CN104046654A - 一种利用植物秸秆和活性污泥生产沼气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用植物秸秆和活性污泥生产沼气的方法，将植物秸秆粉碎成2～6mm的碎料并干燥；将处理后的秸秆，依次加入(NH4)2SO4、CaCO3、K2HPO4、葡萄糖固体搅拌均匀，用质量分数为0.01％～0.03％的碱液调节溶液的pH＝6～8，得发酵物；向发酵物中加入活性污泥，活性污泥的加入量为发酵物质量的30～50％，发酵的温度35～55℃，利用排水法收集气体。本方法生产过程中用水量少，发酵后没有废水的排放，节约水资源的同时，有利于环保，本方法秸秆的消化时间短、利用率高、产气量多、不易结壳。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护、可再生能源技术领域，具体涉及一种利用植物秸秆和活性污泥生产沼气的方法。
背景技术
我国是一个农业大国，秸秆资源十分丰富，据统计，目前我国每年产生的农作物秸秆总量超过7亿吨。秸秆种类主要有水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆，其中玉米秸秆占36.7％，稻草秸秆占27.5％，小麦秸秆占15.2％。近年来，随着农村经济的发展和农民生活水平的提高，农村经济的发展和能源供应的大大改善，秸秆过去被用作燃料和肥料，现在基本被煤、气、电和化肥所取代。因此，剩余农作物秸秆的数量越来越大，据估计每年已达到4亿吨左右。
大量的剩余秸秆被堆弃在田间地头或任意燃烧，浪费资源的同时，造成大气污染、火灾事故等社会、生态问题。随着我国现代科学技术和生产力的高速发展，对于农作物秸秆资源化及合理开发利用技术的研究也在向着多元化的方向发展。实现秸秆的综合化利用，不仅起到了节约资源、改善生态环境的作用，更对社会的稳定发展有着重大的意义。
由于秸秆本身的结构复杂，致使其分解慢、利用率低、成本高，致使秸秆的资源化利用受到限制，而发展秸秆发酵制沼气技术已成为秸秆资源化利用的一个新方向。目前，在秸秆湿法发酵制沼气过程中，厌氧微生物对其降解能力低，导致秸秆的消化时间长、利用率低、产气量少、易结壳等弊端；在干法发酵过程中均采取生物菌种预处理秸秆及秸秆与其他物质(如餐厨垃圾、粪便等)混合的发酵模式，如何直接用秸秆干法产沼气，提高秸秆的利用率，已成为秸秆发酵制沼气迫切解决的问题。
中国专利CN101691586A,公开了一种植物秸秆厌氧发酵高效快速产沼气的方法，粉碎后的植物秸秆中加入水和活性污泥，在密闭的反应器中厌氧发酵生产沼气。此专利的缺点在于菌种活力较弱，发酵时间缓慢，产气量减低。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种利用植物秸秆和活性污泥生产沼气的方法，本方法不需经过生物菌种预处理，也不许要添加其他的混合发酵原料，大大地提高了秸秆的利用率，产气高、不结壳、效果稳定。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用植物秸秆和活性污泥生产沼气的方法，包括以下步骤：
1)将植物秸秆(所述植物秸秆为小麦秸秆、稻草秸秆、玉米秸秆中的任意一种或者两种以上任意比例的混合物)粉碎成2～6mm的碎料并干燥(优选利用鼓风干燥箱恒温100～120℃干燥后，放入干燥器中冷却)；
2)将步骤1)中处理后的秸秆，依次加入(NH4)2SO4、CaCO3、K2HPO4、葡萄糖固体，加入后，所述(NH4)2SO4、CaCO3、K2HPO4、葡糖糖的质量分数分别为0.5％～1.0％、0.5％～0.9％、0.02％～0.06％、0.5％～1％，用质量分数为0.01％～0.03％的碱液调节溶液的pH＝6～8，所述碱液为NaOH或KOH溶液，得发酵物；
3)向步骤2)的发酵物中加入活性污泥(以TS计)，活性污泥的加入量为发酵物质量的30～50％，发酵的温度35～55℃，利用排水法(优选所述排水法用质量浓度为3％的NaOH溶液)收集气体。
本发明的有益效果：
(1)本发明不需经过生物菌种预处理，也不许要添加其他的混合发酵原料，操作简单易行，运行成本低，沼渣可作为有机肥料还田，提高秸秆资源的利用效率。
(2)生产过程中用水量少，发酵后没有废水的排放，节约水资源的同时，有利于环保。
(3)秸秆制沼是一种清洁的能源转换方式，不仅可优化农村能源结构，节约不可再生能源的消耗，还具有良好的经济、环境和生态效益，应大力推广。
