CN115433742B - 一种固态厌氧发酵农林剩余物联产沼气和有机肥的方法 - Google Patents

一种固态厌氧发酵农林剩余物联产沼气和有机肥的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于固废资源化、能源化领域的环境保护技术领域，具体涉及一种固态厌氧发酵农林剩余物联产沼气和有机肥的方法。本发明提供的固态厌氧发酵农林剩余物联产沼气和有机肥的方法，包括以下步骤：农林剩余物经碱液处理后，获得固体产物和碱处理废液；将所述固体产物、禽畜粪便和接种物混合后进行固态厌氧发酵，获得沼气和有机肥。并且所述碱处理废液与乙醇混合后获得半纤维素。本发明技术方案能够获得沼气、有机肥及半纤维素，解决生物质厌氧发酵体系起始固含量低，发酵结束后废水多且难处理的问题，实现农林剩余物的高值化利用。

Description

一种固态厌氧发酵农林剩余物联产沼气和有机肥的方法
技术领域
本发明属于固废资源化、能源化领域的环境保护技术领域，具体涉及一种固态厌氧发酵农林剩余物联产沼气和有机肥的方法。
背景技术
我国是能源消耗大国，常规的化石能源随着人类社会的日益进步正在加速耗竭，而且化石能源燃烧后排放的大量温室气体，使得全球气候变暖问题日益加剧，危及全球的生态环境安全。我国农林废弃物的资源量庞大，2015年到2019年，年均农业废弃物产量可达9.7亿吨，2019年我国城市园林枝丫和木材加工废弃在内的林业剩余物可达2.4亿吨。除了堆弃填埋、还田以及焚烧等不当处理方法外，厌氧发酵是目前我国农林剩余物无害化资源化处理的主要手段。
然而常规的湿法厌氧发酵起始固含量大多在2％～8％之间，发酵产气量和产甲烷量较多，但是发酵结束后的剩余废水量大，且难以直接利用，随意排放会破坏当地环境和生态***，无害化处理又增加了生产成本，这都成为了制约农林剩余物厌氧发酵处理推广应用的瓶颈。因此，加强农林剩余物厌氧发酵的研究，解决生物质厌氧发酵结束后废水多且难处理的问题的同时确保发酵产气量和产甲烷量，实现农林剩余物的高值化利用尤为重要。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种固态厌氧发酵农林剩余物联产沼气和有机肥的方法，本发明实现高起始固含量的农林剩余物厌氧发酵，能够同时获得沼气和有机肥及半纤维素，与常规的湿法厌氧发酵(起始固含量大多在2％～8％)达到了相近的产气量和产甲烷量，但是发酵后无多余废水，解决了生物质厌氧发酵体系起始固含量低，发酵结束后废水多且难处理的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种固态厌氧发酵农林剩余物联产沼气和有机肥的方法，包括以下步骤：将农林剩余物进行碱液处理，获得固体产物；将所述固体产物和禽畜粪便进行固态厌氧发酵，获得沼气和有机肥；所述固态厌氧发酵的起始固含量为45％～55％；
所述固态厌氧发酵的起始碳氮比为20:1～45:1。
优选的，所述碱液包括NaOH溶液；NaOH溶液碱处理时NaOH的质量分数为1％～4％，温度为60℃～100℃，时间为1h～24h；
所述NaOH溶液碱处理的转速为100～180rpm。
优选的，所述碱液处理还获得碱处理废液，对所述碱处理废液进行沉淀处理，得到半纤维。
优选的，所述沉淀处理时加入乙醇，所述碱处理废液与乙醇混合后溶液中的乙醇的质量分数为60％～95％。
优选的，所述固态厌氧发酵还包括加入接种物，所述接种物为活性污泥。
优选的，所述固态厌氧发酵的温度为25℃～45℃，所述固态厌氧发酵至不产气。
优选的，所述禽畜粪便包括猪粪、羊粪和牛粪中的一种或多种。
