CN103740764B - 一种沼气发酵用功能性生物催化剂及利用催化剂发酵的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沼气发酵用功能性生物催化剂及利用催化剂发酵的方法，催化剂包括微生物复合菌剂1-3份；水解酶促进剂100份；矿质养分促进剂61-329份。矿质养分促进剂为微晶化磷矿粉、微晶化沸石粉、微晶化碳酸钙粉、尿素、磷酸盐、膨润土或活性炭中的一种或两种以上。沼气发酵方法为：畜禽粪便350-650份、接种物100-300份和功能性生物催化剂163-430份进行沼气发酵，控制畜禽粪便的含水率为75-85%；整个原始料液浓度为7-12%，搅拌混合进行发酵。本发明补充了沼气发酵所需的营养元素之外，通过吸附剂的吸附、离子交换、生物降解和膜过滤的功能互补作用，达到除臭和抑制病原微生物，使其无害化；且其制备工艺流程简单、操作容易、效果好、投资少、无污染，具有广泛的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于沼气发酵技术领域，涉及一种含微晶化磷矿粉多功能性生物催化剂及其利用催化剂进行沼气发酵的方法。
背景技术
据国家环境保护总局2000年对全国23个规模化畜禽养殖场集中的省、市调查显示，1995年，全国当年工业废水的COD排放总量为768.37万吨，而畜禽养殖业的废弃物排放量折算成COD为728.6万吨，接近全国工业废水的COD排放总量。1999年，我国畜禽养殖废弃物的产生量约为19亿吨，是工业固体废物的2.4倍。2000年，全国畜禽粪便年产生量已达到约17.3亿吨，是工业废弃物的2.7倍。畜禽养殖废弃物中含有的有机污染物，仅COD一项就达7118万吨，已远远超过工业和生活污水污染物的COD总和。然而，这些畜禽粪便和污水是很好的沼气发酵原料，综合利用这些废弃物，实现废弃物的资源化利用，变废为宝、化害为利，具有重要的现实意义。
厌氧沼气发酵过程是一个产甲烷菌和非产甲烷菌相互作用，相互制约的动态平衡过程。多种有机质在一定温度、湿度、酸碱度及厌氧条件下，通过微生物分解和水解，把不溶性的有机大分子分解成小分子，为产氢、产乙酸菌和产甲烷菌利用，最终产生一种可燃性气体。它的主要成分是CH4，其次是CO2、H2S、氮及其他成份。
沼气发酵过程实质上是微生物，代谢和能量转化过程，在分解代谢过程中沼气微生物获得能量和物质，以满足自身生长和繁殖，同时大部分物质转化为CH4和CO2。厌氧发酵微生物的生长需要一定的营养物质，而C、N、P是沼气发酵微生物生长最需要的三种营养元素。有机物中的碳水化合物是细菌的C素营养，有机物中的有机氮则是细菌的N素营养，而P素营养则通过外源添加。除了保证必要的厌氧发酵营养元素外，在沼气发酵过程中需要较为合适的C/N比值，其范围一般为10：1～30：1。在实际工程应用中，一般采取在禽畜粪便（猪粪、牛粪、鸡粪等）中加入作物秸秆的方法来调节C/N值以期达到更好的产气效果。例如，将玉米秆、稻秆、棉花秆、麦秆以及水葫芦与牛粪混合，改善厌氧发酵环境，能提高10%～80%的沼气产量。但由于大量的纤维素、半纤维素以及木质素存在于植物茎叶或家禽粪便中，木质素与半纤维素以共价键结合，将纤维素分子包埋在其中，形成一种天然屏障，使酶不易与纤维素分子接触，很难被酸或酶水解，导致秸秆在厌氧发酵时分解缓慢。C/N值一般在25:1-30:1左右，不需要添加其他的碳源或氮源就可以满足厌氧发酵所需的C/N比。