(4)发酵物中加入(NH4)2SO4可以与碱作用生成氨，能使纤维素转变成糖，易于发酵；CaCO3作为营养补充剂外可以产生CO2，具有缓冲pH和抗结块的作用；K2HPO4和葡糖糖可以促进菌种的生长。加入此四种物质，可以使产气量提高30％。
(5)本方法秸秆的消化时间短、利用率高、产气量多、不易结壳。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
(1)原料处理：
取玉米秸秆，利用粉碎机将其处理成5mm的碎料，放入鼓风干燥箱中，在110℃的条件下，处理3h,取出后放入干燥器中冷却，备用。
(2)发酵准备
取步骤(1)中处理后的秸秆碎料100g，依次加入(NH4)2SO4、CaCO3、K2HPO4、葡糖糖搅拌均匀，加入的量按质量比计，分别为：0.8g、0.6g、0.04g、0.9g。用0.03％的NaOH溶液浸湿秸秆，使其含水量在80％，溶液的pH＝7，得发酵物。
(3)厌氧发酵
在步骤(2)中制备好的发酵物中加入40g的活性污泥(以TS计)，调节发酵罐的浓度为80％，发酵的温度为45℃，利用排水法收集气体。
20天的产气量为360ml/g。
实施例2
(1)原料处理：
取玉米秸秆，利用粉碎机将其处理成3mm的碎料，放入鼓风干燥箱中，在100℃的条件下，处理2h,取出后放入干燥器中冷却，备用。
(2)发酵准备
取步骤(1)中处理后的秸秆碎料200g，依次加入(NH4)2SO4、CaCO3、K2HPO4、葡糖糖搅拌均匀，加入的量按质量比计，分别为：1.2g、1g、0.06g、2g。用0.01％的NaOH溶液浸湿秸秆，使其含水量在70％，溶液的pH＝7，得发酵物。
(3)厌氧发酵
在步骤(2)中制备好的发酵物中加入60g的活性污泥(以TS计)，调节发酵罐的浓度为70％，发酵的温度为55℃，利用排水法收集气体。
20天的产气量为410ml/g。
对比试验，没有添加(NH4)2SO4、CaCO3、K2HPO4、葡萄糖固体。
(1)原料处理：
取玉米秸秆，利用粉碎机将其处理成3mm的碎料，放入鼓风干燥箱中，在100℃的条件下，处理2h，取出后放入干燥器中冷却，备用。
(2)发酵准备
取步骤(1)中处理后的秸秆碎料150g，用质量浓度为0.01％的NaOH溶液浸湿秸秆，使其含水量在70％，溶液的pH＝7，得发酵物。
(3)厌氧发酵
在步骤(2)中制备好的发酵物中加入60g的活性污泥(以TS计)，调节发酵罐内物质的浓度为70％，发酵的温度为35℃，利用排水法收集气体。
20天的产气量为260ml/g。
对比试验与实施例1相比，实施例1使用秸秆碎料100g，20天的产气量为360ml/g，对比试验使用秸秆碎料150g，20天的产气量为260ml/g，可见按照本发明的方法生产沼气，产气量明显增加，消化时间短、利用率高、不易结壳。原因：发酵物中加入(NH4)2SO4可以与碱作用生成氨，能使纤维素转变成糖，易于发酵；CaCO3作为营养补充剂外可以产生CO2，具有缓冲pH和抗结块的作用；K2HPO4和葡糖糖可以促进菌种的生长。
上述虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (4)
1.一种利用植物秸秆和活性污泥生产沼气的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将植物秸秆粉碎成2～6mm的碎料并干燥；
2)将步骤1)中处理后的秸秆，依次加入(NH4)2SO4、CaCO3、K2HPO4、葡萄糖固体，所述(NH4)2SO4、CaCO3、K2HPO4、葡糖糖的质量分数分别为0.5％～1.0％、0.5％～0.9％、0.02％～0.06％、0.5％～1％，用质量分数为0.01％～0.03％的碱液调节溶液的pH＝6～8，得发酵物，所述碱液为NaOH或KOH溶液；
3)向步骤2)的发酵物中加入活性污泥，活性污泥的加入量为发酵物质量的30～50％，发酵的温度35～55℃，利用排水法收集气体。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中植物秸秆为小麦秸秆、稻草秸秆、玉米秸秆中的任意一种或者两种以上任意比例的混合物。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中所述干燥为利用鼓风干燥箱恒温100～120℃干燥后，放入干燥器中冷却。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中所述排水法用质量浓度为3％的NaOH溶液。
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