本发明的有益效果：本发明提供一种固态厌氧发酵农林剩余物联产沼气和有机肥的方法，包括以下步骤：将农林剩余物进行碱液处理，获得固体产物；将所述固体产物和禽畜粪便进行固态厌氧发酵，获得沼气和有机肥；所述固态厌氧发酵的起始固含量为45％～55％；所述固态厌氧发酵的起始碳氮比为20:1～45:1。常规的湿法厌氧发酵的起始固含量大多在2％～8％之间，发酵产气量和产甲烷量较多，但是发酵结束后的剩余废水量大，且提高固含量之后，发酵产气量和产甲烷量降低。而本发明通过碱液处理有效地脱除农林剩余物中的木质素，提高微生物及其所分泌生物酶对生物质的可及性。同时本发明的固态厌氧发酵的起始固含量为45％～55％，固形物含量高，通过碱液处理和起始碳氮比的调节保证了固态厌氧发酵具有良好的稳定性和产气效率，固态厌氧发酵后可获得沼气，固态厌氧发酵反应初始阶段含水量低，厌氧发酵结束后产物成团不滴水，发酵后无多余废水，沼渣可作为有机肥综合利用，解决了常规的湿法厌氧发酵结束后废水多进而难处理的问题，获得高价值的沼气和有机肥。由此可见，本发明提供的技术方案能够解决生物质厌氧发酵体系起始固含量低，发酵结束后废水多且难处理的问题，实现农林剩余物的高值化利用。
附图说明
下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中所用产气量和甲烷产量实时监测装置示意图；其中，1为补料口，2为阀门，3为搅拌电机，4为密封发酵瓶，5为水浴保温装置，6为气体流量精密检测器，7为CO2吸收装置(内含3M NaOH水溶液或CO2吸收剂)，8为气体流量精密检测器，9为出气口/集气口，可收集甲烷气体；
图2为为实施例1～3和对比例1～2每个时间点下固态厌氧发酵反应体系的总沼气产量和总甲烷产量；其中a为对比例1，b为实施例2，c为实施例1，d为实施例3，e为对比例2；
图3为本发明技术方案工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种固态厌氧发酵农林剩余物联产沼气和有机肥的方法，包括以下步骤：将农林剩余物进行碱液处理，获得固体产物；将所述固体产物和禽畜粪便进行固态厌氧发酵，获得沼气和有机肥；所述固态厌氧发酵的起始固含量为45％～55％；
所述固态厌氧发酵的起始碳氮比为20:1～45:1。
本发明将农林剩余物进行碱液处理，获得固体产物。所述碱液处理前，本发明优选对农林剩余物进行粉碎处理，获得粉碎后农林剩余物，所述粉碎后农林剩余物的粒径优选为22～80目(0.81mm～0.17mm)。本发明对所述粉碎的方式没有特殊限定，采用常规的方式即可。
本发明所述农林剩余物可以是但不仅限于农业废弃物、林业加工剩余物和城市园林垃圾等木质纤维原料，所述农林剩余物优选包括但不限于秸秆、稻壳、食用菌基质、醋糟、果壳等。在本发明实施例中，所述农林剩余物优选为玉米秸秆。
在本发明中，所述碱液处理优选包括NaOH溶液碱处理。在本发明中，所述NaOH溶液碱处理时，应用的NaOH溶液的质量分数为1％～4％，优选为1.5％～3％，更优选为2％。本发明所述NaOH溶液碱处理时温度优选为50℃～100℃，进一步优选为52℃～80℃，更优选为55℃。本发明所述NaOH溶液碱处理的时间优选为1h～24h，进一步优选为1.5h～10h，更优选为2h～5h。
在本发明中，所述NaOH溶液碱处理的转速优选为100～180rpm，进一步优选为110～160rpm，更优选为120rpm。在本发明实施例中，所述NaOH溶液碱处理时优选在摇床上进行，所述摇床的转速优选为100rpm。
在本发明中，所述NaOH溶液碱处理时农林剩余物与NaOH溶液的固液比优选为1:10(g/mL)。
本发明碱液处理效果是在特定的温度、时间、转速设定下实现的。本发明NaOH碱处理是一种操作简便的高效生物质预处理方式，在减少木质素的含量的同时有效地破坏了农林剩余物生物质原本紧密的结构，使得木质纤维结构疏松多孔，提高其比表面积，从而提高厌氧微生物及其所分泌生物酶对物料的可及性，提高了农林剩余物的可降解性，促进后续固态厌氧发酵反应的产气，提高后续固态厌氧发酵反应的产气效率。
