一种湿法—干法联合的两级厌氧发酵产沼气工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于固体废弃物处理与资源化利用领域，具体是一种湿法一干法联合的两级厌氧发酵产沼气工艺。
【背景技术】
[0002]我国现具有丰富的农业固体废弃物资源，传统的固体废弃物处理方式主要为焚烧，收获农作物之后，固体废弃物经焚烧得到的无机物质草木灰可用于农业肥料，形成能量再利用的循环。但是此措施容易造成大气层的污染，危害人体的健康，破坏土壤的结构，甚至会引发起火灾。通过沼气工程可以将这些资源变废为宝，在减少环境危害的同时，生产可再生能源沼气。将农业固体生物质废弃物回收利用作为沼气工程的原料生产沼气，厌氧发酵后的发酵沼渣可作为农用有机肥，从而实现无二次污染、资源循环再利用的生态农业产业模式。
[0003]目前国际上沼气工程工艺主要有湿法发酵和干法发酵两种。湿法发酵具有启动性能好以及传质均匀的特点。干法发酵启动性能欠佳，但具备处理量大同时无大量沼液排放的优点，干法发酵是目前国内外沼气行业的一个重要的发展趋势，但启动慢和产气效率低的局限性一直限制着干法发酵技术的发展。由于沼气厌氧发酵过程涉及多种厌氧发酵微生物的多步联合作用，近年来国内外研究进展表明多级发酵工艺具有发酵速度快、降解率高等明显的优势，多级发酵工艺越来越受到沼气工程领域的重视。Wang等(ProcessB1chemistry38(2003) 1267-1273)研究表明，HFR (水力冲洗反应器)和AF (厌氧滤池)结合的两级湿法发酵工艺处理屠宰场废物，COD去除率达95%，高于单级发酵的两倍，甲烷产量则达到单级的 2.7 倍。Cheng 等(B1resour Technol, 2012，114:327-33)利用 CSTR 和 UASB相联合进行秸杆产沼气的工艺研究，甲烷产量达到200.9ml/g,同时得到67.1%的能量回收率。S.Ghaniyar1-Benis 等(B1resour Technol, 2009, 100(5):1740-5)将 ABR(anaerobicbaffled reactor)和UAFB相结合对工业污水进行了处理，使COD去除率达到88.3%。然而这些研究大都是仅单独利用CSTR之间相结合进行发酵，或者CSTR和其他的湿法厌氧发酵罐(如UASB、ABR、UAFB)之间结合，并未改变湿法发酵处理量小和单位容积产气量小的缺点。在中国专利CN202881263U和中国专利CN102212561A中有涉及干法与湿法结合的工艺，但这两种工艺均未解决干法发酵启动慢、产气效率低的局限性，依然存在干法发酵启动性能欠佳的缺陷。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种湿法一干法联合方式利用农业废弃物进行厌氧发酵制备沼气的方法。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0006]一种湿法一干法联合的两级厌氧发酵产沼气工艺，将破碎的固体废弃物与接种物在全湿式反应器中混合进行湿法厌氧发酵，湿法厌氧发酵期水力停留时间为5-20天，发酵处理后发酵物料输送至底部具有渗滤装置的干法发酵反应器进行干法固态发酵进而制备沼气；
[0007]其中，经渗滤装置收集的沼液渗滤液体，通过全混式反应器与干法发酵反应器之间的回流装置回流到湿法发酵阶段接种于新物料，进而循环利用。
[0008]所所述固体废弃物为颗粒直径大于渗滤装置孔径的废弃物；固体废弃物为各种农业秸杆或生物质垃圾。接种物可选用禽畜粪便和/或生物质垃圾，同时也可选用本发明湿法一干法联合厌氧发酵所剩的废弃物。
[0009]所述破碎的固体废弃物与接种物混合后，物料固含量控制在20_200gVS/L。
[0010]所述干法发酵反应器的水力停留时间为20-60天。
[0011]所述湿法发酵得到的物料连续或间断分批式转入干法发酵阶段进行固态发酵。
[0012]本发明所具有的优点在于:
[0013]1.本发明结合了湿法发酵和干法发酵的双重优势。即提出了利用湿法发酵传质快和易启动特性以及干法发酵节省反应空间等优势集于一体的发酵工艺。结合发酵过程的生物质多级分解转化和产甲烷菌群富集原理，利用湿法发酵工艺的优势，把湿法发酵作为干法发酵工艺的均匀接种阶段，解决了干法发酵接种难、启动慢的问题。
[0014]2.本发明整个发酵过程发酵液循环利用，无沼液排放。在湿法发酵罐体和干法发酵罐体之间添加回流连通装置，干法发酵阶段的渗滤液体循环使用作为湿法发酵的接种物，经渗滤装置和回流连通装置组合实现沼液闭式循环。
[0015]3.本发明通过第一级湿法发酵，实现了第二级干法发酵阶段物料的微生物菌群均匀接种。干法发酵阶段的物料无需二次接种，无需进行渗滤喷淋，也无需进行混合搅拌，便可进入静态稳定快速发酵，大大降低了干法发酵的能耗。
[0016]4.本方法可连续厌氧发酵过程，也可是分批次的厌氧发酵。将湿法发酵和干法发酵相结合的两级发酵工艺处理固体废弃物，很大程度上提高了物料降解率并改造出一种经济可行的产沼气工艺。
[0017]5.本发明利用发酵过程的生物质多级分解转化和产甲烷菌群富集原理，将湿法发酵传质快和易启动特性以及干法发酵集于一体，充分使湿法发酵工艺发挥其优势，把湿法发酵物作为干法发酵工艺的均匀接种物，进而解决干法发酵接种难、启动慢的问题，同时干法发酵的渗滤液可以在两级发酵罐体内循环利用，可实现无沼液排放，并完善农业废弃物发酵制备沼气的工艺流程。
【附图说明】
[0018]图1为本发明实施例提供的工艺流程图。
[0019]图2为本发明实施例提供的两级发酵综合甲烷产量图。
[0020]图3为本发明实施例提供的中CSTR运行状态图。
【具体实施方式】
[0021]本发明工艺将固体生物质废弃物机械粉粹后，与接种物在全混式反应器中混合并发酵，湿法发酵水力停留时间设定为5-20天；出料经连接装置进入干法发酵罐体进行固态厌氧发酵；第一级湿法发酵与第二级干法发酵间的物料输送即可采用批式又可采用连续的方式，发酵液体通过干法发酵反应器底部的渗滤装置收集于罐底，经连接两级发酵罐体的回流装置泵入第一级反应器形成发酵液循环利用体系。结合发酵过程的生物质多步分解转化和产甲烷菌群联合作用原理，第一级湿法发酵相当于两级发酵中的均匀接种阶段，其中发酵液体可以在两级发酵罐体内循环利用同时保持稳定的产甲烷活性。本发明将湿法发酵易启动以及干发酵节省反应空间等优势集于一体，是一种经济可行的厌