CN105400557A - 一种牛粪/煤矸石复合生物质燃料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种牛粪/煤矸石复合生物质燃料的制备方法的方法，属于废弃物利用领域。本发明针对目前我国奶牛养殖业发展迅速，产生大量牛粪，对环境产生污染，传统处理牛粪的方法，易产生传染病、利用率低及成本高的问题，本发明首先通过对新鲜牛粪进行酸浸，去除其中部分金属杂质，再将其与氢氧化钙混合，通过氢气保护，提高其燃烧值，然后再与活化改性煤矸石进行混合发酵，通过微生物对其进行深入转化，制备得到一种高热值、燃时长的牛粪/煤矸石复合生物质燃料。通过实例证明本发明所制得的生物质燃料燃烧速度比普通煤快25～35％，检测烟囱中排出的气体，无有害气体排出，燃烧热值为22000～26000kJ/kg。

Description

一种牛粪/煤矸石复合生物质燃料的制备方法

技术领域

本发明公开了一种牛粪/煤矸石复合生物质燃料的制备方法的方法，属于废弃物利用领域。

背景技术

随着奶牛养殖业的快速发展，牛粪污染已成为一大难题。一头奶牛每年产生的粪便在7吨以上，每到夏季，臭气冲天，多种细菌病原体孳生繁殖，严重影响养殖群体健康和环境卫生。同时，堆置的牛粪不完全发酵也能产生甲烷气体，造成大气污染。据有关资料显示，在一些地方，牛粪对环境的污染已超过了工业污染的总量。由于牛粪不能合理有效得到利用处置，严重污染农村环境，危害农民身心健康，制约着畜牧业的进一步发展。目前，各地对牛粪的处理普遍重视不够，一些养牛比较集中的地方，基本上都没有牛粪处理设施。

传统的处理方法为：一是牛粪直接作为肥料上地，这也是最常用方式，肥效不高还产生热量，消耗土壤氧气，导致烧根烧苗，还对寄生虫的卵、病源微生物起到传播作用。二是用牛粪做原料生产有机肥，因为牛粪里有机质的含量低于其它大牲畜，肥力小，纤维多，只适合养殖集中的小区和有机肥需求量大的地区。缺点是受季节影响大，不能常年生产，牛粪利用率低。三是通过建沼气池生物质发酵处理牛粪，它可以解决群众的燃料来源，又使牛粪得到了充分腐熟，沼气的渣、液是非常好的有机肥，能提高瓜果、蔬菜的内在品质。但处理量较小，常年运行的普通8立方米沼气池年处理量约为15吨，相当于2头牛。此外，北方冬季寒冷，保暖温室设施投入成本高，冬季难以实现正常运行。

随着煤炭生产的不断发展，煤矸石的产量与日俱增，每年新增煤矸石1亿多吨，历年积存的煤矸石已超过30多亿吨，占地5万多亩，已形成1500多座大型矸石山。如此大量的煤矿废弃物不仅占用大量的土地，并对环境造成严重污染，而且也是一种资源浪费。做好煤矸石处理与资源化利用，利用煤矸石生产工业与民用建筑轻集料，不仅为社会减少环境污染创造社会效益，还可以为企业创造一定的经济效益。

发明内容

本发明主要解决的技术问题：针对目前我国奶牛养殖业发展迅速，产生大量牛粪，对环境产生污染，传统处理牛粪的方法，易产生传染病、利用率低及成本高的问题，本发明首先通过对新鲜牛粪进行酸浸，去除其中部分金属杂质，再将其与氢氧化钙混合，通过氢气保护，提高其燃烧值，然后再与活化改性煤矸石进行混合发酵，通过微生物对其进行深入转化，制备得到一种高热值、燃时长的牛粪/煤矸石复合生物质燃料。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

（1）取1～3kg新鲜牛粪放入粉碎机中粉碎，过筛得30～50目牛粪颗粒，然后将所得的牛粪颗粒进行自然晾晒，待其含水量为10～15％时，将其放入容器中，向其中质量分数为60％的盐酸溶液，淹没颗粒物2～5cm，搅拌均匀，随后将容器移至超声振荡器中进行振荡，频率设定为15～20KHz，振荡30～50min；

（2）待上述振荡结束后过滤，将所得的过滤物放入烘箱中，温度设定为60～80℃，保持温度1～3h，随后将过滤物取出，按质量比4:1，与氢氧化钙进行混合，再将混合物放入容器内，向其中加入500～900mL质量分数为30％的双氧水溶液，使用氢气将容器内的空气排出，再对容器进行加热，温度设定为80～90℃，保持温度5～10h，然后冷却至室温，过滤收集过滤物，备用；