现有技术常规碱浓度范围可以是2～20％，温度多为100℃以上，提取时间20min～2h不等。为提高得率减少提取时间，一般会选用高碱浓度，正如现有技术(参见“李亚辉.碱预抽提蔗渣半纤维素及其对后续制浆性能的影响研究[D].华南理工大学,2019”)中碱预抽提的碱浓度为40～200g/L，碱浓度高。现有技术(参见“程合丽,詹怀宇,付时雨.碱法预提取玉米秆半纤维素及对后续制浆的影响[J].中国造纸学报,2010(1):4.”)中碱法预提取玉米秆半纤维素碱浓度为10％，碱浓度高。此外，为提高木质纤维素中半纤维素提取效率，也有在碱处理过程中附加微波处理的报道(“邹安,沈春银,赵玲,等.玉米秸秆中半纤维素的微波-碱预提取工艺[J].华东理工大学学报：自然科学版,2010,36(4):6.”)。本发明的NaOH碱处理方法与常规的碱处理方法相比，碱浓度低，碱处理时NaOH的质量分数为1％～4％，条件温和，针对固态厌氧发酵的产气性能具有促进作用。
所述碱液处理后，本发明优选通过固液分离，获得碱处理固体产物和碱处理废液。本发明对所述固液分离方式没有特殊限定采用常规的方式即可，包括静置分层、板框压滤、离心分离、负压抽滤、纱布过滤等。
在本发明中，当少量碱处理后玉米秸秆产物进行固液分离时，可以采用纱布过滤的方式，这种方式比较省时；当大量碱处理后玉米秸秆产物进行固液分离时，也可以直接采用负压抽滤的方式进行固液分离。所得碱处理废液在回收半纤维素之前，可通过负压抽滤的方式进一步去除固体微粒。
在本发明实施例中，所述分离优选采用纱布过滤的方式，选择适合大小的医用纱布，3～5层叠放后用于过滤获得固态产物，更优选为选择适合大小的医用纱布，4层叠放后用于过滤获得固体产物。
在本发明实施例中，为去除碱处理废液中残留的固体微粒，在回收半纤维素前，对碱处理液体再进行固液分离，所述分离优选采用负压抽滤的方式，所述负压抽滤的真空度为-0.09MPa，选用普通定性滤纸。
获得固体产物后，本发明将所述固体产物和禽畜粪便进行固态厌氧发酵，获得沼气和有机肥。在本发明中，所述禽畜粪便优选包括猪粪、羊粪和牛粪中的一种或多种。本发明所述禽畜粪便优选为干禽畜粪便。本发明对所述禽畜粪便的来源没有特殊限定，采用常规产品即可。
本发明优选将固体产物和禽畜粪便混合后接种接种物进行固态厌氧发酵。本发明接种物优选为活性污泥。本发明对所述活性污泥的来源没有特殊限定，采用常规的市售产品即可。
本发明所述活性污泥中的微生物包括但不限于括瘤胃梭菌(Ruminiclostridium)、瘤胃菌(Ruminocuccus)和居瘤胃线状杆菌(Ruminofilibactor)、互营杆菌(Syntrophobacter)、互营单胞菌(Syntrophomonas)、甲烷杆菌(methanobacterium)和产甲烷丝菌(methanothrix)中的一种或几种。在本发明的实施例中，所述活性污泥取自山东利博源环保材料公司。
在本发明中，所述固体产物、禽畜粪便和接种物的质量比优选由固体产物、禽畜粪便和接种物的起始碳氮比决定。本发明所述固态厌氧发酵的起始固含量为45％～55％，本发明所述固含量是指将固体产物，禽畜粪便和接种物混合之初混合物的固含量。
本发明根据固体产物、禽畜粪便和接种物的碳氮比以及调整固态厌氧发酵的起始碳氮比为20:1～45:1确定固体产物、禽畜粪便和接种物的质量比即可。
在本发明中，所述固态厌氧发酵的起始碳氮比为20:1～45:1，优选为20:1～35:1，更优选为20:1、21:1、22:1、23:1、24:1、25:1、26:1和27:1。本发明所述固态厌氧发酵的起始碳氮比保持在20:1～45:1这一区间即可。本发明所述碳氮比能够调节改善农林剩余物厌氧发酵体系营养结构，从而优化厌氧发酵体系，尤其是含水量较低的固态厌氧发酵体系，获得沼气和有机肥。
在本发明中，所述固态厌氧发酵的温度优选为25℃～45℃，进一步优选为30℃～40℃，更优选为37℃。在本发明中，所述固态厌氧发酵优选至不产气，固态厌氧发酵至不产气则为发酵完成。在本发明实施例中，所述固态厌氧发酵的时间优选为14d。
