CN106244279B - 以新鲜牛粪为主要原料制备生物质燃料的方法 - Google Patents

以新鲜牛粪为主要原料制备生物质燃料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种以新鲜牛粪为主要原料制备生物质燃料的方法。具体包括以下步骤：1）原理预处理；2）发酵：将新鲜牛粪、菌菇棒和煅烧贝壳粉混合后，接入固氮‑脱硫复合微生物进行堆制发酵；3）将发酵料自然晾干；4）加入茶梗料，进行挤压造粒。本发明通过以新鲜牛粪为主要原料，以废弃菌菇棒、煅烧贝壳粉和茶梗为辅助原料，添加固氮脱硫复合微生物，充分利用复合微生物的增强物料可燃性和综合燃烧特性，以及煅烧贝壳粉的吸水性和产热性，制得了一种燃点低、燃烧热值大、燃烧率高的生物质颗粒燃料。该方法不仅可以大大消纳牛粪，解决牛粪的环境污染问题；同时为废弃菌菇棒、贝壳和茶梗的资源化利用提供了方向。

Description

以新鲜牛粪为主要原料制备生物质燃料的方法
技术领域
本发明属于新能源燃料和环保技术领域，具体涉及一种以新鲜牛粪为主要原料制备生物质燃料的方法。
背景技术
我国养殖业的规模化发展为丰富“菜篮子”工程做出了显著的贡献，同时产生的大量养殖污染物特别是固态粪便污染物已成为制约养殖业可持续发展的关键技术瓶颈，存在影响健康养殖和生态环境的潜在风险。传统的处理方式是通过厌氧技术及配套相关后处理技术加以处理，大部分以“山林地或田间资源化消纳利用”为主，工程建设投资大，工艺技术的耦合性要求高，工程运行效果及处理稳定性较差且管理不便。近年来以“集中收集肥料化”等污染物减量化的处理技术模式得到了一定的推广应用，也取得了一定的成效。但是这些处理技术和模式未能从污染物特性方面实现高效科学处理和高值化利用，存在环境二次污染的风险。
随着我国养牛业的快速发展，牛粪污染已成为一大难题。目前，我国牛粪治理主要有两条途径：一、利用牛粪来生产沼气；二、利用牛粪生产有机肥。利用牛粪生产沼气的效果较为理想，它既解决了燃料来源，又使牛粪得到了充分腐熟，并且沼气的渣、液又是非常好的有机肥。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。而以牛粪为原料生产有机肥，具有成本小，质量比较稳定，市场销售空间很大等优点。但是生产有机肥一般都需要新建大型牧场，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，需要添加鸡粪牛粪等调整肥力，生产成本较高，销售难度较大。
由于牛粪含水率高，结构比较疏松，受到外力作用后，体积易缩小，密度增大，从而使单位体积的燃烧值提高十几倍，产热性和抗炼性能达到与中等质量煤接近，并适用于火炉、锅炉使用，不仅可解决畜禽养殖场环境污染问题，而且具有显著的经济、社会和生态效益。因此关于牛粪作为生物质能源的燃烧技术的相关报道也越来越多。
公开号为CN 102876421 A的中国专利申请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。其缺点在于：需要先将新鲜牛粪进行预处理，并且发酵时间长，极大延长了工艺时间；而且由于牛粪经发酵处理后，黏性急剧下降，在制备颗粒剂燃料的过程中较难成型。
公开号为CN 104560260 A的中国专利申请公开了一种新型牛粪制生物质燃料的方法。包括下列步骤：（1）预处理：将牛粪在催化剂的作用下， 在150~180℃、0.8~1.2MPa的条件下，反应20min；（2）固液分离：将处理后的牛粪进行固液分离；（3）制生物质燃料：将分离出的固体粪便制成生物质颗粒燃料。但是由于该方法需要高温处理，实际操作较为麻烦，能耗也较大；而且主要是以磷矿粉为催化剂，成本较高，并且由于磷矿粉中含有较大量的五氧化二磷，所制得的燃料不易储存。
