CN102876421A - 以牛粪为原料制备生物质燃料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以牛粪为原料制备生物质燃料的方法，它包括如下步骤：（1）将鲜牛粪处理至含水率下降为60%～75%；（2）将该鲜牛粪与复合菌剂进行混合后发酵10～20天，至发酵产物的含水率小于42%；（3）将发酵产物送至造粒车间进行粉碎、筛分、造粒，风干至含水率为30%以下，即为生物质燃料。本发明利用菌剂的生物活性，促使牛粪黏性下降，固液自然分离，分离出的污水较机械挤压出的粪水COD浓度明显降低，一般在500mg/l左右，能进入牧场自有污水处理系统中处理，不会产生冲击负荷；牛粪堆温的不断升温，最高可升至70℃左右，可有效杀灭牛粪中的各类有害微生物；发酵产物中的粗纤维量会逐步富集，热值相应提高，热值可达到2500千卡以上。

Description

以牛粪为原料制备生物质燃料的方法
技术领域
本发明涉及生物质燃料领域，尤其涉及一种以牛粪为原料制备生物质燃料的方法。
背景技术
经过对国内外奶牛粪便处理的大量考察和了解，目前，日本主要采用控制牧场规模，将牛粪就地烘干，制成花肥的方式解决牛粪问题，但是投入较大，不适用于大规模牛粪处理。还有一些家庭牧场，利用牛粪养蚯蚓，种食用菌等，均能有效解决牛粪问题。国内有利用牛粪养蚯蚓，种食用菌等方法来处理牛粪的，但仅适合规模较小的牧场。国内目前主流的大规模奶牛养殖场，动辄数千头上万头的规模场，无法采用上述方法解决全部牛粪问题。部分牧场采用厌氧发酵方法来处理牛粪，即传统堆置沤肥的方法，但是由于牛粪数量过大，导致占用土地多、生产周期长，生产过程中产生臭味等二次污染问题，且产出的肥料肥力低下，产品销售困难，导致“粪围牧场”，一旦发生大雨等情况，粪污外流，还会造成粪便污染扩散等各类问题。
在欧洲和以色列等奶牛也发达国家，一般采用牛粪脱水技术，将机械脱水后的牛粪高温烘干，回到牛舍作为牛舍地垫再次利用，粪水厌氧处理后制成有机液肥。国内也有采用这种方法来处理牛粪牧场，但是脱出的粪水厌氧处理难度较大，需要专业的环保人才对处理系统进行管理维护，且有机液肥销售储存不易，高温烘干牛粪成本较高，制约了此项技术的推广使用。
在北美洲和大洋州，由于地广人稀，养殖方式与国内不同，多采用放牧，牛只自由采食青草，占地巨大的牧区足以承载牧场产生的牛粪和牛尿，可收集到的牛粪中粗纤维较多，且含水率较低，部分牧场利用半干牛粪发酵产生的沼气，甚至直接采用跟牛粪作为燃料进行发电，满足牧场自用电力需求。国内在近几年，也大力发展沼气事业，在粪污治理上取得了一定的成绩，特别是猪粪、鸡粪方面。但是由于国内奶牛的特殊饲养和饲料模式，使得牛粪较难稳定产气。奶牛的饲料以精饲料和青贮饲料为主，而且有4个胃，对精饲料的吸收较好，牛粪相对其他畜禽粪便，含水率高，营养物质较少，不易发酵，很难在单一牛粪的情况下稳定产气。
国内还有些大型牧场配套上有机肥中心，以牛粪为原料生产有机肥。一般都是新建大型牧场，投资较大，需要专业环保团队运营有机肥中心，由于新鲜牛粪的含水率高达85%以上，营养成分较低，很难达到国家规定的有机肥标准，需要添加鸡粪猪粪等调整肥力，生产成本较高，销售难度较大。
综上所述，国内外目前牛粪处理的方向都是以重复利用，综合治理为目标。参考国际上牛粪处理的经验，结合国内牧场的实际情况，需要找到一种牧场能实际运用，经济性好，操作简单，解决问题的牛粪处理方法。
发明内容
本发明正是为了克服上述不足，所要解决的技术问题是提供一种以牛粪为原料制备生物质燃料的方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种以牛粪为原料制备生物质燃料的方法，它包括如下步骤：
1、预处理：将鲜牛粪采用分段堆置、自然风干的方法使牛粪的含水率下降至60%～75%；
