CN114736934B - 通过添加生物炭促进畜粪秸秆厌氧共发酵制备沼气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过添加生物炭促进畜粪秸秆厌氧共发酵制备沼气的方法，包括以下步骤：(1)将新鲜畜粪中的杂质清理干净，将秸秆风干后粉碎；(2)将秸秆用氢氧化钠水溶液浸泡，然后用水冲洗，最后超声处理；(3)将畜粪、秸秆、生物炭和水加入发酵池中，密封同时加热，密封结束后引入沼液进行厌氧发酵，制得沼气。本发明制备沼气的方法可以有效提高总产气量和总甲烷产量，缩短产气滞留时间。
Description
技术领域
本发明属于沼气制备技术领域，更具体的说是涉及一种通过添加生物炭促进畜粪秸秆厌氧共发酵制备沼气的方法。
背景技术
有机废物在全世界产生的废物总量中占了很大比例，例如城市固体废物中的有机部分、废水处理污泥、农业废弃物和森林残留物等。农业废弃物主要包括农业生产过程中产生的种植废弃物、养殖废弃物以及农牧产品加工废弃物等，禽畜粪便在农业废弃物中，污染是较难处理的，且产量巨大。禽畜粪便在全球中都有巨大产量。
中国也是农业畜牧业大国，每年约产38亿吨禽畜粪便，根据吉林省统计年鉴2019的数据，吉林省2018年年末肉猪出栏1570.42万头，牛出栏量249.56万头，家禽出栏45062.26万只，根据排污系数计算约产生625.027万吨猪粪，1135.58吨家禽粪便和1821.79吨猪粪。
由于粪便中包含较多碳氮元素具有较高的经济价值，并且堆放粪便会造成温室气体排放和疾病等问题，需要对禽畜粪便进行处理，对有机废物的处理方法有多种形式，包括厌氧发酵、好氧堆肥、卫生填埋等，有机废物处理是指对有机废弃物及其污染物进行物理、化学和生物方法处理，使其减少对环境的污染甚至变废为宝。
厌氧发酵(AnaerobicDigestion，简称AD，也被称之为厌氧消化)是将有机固体废物和废水转化为能源和有价值产品的有效生化途径。作为支撑循环经济的资源回收技术，厌氧发酵已经在全球范围内全面商业化运营了几十年。厌氧发酵工艺产生沼气，沼气可以转化为热能和动力，厌氧消化后的消化物富含营养，可以作为土壤改良剂安全地散布到田间，有效提高土壤肥力，改善土壤理化性质，如何提高总产气量和总甲烷产量，缩短产气滞留时间成为了厌氧发酵相关研究的主要研究方向。
因此，如何研发一种通过添加生物炭促进畜粪秸秆厌氧共发酵制备沼气的方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种通过添加生物炭促进畜粪秸秆厌氧共发酵制备沼气的方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种通过添加生物炭促进畜粪秸秆厌氧共发酵制备沼气的方法，包括以下步骤：
(1)将新鲜畜粪中的杂质清理干净，将秸秆风干后粉碎；
(2)将秸秆用氢氧化钠水溶液浸泡，然后用水冲洗，最后超声处理；
(3)将畜粪、秸秆、生物炭和水加入发酵池中，密封同时加热，密封结束后引入沼液进行厌氧发酵，制得沼气。
本发明的有益效果：本发明制备沼气的方法可以有效提高总产气量和总甲烷产量，缩短产气滞留时间。
进一步，上述畜粪为猪粪。
进一步，上述秸秆为玉米秸秆。
进一步，上述步骤(1)中，将秸秆风干至含水量为0-20％，将秸秆粉碎至16-30目。
进一步，上述步骤(1)中，生物炭由玉米秸秆450℃缺氧燃烧2h制得，升温速度为10℃/min。
进一步，上述步骤(2)中，秸秆和氢氧化钠水溶液的质量体积比为0.112mg/mL，氢氧化钠水溶液的浓度≥0.5mol/L。
进一步，上述步骤(2)中，浸泡时间为24小时。
进一步，上述步骤(2)中，用水冲洗至洗液pH为7。
进一步，上述步骤(2)中，超声处理的频率为40KHz，超声处理的时间为4-6min。
