一种秸秆两相发酵制备生物天然气的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及枯杆沼气技术领域，尤其设及一种枯杆两相发酵制备生物天然气的方 法。
【背景技术】
[0002] 我国具有非常丰富的枯杆资源，近年来，将枯杆用于产沼气已成为枯杆资源化，能 源化利用的一个重要技术途径。传统枯杆单相厌氧发酵技术存在枯杆降解率低，进出料困 难，表面易形成浮渣层等问题。枯杆两相厌氧消化工艺具有单相工艺所不具备的优点，能 将水解酸化和甲烧化分离并分别最优化，避免了单相工艺中，前期产甲烧速率限制造成酸 积累，后期水解速率限制了产气。通过相分离，枯杆进出料在水解酸化相中进行，产甲烧相 连续稳定产气，可较好地解决现有枯杆沼气技术中沼气产量不稳又无法实现连续操作的困 难，且能提高枯杆发酵产气效率。因而，两相厌氧发酵技术是农作物枯杆产沼气近年来的研 究热点之一。
[0003] 传统两相模式均是集中在一起，酸化液进发酵罐然后沼液回流酸化罐，该样会在 酸化罐中引入产甲烧菌，即产气亦在酸化罐中进行。在实际运行中，枯杆两相厌氧发酵系统 产酸相和产甲烧相分离效果往往不同，产酸相产气较多，而产气相产气（甲烧）率较低，导 致枯杆生物转化率低，产气品质差等问题。同时，将传统两相运用于工程中时，还需要考虑 枯杆的运输半径、储存成本、储存安全性及经济模式等。
【发明内容】
[0004] 针对实际运行中的上述问题，本发明采用相关调控措施，将枯杆产酸及酸化液产 甲烧工艺优化，在两相中更严格的控制反应条件，真正的分离产酸相和产气相，抑制产酸相 产气并增加有机酸产量及浓度，提高产气相的产气量和产气质量（指甲烧浓度）。产酸相的 反应器可W就近放置在枯杆产生地，如农田附近，枯杆收获后直接放入反应器进行酸化，同 时兼具枯杆储存的功能。产生的酸化液通过浓缩设备浓缩后，运输到集中的产气相反应器 进行发酵产气，减少了枯杆的运输、储存等环节，在工程运行中，有效减少运行成本。
[0005] 本发明可有效的实现两相分离，产酸相和产气相可分开在两地进行，可有效的降 低枯杆的收集和运输成本。
[0006] 一种枯杆两相发酵制备生物天然气的方法，所述方法包括W下步骤：
[0007] 1)在产酸相利用高效酸化菌液和复合添加剂对枯杆进行酸化处理获得酸化液； 所述复合添加剂按重量份计，包括化0 5-500份和纤维素酶0. 1-10份；优选包括化0 10-250份和纤维素酶0. 5-5份；进一步优选包括化0 50份和纤维素酶1份。
[000引 2)在产气相利用所述酸化液生产沼气。
[0009] 优选地，步骤1)所述高效酸化菌液其制备方法包括W下步骤：
[0010] S1、取沼液，分离浓缩得固相和液相；
[0011] 所述沼液可为现有技术传统沼液，优选为来自沼气工程中的沼液，更优选为W枯 杆为原料的沼气工程中的沼液；
[0012] 具体到本发明，在第一次制备所述高效酸化菌液时可使用上述提及的沼液，在之 后制备所述高效酸化菌液时优选使用所述产气相产生的沼液；实现循环利用；所述分离浓 缩可用振动筛；
[001引S2、将所述固相用酸调节抑至4-5. 5,放置1-3天，制得处理固相；所述酸可为盐 酸、硫酸、硝酸、磯酸等中一种或几种；
[0014]S3、将复合添加剂、枯杆和所述液相按照重量比例1-2 : 8-12 : 80-120混合，优 选按重量比例1:10:100混合，放置至少2天后制得枯杆糖化液；所述复合添加剂按重量份 计，包括化0 5-500份和纤维素酶0. 1-10份；优选包括化0 10-250份和纤维素酶0. 5-5份； 进一步优选包括化0 50份和纤维素酶1份；
