CN101413015A - 一种利用互花米草和牛粪发酵产沼气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于可再生能源开发利用与环境保护领域，公开了一种利用互花米草和牛粪发酵产沼气的方法。该方法将互花米草与牛粪按适当比例混合均匀，接种进行厌氧发酵，接种物为老沼气池的沼渣、腐败河泥或城市污水处理厂的厌氧消化污泥中的一种或多种；厌氧发酵反应温度控制在35±2℃，发酵过程中对发酵物进行搅拌，发酵24h内即可产生沼气。该方法工艺简单，可操作性强，采用混合厌氧消化产沼气，不但同时处理了两种有机固体废物，而且提高了互花米草的生物转化率，单位互花米草沼气产量最高可提高31.60％，实现了互花米草和牛粪的资源化、建量化和无害化的利用。
Description
技术领域
本发明属于可再生能源开发利用与环境保护领域，具体来说涉及一种利用发酵特性具有互补性的两种原料互花米草与牛粪混合厌氧发酵产沼气的方法。
背景技术
互花米草(Spartina alterniflora)是禾本科米草属的多年生草本植物，耐盐耐淹能力强，适宜在高潮带下部至中潮带上部的潮间带生长。原产于大西洋沿岸，从加拿大的纽芬兰到美国的佛罗里达中部直到墨西哥海岸均有分布。1979年互花米草被引进中国用于沿海滩涂的护岸固滩，之后得到迅速推广。仅90年代不完全统计，我国互花米草面积在2万公顷以上，形成了可观的盐沼植被。互花米草具有很高的生产力，每年干物质产率高达3154.8g/m2。长期以来互花米草在保护我国海岸带生态环境中发挥了积极的作用，产生了多方面的效益：一是工程效益，互花米草生态系统在侵蚀型海岸起到消浪护岸作用，在淤长型海岸起到保滩促淤作用，因而具有很好的工程效益。根据江苏东台辐射沙洲淤长的最新资料，互花米草草滩的淤长速度是光滩的3～5倍。从2002-2004年，江苏盐城围垦互花米草草滩获得新生陆地1万公顷。同时，互花米草在恢复和改善海滩生态系统，特别是垦区海滩生态系统及海岸、堤坝受侵蚀的海滩生态系统中起到了一定作用。
由于互花米草的生长速度惊人，且繁殖能力极强，草籽随潮漂流，见土扎根，根系又极其发达，每年以5～6倍的速度自然繁殖扩散，对其它生态系统的生存构成了威胁。互花米草疯长，不但侵占沿海滩涂植物的生长空间，致使大片红树林消亡，而且导致贝类、蟹类、藻类、鱼类等多种生物窒息死亡，并与海带、紫菜等争夺营养，水产品养殖受到毁灭性打击。有鉴于此，互花米草已被我国列入外来入侵生物名单。虽然近几年带来了一系列的问题，但它在保护海岸、促淤造滩等方面也发挥了不可替代的作用。
因此，对于互花米草，一方面应研究控制措施以扼制目前这种快速扩张的局面，将其对其它生态系统的入侵降低到最低程度，另一方面应为其寻找到一条有效的利用途径，通过对其资源化的开发利用以达到“化害为利”的目的。将互花米草厌氧发酵制沼气不但可以产生清洁的能源——沼气，而且可提供大量的有机肥料(沼渣、沼液)，是资源化利用互花米草较经济可行的方法。但由于互花米草中木质纤维含量较高，微生物易分解利用的有机物含量较低，同时互花米草较高的C/N也不利于厌氧消化过程的正常进行。混合发酵是近几年厌氧发酵领域研究的热点之一，将较难分解的有机物与易分解有机物混合发酵不但同时处理了两种发酵原料，而且可以促进较难分解的木质纤维原料的分解，提高发酵原料的生物转化率。国内有采用牛粪与农作物秸秆进行好氧堆肥的报道，而将秸秆与畜禽粪便混合厌氧发酵产沼气未见报道。另外，互花米草理化特性与一般的农作物秸秆还是有一定的差别，将互花米草与牛粪混合厌氧消化产沼气在国内外还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于能够提供一种利用互花米草和牛粪发酵产沼气的方法。该方法可提高互花米草厌氧生物转化率。
本发明提出的一种利用互花米草和牛粪发酵产沼气的方法，其具体步骤如下：
(1)将互花米草进行粉碎；
(2)将牛粪用水调节固含量为10％后搅匀；
(3)将步骤(1)所述切碎的互花米草与步骤(2)预处理后的牛粪按干物质重量比(干物质比指原料扣除水分后的剩余物)7：1～1：3的比例混合均匀；
(4)将步骤(3)所得混合物投加到厌氧反应器中，加入接种物(指老沼气池的沼渣、腐败河泥或城市污水处理厂的厌氧消化污泥中的一种或多种)进行接种，混合，按干重计接种物的加入量为发酵物(指发酵原料，即牛粪与互花米草)干重的5％～30％；
(5)封闭发酵装置，发酵装置的出气口通过输气管与储气装置连接，反应温度控制在35±2℃，发酵过程中通过搅拌装置对发酵物进行搅拌；24h内即可产生沼气。
经过30～70天的发酵，产气量明显下降，当日产气量低于平均日产气量(指累积产气量/发酵天数所得的值)的30％时，反应即可结束，进行新一轮发酵。
本发明中，所述接种物为老沼气池的沼渣、腐败河泥或城市污水处理厂的厌氧消化污泥中任一种。老沼气池指已正常运行一段时间的沼气池。
本发明中，所述互花米草粉碎是将收割后的互花米草通过人工或机械方法切成1～2cm的小段；或者通过秸秆粉碎机进行粉碎。