进一步，上述步骤(3)中，畜粪和秸秆混合物的碳氮比为28，生物炭的添加量为畜粪和秸秆总固体含量的2-8％，水的添加量为使畜粪、秸秆、生物炭和水总固体含量达到7-9％。
进一步，上述步骤(3)中，沼液的添加量为密封结束后发酵池内原料体积的9-11％。
进一步，上述步骤(3)中，加热温度为35±1℃，密封时间为1-4天，密封结束后引入沼液进行厌氧发酵。
进一步，上述步骤(3)中，厌氧发酵的温度为33-37℃，厌氧发酵的时间为30-40天。
附图说明
图1厌氧发酵反应装置图，其中：1-恒温水浴锅，2-厌氧发酵反应器，3-沼液取样口，4-沼气传导装置，5-止逆阀，6-沼气取样口，7-集气瓶，8-排水称量装置，9-排水管；
图2添加生物炭的猪粪玉米秸秆厌氧共发酵每日沼气产量图；
图3添加生物炭的猪粪玉米秸秆厌氧共发酵总沼气产量图；
图4添加生物炭的猪粪玉米秸秆厌氧共发酵每日产气甲烷百分比变化图；
图5添加生物炭的猪玉米秸秆厌氧共发酵每日甲烷产量变化图；
图6添加生物炭的猪玉米秸秆厌氧共发酵总甲烷产量变化图；
图7添加生物炭的猪粪玉米秸秆厌氧共发酵理化性质变化图；
图8添加生物炭的猪粪玉米秸秆厌氧共发酵理化性质变化放大图；
图9猪粪生物炭PCA分析图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
通过添加生物炭促进畜粪秸秆厌氧共发酵制备沼气的方法，包括以下步骤：
(1)将玉米秸秆450℃缺氧燃烧2h制得生物炭，升温速度为10℃/min，将新鲜猪粪中的石头、草等杂质清理干净，将玉米秸秆风干至含水量为2％后粉碎至25目；
(2)将秸秆用氢氧化钠水溶液浸泡24小时，秸秆和氢氧化钠水溶液的质量体积比为0.112mg/mL，氢氧化钠水溶液的浓度为0.5mol/L，然后用水冲洗至洗液pH为7，最后超声处理，超声处理的频率为40KHz，超声处理的时间为5min；
(3)将猪粪、秸秆、生物炭和水加入发酵池中，猪粪和秸秆混合物的碳氮比为28，生物炭的添加量为畜粪和秸秆总固体含量的2％，水的添加量为使猪粪、秸秆、生物炭和水总固体含量达到8％，密封同时加热，加热温度为35±1℃，密封时间为3天，密封结束后引入沼液进行厌氧发酵，厌氧发酵的温度为35±1℃，厌氧发酵的时间为33天，沼液的添加量为密封结束后发酵池内原料体积的10％，制得沼气。
实施例2
通过添加生物炭促进畜粪秸秆厌氧共发酵制备沼气的方法，包括以下步骤：
(1)将玉米秸秆450℃缺氧燃烧2h制得生物炭，升温速度为10℃/min，将新鲜猪粪中的石头、草等杂质清理干净，将玉米秸秆风干至含水量为10％后粉碎至16目；
(2)将秸秆用氢氧化钠水溶液浸泡24小时，秸秆和氢氧化钠水溶液的质量体积比为0.112mg/mL，氢氧化钠水溶液的浓度为0.6mol/L，然后用水冲洗至洗液pH为7，最后超声处理，超声处理的频率为40KHz，超声处理的时间为4min；
(3)将猪粪、秸秆、生物炭和水加入发酵池中，猪粪和秸秆混合物的碳氮比为28，生物炭的添加量为猪粪和秸秆总固体含量的4％，水的添加量为使猪粪、秸秆、生物炭和水总固体含量达到7％，密封同时加热，加热温度为35±1℃，密封时间为1天，密封结束后引入沼液进行厌氧发酵，厌氧发酵的温度为34±1℃，厌氧发酵的时间为39天，沼液的添加量为密封结束后发酵池内原料体积的9％，制得沼气。
实施例3
通过添加生物炭促进畜粪秸秆厌氧共发酵制备沼气的方法，包括以下步骤：
(1)将玉米秸秆450℃缺氧燃烧2h制得生物炭，升温速度为10℃/min，将新鲜猪粪中的石头、草等杂质清理干净，将玉米秸秆风干至含水量为20％后粉碎至30目；
(2)将秸秆用氢氧化钠水溶液浸泡24小时，秸秆和氢氧化钠水溶液的质量体积比为0.112mg/mL，氢氧化钠水溶液的浓度为0.7mol/L，然后用水冲洗至洗液pH为7，最后超声处理，超声处理的频率为40KHz，超声处理的时间为6min；