此外，在沼气发酵工程实践中也存在一些普遍性的问题。例如，(1)寒冷季节沼气产量明显减少，同样数量的沼气原料产气量常常不及夏季的三分之一；(2)沼气发酵原料在池内得不到充分的分解和利用，实际沼气转换率(原料产气率)较低。为了提高沼气发酵原料的分解利用率和产气量，国内外都十分注重沼气内产甲烷菌群(厌氧污泥)的数量和质量。研究表明：产甲烷菌只能利用铵态氮作为氮源，而不能利用复杂的氮化物。尿素易水解为铵态氮，因此可以为产甲烷菌和甲烷氧化菌提供充足的氮源。添加尿素和磷酸氢二铵等能够为厌氧发酵提供所需的营养元素，提高沼气发酵的产气量。添加磷矿石要比单质磷的效果更好。在有效利用矿产资源的同时，有利于微生物的增殖和反应器的缓冲能力的提高。进一步研究表明：添加吸附剂也能改善产气效果。主要原因是吸附剂将微生物聚集起来，增加微生物密度，同时能保持对微生物生长有利的环境，从而让微生物更好地降解有机物质，加快挥发酸的消耗，提高产气量。此外，吸附剂也可以降低沼气发酵***中重金属含量。
我们认为，除了增加产甲烷菌群的数量和质量外，应该为沼气发酵添加一种多功能生物催化剂，改善菌种的环境和代谢功能，使有机物得到更彻底的分解，提高沼气发酵的产气量。实践表明：对于处理固形物含量较高的、含较多较难分解有机物的沼气发酵原料，采取这一措施显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点和不足，提供一种沼气发酵用功能性生物催化剂及其利用该催化剂发酵的方法。该催化剂能够显著改善沼气厌氧发酵环境，使沼气产量明显增加、发酵效率提高、中低品位磷矿得到有效利用、环境污染减少、对磷资源依赖性降低，实现了农业废弃物的资源化利用，为我国发展节本增效、绿色、环保的现代农业起到极大的推动作用。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：
一种沼气发酵用功能性生物催化剂，包括下述质量份数的原料：
微生物复合菌剂1-3份；
水解酶促进剂100份；
矿质养分促进剂61-329份。
进一步地，所述微生物复合菌剂为产甲烷菌、纤维素分解菌、酵母菌、解磷菌、乳酸菌或光合菌。
进一步地，所述水解酶促进剂包括下述质量份数的原料：
糖化酶54-70份；
淀粉酶20-31.5份；
纤维素酶5-13份；
蛋白酶1-5份。
进一步地，所述矿质养分促进剂包括下述质量份数的原料：
微晶化磷矿粉5-100份；
微晶化沸石粉0-3份；
微晶化碳酸钙粉0-70份；
尿素0-9份；
磷酸盐0-15份；
膨润土0-300份；
活性炭0-5.5份。
进一步地，所述微晶化磷矿粉、微晶化沸石粉和微晶化碳酸钙粉按照下述质量百分比的原料制备而成：
含磷矿物或沸石或碳酸钙96%-98%；
活化剂2%-4%；
所述活化剂为三乙醇胺、聚丙烯酸胺或乙二醇。
进一步地，所述磷酸盐为磷酸氢二铵或磷酸二氢钾中的一种。
相应地，本发明还给出了一种沼气发酵用功能性生物催化剂的制备方法，该方法包括下述步骤：
将质量份数为61-329份的矿质养分促进剂、100份水解酶促进剂和1-3份微生物复合菌剂在常温下混合均匀，即得沼气发酵用功能性生物催化剂。
进一步地，所述微晶化磷矿粉、微晶化沸石粉或微晶化碳酸钙粉是通过下述方法来制备的：
分别将含96%-98%质量百分比的磷矿物、沸石或碳酸钙置于不同的粉碎设备中，将粉碎后的各粉体分别置于三个研磨设备中，并分别在各研磨设备中加入2%-4%质量百分比的活化剂，进行超细加工，利用机械力化学及高剪切的机械冲击作用将天然矿物制备成平均粒度达到400目以上的产物，分别得到P2O5含量在15%-25%之间的沼气发酵微晶化磷矿粉、或沼气发酵微晶化沸石粉，或是沼气发酵微晶化碳酸钙粉，并进行包装备用。
相应地，本发明进而给出了一种利用沼气发酵用功能性生物催化剂的发酵方法，该方法包括下述步骤：