2、发酵处理：将含水率为60%～75%的鲜牛粪与复合菌剂进行混合后发酵10～20天，至发酵产物的含水率小于42%，其中，所述的复合菌剂的组成为：按重量份数计算：放线菌：20~30份；真菌：15~25份；芽孢杆菌：10~15份；嗜热菌：40~50份；
3、后处理：将发酵产物送至造粒车间进行粉碎、筛分、造粒，然后送至晾晒大棚，风干至含水率为30%以下，即为所述的生物质燃料。
 其中，步骤2中所述的发酵10～20天的步骤为：
 a、将含水率为60%～75%的鲜牛粪与复合菌剂进行混合后，进行翻堆充氧发酵，翻堆速度为每1.5天翻堆1次，至堆温上升至45℃以上；
b、继续进行翻堆充氧发酵，提高翻堆速度为每天翻堆1次，至堆温上升至60℃以上；
c、继续进行翻堆充氧发酵，提高翻堆速度为每半天翻堆1次，至堆温上升至70℃以上；
d、继续进行翻堆充氧发酵，将翻堆速度降低为每1.5天翻堆1次，控制堆温为40～50℃；
e、继续进行翻堆充氧发酵，将翻堆速度降低为每2天翻堆1次，至堆温下降至30～38℃，完成发酵步骤。
其中：上述步骤a中所述的进行翻堆充氧发酵的时间优选为3~5天。
上述步骤b中所述的继续进行翻堆充氧发酵的时间优选为1~2天。
上述步骤c中所述的继续进行翻堆充氧发酵的时间优选为2~3天。
上述步骤d中所述的继续进行翻堆充氧发酵的时间优选为2~3天。
上述步骤e中所述的继续进行翻堆充氧发酵的时间优选为2~3天。
步骤2中所述的复合菌剂的用量为所述的含水率为60%～75%的鲜牛粪的质量的0.05～0.2%。
步骤（2）中所述的嗜热菌为产甲烷细菌、硫化细菌中的一种或两种。
步骤1中所述的预处理的方法为：将含水率为50%以下的牛粪与鲜牛粪混合调整鲜牛的含水率至60%～75%。
本发明利用复合菌剂的生物活性，在好氧发酵的初期，堆温约为15-45℃，由放线菌、真菌和芽孢杆菌主司其职，主要是以鲜牛粪中易分解的醣类和淀粉类作为基质。当温度超过45℃，牛粪黏性下降，固液自然分离，此时放线菌、真菌和芽孢杆菌受到抑制或死亡，取而代之的为嗜热菌进行工作。待温度升至70℃以上，大多数嗜热菌已不再适应，因而进入死亡或休眠，其他有害菌、有害致病微生物及蛔虫卵也被杀死。70℃以上高温阶段后，剩下的部分为较难分解的有机物，如木质素、纤维等，以及少量的腐植质，此时微生物活性已下降，故发热量减少，致堆温下降，放线菌、真菌和芽孢杆菌再占优势，对残余不稳定的有机物再进行分解。
有益效果：本发明利用菌剂的生物活性，促使牛粪黏性下降，固液自然分离，分离出的污水较机械挤压出的粪水COD浓度明显降低，一般在500 mg/l左右，易于存放、运输，可直接进入牧场自有污水处理系统中处理，不会产生冲击负荷；牛粪堆温的不断升温，最高可升至70℃左右，可有效杀灭牛粪中的各类有害微生物；发酵产物中的粗纤维量逐步富集，热值相应提高，热值可达到2500千卡以上；发酵产物的质量减量较鲜牛粪90%以上，且通过好氧发酵，基本消除了牛粪的臭味，大幅提高了产品的适用场合和范围，可用作生物质锅炉的燃料、农村日用燃料、垃圾焚烧辅料等；本发明的处理占地小，设备投资少，制备工艺简单，易于实现工业化大规模生产。
具体实施方式：
实施例1
一种以牛粪为原料制备生物质燃料的方法，它包括如下步骤：
1、预处理：将鲜牛粪采用分段堆置、自然风干的方法使牛粪的含水率下降至60%～75%；
2、发酵处理：将含水率为60%～75%的鲜牛粪与该含水率为60%～75%的鲜牛粪质量的0.1%的复合菌剂进行混合后发酵11天，至发酵产物的含水率小于42%，其中，所述的复合菌剂的组成为：按重量份数计算：放线菌：25份；真菌：25份；芽孢杆菌：10份；嗜热菌：40份；
3、后处理：将发酵产物送至造粒车间进行粉碎、筛分、造粒，然后送至晾晒大棚，风干至含水率为30%以下，即为所述的生物质燃料。
其中，步骤2所述的发酵11天的步骤为：