(3)将猪粪、秸秆、生物炭和水加入发酵池中，猪粪和秸秆混合物的碳氮比为28，生物炭的添加量为猪粪和秸秆总固体含量的6％，水的添加量为使猪粪、秸秆、生物炭和水总固体含量达到9％，密封同时加热，加热温度为35±1℃，密封时间为4天，密封结束后引入沼液进行厌氧发酵，厌氧发酵的厌氧发酵的温度为36±1℃，厌氧发酵的时间为30天，沼液的添加量为密封结束后发酵池内原料体积的11％，制得沼气。
实施例4
通过添加生物炭促进畜粪秸秆厌氧共发酵制备沼气的方法，包括以下步骤：
(1)将玉米秸秆450℃缺氧燃烧2h制得生物炭，升温速度为10℃/min，将新鲜猪粪中的石头、草等杂质清理干净，将玉米秸秆风干至含水量为2％后粉碎至25目；
(2)将秸秆用氢氧化钠水溶液浸泡24小时，秸秆和氢氧化钠水溶液的质量体积比为0.112mg/mL，氢氧化钠水溶液的浓度为0.5mol/L，然后用水冲洗至洗液pH为7，最后超声处理，超声处理的频率为40KHz，超声处理的时间为5min；
(3)将猪粪、秸秆、生物炭和水加入发酵池中，猪粪和秸秆混合物的碳氮比为28，生物炭的添加量为猪粪和秸秆总固体含量的8％，水的添加量为使猪粪、秸秆、生物炭和水总固体含量达到8％，密封同时加热，加热温度为35±1℃，密封时间为3天，密封结束后引入沼液进行厌氧发酵，厌氧发酵的温度为35±1℃，厌氧发酵的时间为39天，沼液的添加量为密封结束后发酵池内原料体积的10％，制得沼气。
效果实验
1.实验方法
(1)将玉米秸秆450℃缺氧燃烧2h制得生物炭，升温速度为10℃/min，将新鲜猪粪中的石头、草等杂质清理干净，将玉米秸秆风干至含水量为2％后粉碎至25目；
(2)将秸秆用氢氧化钠水溶液浸泡24小时，秸秆和氢氧化钠水溶液的质量体积比为0.112mg/mL，氢氧化钠水溶液的浓度为0.5mol/L，然后用水冲洗至pH为7，最后超声处理，超声处理的频率为40KHz，超声处理的时间为5min；
(3)采用500mL锥形瓶作为反应器(有效容积610mL)，通过橡胶塞和玻璃胶密封，通过恒温水浴锅加热保持恒温，使用1L的集气瓶收集气体，用排水法计算产生沼气的含量，装置连接处用玻璃胶和医用凡士林进行密封，防止漏气，将猪粪、秸秆、生物炭和水加入图1所示的反应器中，猪粪和秸秆混合物的碳氮比为28，生物炭的添加量为猪粪和秸秆总固体含量的0-8％，水的添加量为猪粪、秸秆、生物炭和水总固体含量的8％，密封放入恒温水浴锅加热，加热温度为35±1℃，密封时间为3天，密封结束后引入沼液进行厌氧发酵，厌氧发酵的温度为35±1℃，沼液的添加量为密封结束后发酵池内原料体积的10％，制得沼气。
加完沼液的时间定为开始时间。随后每天12：00检测产气量，每3天取沼液，检测氨氮、VFAs、pH和电导率。每三天收集沼气测定沼气中的甲烷含量，确定甲烷产量。利用修正的Gompertz模型对甲烷产量进行拟合，以此来研究厌氧发酵的产气性性能。对理化指标和产甲烷量进行主成分分析，通过主成分分析结果研究添加剂影响厌氧发酵产气性能的机理。
表1各实验组分组及命名方式
2.测定方法
每天中午12:00记录量筒中液体体积以及环境温度，每天早中晚各震荡反应器一分钟，充分摇匀，用集气袋收集气体并用便携式甲烷检测仪测定甲烷含量并记录。厌氧消化过程中每3天取样一次，每次通过三通阀取沼液10mL，并按取出沼液的含固率加入适量的蒸馏水，测定pH和电导率，离心后取上清液测氨氮和VFAs。当产气量低于10％最大产气量时认为厌氧发酵结束。
测定发酵原材料基本性质含水率，TOC、TN、TS和VS。原材料的基本性质如表2所示。测定的具体方法如下：
(1)pH。取沼液后混匀，用pH计测定温度和pH值。
(2)总有机碳(TOC)含量。采用重铬酸钾容量法。用定量的重铬酸钾-硫酸溶液，在加热条件下，使风干样品中有机碳氧化，多余的重铬酸钾用硫酸亚铁标准溶液滴定，同时用二氧化硅作空白试验。