福建是食用菌种植大省，在食用菌深加工的过程中，大量的菌菇棒被废弃，未得到进一步利用，造成了资源的浪费。同时福建也是茶都，种茶历史悠久，在茶叶的制作过程中，茶梗往往被废弃，而且福建又是沿海省份，贝壳类产品丰富，贝壳粉是贝壳粉碎的粉末，经高温煅烧后，其主要成分是氧化钙。
发明内容
本发明的目的在于针对牛粪的环境污染问题以及牛粪处理过程中存在的诸多缺陷和不足，提供一种以新鲜牛粪为主要原料制备生物质燃料的方法。通过以新鲜牛粪为主要原料，以废弃菌菇棒、煅烧贝壳粉和茶梗为辅助原料，添加固氮-脱硫复合微生物，经较短时间发酵可除去恶臭和有毒有害气体，并增强物料的可燃性和综合燃烧特性，制得了一种燃点低、燃烧热值大、燃烧率高的生物质颗粒燃料。该方法不仅可以大大消纳牛粪，解决牛粪的环境污染问题，同时也解决了牛粪因含水率高不易发酵的问题，同时也为废弃菌菇棒和茶梗的资源化利用提供了方向。
为实现本发明的目的，采用如下技术方案：
一种以新鲜牛粪为主要原料制备生物质燃料的方法，具体步骤为：
1）原料预处理：将废弃的菌菇棒破碎，自然晾干，使其含水率低于10wt%，制得菌菇棒料；将废弃贝壳经煅烧后制得煅烧贝壳粉；
2）发酵：将新鲜牛粪80wt%、菌菇棒料15-17wt%和煅烧贝壳粉3-5wt%混合，制得混合料；然后在混合料中接入固氮-脱硫复合微生物，进行堆制发酵，使混合料的含水率降至20-25wt%；
3）将发酵后的物料自然晾干，使其含水率降至18wt%以下；
4）茶梗料的制备：将废弃茶梗自然晾干，破碎至粒径为3-5mm，制得茶梗料；
5）挤压造粒：将步骤3）自然晾干后的物料和步骤4）制得的茶梗料混合，送入造粒机中，压缩成长条圆棒形状并挤出，将圆棒切割成长度为10毫米-50毫米的颗粒，高温挤压的温度为90-150℃；
6）冷却：高温的颗粒经过不锈钢传送带，传送到逆流空气冷却器，将其冷却至环境温度；
7）装袋入库。
步骤1）中废弃贝壳在升温速率为15-30℃/min的条件下，加热至900-1100℃进行煅烧，煅烧时间为3-5h，制得煅烧贝壳粉。
步骤2）所述的固氮-脱硫复合微生物是由恶臭假单胞菌（Pesudomonas putida）、产黄纤维假单胞菌（Cellulomonas flavigena）、米曲霉（Aspergillus oryzae）、地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）和灰色链霉菌（Streptomyces griseus）按质量比3:5:2:1:6复合而成，固氮-脱硫复合微生物的接入量为混合料重量的4%~10%。
步骤2）所述的堆制发酵的周期为2-3天。
步骤5）中，茶梗料的加入量为步骤3）自然晾干后的物料重量的7%-10%。
一种如上所述的方法制备的生物质燃料，燃值为（2.376-2.584）*104 KJ/kg，燃烧率达到91.7%以上，具备了较好的燃烧稳定性和综合燃烧特性。
本发明的有益效果在于：
1）本发明以新鲜牛粪为主要原料，以菌菇棒料和煅烧贝壳粉为辅助原料，添加固氮-脱硫复合微生物进行发酵，一方面煅烧贝壳粉具有吸水放热性，可使牛粪的含水率迅速降低，所放出的热量使堆制发酵的温度快速升高，减少了堆制发酵的时间；另一方面经过煅烧处理的贝壳粉微细颗粒为多孔纤维状双螺旋体构造，具有显著的除臭和助燃作用；而菌菇棒料则使牛粪经发酵处理后，仍具有适当的粘性，便于后续的造粒工艺；
2）本发明采用固氮-脱硫复合微生物进行发酵处理，一方面可使牛粪快速脱臭、脱硫，有利于制得无味、环保的生物质燃料；另一方面，经多种微生物复合处理，可使燃料中可燃烧物质增多，碳氮比提高，降低燃料的燃点，提高燃料的燃值和燃烧效率；
3）本发明在新鲜牛粪中加入废弃菌菇棒，菌菇棒中的菌丝体不但有利于发酵，同时因其粘性很强，在挤压造粒过程中可增加物料的粘性，便于燃料成型，无需额外添加粘结剂；这样也解决了牛粪经发酵处理后，黏性急剧下降，在制备颗粒剂燃料的过程中较难成型的问题；