    a、将含水率为60%～75%的鲜牛粪与复合菌剂进行混合后，进行翻堆充氧发酵4天，翻堆速度为每1.5天翻堆1次，至堆温上升至45℃以上；
b、继续进行翻堆充氧发酵1天，提高翻堆速度为每天翻堆1次，至堆温上升至60℃以上；
c、继续进行翻堆充氧发酵2天，提高翻堆速度为每半天翻堆1次，至堆温上升至70℃以上；
d、继续进行翻堆充氧发酵2天，将翻堆速度降低为每1.5天翻堆1次，控制堆温为40～50℃；
e、继续进行翻堆充氧发酵2天，将翻堆速度降低为每2天翻堆1次，至堆温下降至30～38℃，完成发酵步骤。
实施例2：
一种以牛粪为原料制备生物质燃料的方法，它包括如下步骤：
1、预处理：将含水率为50%以下的牛粪与鲜牛粪混合调整鲜牛的含水率至60%～75%；
2、发酵处理：将含水率为60%～75%的鲜牛粪与该含水率为60%～75%的鲜牛粪质量的0.05%的复合菌剂进行混合后发酵16天，至发酵产物的含水率小于42%，其中，所述的复合菌剂的组成为：按重量份数计算：放线菌： 30份；真菌：20份；芽孢杆菌：12份；产甲烷细菌：48份；
3、后处理：将发酵产物送至造粒车间进行粉碎、筛分、造粒，然后送至晾晒大棚，风干至含水率为30%以下，即为所述的生物质燃料。
    其中，步骤2所述的发酵16天的步骤为：
    a、将含水率为60%～75%的鲜牛粪与复合菌剂进行混合后，进行翻堆充氧发酵5天，翻堆速度为每1.5天翻堆1次，至堆温上升至45℃以上；
b、继续进行翻堆充氧发酵2天，提高翻堆速度为每天翻堆1次，至堆温上升至60℃以上；
c、继续进行翻堆充氧发酵3天，提高翻堆速度为每半天翻堆1次，至堆温上升至70℃以上；
d、继续进行翻堆充氧发酵3天，将翻堆速度降低为每1.5天翻堆1次，控制堆温为40～50℃；
e、继续进行翻堆充氧发酵3天，将翻堆速度降低为每2天翻堆1次，至堆温下降至30～38℃，完成发酵步骤。
实施例3：
一种以牛粪为原料制备生物质燃料的方法，它包括如下步骤：
1、预处理：将鲜牛粪采用分段堆置、自然风干的方法使牛粪的含水率下降至60%～75%；
2、发酵处理：将含水率为60%～75%的鲜牛粪与该含水率为60%～75%的鲜牛粪质量的0.2%的复合菌剂进行混合后发酵20天，至发酵产物的含水率小于42%，其中，所述的复合菌剂的组成为：按重量份数计算：放线菌：20份；真菌：15份；芽孢杆菌：15份；产甲烷细菌：25份；硫化细菌：25份；
3、后处理：将发酵产物送至造粒车间进行粉碎、筛分、造粒，然后送至晾晒大棚，风干至含水率为30%以下，即为所述的生物质燃料。
 其中，步骤2所述的发酵20天的步骤为：
 a、将含水率为60%～75%的鲜牛粪与复合菌剂进行混合后，进行翻堆充氧发酵3天，翻堆速度为每1.5天翻堆1次，至堆温上升至45℃以上；
b、继续进行翻堆充氧发酵3天，提高翻堆速度为每天翻堆1次，至堆温上升至60℃以上；
c、继续进行翻堆充氧发酵4天，提高翻堆速度为每半天翻堆1次，至堆温上升至70℃以上；
d、继续进行翻堆充氧发酵5天，将翻堆速度降低为每1.5天翻堆1次，控制堆温为40～50℃；
e、继续进行翻堆充氧发酵5天，将翻堆速度降低为每2天翻堆1次，至堆温下降至30～38℃，完成发酵步骤。
实施例4：
将实施例所述的以牛粪为原料制备生物质燃料的方法与现有技术中的沼气法、厌氧发酵法和普通好养发酵法进行对比，如下表所示：
  实施例1 沼气法 厌氧发酵法 普通好氧发酵法
二次污染问题 无二次污染 少量臭味、沼液、沼渣 大量臭味、污水、蚊蝇等害虫 基本没有
配套农田 不需要 需要大量配套农田 需要农田配合 不需要
适用牧场规模 各种规模 小型散户及有配套农田的规模场 散户、小规模场 各种规模
机械设备投资 少，普通方法的40~50% 多，是普通好氧发酵法的130%~150% 很少，基本没有 比较多