(3)总氮(TN)。烘干样品中的氮经硫酸-过氧化氢消煮，转化为铵态氮。碱化后蒸馏出来的氨用硼酸溶液吸收，以标准酸溶液滴定，计算样品中总氮含量。
(4)挥发性脂肪酸(VFAs)。用比色法，取沼液后于5000转离心15min，取上清液，添加乙二醇，硫酸，沸水浴加热3min，冷水冷却，0.5mL10％硫酸羟胺，2mL4.5mol氢氧化钠，10mL酸性氯化铁，定容到25mL，显色，用分光光度计在500nm下测定。
(5)氨氮。取10mL在5000转离心15min后取上清液用苯酚硝基苯-二氯异氰尿酸钠显色法测定。
(6)产气量。沼气产量用排水法测定。
(7)总固体含量(TS)。用烘干失重量法测定，在105℃烘干24小时测定。
(8)挥发性固体含量(VS)。用马弗炉灼烧法测定，在550℃灼烧2小时测定。
(9)甲烷含量。甲烷含量用便携式甲烷检测仪测定甲烷浓度。
表2发酵原材料基本性质
| TOC(g/kg·TS) | TN(g/kg·TS) | C/N | TS(％) | VS(％TS) | |
| 猪粪 | 395.62 | 16.76 | 23.61 | 23.61 | 76.31 |
| 秸秆 | 559.07 | 4.83 | 115.74 | 93.62 | 97.93 |
3.数据处理
厌氧发酵***中取样时取三个平行样本，最终测定结果取平均值。使用MicrosoftExcel2016进行数据统计，通过修正的Gompertz模型模拟总甲烷产量，用Origin9.0进行模型模拟，修正的Gompertz模型如公式(1)所示。使用Canoco5进行主成分分析(Principalcomponentanalysis，PCA)，研究理化性质对产气性能的影响。
式中：P为累积甲烷产量，单位为mL/g(以VS计)；P0为最终甲烷潜力，单位为mL/g(以VS计)；Rm为最大产甲烷速率，单位为mL/(g·d)(以VS计)；λ为滞留时间，单位为d；e为常数2.718282。
4.结果与分析
4.1.1生物炭添加对产气量的影响
添加生物炭的猪粪发酵每日产气量如图2所示，单日产气量最大的为P6C实验组，产气21.91mL/g VS，且最快达到产气高峰，添加生物炭会提高产气量，并且使产气更加稳定。对于产气周期的影响并不明显，空白对照组反应在第35天结束，添加生物炭后发酵周期在30–39天，添加6％生物炭反应最快，在第30天结束反应。
添加生物炭的猪粪发酵总沼气产量如图3所示，仅有P4C实验组总产气量略低于对照组，沼气产量为112.33mL/g VS，添加其他量生物炭会提高产气量，添加6％生物炭产气量为188.74mL/g VS，高于对照组的121.96mL/g VS。
4.1.2生物炭添加对沼气成分的影响
添加生物炭的猪粪玉米秸秆厌氧共发酵实验组产气结果如表3所示。添加生物炭明显促进了甲烷产量，最终甲烷产量提升了18.25％-150.15％，对反应周期影响不明显，其中，添加6％的最终甲烷百分比最高，总甲烷产量占总沼气产量的60％。
表3添加生物炭对猪粪厌氧发酵产气影响
猪粪实验组中的甲烷百分比变化如图4所示，在前9天添加生物炭后甲烷百分比略微高于对照组，添加6％生物炭能使***迅速开始产甲烷，但添加8％生物炭会使达到产气高峰的时间略微延长。总体上来看，添加生物炭都会提高甲烷百分比。
添加生物炭后猪粪厌氧共发酵的每日甲烷产量如图5所示。由图可以看出，添加6％生物炭的实验组迅速产甲烷，在第六天第一次达到产气高峰，产甲烷14.31mL/g VS。对照组产甲烷较少，达到产气高峰后平衡被破坏，产甲烷量迅速降低，而添加生物炭后产气稳定，且达到产气高峰后持续产甲烷时间长。
猪粪生物炭组的每日甲烷产量如图6所示。由图可以看出，添加生物炭后所有实验组总甲烷产量均高于对照组，P6C实验组迅速产甲烷，总甲烷产量始终高于对照组，产甲烷最多的P8C实验组产了119.74mL/g VS甲烷，产气最快的P6C实验组产了111.25mL/g VS甲烷，远高于对照组的47.86mL/g VS甲烷。