[0015]S4、将所述处理固相加入到所述枯杆糖化液中，调节起始抑值为6. 5-7. 5进行反 应，直至当挥发性脂肪酸（VFAs)的含量不升高时反应完成，制得高效酸化菌液；优选直至 当连续3天挥发性脂肪酸的含量不升高时反应完成；优选在制备高效酸化菌液过程中（例 如步骤S3和S4)适当加入所述液相，W补充水分的蒸发造成的盐度升高。
[0016] 优选地，步骤1)所述复合添加剂、枯杆和所述高效酸化菌液的重量比例 为1-2 : 8-12 : 1-3;更优选重量比例为1 : 8-10 : 1-2;进一步优选重量比例为 1 : 9-10 : 1.5-2。
[0017] 优选地，步骤1)对枯杆的酸化处理分多次进行，直至将枯杆彻底地处理完毕；当 每一次酸化处理液中挥发性脂肪酸的含量不升高时，表明本次枯杆酸化处理完成，结束本 次枯杆酸化处理。优选对枯杆的酸化处理分5-8次进行
[001引一般地，优选当连续3天酸化处理液中挥发性脂肪酸的含量不升高时，表明本次 枯杆酸化处理完成；通常对于新加入的枯杆第一次进行酸化处理的时间为15-20天；一般 常温条件下进行处理即可。
[0019] 一般对枯杆进行酸化处理5-8次，可将枯杆彻底地处理完毕。单位干物质枯杆的 酸化率可达70 %W上。
[0020] 优选地，利用步骤2)所述产气相产生的沼液制备步骤1)所述高效酸化菌液；W实 现循环利用。本发明先将所述产气相产生的沼液制备成所述高效酸化菌液，再用于对枯杆 进行酸化处理制备枯杆酸化液；通过该种工艺改进，彻底抑制了产酸相产气并大大增加了 有机酸产量及浓度；避免了传统两相工艺因产酸相发生产气反应而造成的原料浪费，解决 了传统两相工艺枯杆生物转化率低，产气品质差等问题，从而显著提高了产气相的产气量 和产气质量（指甲烧浓度）。
[0021] 为了解决便于在枯杆产生地对枯杆进行就地处理及产生的沼气不便输送或运输 的问题，本发明将步骤1)所述产酸相和步骤2)所述产气相分开，使二者没有直接连接。例 如所述产酸相设置在枯杆产生地，如农田附近或田间地头等；在枯杆的产生地就地处理枯 杆，避免了枯杆收、储、运的困难。产酸相一般常温下处理即可，一般无需进行揽拌、混匀，也 无需进行增温和保温，可W降低成本及功耗。所述产气相设置在产气区，如村级产气区、镇 级产气区、工业产气区等。产气相产气阶段一般无需机械揽拌，系统优选采用模块化设计， 占地面积小，供气稳定。产生的沼气经净化提纯等处理后可达到管道天然气水平，输送至当 地燃气管网进行利用，减少了天然气压缩、运输和储存的环节。优选地，将步骤1)所述酸化 液从产酸相运输至步骤2)所述产气相进行沼气生产；更优选地，将所述酸化液浓缩后再输 至产气相；例如浓缩1-10倍，优选浓缩4-5倍；W便节约运输或存贬成本。所述酸化液可用 振动筛浓缩。更优选地，利用步骤2)所述产气相产生的沼液制备步骤1)所述高效酸化菌 液；W实现循环利用。
[0022] 优选地，步骤2)产气相产生的沼气先使用CA吸附剂降低沼气中C〇2浓度，再进行 净化提纯，可W使沼气提纯效率更高，系统净排放C〇2更低。
[0023] 优选地，步骤2)产气相产生的沼气采用膜提纯工艺净化提纯，产生生物天然气； 沼气净化提纯采用膜提纯工艺，具有低运行压力、低能耗，高收率、高在线时长的特点。净化 提纯后的沼气能够达到管道天然气水平，可输送至当地燃气管网进行利用，减少了天然气 压缩、运输和储存的环节。
[0024] 本发明所述挥发性脂肪酸（VFAs)含量测定方法参考文献《打捆麦 枯水解产酸技术参数的优化研究》（吕利利，2013)。在【具体实施方式】中使用 St油il-Wax-DA30m*0. 53mm*0. 25m型毛细管柱，FID检测器，程序升温，W4-甲基戊酸为内 标物。
[0025] 本发明所述单位干物质枯杆的酸化率计算方法见【具体实施方式】部分，单位干物质 枯杆的酸化率可表明枯杆酸化处理效果，酸化率越高表明处理效果越好。
[0026] 所述枯杆可为高梁杆、玉米杆、麦杆、稻杆等中的一种或几种。
[0027] 一般地，本发