4）本发明在发酵、自然晾干后的物料中加入茶梗料，因茶梗富含木纤维，可进一步使可燃物质增多，提高燃料的燃烧率；而且，茶梗嫩枝木纤维木栓化程度比较低，较为柔软，柔软的木性纤维可以形成多孔、富有剩余力场的强吸附性材料，在挤压造粒过程中可增加物料的粘性，更方便造粒；同时因茶梗富含多酚类等香气物质，将其添加于牛粪中，还具有一定除臭、增香、助燃作用；
5）本发明的整个制备工艺简单，实用性强，可大量消纳新鲜牛粪，解决牛粪的环境污染问题，并且也解决了牛粪因含水率高、难发酵的问题；同时为废弃菌菇棒和茶梗的资源化再利用提供了方向，具备显著的经济效益。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
一种以新鲜牛粪为主要原料制备生物质燃料的方法，具体步骤为：
1）原料预处理：将废弃的菌菇棒破碎，自然晾干，使其含水率低于10wt%，制得菌菇棒料；将废弃贝壳在升温速率为15℃/min的条件下，加热至900℃进行煅烧，煅烧时间为5h，制得煅烧贝壳粉；
2）发酵：将新鲜牛粪80wt%、菌菇棒料15wt%和煅烧贝壳粉5wt%混合，制得混合料；然后在混合料中接入固氮-脱硫复合微生物，进行堆制发酵，使混合料的含水率降至25wt%；固氮-脱硫复合微生物是由恶臭假单胞菌（Pesudomonas putida）、产黄纤维假单胞菌（Cellulomonas flavigena）、米曲霉（Aspergillus oryzae）、地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）和灰色链霉菌（Streptomyces griseus）按质量比3:5:2:1:6复合而成，固氮-脱硫复合微生物的接入量为混合料重量的7%；堆制发酵的时间为3天；
3）将发酵后的物料自然晾干，使其含水率降至18wt%以下；
4）茶梗料的制备：将废弃茶梗自然晾干，破碎至粒径为4mm，制得茶梗料；
5）挤压造粒：将步骤3）自然晾干后的物料和步骤4）制得的茶梗料混合，茶梗料的加入量为步骤3）自然晾干后的物料重量的8%；送入造粒机中，压缩成长条圆棒形状并挤出，将圆棒切割成长度为10毫米的颗粒，高温挤压的温度为90℃；
6）冷却：高温的颗粒经过不锈钢传送带，传送到逆流空气冷却器，将其冷却至环境温度；
7）装袋入库。
实施例1的生物质燃料燃值为2.584*104KJ/kg。
实施例2
一种以新鲜牛粪为主要原料制备生物质燃料的方法，具体步骤为：
1）原料预处理：将废弃的菌菇棒破碎，自然晾干，使其含水率低于10wt%，制得菌菇棒料；将废弃贝壳在升温速率为30℃/min的条件下，加热至1100℃进行煅烧，煅烧时间为3h，制得煅烧贝壳粉；
2）发酵：将新鲜牛粪80wt%、菌菇棒料17wt%和煅烧贝壳粉3wt%混合，制得混合料；然后在混合料中接入固氮-脱硫复合微生物，进行堆制发酵，使混合料的含水率降至20wt%；固氮-脱硫复合微生物是由恶臭假单胞菌（Pesudomonas putida）、产黄纤维假单胞菌（Cellulomonas flavigena）、米曲霉（Aspergillus oryzae）、地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）和灰色链霉菌（Streptomyces griseus）按质量比3:5:2:1:6复合而成，固氮-脱硫复合微生物的接入量为混合料重量的10%；堆制发酵的时间为2天；
3）将发酵后的物料自然晾干，使其含水率降至18wt%以下；
4）茶梗料的制备：将废弃茶梗自然晾干，破碎至粒径为4mm，制得茶梗料；
5）挤压造粒：将步骤3）自然晾干后的物料和步骤4）制得的茶梗料混合，茶梗料的加入量为步骤3）自然晾干后的物料重量的7%；送入造粒机中，压缩成长条圆棒形状并挤出，将圆棒切割成长度为10毫米的颗粒，高温挤压的温度为110℃；
6）冷却：高温的颗粒经过不锈钢传送带，传送到逆流空气冷却器，将其冷却至环境温度；