4.1.3生物炭添加对理化指标的影响
添加生物炭对猪粪与玉米秸秆厌氧共发酵的影响分别如图7。
猪粪实验组中添加6％生物炭的实验组pH迅速回升到中性并开始产气，其他实验组中pH先下降后上升，说明酸化没有彻底结束，直到第九天后才逐渐恢复到产甲烷菌最适合的中性条件。
氨氮在反应刚开始引入沼液的第0天就有很高的氨氮，猪粪实验组中，由于猪粪本身含氮量较高，氨氮初始值很高，可能存在氨氮抑制的现象。
电导率在猪粪中呈现下降趋势，猪粪中电导率在3.0左右。电导率都是在第5天左右达到高峰，生物炭组因为已经在湿地***中饱和，且存在吸附释放的动态过程，导致电导率在上下浮动且不明显。
由于生物炭会刺激厌氧发酵的过程，VFAs在累积到一定程度后会被产甲烷菌分解，产甲烷的过程中会利用VFAs，导致反应12天后VFAs浓度下降，生物炭的添加减少了反应中后期VFAs的浓度，解决了VFAs累积而造成的厌氧发酵***破坏的问题。
4.2.1生物炭对产气性能的研究
厌氧发酵的产气性能可以通过模型进行分析，修正的Gompertz模型拟合的产甲烷结果如表4所示，猪粪中添加生物炭可以使最终产甲烷潜力提升，由47.43mL/g VS最高提升到P2C实验组的122.24mL/g VS。
表4猪粪修正的Gompertz模型拟合产甲烷结果
从滞留时间来看，猪粪生物炭组中，添加2％和8％生物炭会延长产气滞留时间，但添加4％或6％生物炭会显著缩短产气滞留时间。水解是厌氧发酵重要的限速步骤，滞留时间的缩短也代表着生物炭促进了厌氧发酵中水解和酸化的过程，使得引入接种物后产甲烷菌迅速繁殖使得厌氧发酵体系快速达到稳定。另一方面生物炭可以促进种间直接电子传递，这也会使得厌氧发酵***更快进入产甲烷阶段，缩短滞留时间。
从拟合度来看，猪粪中的拟合度较好，均在0.985以上。由于沼液中含有少量挥发性脂肪酸，使得***更容易启动，由于生物炭可以促进厌氧发酵，使得生成的VFAs快速被利用，使***快速启动。本研究中P6C滞留时间最短，相比于对照组缩短了80.66％。
4.2.2生物炭影响产气性能的机理分析
从产气结果上来看，添加生物炭会促进厌氧发酵的产气效果，缩短产气周期，已经有许多研究表明，水解是重要的限速步骤，并且对于厌氧发酵***来说，水解和产甲烷是同步进行的。提高产气速率的关键在于加快水解阶段。目前大多数学者通过两相厌氧发酵来加速厌氧发酵，将水解阶段和产甲烷阶段分离，并取得了较明显的研究成果。并且适当的预处理方法也可以加快水解速率。本发明提供了一种新的思路，通过对玉米秸秆进行NaOH碱预处理，并加入到禽畜粪便厌氧发酵***中形成共发酵***，已经有研究表明碱法预处理可以使细胞壁变薄，使处理后的秸秆更易被产甲烷菌和水解菌利用。这是在此基础上添加生物炭添加剂，提供产甲烷菌的生长空间，进一步提前产甲烷滞后期。pH值由处理前的pH值7到反应开始时的6左右，水解和酸化阶段已经开始了一段时间了。
生物炭是以农残为原料制成的吸附剂的一个例子，因为它比活性炭、沸石等吸附剂便宜，而且其应用正在逐渐增加。虽然理论上生物炭可以起到缓冲pH的效果，但从实验结果上来看，添加生物炭并没有起到显著的缓冲pH效果。这可能是由于生物炭在缓冲pH的同时缩短了产气滞后期，提高了效率，从而使pH加速变化。
学者们已经发现氨氮对于厌氧发酵来说是有毒性的，因为它能穿过细胞膜，从而影响厌氧发酵细菌。研究人员已经表明，游离氨比氨氮毒性更大，因为它能够穿透细胞膜。氨抑制通常发生在连续进料的厌氧发酵和高含固率的厌氧干发酵中，对于序批式厌氧湿发酵中的氨氮抑制少有报道，一方面是由于含固率较低，通过震荡的方式使生成的氨氮稀释到沼液中减缓对厌氧发酵的影响，另一方面由于发酵原材料都是在反应开始前加入到反应器中，且中间不进行进料，使得总氮含量不高，少量的氨氮还会对厌氧微生物起到刺激兴奋效应，从而促进厌氧发酵，对厌氧发酵过程中氨氮的变化进行检测，有助于了解整个厌氧发酵进程。在本发明中，猪粪氨氮浓度较高，但也远远没达到同类实验氨氮抑制的3390mg/L浓度。