本发明对所述固态厌氧发酵装置没有特殊限定，采用常规的装置即可。本发明所述的固态厌氧发酵装置优选为体积为1L带有搅拌功能的发酵瓶，采用该装置是为了实时检测产气量和产甲烷量，并非本方案中必须的设备。
对所述农林剩余物进行碱处理后，本发明优选还获得碱处理废液。本发明优选对所述碱处理废液进行沉淀处理，得到半纤维素，实现联产沼气、有机肥及半纤维素。本发明优选将碱处理废液和乙醇混合进行沉淀处理；所述碱处理废液与乙醇的混合液中乙醇的质量分数优选为60％～95％，进一步优选为70％～90％，更优选为85％。本发明沉淀处理中可通过调节乙醇的质量分数的设定提高半纤维素的得率。
在本发明中，所述碱处理废液进行沉淀处理之前优选进行除杂处理。本发明对所述除杂处理方式没有特殊限定，采用常规方式即可。在本发明实施例中，所述除杂处理优选采用布氏漏斗进行抽滤去除秸秆碎屑和土颗粒等大颗粒杂质。
本发明通过碱预处理农林剩余物和厌氧发酵原料起始碳氮比调节，建立了稳定的农林剩余物固态厌氧发酵***，提供了一种清洁型高效的固态厌氧发酵农林剩余物联产甲烷、生物有机肥及半纤维素的方法。
本发明针对目前生物质厌氧发酵体系起始固含量低，发酵结束后废水多且难处理的问题，结合温和碱预处理和原料起始碳氮比调控的方式，建立了一种针对农林剩余物的清洁型高效固态厌氧发酵方法，农林剩余物经本发明所述方法处理，在预处理后所得废液经回收可获得半纤维素，固体渣经固态厌氧发酵后可获得沼气，发酵后无多余废水，沼渣可作为有机肥综合利用。本发明从源头上解决了常规湿法厌氧发酵后的废水处理问题，保证了固态厌氧发酵体系运行。同时对碱预处理废液进行沉淀处理获得半纤维素粗品，实现了农林剩余物的高值化利用。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
按照图3所示工艺流程图进行如下实施例和应用例。
实施例1
玉米秸秆粉碎后粒径为20～80目(0.180mm～0.710mm)；取粉碎后玉米秸秆100g(干物质量)放置于2000mL三角烧瓶中，按固液比1g：10mL加入NaOH溶液混合，NaOH溶液的质量浓度为2％。将装有玉米秸秆和NaOH溶液混合物的三角烧瓶置于摇床上，在温度为50℃，转速为100转/分钟的条件下，处理2h后，抽滤去除滤液获得固体产物(玉米秸秆碱处理剩余物)，将固体产物清洗至中性，测定玉米秸秆碱处理固体产物的化学成分。
实施例2
粉碎后玉米秸秆进行NaOH溶液碱处理，NaOH溶液的质量浓度为1％，其余条件同实施例1。
实施例3
粉碎后玉米秸秆进行NaOH溶液碱处理，NaOH溶液的质量浓度为4％，其余条件同实施例1。
对比例1
粉碎后玉米秸秆未进行NaOH溶液碱处理，其余条件同实施例1。
对比例2
粉碎后玉米秸秆进行NaOH溶液碱处理，NaOH溶液的质量浓度为10％，其余条件同实施例1。
应用例1
对实施例1～3和对比例1～2获得的玉米秸秆碱处理固体产物的含水率、碳氮比、纤维素、半纤维素、木质素成分进行测定，结果见表1。纤维素、半纤维素、木质素测定方法采用美国能源部NREL测定木质纤维原料中三素的标准NREL/TP-510-42618。
表1玉米秸秆碱处理物的理化指标
含水率 碳氮比 纤维素/％ 半纤维素/％ 木质素/％
对比例1 8.12 43:1 32.07 21.51 12.74
实施例2 5.88 46:1 35.7 17.39 13.26
实施例1 6.74 48:1 39.24 15.02 13.48
实施例3 6.56 49:1 42.21 12.04 15.19
对比例2 7.12 52:1 43.03 8.89 16.85
