CN109112165A - 一种粪便秸秆混合发酵生产沼气工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粪便秸秆混合发酵生产沼气工艺，包括以下步骤：1）：农作物秸秆预处理先将农作物秸秆利用粉碎机粉碎至0.5～1cm，然后加入水和沼液进行堆沤，控制含水率为60%～70%，堆沤放置3～10天，每天搅拌一次；2）：向预处理后的秸秆中加入粪便，混匀后接种堆沤处理后的牛粪、污泥和/或发酵后沼液的混合物，接种量为20%～40%wt，在35±2℃下进行产沼气发酵30‑35天。本发明的粪便秸秆混合发酵生产沼气工艺，确定了最佳的发酵工艺条件，从而大大提高了沼气产量。实现了废弃物资源利用化，充分利用了农作物秸秆和粪便的特性，解决了单一原料发酵周期长、产气率低及发酵***不稳定等问题。

Description

一种粪便秸秆混合发酵生产沼气工艺

技术领域

本发明涉及可再生能源利用和沼气制备领域，具体为一种粪便秸秆混合发酵产沼气工艺。

背景技术

我国是一个农业大国，每到收获的季节，都会产生大量的农业废弃物。据统计，我国每年产生的农作物秸秆超过7亿吨，相当于3.5亿吨标准煤。但是我国的农作物秸秆大多都得不到合理的利用，利用率仅约为33％，除了少部分用于畜禽饲料，堆肥，气化，还田和工业原料，剩下大多都被直接丢弃或焚烧，不仅极大的浪费了资源还对环境造成严重影响。同样我国还是个畜禽养殖业大国，每年由于畜禽养殖产生的粪便废水可达25亿吨左右，如不妥善处理，散发的恶臭，污染附近水资源，对生活环境造成严重危害。

传统沼气发酵原料为单一农作物秸秆或者单一粪便，但是农作物秸秆纤维素和木质素含量较高，且表面有一层蜡质不利于微生物的附着导致其降解率低、厌氧消化时间长、易出现漂浮分层、池内结壳和难以出料等问题。而鸡粪、猪粪和牛粪等粪便中的碳氮比较低，不利于沼气发。因此,以粪便和秸秆混合发酵可以有效地弥补单一秸秆作为发酵原料的弊,而将粪便与秸秆以什么比例混合发酵才能达到最佳的产气效果,也成为研究混合原料发酵的一个重要因素。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中采用单一农作物秸秆或者单一粪便为沼气发酵原料时产气效果不佳的缺陷，提供一种粪便秸秆混合发酵生产沼气工艺。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种粪便秸秆混合发酵生产沼气工艺，包括以下步骤：

1)：农作物秸秆预处理，先将农作物秸秆利用粉碎机粉碎至0.5～1cm，然后加入水和沼液进行堆沤，优选的，水和沼液质量相等，控制含水率为60％～70％，堆沤放置3～10天，每天搅拌一次；

2)：向预处理后的秸秆中加入粪便，按照猪粪稻秆干物质质量比为0.5：1，鸡粪麦秆干物质质量比为1：1，牛粪玉米秆的干物质质量比为0.5：1混匀后接种堆沤处理后的牛粪、污泥和/或发酵后沼液的混合物，接种量为20％～40％wt，在35±2℃下进行产沼气发酵30-35天。

进一步的，所述步骤2)中的混合物的总固体含量为6％～10％wt，C/N为15～25：1。

进一步的，所述农作物秸秆为麦秆、玉米秆和稻秆。

进一步的，所述粪便为鸡粪、猪粪和牛粪。

进一步的，所述步骤1)中夏天堆沤时间为3到5天，秋季堆沤时间为5到7天，冬季堆沤时间8到10天，至秸秆表面长出白色菌丝，表明秸秆堆沤完成。

进一步的，所述步骤2)中接种用的发酵后沼液的TS为5％；污泥的TS为2.8％；堆沤处理后的牛粪的TS为11％。

进一步的，农作物选用稻秆，粪便选用猪粪时，原料TS为0.5：1，接种物选用污泥，污泥的接种量为总质量的20％，接种后总TS含量为6％。

本发明中秸秆堆沤前后的含水率是指一定量的秸秆和沼液和水混合后，水所占的质量百分比,计算公式为：

本发明专利中秸秆和粪便的TS是指原料中干物质含量，经过105摄氏度烘干至恒重的质量与烘干前原料的质量比，计算公式：

发酵料液的C/N(即碳氮比)是指发酵料液中粪便与秸秆的含碳量总和/粪便和秸秆的含氮量总和，计算公式：

其中，氮素是构成沼气微生物生长作用的重要原料，碳素不仅构成微生物细胞质，而且是提供生命活动的能量；

接种量为接种物的质量占发酵料液的质量百分数；

发酵料液浓度是指发酵料液中干物质含量的质量百分数；

本发明所达到的有益效果是：本发明的粪便秸秆混合发酵生产沼气工艺，通过严谨的科学实验和认真、精确的数据处理，对粪便秸秆混合发酵产沼气工艺进行了优化研究，确定了最佳的发酵工艺条件，从而大大提高了沼气产量。实现了废弃物资源利用化，充分利用了农作物秸秆和粪便的特性，解决了单一原料发酵周期长、产气率低及发酵***不稳定等问题。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明本发明粪便秸秆混合发酵的正交效应曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

