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一种醋渣与禽畜粪便联合厌 氧 发酵生产沼气的方法

阅读：1060发布：2020-06-07

专利汇可以提供一种醋渣与禽畜粪便联合厌氧发酵生产沼气的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了属于固体有机废弃物高效资源化利用技术领域的一种醋渣与禽畜粪便联合厌氧发酵生产沼气的方法。该方法首先使用碱性过氧化氢(Alkality hydrogen peroxide,AHP)溶液对工业制醋产生的醋渣废弃物进行预处理，然后将预处理后的醋渣与禽畜粪便、接种物混合联合厌氧发酵生产沼气。本发明所述的碱性过氧化氢预处理可以解决醋渣为底物的厌氧发酵系统易酸化的问题，该预处理方法高效、环保；另外，所建立的共发酵系统不需加入其它营养物质及调节pH值，该产沼气方法更便捷快速、产气效率高。，下面是一种醋渣与禽畜粪便联合厌氧发酵生产沼气的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种醋渣与禽畜粪便联合厌氧发酵生产沼气的方法，其特征在于，该方法为：首先使用碱性过氧化氢溶液对工业制醋产生的醋渣废弃物进行预处理，然后将预处理后的醋渣与禽畜粪便、接种物混合联合厌氧发酵生产沼气。
2.根据权利要求1所述的醋渣与禽畜粪便联合厌氧发酵生产沼气的方法，其特征在于，所述的预处理的操作步骤为：将醋渣废弃物晾干，然后加水至含水率为85-95wt％，优选
90wt％；再加入过氧化氢溶液混合均匀，过氧化氢的加入量为体系总质量的2-5％；最后用NaOH溶液调节pH至10-12；混匀后20-50℃在避光条件下预处理6-24h，每隔3-4h翻搅混匀一次；过滤去除废液后自然晾干。
3.根据权利要求2所述的醋渣与禽畜粪便联合厌氧发酵生产沼气的方法，其特征在于，所述的过氧化氢的加入量为体系总质量的4％；用NaOH溶液调节pH至11.5。
4.根据权利要求2所述的醋渣与禽畜粪便联合厌氧发酵生产沼气的方法，其特征在于，预处理温度为40℃，预处理时间为12h。
5.根据权利要求1所述的醋渣与禽畜粪便联合厌氧发酵生产沼气的方法，其特征在于，所述的联合厌氧发酵操作步骤为：将预处理后的醋渣与禽畜粪便按挥发性固体浓度比为4:
1-1:4的比例加入反应器中，随后加入接种物，反应器中的预处理后的醋渣与接种物的挥发性固体浓度之比为1:2-2:1，加水调节体系的含固率为2-5％，发酵温度为35-40℃，发酵时间为30-40天。
6.根据权利要求5所述的醋渣与禽畜粪便联合厌氧发酵生产沼气的方法，其特征在于，所述的畜禽粪便为鸡粪、猪粪和牛粪中的一种或几种。
7.根据权利要求5所述的醋渣与禽畜粪便联合厌氧发酵生产沼气的方法，其特征在于，所述的接种物为沼气站的厌氧活性污泥经静置1-2周后的沉淀物。
8.根据权利要求5所述的醋渣与禽畜粪便联合厌氧发酵生产沼气的方法，其特征在于，所述的预处理后的醋渣与禽畜粪便按挥发性固体浓度比为1:3；预处理后的醋渣与接种物的挥发性固体浓度之比为1:1。
9.根据权利要求5所述的醋渣与禽畜粪便联合厌氧发酵生产沼气的方法，其特征在于，所述的加水调节体系的含固率为3％。
10.根据权利要求5所述的醋渣与禽畜粪便联合厌氧发酵生产沼气的方法，其特征在于，所述的发酵时间为35天，发酵温度为37℃。

说明书全文

一种醋渣与禽畜粪便联合厌 氧 发酵生产沼气的方法

技术领域

[0001] 本发明属于固体有机废弃物高效资源化利用技术领域，特别涉及一种醋渣与禽畜粪便联合厌氧发酵生产沼气的方法。

背景技术

[0002] 醋渣是工业制醋的主要副产物。在我国，醋渣年产生量超过300万吨。由于醋渣含水率较高，不利于直接焚烧处理，同时具有一定的酸性和腐蚀性，直接填埋会污染土壤、水质环境。醋渣来源是发酵制醋的主料及添加料在制醋过程中产生的剩余物，其主要成分是木质纤维素，同时含有少量粗蛋白和粗脂肪，是一种生物质资源，具有较高的可回收利用价值。厌氧消化技术具有操作工艺简单、成本低廉，能够将醋渣转化为沼气等清洁能源，同时实现其减量化处理。传统的利用醋渣单一厌氧发酵产沼气过程，醋渣降解率低，产气速率低。

