一种提高厌氧发酵产甲烷效率及沼气中甲烷含量的方法与流程

本发明属于有机固体废弃物厌氧发酵制沼气领域，具体是一种提高厌氧发酵产甲烷效率及沼气中甲烷含量的方法。

背景技术：

世界范围内，每年产生大量的农作物秸秆、畜禽粪便、餐厨垃圾等有机固体废弃物。所产生废弃物的合理处置是可持续发展的一项难题。厌氧发酵技术是处理农作物秸秆、畜禽粪便等有机废弃物的理想手段，通过厌氧发酵技术不仅可以产生可再生能源-沼气，并且其发酵剩余物也可以作为有机肥等用于农业。因此厌氧发酵作在世界范围内越来越受到关注。

但是在农作物秸秆等有机废弃物厌氧发酵过程中，底物的水解步骤往往被认为是厌氧发酵的限速步骤。并且由于秸秆碳氮比过高，在发酵过程中很容易导致酸化的问题。中国专利cn103436440a提出对秸秆进行微好氧预处理，然后进行氢沼联合发酵，但是其需要在原有发酵设备基础上添加秸秆预处理装置，增加了成本投入。相似的，在中国专利cn105152506a也公开了一种有机污泥高温微好氧-厌氧发酵的方法，在其专利中同样也需要微好氧发酵装置，同时也需要对微好氧过程产出的污泥进行ph调节增加了前期成本投入及工艺的复杂性。中国专利cn103880259a提出利用过氧化钙促进污泥水解并提高污泥厌氧消化效果，其主要是通过过氧化钙与水反应生成的过氧化氢和羟基自由基的氧化作用分解污泥，进而提高厌氧发酵效率。并且也需要在原有设备基础上增加过氧化钙预处理罐，其主要针对的底物是污泥等易降解有机物质，对于在厌氧发酵过程中连续投加过氧化钙提高秸秆等纤维类底物厌氧发酵效率仍缺少相关的研究。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种提高厌氧发酵产甲烷效率及沼气中甲烷含量的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种提高厌氧发酵产甲烷效率及沼气中甲烷含量的方法，利用向固体废弃物发酵原料中加入cao2，形成微好氧的环境,进而固定一部分co2从而提高厌氧发酵产甲烷效率及沼气中甲烷含量。

具体是：将固体浓度可在4-20％之间的有机废弃物原料与cao2混合，使加入的cao2与体系内水缓慢反应产生氧气形成微好氧的环境，进一步水解进而提高体系沼气中甲烷含量并提高稳定性；其中，cao2用量为0.032-0.064g/gvs底物。

所述cao2为直径1mm左右的颗粒物。

所述厌氧发酵过程中原料为农作物秸秆废弃物、粪便或餐厨垃圾。

本发明是直接对有机废弃物厌氧发酵产沼气过程(厌氧发酵过程中固体浓度可在4-20％之间)中加入少量的cao2(所添加cao2直径1mm左右的颗粒物，cao2用量为0.032-0.064g/gvs底物)。利用cao2与水缓慢反应产生的氧气而形成微好氧的环境(氧气释放太快，会造成生成的氧气不能被充分利用，并且过量的氧气会对厌氧菌产生抑制；氧气释放太慢不足以支撑兼性厌氧菌的生长，进而促进水解的效果不明显)，增加有机废弃物的水解速度。生成的ca(oh)2可以和沼气中的co2进一步反应生成caco3，从而固定一部分co2，进而提高体系沼气中甲烷含量。生成的caco3可以作为体系ph缓冲物质提高有机废弃物干发酵系统的稳定性。该工艺主要应用于秸秆、粪便等有机废弃物厌氧发酵制沼气领域，通过对反应体系添加少量的cao2可以提高厌氧发酵的水解速率，增加沼气中甲烷含量，并提高发酵体系的稳定性。

本发明原理：本发明利用向发酵原料中加入cao2，其可以和水缓慢反应释放出氧气，创造微好氧的环境(氧气释放太快，会造成生成的氧气不能被充分利用，并且过量的氧气会对厌氧菌产生抑制；氧气释放太慢不足以支撑兼性厌氧菌的生长，进而促进水解的效果不明显)。在微量氧气存在下，兼性厌氧及好氧微生物生长加速。兼性厌氧及好氧微生物的生长会释放出大量的纤维素酶等胞外酶，从而加速纤维类底物的水解速度。并且cao2与水反应会生成ca(oh)2，生成的ca(oh)2可以进一步与沼气中co2反应生成caco3，从而固定一部分的co2，提高沼气中甲烷的含量，降低后期沼气提纯过程的成本。并且，生成的caco3作为厌氧发酵体系的缓冲物质可以提高系统的稳定性。