（3）取800～1200g煤矸石，使用水将其表面冲洗干净，再将其放入烘箱中进行烘干，然后将其取出放入粉碎机中进行粉碎，过标准筛，得60～80目煤矸石颗粒，随后将颗粒放入容器中，向其中加入质量分数为15～20％的硝酸钾溶液，浸泡颗粒物，再向其中加入500～700g硫酸钙，混合均匀；

（4）待上述混合均匀后，使用红外线加热器对容器进行加热，以转速160～210r/min，搅拌30～50min，待温度升至110～120℃时，停止搅拌，保持温度50～60min后过滤，将所得的过滤物放入煅烧炉中，对过滤物进行煅烧，待过滤物表面变为红色后，停止煅烧，并使用温度为-5～0℃的氢气对其进行降温至室温，得活化改性煤矸石；

（5）按质量百份比计，取40～45份步骤（2）所收集的过滤物，35～40份上述所制的活化改性煤矸石，5～8份腐植酸，6～10份池塘底部淤泥，3～5份牛肉膏，1～2份氧化钙，搅拌均匀后，放入发酵池内，密封发酵20～25天，控制温度为40～45℃，每10～12h自然通风30～35min，在整个发酵过程中，以转速120～150r/min，进行搅拌；

（6）待上述发酵结束后，收集发酵物，然后将其放入风干机中进行风干，待其含水量为10～15％时，将发酵物放入挤压机中挤压成块，即可得到牛粪/煤矸石复合生物质燃料。

本发明的应用方法是：将本发明所制得的牛粪/煤矸石复合生物质燃料置于燃烧中，进行燃烧，检测得燃烧速度比普通煤快25～35％，检测烟囱中排出的气体，无有害气体排出，燃烧热值为22000～26000kJ/kg。

本发明的有益效果是：

（1）本发明充分利用了牛粪和煤矸石，实现了资源的充分利用；

（2）本发明制作成本低，易于操作；

（3）本发明所制的牛粪/煤矸石复合生物质燃料燃烧充分，燃烧快，煅烧温度高，且燃烧过程中无任何污染物产生。

具体实施方式

取1～3kg新鲜牛粪放入粉碎机中粉碎，过筛得30～50目牛粪颗粒，然后将所得的牛粪颗粒进行自然晾晒，待其含水量为10～15％时，将其放入容器中，向其中质量分数为60％的盐酸溶液，淹没颗粒物2～5cm，搅拌均匀，随后将容器移至超声振荡器中进行振荡，频率设定为15～20KHz，振荡30～50min；待上述振荡结束后过滤，将所得的过滤物放入烘箱中，温度设定为60～80℃，保持温度1～3h，随后将过滤物取出，按质量比4:1，与氢氧化钙进行混合，再将混合物放入容器内，向其中加入500～900mL质量分数为30％的双氧水溶液，使用氢气将容器内的空气排出，再对容器进行加热，温度设定为80～90℃，保持温度5～10h，然后冷却至室温，过滤收集过滤物，备用；取800～1200g煤矸石，使用水将其表面冲洗干净，再将其放入烘箱中进行烘干，然后将其取出放入粉碎机中进行粉碎，过标准筛，得60～80目煤矸石颗粒，随后将颗粒放入容器中，向其中加入质量分数为15～20％的硝酸钾溶液，浸泡颗粒物，再向其中加入500～700g硫酸钙，混合均匀；待上述混合均匀后，使用红外线加热器对容器进行加热，以转速160～210r/min，搅拌30～50min，待温度升至110～120℃时，停止搅拌，保持温度50～60min后过滤，将所得的过滤物放入煅烧炉中，对过滤物进行煅烧，待过滤物表面变为红色后，停止煅烧，并使用温度为-5～0℃的氢气对其进行降温至室温，得活化改性煤矸石；按质量百份比计，取40～45份所收集的过滤物，35～40份上述所制的活化改性煤矸石，5～8份腐植酸，6～10份池塘底部淤泥，3～5份牛肉膏，1～2份氧化钙，搅拌均匀后，放入发酵池内，密封发酵20～25天，控制温度为40～45℃，每10～12h自然通风30～35min，在整个发酵过程中，以转速120～150r/min，进行搅拌；待上述发酵结束后，收集发酵物，然后将其放入风干机中进行风干，待其含水量为10～15％时，将发酵物放入挤压机中挤压成块，即可得到牛粪/煤矸石复合生物质燃料。