土建要求 少，普通方法的30~40% 沼气柜、沼液处理设施 仓库 发酵槽、生产车间
占地面积 少，是常规方法的80%~90% 很多，需要配备沼液处理设施 较多 一般
操作及维护 设备少，操作维护简单 设备繁多，操作维护复杂 简单 一般，操作维护较沼气法简单
能否连续生产 可以，连续批式生产 需要2个沼气塔切换运行 不可以 添加必要设备后可以连续批式生产
菌种比较 高科技、高效率、高稳定性、低成本的菌种 甲烷菌 本地细菌 EM菌，几代后需要补充菌种
发酵 多层次、多阶段和低成本、高质量的发酵 难发酵，受气温影响大 很难发酵 比较容易，室内不易受气温影响
生产周期 11天 45天以上 60天以上 45~60天
产物 生物质燃料 沼气 农家肥 有机肥
质量减量 92% 产生大量沼液和沼渣 10～20% 40～50%

Claims (10)

1.一种以牛粪为原料制备生物质燃料的方法，其特征在于它包括如下步骤：
（1）预处理：将鲜牛粪采用分段堆置、自然风干的方法使牛粪的含水率下降至60%～75%；
（2）发酵处理：将含水率为60%～75%的鲜牛粪与复合菌剂进行混合后发酵10～20天，至发酵产物的含水率小于42%，其中，所述的复合菌剂的组成为：按重量份数计算：放线菌：20~30份；真菌：15~25份；芽孢杆菌：10~15份；嗜热菌：40~50份；
（3）后处理：将发酵产物送至造粒车间进行粉碎、筛分、造粒，然后送至晾晒大棚，风干至含水率为30%以下，即为所述的生物质燃料。
2. 根据权利要求1所述的以牛粪为原料制备生物质燃料的方法，其特征在于：步骤（2）所述的发酵10～20天的步骤为：
（a）将含水率为60%～75%的鲜牛粪与复合菌剂进行混合后，进行翻堆充氧发酵，翻堆速度为每1.5天翻堆1次，至堆温上升至45℃以上；
（b）继续进行翻堆充氧发酵，提高翻堆速度为每天翻堆1次，至堆温上升至60℃以上；
（c）继续进行翻堆充氧发酵，提高翻堆速度为每半天翻堆1次，至堆温上升至70℃以上；
（d）继续进行翻堆充氧发酵，将翻堆速度降低为每1.5天翻堆1次，控制堆温为40～50℃；
（e）继续进行翻堆充氧发酵，将翻堆速度降低为每2天翻堆1次，至堆温下降至30～38℃，完成发酵步骤。
3.根据权利要求2所述的以牛粪为原料制备生物质燃料的方法，其特征在于：步骤（a）中所述的进行翻堆充氧发酵的时间为3~5天。
4.根据权利要求2所述的以牛粪为原料制备生物质燃料的方法，其特征在于：步骤（b）中所述的继续进行翻堆充氧发酵的时间为1~2天。
5.根据权利要求2所述的以牛粪为原料制备生物质燃料的方法，其特征在于：步骤（c）中所述的继续进行翻堆充氧发酵的时间为2~3天。
6.根据权利要求2所述的以牛粪为原料制备生物质燃料的方法，其特征在于：步骤（d）中所述的继续进行翻堆充氧发酵的时间为2~3天。
7.根据权利要求2所述的以牛粪为原料制备生物质燃料的方法，其特征在于：步骤（e）中所述的继续进行翻堆充氧发酵的时间为2~3天。
8.根据权利要求1所述的以牛粪为原料制备生物质燃料的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的复合菌剂的用量为所述的含水率为60%～75%的鲜牛粪的质量的0.05～0.2%。
9.根据权利要求1所述的以牛粪为原料制备生物质燃料的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的嗜热菌为产甲烷细菌、硫化细菌中的一种或两种。
10.根据权利要求1所述的以牛粪为原料制备生物质燃料的方法，其特征在于：步骤（1）中所述的预处理的方法为：将含水率为50%以下的牛粪与鲜牛粪混合调整鲜牛的含水率至60%～75%。
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