本发明中，所述牛粪为奶牛场或肉牛场的牛粪中的一种或几种。
本发明的有益效果：
1、工艺简单，可操作性强。
2、将互花米草与牛粪混合厌氧消化产沼气，不但同时处理了两种有机固体废物，而且提高了互花米草的生物转化率，单位互花米草沼气产量最高可提高31.60％。
3、将互花米草与牛粪混合发酵改善了微生物的生存环境，可以有效的提高系统的缓冲能力，避免发酵过程中可能出现的酸化，同时使产气高峰提前，缩短发酵周期，提高发酵装置的处理能力和处理效率。本发明充分实现了以废治废的理念，同时处理了两种废物，实现了互花米草和牛粪的资源化、建量化和无害化的利用。
附图说明
图1为实施例1发酵过程中pH的变化情况。
图2为实施例1日产气量变化情况。
图3为实施例2日产气量变化情况。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。
实施例1：
互花米草与牛粪混合厌氧发酵产沼气。
(1)原料互花米草的粉碎预处理：通过机械或人工方法将收割后的互花米草地上部分(由于地下部分收割比较费时费力，因此只收割地上部分即可)切成1～2cm的小段；
(2)将牛粪用水调节固含量为10％后搅匀；
(3)将步骤(1)所述切碎的互花米草与步骤(2)处理后的牛粪按干物质质量比3：1混合均匀；
(4)将步骤(1)所得互花米草(含干物质42克)、步骤(2)所得牛粪(含干物质14克)和步骤(3)所得混合物(含干物质56克)分别投加到1000mL的厌氧反应器中，加入含水量为96.68％的厌氧污泥(老沼气池的沼渣、腐败河泥或城市污水处理厂的厌氧消化污泥中的一种或多种)371.30克进行接种，混合；
(5)向步骤(4)所得混合料中加水，使互花米草+牛粪的反应器的系统TS负荷(指反应系统内有机物的负荷率)为7％，向其余两个反应器中补充水使3个反应器内物质的总质量相同；
(6)封闭发酵装置，发酵装置的出气口通过输气管与储气装置连接，反应温度控制在35±1℃，发酵过程中通过搅拌装置对发酵物进行搅拌；24h内即可产生沼气，经过70天的发酵，产气量明显下降，当日产气量低于平均日产气量的30％时，反应即可结束，进行新一轮投料和接种发酵。
各处理发酵过程中pH的变化曲线见图1，可以看出互花米草单独发酵实验第5天出现酸化，pH大幅降低，伴随日产气量的大幅下降，10天后才逐步恢复产气。互花米草和牛粪混合发酵的pH经过短暂的下降很快恢复到正常水平，产气高峰很快出现，较互花米草单独发酵提前了13天。互花米草和牛粪混合发酵的累积产气量较互花米草和牛粪分别单独发酵的累积产气量之和还高31.60％。各处理的日产气量结果见图2。
实施例2：
互花米草与牛粪不同比例混合厌氧消化产沼气。
(1)原料互花米草的粉碎预处理，通过机械或人工方法将收割后的互花米草地上部分切成1～2cm的小段；
(2)将取回的牛粪用水调节固含量为10％后搅匀；
(3)将步骤(1)所述切碎的互花米草与步骤(2)预处理后的牛粪按干物质比7：1、3：1、1：1、1：3和1：7进行混合均匀；
(4)将步骤(3)所得混合物(含干物质56克)分别投加到1000mL的厌氧反应器中，加入含水量为96.68％的厌氧污泥371.30克进行接种，混合；
(5)向步骤(4)所得混合料中加水，使反应器的系统TS负荷为7％；
(6)封闭发酵装置，发酵装置的出气口通过输气管与储气装置连接，反应温度控制在35±1℃，发酵过程中通过搅拌装置对发酵物进行搅拌；24h内即可产生沼气，经过70天的发酵，产气量明显下降，当日产气量低于平均日产气量的30％时，反应即可结束，进行新一轮投料和接种发酵。
每天测定储气装置内沼气体积，各处理日产气量结果见图3。累积产气量的结果如下表所示，以互花米草与牛粪干物质比3：1的累积产气量最高，混合物的单位质量产气量达269.97mL/g TS。
表1：
Claims (3)
1、一种利用互花米草和牛粪发酵产沼气的方法，其特征是：
(1)将互花米草进行粉碎；
(2)将牛粪用水调节固含量为10％后搅匀；
(3)将粉碎的互花米草与处理后的牛粪按干物质重量比7：1～1：3的比例混合均匀，得混合物；
(4)将混合物接种进行厌氧发酵，按干重计接种物的加入量为发酵物干重的5％～30％；接种物为老沼气池的沼渣、腐败河泥或城市污水处理厂的厌氧消化污泥中的一种或多种；
(5)厌氧发酵反应温度控制在35±2℃，发酵过程中对发酵物进行搅拌，发酵24h内即可产生沼气。
2、根据权利要求1所述的一种联合处理互花米草和牛粪的方法，其特征是互花米草粉碎是将收割后的互花米草切成1～2cm的小段，或者通过秸秆粉碎机进行粉碎。
3、根据权利要求1所述的一种联合处理互花米草和牛粪的方法，其特征是所述的牛粪为奶牛场或肉牛场的牛粪中的一种或几种。
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2008
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