以畜禽粪便为原料，按照质量份数添加新鲜畜禽粪便350-650份，接种物100-300份和功能性生物催化剂163-430份进行沼气发酵，控制畜禽粪便的含水率为75-85%；加入放置的去氯自来水，控制整个原始料液浓度为7-12%，充分搅拌混合，在20～40℃下进行发酵。
进一步地，所述畜禽粪便为牛粪、鸡粪、猪粪、羊粪中的一种；
所述接种物为沼液和畜禽粪便的混合物或污水处理厂的污泥；
所述沼液和畜禽粪便的混合物比例为10:1，由装桶密封后在26～28℃条件驯化得到，驯化时间为8d。
本发明以天然矿物为原料，与传统酶类、无机盐类、有机物和其它无机物等相比较，本发明的创新点就是添加利用机械力化学及高剪切的机械冲击作用，将天然矿物制备成微晶化矿粉到沼气发酵原料配方中。本发明在添加活化剂的前提下，将矿物研磨到一定细度后，活化其中的营养元素。在沼气发酵启动时，添加微晶化矿粉有利于微生物的增殖，提高***生物量，有利于提高反应器的缓冲能力，可以促进沼气发酵***微生物的代谢，改善厌氧发酵各阶段的作用效率，从而更有效地利用底物，最终提高沼气产量。另外，将一种可用于同时去除水中有机污染物和重金属离子污染物的多功能催化剂微晶化沸石粉添加到沼气发酵***中。该沼气发酵***能耗小、单位能耗处理量大、加工流程短、成本低、臭氧分解效率高、操作简便、整个工艺环保、经济，实现了可持续性发展，具有广阔的应用前景。
本发明的特点在于：
1、本发明采用机械活化法将含磷矿物中的磷元素活化，该工艺方法使含磷矿物的利用率达到100%，无尾矿排出。
2、充分利用了微晶化沸石粉的吸附、离子交换、生物降解和膜过滤的功能互补作用，在除去水中的砷、氨氮、重金属等污染物质的同时，产甲烷效果稳定，达到除臭和抑制病原微生物，使其无害化，易于控制。
3、整个发酵***获得了良好的产气速率、沼气产量和原料利用率，而且制备工艺流程简单、操作容易、效果好、投资少、无污染等。
4、采用添加多功能生物催化剂厌氧发酵方式，为沼气发酵工业生产开辟了一条新的技术途径，具有广泛的应用价值，为规模化沼气生产的实际应用提供强大的技术支撑。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
本发明利用沼气发酵用功能性生物催化剂的发酵方法按照下述方法进行：
第一步，制备微晶化磷矿粉：
将含96%-98%质量百分比的磷矿物置于粉碎设备中，将粉碎后的粉体置于研磨设备中，并在研磨设备中加入2%-4%质量百分比的活化剂，进行超细加工，利用机械力化学及高剪切的机械冲击作用将天然矿物制备成平均粒度达到400目以上的产物，得到P2O5含量在15%-25%之间的沼气发酵微晶化磷矿粉，并进行包装备用。
微晶化沸石粉是通过下述方法来制备的：将含96%-98%质量百分比的沸石置于粉碎设备中，将粉碎后的粉体置于研磨设备中，并在研磨设备中加入2%-4%质量百分比的活化剂，进行超细加工，利用机械力化学及高剪切的机械冲击作用将天然矿物制备成平均粒度达到400目以上的产物，得到沼气发酵微晶化沸石粉，并进行包装备用。
微晶化碳酸钙粉是通过下述方法来制备的：将含96%-98%质量百分比的碳酸钙置于粉碎设备中，将粉碎后的粉体置于研磨设备中，并在研磨设备中加入2%-4%质量百分比的活化剂，进行超细加工，利用机械力化学及高剪切的机械冲击作用将天然矿物制备成平均粒度达到400目以上的产物，得到沼气发酵微晶化碳酸钙粉，并进行包装备用。
其中，上述活化剂采用三乙醇胺、聚丙烯酸胺或乙二醇。
第二步，制备功能性生物催化剂：
按照每立方米发酵料液一千克的配方为：
微生物复合菌剂1-3份；