本发明中添加生物炭在预处理的猪粪中显著促进了甲烷产量，本实验中P8C和P6C是单日甲烷产量最高的两个实验组，并且添加生物炭的四个实验组的每天的甲烷占比提升十分明显，这是因为生物炭可以促进种间电子传递，使产甲烷菌活性更高，甲烷产量变多。
生物炭的电导率，即使在纯水和调配的城市尾水中，在吸附饱和后也会随时间波动。秸秆生物炭颗粒重量轻，形成悬浮固体，会增加液体中的EC。生物炭也具有较强的吸附性。此外，秸秆生物炭排放到废水中的灰分浓度变化较大，随着污染物的引入，悬浮物浓度增加更明显，导致EC的变化。秸秆生物炭主要含有C、H、N和O，其中C元素含量最高。添加到厌氧发酵***中会提供厌氧菌的生存空间，也会引起电导率的波动。
猪粪实验组的PCA分析结果如图9所示。添加生物炭猪粪发酵PCA分析显示，Axis1和Axis2分别解释了甲烷产量变化的78.88％和98.35％。生物炭的添加与pH呈现显著正相关，与电导率的变化呈显著负相关。生物炭可能是通过影响pH和电导率的变化，影响厌氧菌的活性，来影响甲烷产量。VFAs较高是甲烷产量较低的主要因素，氨氮较高是导致甲烷产量较低的因素之一。
5.结论
(1)猪粪实验组中添加生物炭可以显著提高总产气量和总甲烷产量，缩短产气滞留时间。总甲烷含量提升了18.53％-150.18％，产气周期变化不明显。添加6％生物炭是猪粪共发酵实验的最佳添加量。
(2)添加生物炭在猪粪共发酵***中是通过影响pH和电导率的变化，影响厌氧菌的活性，进而影响甲烷产量。
对所公开的实施例的说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (3)
1.一种通过添加生物炭促进畜粪秸秆厌氧共发酵制备沼气的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将新鲜畜粪中的杂质清理干净，将秸秆风干后粉碎；
(2)将秸秆用氢氧化钠水溶液浸泡，然后用水冲洗，最后超声处理；
(3)将畜粪、秸秆、生物炭和水加入发酵池中，密封同时加热，密封结束后引入沼液进行厌氧发酵，制得沼气；
所述畜粪为猪粪；
所述步骤(2)中，超声处理的频率为40KHz，超声处理的时间为4-6min；
所述步骤(2)中，秸秆和氢氧化钠水溶液的质量体积比为0.112mg/mL，氢氧化钠水溶液的浓度≥0.5mol/L；
所述步骤(3)中，生物炭由玉米秸秆450℃缺氧燃烧2h制得，升温速度为10℃/min；
所述步骤(3)中，畜粪和秸秆混合物的碳氮比为28，生物炭的添加量为畜粪和秸秆总固体含量的6％；
所述步骤(3)中，厌氧发酵的温度为33-37℃，厌氧发酵的时间为30-40天；
所述步骤(3)中，水的添加量为使畜粪、秸秆、生物炭和水总固体含量达到7-9％；
所述步骤(3)中，沼液的添加量为密封结束后发酵池内原料体积的9-11％；
所述步骤(3)中，加热温度为35±1℃，密封时间为1-4天，密封结束后引入沼液进行厌氧发酵。
2.根据权利要求1所述一种通过添加生物炭促进畜粪秸秆厌氧共发酵制备沼气的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，将秸秆风干至含水量为0-20％，将秸秆粉碎至16-30目。
3.根据权利要求1所述一种通过添加生物炭促进畜粪秸秆厌氧共发酵制备沼气的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，用水冲洗至洗液pH为7。
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2023
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