[0003] 醋渣中富含木质纤维素，其含量为醋渣干重的60％以上。木质纤维素结构是一种由木质素包裹纤维素、半纤维素形成的致密结构，难以被微生物直接分解利用。预处理技术可以破坏木质纤维素结构，使得纤维素、半纤维素更易于与微生物发生反应。碱性过氧化氢预处理是一种特殊的化学预处理方法，可以有效地降解和去除木质素，降解半纤维素，增大纤维素可及性，从而提高醋渣的降解率，加快产气速率。另外，碱性过氧化氢预处理过程中不会产生污染环境的副产物。相比强碱预处理，其带入预处理与发酵系统的Na+、K+等阳离子含量明显更低。

[0004] 目前，复合物料厌氧共发酵是一个研究热点。醋渣结构中的纤维素、半纤维素属于大分子糖类，是高碳化合物，虽含有少量粗蛋白，但氮含量依然相对较低，同时，醋渣单一发酵缺少磷元素和微量元素。动物粪便具有含氮量高、元素种类丰富的特点，其与醋渣联合发酵可有效均衡系统的元素种类，丰富碳、氮、磷等营养元素。然而醋渣与禽畜粪便的厌氧共发酵工艺还没有得到很好的开发与利用。首先，醋渣本身具有一定的酸性，直接用于发酵系统易发生酸化；其次，目前尚未有较为经济、环保的预处理技术用于醋渣提高其产气能力；此外，醋渣与禽畜粪便在不同配比下的实际产气性能并不清楚。上述几个方面共同限制了醋渣与禽畜粪便作为能源原料的大规模利用。

发明内容

[0005] 本发明目的在于提供一种产气量高的醋渣与禽畜粪便联合厌氧发酵生产沼气的方法。

[0006] 本发明所述的醋渣与禽畜粪便联合厌氧发酵生产沼气的方法为：首先使用碱性过氧化氢(Alkality hydrogen peroxide,AHP)溶液对工业制醋产生的醋渣废弃物进行预处理，然后将预处理后的醋渣与禽畜粪便、接种物混合联合厌氧发酵生产沼气。

[0007] 所述的预处理的操作步骤为：将醋渣废弃物晾干，然后加水至含水率为85-95wt％，优选90wt％；再加入过氧化氢溶液混合均匀，过氧化氢的加入量为体系总质量的2-
5％；最后用NaOH溶液调节pH至10-12；混匀后20-50℃在避光条件下预处理6-24h，每隔3-4h翻搅混匀一次；过滤去除废液后自然晾干。

[0008] 所述过氧化氢的加入量为体系总质量的4％。

[0009] 所述的用NaOH溶液调节pH至11.5。

[0010] 所述的预处理温度为40℃，预处理时间为12h。

[0011] 所述的联合厌氧发酵操作步骤为：将预处理后的醋渣与禽畜粪便按挥发性固体浓度比为4:1-1:4的比例加入反应器中，随后加入接种物，反应器中的预处理后的醋渣与接种物的挥发性固体浓度之比为1:2-2:1，加水调节体系的含固率为2-5％，发酵时间为30-40天。

[0012] 所述的畜禽粪便为鸡粪、猪粪和牛粪中的一种或几种。

[0013] 所述的接种物为沼气站的厌氧活性污泥经静置1-2周后的沉淀物。

[0014] 所述的预处理后的醋渣与禽畜粪便按挥发性固体浓度比为1:3。

[0015] 所述的预处理后的醋渣与接种物的挥发性固体浓度之比为1:1。

[0016] 所述的加水调节体系的含固率为3％。

[0017] 所述的发酵时间为35天，发酵温度为37℃。

[0018] 与现有技术相比，本发明创新之处是：(1)对醋渣进行碱性过氧化氢预处理，中和了醋渣中的H+，避免了发酵系统易酸化的问题，且碱性过氧化氢预处理未产生有害环境的副产物，引入的Na+含量低；(2)碱性过氧化氢预处理的过氧化氢浓度优选4％，优化了碱性过氧化氢溶液的配比；(3)碱性过氧化氢预处理醋渣12h后，即可与粪便结合进行厌氧共消化，优化了原料的预处理时间；(4)碱性过氧化氢预处理醋渣温度设置为40℃，优化了预处理温度；(5)优化了醋渣与粪便联合发酵的配比，提升了厌氧发酵系统的产气效率。

[0019] 本发明所述的碱性过氧化氢预处理可以解决醋渣为底物的厌氧发酵系统易酸化的问题，该预处理方法高效、环保；另外，所建立的共发酵系统不需加入其它营养物质及调节pH值，该产沼气方法更便捷快速、产气效率高。附图说明