水解酶促进剂100份；
矿质养分促进剂61-329份。
将上述比例的矿质养分促进剂、水解酶促进剂和微生物复合菌剂在常温下混合均匀，即得沼气发酵用功能性生物催化剂。
上述功能性生物催化剂中：
微生物复合菌剂为产甲烷菌、纤维素分解菌、酵母菌、解磷菌、乳酸菌或光合菌。
水解酶促进剂总添加量按照100份计算：其中糖化酶54-70份；淀粉酶20-31.5份；纤维素酶5-13份；蛋白酶1-5份。
矿质养分促进剂按照下述原料比例添加，取其中两种或两种以上：
5-100份微晶化磷矿粉、0-3份微晶化沸石粉、0-70份微晶化碳酸钙粉、0-9份尿素、0-15份磷酸盐、0-300份膨润土、0-5.5份活性炭。
上述磷酸盐取自磷酸氢二铵或磷酸二氢钾中的一种。
第三步，利用功能性生物催化剂进行沼气发酵：
以畜禽粪便（牛粪、鸡粪、猪粪、羊粪中的一种）为原料，按照质量份数添加新鲜畜禽粪便（牛粪、鸡粪、猪粪、羊粪中的一种）350-650份，接种物（用鲜重比为10:1的沼液和畜禽粪便混合物或者污水厂的污泥，沼液和畜禽粪便混合物由装桶密封26～28℃驯化得到，驯化时间为8d；）100-300份，添加功能性生物催化剂163-430份进行沼气发酵；控制畜禽粪便的含水率为75-85%，加入一定比例的放置的去氯自来水，控制整个原始料液浓度为7-12%，充分搅拌混合，在20～40℃下进行发酵。
按照上述步骤，下面通过实施例1-9进一步说明本发明催化剂发酵沼气的不同原料组份。
表1一种沼气发酵用一千克原料组成重量份数（单位：克）
根据上述不同原料组份催化剂发酵沼气的实施例1-9，给出下述表2催化效果对比说明。
表2采用本发明技术应用沼气发酵生物催化实施效果对比
从上述实施例可以看出，在相同的实验条件下，通过对比不同的沼气发酵用多功能催化剂可知，本发明原料来源广泛、资源丰富、使含磷矿物的利用率高，且价格适中，作为沼气发酵多功能催化剂是切实可行。本发明制备的微晶化粉体展示出普通粉体所不及的诸多优越性：
1）厌氧发酵微生物的生长需要一定的营养物质，C、N、P是沼气发酵微生物生长最需要的三种营养元素，在工程中主要是控制进入厌氧反应器原料的碳、氮、磷的比例。
2）机械活化能实现磷矿晶格结构的转变，机械活化中低品位磷矿能提高磷元素的浸出率。在发酵时，添加微晶化磷矿粉，其颗粒粒径小，比表面积大、晶格结构高度无序化，促进矿物元素的溶解和释放。比单质磷更有利于微生物的增殖和繁衍，有利于提高反应器的缓冲能力，进而提高产气量。在本发明中添加了微晶化沸石粉，降低了沼气农用具有重金属污染风险。添加微晶化碳酸钙粉，不仅能使发酵液的pH值稳定维持在中性至弱碱性，而且也可以维持产沼气过程发酵液的pH值，达到稳定的发酵环境。
3）添加适量尿素能提供氮源，会提高发酵基质的利用率，快速启动沼气发酵过程，提高沼气中的甲烷含量。磷酸盐能提供稳定的磷源，促进甲烷菌的繁殖，保持长久地固定重金属，降低重金属在发酵***中的有效浓度。投加活性炭，能明显改善活性污泥的性能，可实现吸附和生化分解协同作用。粉末活性炭由于其高比表面积，显著降低了污泥混合液中溶解性物质的浓度，减轻了溶解性物质的吸附和膜孔堵塞污染，并改善了污泥絮体结构，增大了污泥絮体尺寸，由此改善了混合液膜过滤性。膨润土等能够促进畜禽粪便为基质的沼气发酵。
4）如果单独使用蛋白酶时，不但不能促进沼气发酵，相反还会降低沼气的产量。本发明采用适合的酶制剂配方的混合水解酶，提高水解阶段的反应速率，可以为后续各阶段提供更多的底物，能显著地提高沼气发酵的原料的利用率和产气效率，最终提高沼气产量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种沼气发酵用功能性生物催化剂，其特征在于，包括下述质量份数的原料：