7）装袋入库。
实施例2的生物质燃料燃值为2.376*104KJ/kg。
实施例3
一种以新鲜牛粪为主要原料制备生物质燃料的方法，具体步骤为：
1）原料预处理：将废弃的菌菇棒破碎，自然晾干，使其含水率低于10wt%，制得菌菇棒料；将废弃贝壳在升温速率为20℃/min的条件下，加热至1000℃进行煅烧，煅烧时间为4h，制得煅烧贝壳粉；
2）发酵：将新鲜牛粪80wt%、菌菇棒料16wt%和煅烧贝壳粉4wt%混合，制得混合料；然后在混合料中接入固氮-脱硫复合微生物，进行堆制发酵，使混合料的含水率降至25wt%；固氮-脱硫复合微生物是由恶臭假单胞菌（Pesudomonas putida）、产黄纤维假单胞菌（Cellulomonas flavigena）、米曲霉（Aspergillus oryzae）、地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）和灰色链霉菌（Streptomyces griseus）按质量比3:5:2:1:6复合而成，固氮-脱硫复合微生物的接入量为混合料重量的8%；堆制发酵的时间为2天；
3）将发酵后的物料自然晾干，使其含水率降至18wt%以下；
4）茶梗料的制备：将废弃茶梗自然晾干，破碎至粒径为4mm，制得茶梗料；
5）挤压造粒：将步骤3）自然晾干后的物料和步骤4）制得的茶梗料混合，茶梗料的加入量为步骤3）自然晾干后的物料重量的10%；送入造粒机中，压缩成长条圆棒形状并挤出，将圆棒切割成长度为10毫米的颗粒，高温挤压的温度为150℃；
6）冷却：高温的颗粒经过不锈钢传送带，传送到逆流空气冷却器，将其冷却至环境温度；
7）装袋入库。
实施例3的生物质燃料燃值为2.501*104KJ/kg。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种以新鲜牛粪为主要原料制备生物质燃料的方法，其特征在于：具体步骤为：
1）原料预处理：将废弃的菌菇棒破碎，自然晾干，使其含水率低于10wt%，制得菌菇棒料；将废弃贝壳经煅烧后制得煅烧贝壳粉；
2）发酵：将新鲜牛粪80wt%、菌菇棒料15-17wt%和煅烧贝壳粉3-5wt%混合，制得混合料；然后在混合料中接入固氮-脱硫复合微生物，进行堆制发酵，使混合料的含水率降至20-25wt%；
3）将发酵后的物料自然晾干，使其含水率降至18wt%以下；
4）茶梗料的制备：将废弃茶梗自然晾干，破碎至粒径为3-5mm，制得茶梗料；
5）挤压造粒：将步骤3）自然晾干后的物料和步骤4）制得的茶梗料混合，送入造粒机中，压缩成长条圆棒形状并挤出，将圆棒切割成长度为10毫米-50毫米的颗粒，高温挤压的温度为90-150℃；
6）冷却：高温的颗粒经过不锈钢传送带，传送到逆流空气冷却器，将其冷却至环境温度；
7）装袋入库；
步骤2）所述的固氮-脱硫复合微生物是由恶臭假单胞菌、产黄纤维假单胞菌、米曲霉、地衣芽孢杆菌和灰色链霉菌按质量比3:5:2:1:6复合而成，固氮-脱硫复合微生物的接入量为混合料重量的4%~10%。
2.根据权利要求1所述的以新鲜牛粪为主要原料制备生物质燃料的方法，其特征在于：步骤1）中废弃贝壳在升温速率为15-30℃/min的条件下，加热至900-1100℃进行煅烧，煅烧时间为3-5h，制得煅烧贝壳粉。
3.根据权利要求1所述的以新鲜牛粪为主要原料制备生物质燃料的方法，其特征在于：步骤2）所述的堆制发酵的周期为2-3天。
4.根据权利要求1所述的以新鲜牛粪为主要原料制备生物质燃料的方法，其特征在于：步骤5）中，茶梗料的加入量为步骤3）自然晾干后的物料重量的7%-10%。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的方法制备的生物质燃料。
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