[0020] 图1：本发明醋渣与禽畜粪便联合厌氧发酵生产沼气的流程图。

具体实施方式

[0021] 以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明不限于以下实施例。

[0022] 实施例1

[0023] 1)碱性过氧化氢预处理醋渣：首先将醋渣自然晾干，测量其总固体含量(Total solid,TS)与挥发性固体含量(Volatile solid,VS)。取40g晾干的醋渣(TS＝92.7％,VS＝87.0％)，加入1L的塑料盒中，加自来水286.6g，体系含水率为90％；加入质量浓度为30％的过氧化氢溶液44.1g，加入质量浓度为30％的NaOH溶液5.7g，在40℃的恒温培养箱中避光条件下预处理12h，其中每隔4h翻搅混匀一次；过滤掉预处理废液，室外自然晾干，测定预处理醋渣的总固体含量与挥发性固体含量。

[0024] 2)碱性过氧化氢预处理醋渣与鸡粪联合厌氧发酵：取5.7g总固体浓度为98.8％，挥发性固体浓度为92.0％的预处理后的醋渣加入到5L反应器中，然后加入总固体浓度为35.0％，挥发性固体浓度为29.4％的鸡粪51.0g。根据醋渣与接种污泥的挥发性固体含量之比为1:1，取总固体含量为8.4％，挥发性固体含量为4.6％的接种污泥435.7g加入到反应器中，所述的接种物为沼气站的厌氧活性污泥经静置1周后的沉淀物；然后加入1507.6g水，使得工作体积为2L。混合均匀后控制反应器温度为37℃发酵35天。发酵结束后计算整个厌氧发酵过程中的产气量，其累积单位甲烷产量达到了314.6mL/gVS，生物降解率达到了
68.4％。

[0025] 实施例2

[0026] 1)碱性过氧化氢预处理醋渣：首先将醋渣在自然晾干，测量其总固体含量(Total solid,TS)与挥发性固体含量(Volatile solid,VS)。取40g晾干的醋渣(TS＝92.7％,VS＝87.0％)，加入1L的塑料盒中，根据含水率为90％计算，加自来水286.6g，加入质量浓度为
30％的过氧化氢溶液44.1g，加入质量浓度为30％的NaOH溶液5.7g，在40℃的恒温培养箱中避光条件下预处理12h，其中每隔4h翻搅混匀一次；过滤掉预处理废液，室外自然晾干，测定预处理醋渣的总固体含量与挥发性固体含量。

[0027] 2)碱性过氧化氢预处理醋渣与猪粪联合厌氧发酵：取5.7g总固体浓度为98.8％，挥发性固体浓度为92.0％的预处理醋渣加入到5L反应器中，然后加入总固体浓度为21.8％，挥发性固体浓度为18.9％的猪粪79.4g。根据醋渣与接种污泥的挥发性固体含量之比为1:1，取总固体含量为8.4％，挥发性固体含量为4.6％的接种污泥435.7g加入到反应器中，并且加入1479.2g水，使得工作体积为2L。混合均匀后控制反应器温度为37℃发酵35天。
发酵结束后计算整个厌氧发酵过程中的产气量，其累积单位甲烷产量达到了344.6mL/gVS，生物降解率达到了82.2％。

[0028] 实施例3

[0029] 1)碱性过氧化氢预处理醋渣：首先将醋渣在自然晾干，测量其总固体含量(Total solid,TS)与挥发性固体含量(Volatile solid,VS)。取40g晾干的醋渣(TS＝92.7％,VS＝87.0％)，加入1L的塑料盒中，根据含水率为90％计算，加自来水286.6g，加入质量浓度为
30％的过氧化氢溶液44.1g，加入质量浓度为30％的NaOH溶液5.7g，在40℃的恒温培养箱中避光条件下预处理12h，其中每隔4h翻搅混匀一次；过滤掉预处理废液，室外自然晾干，测定预处理醋渣的总固体含量与挥发性固体含量。

[0030] 2)碱性过氧化氢预处理醋渣与猪粪联合厌氧发酵：取5.7g总固体浓度为98.8％，挥发性固体浓度为92.0％的预处理醋渣加入到5L反应器中，然后加入总固体浓度为21.3％，挥发性固体浓度为12.2％的牛粪123.4g。根据预处理醋渣与接种污泥的挥发性固体含量之比为1:1，取总固体含量为8.4％，挥发性固体含量为4.6％的接种污泥435.7g加入到反应器中，并且加入1435.2g水，使得工作体积为2L。混合均匀后控制反应器温度为37℃发酵35天。发酵结束后计算整个厌氧发酵过程中的产气量，其累积单位甲烷产量达到了
270.1mL/gVS，生物降解率达到了66.4％。

[0031] 以上是为了阐述本发明的原理和可实施性的示例，本发明并不局限于此。对于本领域的其他技术人员，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可作出变型与改进，这些变型与改进也视为本发明的保护范围。

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