根据表1可知，NaOH溶液处理后，玉米秸秆的半纤维含量降低，同时有效地破坏了玉米秸秆生物质原本紧密的结构，使得木质纤维结构疏松多孔，提高其比表面积。NaOH溶液处理后的木质其致密的结构被破坏，变得疏松，表明***糙多孔，比表面积显著增加。微生物及其分泌的木质纤维素降解酶与木质纤维的接触面积也得以增加，也就是提高厌氧微生物及其所分泌生物酶的可及性，从而加速了玉米秸秆的降解。低碱浓度处理下玉米秸秆木质素脱除率低，玉米秸秆中仅半纤维素大量脱除，木质素有所减少，因此固体产物中木质素比例反而却提高了。
应用例2
实施例1～3和对比例1～2利用NaOH溶液处理后，采用纱布过滤方式固体产物和碱处理废液进行固液分离，普通医用纱布4块叠放后进行分离。
将实施例1～3和对比例1～2获得的NaOH溶液处理后的固体产物(玉米秸秆碱处理物)进行固态厌氧发酵，设置2个平行实验。具体实验过程如下：
将不同处理所得固体产物与干牛粪放入体积为1L的固态厌氧反应器发酵瓶中，混合后再加入接种物，碱处理固体产物、干牛粪、活性污泥混合后的起始碳氮比为25:1；接种物为活性污泥(购买自山东利博源环保材料公司，下同)。其中，干牛粪的含水率为8.16％、碳氮比为15:1、纤维素含量为22.14％、半纤维素含量为27.83％、木质素含量为10.95％。活性污泥的含水率为95.27％，碳氮比为5：1。以不同处理得到固体产物进行前述发酵的准备时，固态厌氧发酵体系的成分配比见表2。
产气量和甲烷产量实时监测装置示意图见图1。将发酵瓶置于恒温水浴锅中，在37℃下进行固态厌氧发酵，发酵周期为14天配备气体流量监测装置对总产气量和产甲烷量进行实时监测，实施例1～3和对比例1～2发酵至14天后均到达最大值，也未检测到产气。实施例1～3和对比例1～2固态厌氧发酵结束后的沼气产量和甲烷产量结果见表3和图2。图2为实施例1～3和对比例1～2每个时间点下固态厌氧发酵反应体系的总沼气产量和总甲烷产量；其中a为对比例1，b为实施例2，c为实施例1，d为实施例3，e为对比例2。
表2固态厌氧发酵体系的成分配比
对比例1 实施例1 实施例2 实施例3 对比例2
碱处理固体产物/g 6.85 6.45 6.37 6.30 6.21
干牛粪/g 3.93 4.18 4.31 4.37 4.57
活性污泥/g 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00
水/g 9.44 9.60 9.54 9.55 9.58
表3实施例1～3和对比例1～2固态厌氧发酵结束后的总沼气产量和总甲烷产量
对比例1 实施例1 实施例2 实施例3 对比例2
沼气产量(mL) 1094.5 2451.9 1888.9 2314.8 2231.5
产甲烷量(mL) 628.17 1538.9 1154.0 1445.6 1371.9
甲烷产率(％) 57.39 62.76 61.09 62.45 61.48
实验结果表明，实施例1～3和对比例1～2所得固体产物在高起始固含量厌氧发酵***中均能释放沼气，但实施例1～3和对比例2的经NaOH溶液处理所得玉米秸秆碱处理固体产物产气量显著高于对比例1。由此可知，实施例1中2％NaOH预处理玉米秸秆碱处理固体产物在固态厌氧发酵条件下即可达到较高的产气率。
实施例4
取实施例1获得的固体产物。将实施例1固体产物4.04g、干牛粪6.68g，活性污泥2g，水9.50g混合进行固态厌氧发酵。将固体产物与干牛粪放入体积为1L的固态厌氧反应器发酵瓶中，混合后再加入接种物，碱处理固体产物、干牛粪、活性污泥混合后的起始碳氮比为20:1；接种物为活性污泥。其中，干牛粪的含水率为8.16％、碳氮比为15:1、纤维素含量为22.14％、半纤维素含量为27.83％、木质素含量为10.95％。活性污泥的含水率为95.27％，碳氮比为5：1。
固态厌氧发酵体系的起始固含量为45％，发酵瓶放置于恒温水浴锅中，在37℃下进行固态厌氧发酵，发酵周期约为14天，获得发酵产物沼渣和沼气。同样以图1所示装置对沼气的总产气量和产甲烷量进行实时监测。
实施例5