微生物复合菌剂1-3份；
水解酶促进剂100份；
矿质养分促进剂61-329份；
所述矿质养分促进剂包括下述质量份数的原料：
所述微生物复合菌剂为产甲烷菌、纤维素分解菌、酵母菌、解磷菌、乳酸菌或光合菌；
所述水解酶促进剂包括下述质量份数的原料：
2.根据权利要求1所述的一种沼气发酵用功能性生物催化剂，其特征在于，所述微晶化磷矿粉、微晶化沸石粉和微晶化碳酸钙粉按照下述质量百分比的原料制备而成：
含磷矿物、沸石或碳酸钙96％-98％；
活化剂2％-4％；
所述活化剂为三乙醇胺、聚丙烯酸胺或乙二醇。
3.根据权利要求1所述的一种沼气发酵用功能性生物催化剂，其特征在于，所述磷酸盐为磷酸氢二铵或磷酸二氢钾中的一种。
4.一种权利要求1所述的沼气发酵用功能性生物催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
将质量份数为61-329份的矿质养分促进剂、100份水解酶促进剂和1-3份微生物复合菌剂在常温下混合均匀，即得沼气发酵用功能性生物催化剂；
所述微晶化磷矿粉、微晶化沸石粉或微晶化碳酸钙粉是通过下述方法来制备的：
分别将含96％-98％质量百分比的磷矿物、沸石或碳酸钙置于不同的粉碎设备中，将粉碎后的各粉体分别置于三个研磨设备中，并分别在各研磨设备中加入2％-4％质量百分比的活化剂，进行超细加工，利用机械力化学及高剪切的机械冲击作用将天然矿物制备成平均粒度达到400目以上的产物，分别得到P2O5含量在15％-25％之间的沼气发酵微晶化磷矿粉、或沼气发酵微晶化沸石粉，或是沼气发酵微晶化碳酸钙粉，并进行包装备用。
5.一种利用权利要求1所述的沼气发酵用功能性生物催化剂的发酵方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
以畜禽粪便为原料，按照质量份数添加新鲜畜禽粪便350-650份，接种物100-300份和功能性生物催化剂163-430份进行沼气发酵，控制畜禽粪便的含水率为75-85％；加入放置的去氯自来水，控制整个原始料液浓度为7-12％，充分搅拌混合，在20～40℃下进行发酵；
所述畜禽粪便为牛粪、鸡粪、猪粪、羊粪中的一种；
所述接种物为沼液和畜禽粪便的混合物或污水处理厂的污泥；
所述沼液和畜禽粪便的混合物比例为10:1，由装桶密封后在26～28℃条件驯化得到，驯化时间为8d。
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| CN107022576B (zh) * | 2017-05-26 | 2020-10-16 | 西安建筑科技大学 | 一种沼气发酵用功能复合促进剂及其制备方法 |
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Citations (3)
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| CN102206620A (zh) * | 2011-03-09 | 2011-10-05 | 枣庄市杰诺生物酶有限公司 | 用于沼气发酵并能补充微量元素的复合酶 |
| CN102925493A (zh) * | 2012-11-21 | 2013-02-13 | 江苏省农业科学院 | 秸秆厌氧发酵产沼气促进剂及其制备方法和应用 |
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