本发明直接对厌氧发酵体系添加少量的cao2，无需增加额外设备，过程中也无需进行调节，简单易行。

综上所述，本发明通过对厌氧发酵体系添加少量的cao2。利用cao2和水反应产生的氧气，创造微好氧的环境(氧气释放太快，会造成生成的氧气不能被充分利用，并且过量的氧气会对厌氧菌产生抑制；氧气释放太慢不足以支撑兼性厌氧菌的生长，进而促进水解的效果不明显)，从而加速厌氧发酵过程的水解速度。cao2和水反应产生的ca(oh)2与沼气中co2反应生成caco3，固定一部分的co2，提高沼气中甲烷的含量。并且，生成的caco3作为厌氧发酵体系的一种缓冲物质可以提高系统的稳定性。最终实现通过添加cao2提高厌氧发酵产甲烷效率及沼气中甲烷含量。

本发明所具有的优点：

本发明方法是直接对厌氧发酵体系添加cao2提高厌氧发酵的水解速率，增加沼气中甲烷含量，并提高发酵体系的稳定性，同时无需增加额外设备，过程中也无需进行调节，简单易行。

本发明方法所适用的厌氧发酵过程底物广泛，可为农作物秸秆、畜禽粪便、餐厨垃圾等有机废弃物；所适用的发酵浓度范围广，厌氧发酵过程中固体浓度可在4-20％之间；并在在发酵过程中生成的caco3作为厌氧发酵体系的一种缓冲物质可以提高系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的发酵过程中甲烷产量及沼气中甲烷含量示意图。

图2为本发明实施例提供的发酵过程中累计甲烷产量和沼气中平均甲烷含量示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的解释说明。

本发明是在有机废弃物厌氧发酵产沼气过程中加入少量的cao2。利用cao2与水反应产生少量的氧气而形成微好氧的环境，从而增加与纤维素酶等胞外酶分泌相关的微生物生长速度，进而增加有机废气物的水解速度。生成的ca(oh)2可以和沼气中的co2进一步反应生成caco3，从而固定一部分co2，进而提高体系沼气中甲烷含量。生成的caco3可以作为体系ph缓冲物质提高有机废弃物干发酵系统的稳定性。

实施例1

使用玉米秸秆为沼气发酵的原料，采用现有的中温固态发酵技术，在固态发酵反应器中进行，固态发酵反应器设有水浴控温及沼液回流装置。发酵开始前，用氮气曝气3min，以去除体系中的氧气。而后将cao2与原料混合一次性加入到固态发酵反应器，其中，cao2直径1mm左右，用量为0.064g/gvs秸秆，发酵过程中固体浓度设置为15％，发酵温度为37℃。

同时设置对照组，对照组不添加cao2，其余条件和实验组相同。采用湿式气体流量计测定沼气产量，气相色谱法测定沼气中甲烷含量(参见图1)。由图1中发酵过程中甲烷产量及沼气中甲烷含量可见通过添加cao2，甲烷产量明显提高(相对于不加cao2组提高了8.3％)，并且所产生沼气中甲烷的含量明显上升(相对于不加cao2组提高了18.2％)。

实施例2

使用玉米秸秆为沼气发酵的原料，采用湿式发酵技术，在300ml厌氧发酵瓶中进行，发酵开始前，用氮气曝气3min，以去除体系中的氧气。而后将cao2与原料混合一次性加入到固态发酵反应器，其中，cao2直径1mm左右，用量为0.032g/gvs秸秆，发酵过程中固体浓度设置为4％，发酵温度为37℃。厌氧发酵过程在37℃控温水浴摇床中进行。

同时设置对照组，对照组不添加cao2，其余条件和实验组相同。采用排水法测定沼气产量，气相色谱法测定沼气中甲烷含量(参见图2)。由图2累计甲烷产量和沼气中平均甲烷含量可见通过添加cao2，玉米秸秆甲烷产量明显上升(相对于不加cao2组提高了4.8％)，并且沼气中的甲烷含量明显上升(相对于不加cao2组提高了4.6％)。