以实施例1获得的2％NaOH处理后玉米秸秆碱处理固体产物为原料，加入玉米秸秆碱处理物6.37g、干牛粪4.31g，活性污泥2g，水9.53g，玉米秸秆碱处理物、干牛粪和活性污泥混合后的起始碳氮比为25:1，发酵体系的起始固含量为45％。其余条件同实施例4。
实施例6
以实施例1获得的2％NaOH处理后玉米秸秆碱处理固体产物为原料，加入玉米秸秆碱处理物7.96g、干牛粪2.71g，活性污泥2g，水9.57g，玉米秸秆碱处理物、干牛粪和活性污泥混合后的起始碳氮比为30:1，发酵体系的起始固含量为45％。其余条件同实施例4。
实施例7
以实施例1获得的2％NaOH处理后玉米秸秆碱处理固体产物为原料，加入玉米秸秆碱处理物9.10g、干牛粪1.55g，活性污泥2g，水9.58g，玉米秸秆碱处理物、干牛粪和活性污泥混合后的起始碳氮比为35:1，发酵体系的起始固含量为45％。其余条件同实施例4。
实施例8
以实施例1获得的2％NaOH处理后玉米秸秆碱处理固体产物为原料，加入玉米秸秆碱处理物9.96g、干牛粪0.67g，活性污泥2g，水9.59g，玉米秸秆碱处理物、干牛粪和活性污泥混合后的起始碳氮比为40:1，发酵体系的起始固含量为45％。其余条件同实施例4。
实施例9
加入玉米秸秆碱处理固体产物10.07g、干牛粪0g，活性污泥2g，水9.69g，玉米秸秆碱处理物、干牛粪和活性污泥混合后的起始碳氮比为45:1，其余条件同实施例4。
按照应用例2的监测方式对实施例4～9的固态厌氧发酵沼气产率和甲烷产率的监测结果见表4。根据表4可知，在相同发酵时间内，实施例4～9的固态厌氧发酵体系中沼气产率随着起始碳氮比升高呈波动下降趋势，但甲烷产率稳定在59.14％～62.78％之间。当固态厌氧发酵体系的起始碳氮比在25:1时，甲烷产率略好于其他条件。由此可知，2％NaOH处理后的玉米秸秆在起始碳氮比25:1条件下进行固态厌氧发酵发酵可获得较高的沼气产量和甲烷产率。
表4实施例4～9起始碳氮比对固态厌氧发酵沼气产率和甲烷产率情况
实施例10
在-0.09MPa下，实施例1获得的NaOH处理废液利用铺有定性滤纸的布氏漏斗进行抽滤，抽滤后去除秸秆碎屑和土颗粒等大颗粒杂质，获得除杂后的NaOH处理废液。
取200mL除杂后的NaOH处理废液，加入无水乙醇至乙醇质量分数为60％，使得半纤维素从溶液中析出。在4℃，5000×g条件下经低温离心机离心10min后获得沉淀。以95％乙醇水溶液清洗沉淀至pH值为中性。将沉淀物至于65℃烘箱中干燥2h后，即可以获得半纤维素粗品。此外，低温离心后所得上清液中的乙醇可通过旋转蒸发回收。
实施例11
取200mL除杂后的NaOH处理废液，加入无水乙醇至乙醇质量分数为65％，使得半纤维素从溶液中析出。其余条件同实施例10。
实施例12
取200mL除杂后的NaOH处理废液，加入无水乙醇至乙醇质量分数为70％，使得半纤维素从溶液中析出。其余条件同实施例10。
实施例13
取200mL除杂后的NaOH处理废液，加入无水乙醇至乙醇质量分数为75％，使得半纤维素从溶液中析出。其余条件同实施例10。
实施例14
取200mL除杂后的NaOH处理废液，加入无水乙醇至乙醇质量分数为80％，使得半纤维素从溶液中析出。其余条件同实施例10。
实施例15
取200mL除杂后的NaOH处理废液，加入无水乙醇至乙醇质量分数为85％，使得半纤维素从溶液中析出。其余条件同实施例10。
实施例16
取200mL除杂后的NaOH处理废液，加入无水乙醇至乙醇质量分数为90％，使得半纤维素从溶液中析出。其余条件同实施例10。
实施例17
取200mL除杂后的NaOH处理废液，加入无水乙醇至乙醇质量分数为95％，使得半纤维素从溶液中析出。其余条件同实施例10。
实施例10～17的NaOH处理废液经乙醇处理后半纤维素的回收率见表5。根据表5可知，当乙醇浓度提高后，聚合度较高的半纤维素以及少量木质素逐渐析出，实施例15当乙醇质量分数为85％时，半纤维素回收率达64.8％，沉淀物中半纤维素含量达56.3％。