实例1

取1kg新鲜牛粪放入粉碎机中粉碎，过筛得30目牛粪颗粒，然后将所得的牛粪颗粒进行自然晾晒，待其含水量为10％时，将其放入容器中，向其中质量分数为60％的盐酸溶液，淹没颗粒物2cm，搅拌均匀，随后将容器移至超声振荡器中进行振荡，频率设定为15KHz，振荡30min；待上述振荡结束后过滤，将所得的过滤物放入烘箱中，温度设定为60℃，保持温度1h，随后将过滤物取出，按质量比4:1，与氢氧化钙进行混合，再将混合物放入容器内，向其中加入500mL质量分数为30％的双氧水溶液，使用氢气将容器内的空气排出，再对容器进行加热，温度设定为80℃，保持温度5h，然后冷却至室温，过滤收集过滤物，备用；取800g煤矸石，使用水将其表面冲洗干净，再将其放入烘箱中进行烘干，然后将其取出放入粉碎机中进行粉碎，过标准筛，得60目煤矸石颗粒，随后将颗粒放入容器中，向其中加入质量分数为15％的硝酸钾溶液，浸泡颗粒物，再向其中加入500g硫酸钙，混合均匀；待上述混合均匀后，使用红外线加热器对容器进行加热，以转速160r/min，搅拌30min，待温度升至110℃时，停止搅拌，保持温度50min后过滤，将所得的过滤物放入煅烧炉中，对过滤物进行煅烧，待过滤物表面变为红色后，停止煅烧，并使用温度为-5℃的氢气对其进行降温至室温，得活化改性煤矸石；按质量百份比计，取40份所收集的过滤物，38份上述所制的活化改性煤矸石，7份腐植酸，8份池塘底部淤泥，5份牛肉膏，2份氧化钙，搅拌均匀后，放入发酵池内，密封发酵20天，控制温度为40℃，每10h自然通风30min，在整个发酵过程中，以转速120r/min，进行搅拌；待上述发酵结束后，收集发酵物，然后将其放入风干机中进行风干，待其含水量为10％时，将发酵物放入挤压机中挤压成块，即可得到牛粪/煤矸石复合生物质燃料。

将本发明所制得的牛粪/煤矸石复合生物质燃料置于燃烧中，进行燃烧，检测得燃烧速度比普通煤快25％，检测烟囱中排出的气体，无有害气体排出，燃烧热值为22000kJ/kg。

实例2

取3kg新鲜牛粪放入粉碎机中粉碎，过筛得50目牛粪颗粒，然后将所得的牛粪颗粒进行自然晾晒，待其含水量为15％时，将其放入容器中，向其中质量分数为60％的盐酸溶液，淹没颗粒物5cm，搅拌均匀，随后将容器移至超声振荡器中进行振荡，频率设定为20KHz，振荡50min；待上述振荡结束后过滤，将所得的过滤物放入烘箱中，温度设定为80℃，保持温度3h，随后将过滤物取出，按质量比4:1，与氢氧化钙进行混合，再将混合物放入容器内，向其中加入900mL质量分数为30％的双氧水溶液，使用氢气将容器内的空气排出，再对容器进行加热，温度设定为90℃，保持温度10h，然后冷却至室温，过滤收集过滤物，备用；取1200g煤矸石，使用水将其表面冲洗干净，再将其放入烘箱中进行烘干，然后将其取出放入粉碎机中进行粉碎，过标准筛，得80目煤矸石颗粒，随后将颗粒放入容器中，向其中加入质量分数为20％的硝酸钾溶液，浸泡颗粒物，再向其中加入700g硫酸钙，混合均匀；待上述混合均匀后，使用红外线加热器对容器进行加热，以转速210r/min，搅拌50min，待温度升至120℃时，停止搅拌，保持温度60min后过滤，将所得的过滤物放入煅烧炉中，对过滤物进行煅烧，待过滤物表面变为红色后，停止煅烧，并使用温度为0℃的氢气对其进行降温至室温，得活化改性煤矸石；按质量百份比计，取45份所收集的过滤物，37份上述所制的活化改性煤矸石，7份腐植酸，7份池塘底部淤泥，3份牛肉膏，1份氧化钙，搅拌均匀后，放入发酵池内，密封发酵25天，控制温度为45℃，每12h自然通风35min，在整个发酵过程中，以转速150r/min，进行搅拌；待上述发酵结束后，收集发酵物，然后将其放入风干机中进行风干，待其含水量为15％时，将发酵物放入挤压机中挤压成块，即可得到牛粪/煤矸石复合生物质燃料。

将本发明所制得的牛粪/煤矸石复合生物质燃料置于燃烧中，进行燃烧，检测得燃烧速度比普通煤快35％，检测烟囱中排出的气体，无有害气体排出，燃烧热值为26000kJ/kg。

