個(gè)階段的厭氧發(fā)酵群菌，可分別營(yíng)造出極適合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣各個(gè)階段菌群生長(zhǎng)的環(huán)境，在此條件下相應(yīng)的菌群將快速繁殖，可在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到接近每克數(shù)十億個(gè)的濃度，實(shí)現(xiàn)沼氣產(chǎn)量和甲烷濃度的穩(wěn)定提高，從而提高沼氣項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。具體技術(shù)優(yōu)點(diǎn)包括：

22、1.降低厭氧發(fā)酵的水力停留時(shí)間；

23、2.提高原料產(chǎn)氣率；

24、3.提高沼氣的甲烷濃度，綜合甲烷濃度和產(chǎn)氣率，甲烷產(chǎn)量可提高20％以上；

25、4.系統(tǒng)可無(wú)需人工操作，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制運(yùn)行；

26、5.不依賴外部細(xì)菌或菌群。