半纤维素回收率(％)＝(沉淀中半纤维素的质量/碱处理原料中损失的半纤维素质量)*100％
表5实施例10～17的碱处理废液经乙醇处理后半纤维素的回收率
实施例18
将实施例5获得发酵产物沼渣在阳光下暴晒2～3后即可获得无恶臭，形态均匀粉状的沼渣有机肥原料。参照有机肥行业标准<NY/T525-2021>测定晒干后沼渣的总有机质质量分数、总养分的质量分数，重金属含量，pH值、大肠杆菌群数及蛔虫卵死亡率等指标。结果见表6。根据表6可知，玉米秸秆经本发明所提供方法处理后，获得的沼渣产物的性能指标达到或优于有机肥行业标准，可用作为有机肥原料或与其他肥料复配使用。
表6沼渣有机肥指标性能检测
项目 指标 沼渣测定值
总有机质(以干基计)质量分数(％) ≥30 47
总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)质量分数(％) ≥4 5.9
重金属砷(As)含量(mg/kg) ≤15 0.7
重金属汞(Hg)含量(mg/kg) ≤2 ＜0.5
重金属铅(Pb)含量(mg/kg) ≤50 1.6
重金属镉(Cd)含量(mg/kg) ≤3 0.2
重金属铬(Cr)含量(mg/kg) ≤150 2.3
pH值 5.5-8.5 8.1
大肠杆菌群数(个/g) ≤100 未检出
蛔虫卵死亡率(％) ≥95 100％
由以上实施例和应用例可知，本发明提供的固态厌氧发酵农林剩余物的方法，通过固态厌氧发酵可获得沼气，本发明的技术方案固态厌氧发酵初始含水量低，起始固含量高45％～55％，发酵完成后物料不需要过滤除水，并且发酵后无多余废水，沼渣可作为有机肥综合利用，碱处理废液沉淀可以获得半纤维素，本发明的技术方案解决了常规的湿法厌氧发酵结束后废水多进而难处理的问题，获得高价值的沼气和有机肥。而湿法固态发酵通常起始固含量为2～8％，1000g发酵产物中沼渣仅20～80g，但废水为900mL以上。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (6)

1.一种固态厌氧发酵农林剩余物联产沼气和有机肥的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将农林剩余物进行碱液处理，获得固体产物；所述碱液为NaOH溶液；NaOH溶液碱处理时NaOH的质量分数为2%，温度为50℃，时间为2h；所述NaOH溶液碱处理的转速为100~180 rpm；
将所述固体产物和禽畜粪便进行固态厌氧发酵，获得沼气和有机肥；所述固态厌氧发酵的起始固含量为45%；所述固态厌氧发酵还包括加入接种物，所述接种物为活性污泥；所述禽畜粪便包括猪粪、羊粪和牛粪中的一种或多种；
所述固态厌氧发酵的起始碳氮比为25:1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱液处理还获得碱处理废液，对所述碱处理废液进行沉淀处理，得到半纤维素。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述沉淀处理时加入乙醇，所述碱处理废液与乙醇的混合液中乙醇的质量分数为60%~95%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固态厌氧发酵的温度为37℃。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述沉淀处理时加入乙醇，所述碱处理废液与乙醇的混合液中乙醇的质量分数为75%或80%或85%或90%。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述禽畜粪便为干牛粪。
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