实例3

取2kg新鲜牛粪放入粉碎机中粉碎，过筛得40目牛粪颗粒，然后将所得的牛粪颗粒进行自然晾晒，待其含水量为12％时，将其放入容器中，向其中质量分数为60％的盐酸溶液，淹没颗粒物3cm，搅拌均匀，随后将容器移至超声振荡器中进行振荡，频率设定为18KHz，振荡40min；待上述振荡结束后过滤，将所得的过滤物放入烘箱中，温度设定为70℃，保持温度2h，随后将过滤物取出，按质量比4:1，与氢氧化钙进行混合，再将混合物放入容器内，向其中加入700mL质量分数为30％的双氧水溶液，使用氢气将容器内的空气排出，再对容器进行加热，温度设定为85℃，保持温度8h，然后冷却至室温，过滤收集过滤物，备用；取1000g煤矸石，使用水将其表面冲洗干净，再将其放入烘箱中进行烘干，然后将其取出放入粉碎机中进行粉碎，过标准筛，得70目煤矸石颗粒，随后将颗粒放入容器中，向其中加入质量分数为17％的硝酸钾溶液，浸泡颗粒物，再向其中加入600g硫酸钙，混合均匀；待上述混合均匀后，使用红外线加热器对容器进行加热，以转速180r/min，搅拌40min，待温度升至115℃时，停止搅拌，保持温度55min后过滤，将所得的过滤物放入煅烧炉中，对过滤物进行煅烧，待过滤物表面变为红色后，停止煅烧，并使用温度为0℃的氢气对其进行降温至室温，得活化改性煤矸石；按质量百份比计，取43份所收集的过滤物，37份上述所制的活化改性煤矸石，6份腐植酸，8份池塘底部淤泥，4份牛肉膏，2份氧化钙，搅拌均匀后，放入发酵池内，密封发酵24天，控制温度为42℃，每12h自然通风30min，在整个发酵过程中，以转速130r/min，进行搅拌；待上述发酵结束后，收集发酵物，然后将其放入风干机中进行风干，待其含水量为12％时，将发酵物放入挤压机中挤压成块，即可得到牛粪/煤矸石复合生物质燃料。

将本发明所制得的牛粪/煤矸石复合生物质燃料置于燃烧中，进行燃烧，检测得燃烧速度比普通煤快30％，检测烟囱中排出的气体，无有害气体排出，燃烧热值为24000kJ/kg。

Claims (1)

1.一种牛粪/煤矸石复合生物质燃料的制备方法，其特征在于具体制备为：

（1）取1～3kg新鲜牛粪放入粉碎机中粉碎，过筛得30～50目牛粪颗粒，然后将所得的牛粪颗粒进行自然晾晒，待其含水量为10～15％时，将其放入容器中，向其中质量分数为60％的盐酸溶液，淹没颗粒物2～5cm，搅拌均匀，随后将容器移至超声振荡器中进行振荡，频率设定为15～20KHz，振荡30～50min；

（2）待上述振荡结束后过滤，将所得的过滤物放入烘箱中，温度设定为60～80℃，保持温度1～3h，随后将过滤物取出，按质量比4:1，与氢氧化钙进行混合，再将混合物放入容器内，向其中加入500～900mL质量分数为30％的双氧水溶液，使用氢气将容器内的空气排出，再对容器进行加热，温度设定为80～90℃，保持温度5～10h，然后冷却至室温，过滤收集过滤物，备用；

（3）取800～1200g煤矸石，使用水将其表面冲洗干净，再将其放入烘箱中进行烘干，然后将其取出放入粉碎机中进行粉碎，过标准筛，得60～80目煤矸石颗粒，随后将颗粒放入容器中，向其中加入质量分数为15～20％的硝酸钾溶液，浸泡颗粒物，再向其中加入500～700g硫酸钙，混合均匀；

（4）待上述混合均匀后，使用红外线加热器对容器进行加热，以转速160～210r/min，搅拌30～50min，待温度升至110～120℃时，停止搅拌，保持温度50～60min后过滤，将所得的过滤物放入煅烧炉中，对过滤物进行煅烧，待过滤物表面变为红色后，停止煅烧，并使用温度为-5～0℃的氢气对其进行降温至室温，得活化改性煤矸石；

（5）按质量百份比计，取40～45份步骤（2）所收集的过滤物，35～40份上述所制的活化改性煤矸石，5～8份腐植酸，6～10份池塘底部淤泥，3～5份牛肉膏，1～2份氧化钙，搅拌均匀后，放入发酵池内，密封发酵20～25天，控制温度为40～45℃，每10～12h自然通风30～35min，在整个发酵过程中，以转速120～150r/min，进行搅拌；

（6）待上述发酵结束后，收集发酵物，然后将其放入风干机中进行风干，待其含水量为10～15％时，将发酵物放入挤压机中挤压成块，即可得到牛粪/煤矸石复合生物质燃料。