一种粪便秸秆混合发酵产沼气工艺

农作物秸秆预处理

1)、对秸秆进行物理处理，将选作实验原料的几种秸秆用粉碎机进行粉碎，使其长度为0.5～1cm；

2)、计算粉碎后秸秆的TS，然后向粉碎后的秸秆中加入适量的水和沼液，使秸秆的含水率控制在60％～70％，将处理过的秸秆堆沤3～5天，期间用搅拌棒翻动，使秸秆和水分混合均匀；

3)、将粪便与上述预处理后的秸秆按照一定比例混合，粪便和秸秆的比例为0.5～1：1(按TS计算)，接种量为20％～40％(质量)，发酵原料浓度为6％～10％(质量)，混合原料的C/N为15～25：1。

表1详述了保持一定的发酵条件，调节混合发酵工艺条件(A-发酵原料：鸡粪小麦1：1、猪粪水稻0.5：1和牛粪玉米0.5：1，B-料液浓度：6％～10％，C-接种物种类：发酵沼液、污泥和堆沤牛粪，D-接种量：20％～40％)的正交试验因素和水平表：

表1 L₉(3⁴)粪便秸秆混合发酵正交试验因素和水平表

根据正交实验设计表1，实验按照四因素三水平，分9个实施例安排试验，如表2：

表2粪便秸秆混合发酵正交试验安排

根据实验安排表2，发酵进行34天后，分别收集实施例1～9粪便秸秆混合发酵所产生的沼气，各组单位产气量如表3：

表3各实施例粪便秸秆混合发酵产气量

粪便秸秆混合发酵最优条件的确定

使用极差分析，见表4：

A.计算各水平实验结果总和，即水平1、2、3上的K₁、K₂、K₃，并求出K₁、K₂、K₃和K的R值(极差)。

B.选出最优水平组合：根据R值的大小，排出因素显著性的顺序，并比较K值选出最优水平组合。

表4粪便秸秆混合发酵正交试验结果的极差分析

表4显示的是正交试验的直观分析表，得到极差分析结果，由表4可知，发酵原料和接种物的种类对粪便秸秆混合发酵的影响较大。

为了更便于观察指标的变化，下面用粪便秸秆混合发酵正交效应曲线图1来具体描述。从图1中可清楚的看到，不同发酵原料对粪便秸秆混合发酵单位产气量影响较大，其中猪粪稻秆0.5：1(干物质)时，单位产气量最高；发酵料液浓度和接种量对混合发酵单位产气量的影响先下降后上升，分别在发酵料液浓度TS为6％和接种量为20％时，单位产气量达到最高；接种物种类的不同对粪便秸秆混合发酵的影响也不同，其中，污泥的接种效果最佳。因此，粪便秸秆混合发酵的最优条件为A₂B₁C₂D₁,即发酵原料为猪粪稻秆0.5：1，发酵料液浓度6％，接种物为污泥，接种量为20％。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种粪便秸秆混合发酵生产沼气工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)：农作物秸秆预处理，先将农作物秸秆利用粉碎机粉碎至0.5～1cm，然后加入水和沼液进行堆沤，控制含水率为60％～70％，堆沤放置3～10天，每天搅拌一次；

2)：向预处理后的秸秆中加入粪便，混匀后接种堆沤处理后的牛粪、污泥和/或发酵后沼液的混合物，接种量为20％～40％wt，在35±2℃下进行产沼气发酵30-35天。

2.根据权利要求1所述一种粪便秸秆混合发酵产沼气工艺，其特征在于：所述步骤2)中的混合物的总固体含量为6％～10％wt，C/N为15～25：1。

3.根据权利要求1所述一种粪便秸秆混合发酵产沼气工艺，其特征在于：所述农作物秸秆为麦秆、玉米秆或稻秆。

4.根据权利要求1所述一种粪便秸秆混合发酵产沼气工艺，其特征在于：所述粪便为鸡粪、猪粪或牛粪。

5.根据权利要求1所述一种粪便秸秆混合发酵产沼气工艺，其特征在于：所述步骤1)中夏天堆沤时间为3到5天，秋季堆沤时间为5到7天，冬季堆沤时间8到10天。

6.根据权利要求1所述一种粪便秸秆混合发酵产沼气工艺，其特征在于：所述步骤2)中接种用的发酵后沼液的TS为5％；污泥的TS为2.8％；堆沤处理后的牛粪的TS为11％。

7.根据权利要求1所述一种粪便秸秆混合发酵产沼气工艺，其特征在于：所述步骤2)中猪粪稻秆干物质质量比为0.5：1，鸡粪麦秆干物质质量比为1：1，牛粪玉米秆的干物质质量比为0.5：1。

8.根据权利要求7所述一种粪便秸秆混合发酵产沼气工艺，其特征在于：农作物选用稻秆，粪便选用猪粪时，接种物选用污泥，污泥的接种量为总质量的20％，接种后总TS含量为6％。