CN106281562B

CN106281562B - 以新鲜猪粪为主要原料制备生物质燃料的方法

Info

Publication number: CN106281562B
Application number: CN201610844906.0A
Authority: CN
Inventors: 陈彪; 黄婧; 肖艳春; 魏云华; 张燕青; 林香信
Original assignee: Institute of Agricultural Engineering Technology of Fujian Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Institute of Agricultural Engineering Technology of Fujian Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2019-01-22
Anticipated expiration: 2036-09-23
Also published as: CN106281562A

Abstract

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种以新鲜猪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：将新鲜猪粪、菌菇棒和或枝叶料混合后，接入除臭复合微生物进行第一次发酵；再接入固氮‑脱硫复合微生物进行第二次发酵；3）将发酵料自然晾干；4）加入茶梗料，进行挤压造粒。本发明通过以新鲜猪粪为主要原料，以废弃菌菇棒和茶梗为辅助原料，添加除臭复合微生物和脱硫复合微生物，充分利用复合微生物的高效除臭和增强物料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猪粪，解决猪粪的环境污染问题；同时为废弃菌菇棒和茶梗的资源化利用提供了方向。

Description

以新鲜猪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猪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。由于猪粪作为一种重要的生物质能源，本身蕴含有大量的能量，具备有比标准煤更为优良的燃烧性能和直接燃烧供能的基本条件。因此关于猪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 102517114 A的中国专利申请公开了一种由猪粪制备的生物质燃料，其原料包括猪粪、生物质粉屑以及由粉煤灰制备的高炭灰；其中，以干重计，该燃料包括60%-90%的猪粪，10%-30%的生物质粉屑，1%-40%的高炭灰。其缺点在于：需要先将猪粪在常温常压下干燥后，然后再与生物质粉屑、高炭灰混合，并配以除臭剂或粘结剂等，制得燃料；这样不但延长了工艺时间，同时新鲜猪粪在常规的干燥过程中也容易对环境造成污染；并且高炭灰的原料成本及制造成本都非常高，所制得的生物质燃料不具备显著的经济效益。

公开号为CN 104673425 A的中国专利申请公开了一种新型生物质固体颗粒燃料，由以下重量份的原料制成：农作物秸秆20-50份，菌棒10-20份，猪粪10-15份，木屑10-20份，玉米芯10-20份，碳岩5-10份，氯化钾1-2份，助燃剂1-5份；其制作的工艺步骤包括：干燥、粉碎、高温挤压造粒、冷却、装袋入库。其不足之处在于：原料中猪粪所占比例很小，消纳能力不足，对猪粪的处理能力有限；并且还需额外加入助燃剂等，提高了生产成本。

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。

发明内容

本发明的目的在于针对猪粪的环境污染问题以及猪粪处理过程中存在的诸多缺陷和不足，提供一种以新鲜猪粪为主要原料制备生物质燃料的方法。通过以新鲜猪粪为主要原料，以废弃菌菇棒和茶梗为辅助原料，添加除臭复合微生物和固氮-脱硫复合微生物，高效去除物料制备过程中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猪粪，解决猪粪的环境污染问题，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：

一种以新鲜猪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%，制得菌菇棒备用料；将园林修剪的枝叶废弃物破碎，自然晾干，使其含水率低于10wt%，制得枝叶备用料；

2）发酵：将新鲜猪粪65wt%-75wt%、菌菇棒料25wt%-35wt%和枝叶料0wt%-10wt%混合，制得混合料；然后在混合料中接入除臭复合微生物，进行第一次堆制发酵，使混合料的含水率降至35-40wt%；然后在混合料中接入固氮-脱硫复合微生物，进行第二次堆制发酵，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：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）所述的除臭复合微生物由粪短状杆菌(Brachybacterium fecium)、巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）、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2~4:10~15:6~8:1~2:3~4复合而成，接入量为混合料重量的4%~10%；除臭复合微生物可去除物料中的氨气等恶臭气体，同时可促进物料纤维化和木质化，有利于将猪粪降解为易燃物质，提高物料的可燃性指标，降低物料燃点。

步骤2）所述的第一次堆制发酵的周期为5-7天，3天翻堆一次；

步骤2）所述的固氮-脱硫复合微生物由高地芽孢杆菌（Bacillus altitudinis）、排硫硫杆菌（ Thiobacillus thioparus）、沼泽红假单胞菌（Rhodopseudomonaspalustris）、班图酒香酵母菌（Brettanomyces custersianus）按质量比3~4:20~25:2~3:5~6复合而成，接入量为混合料重量的4%~10%；固氮-脱硫复合微生物可高效快速去除发酵物料中的硫化氢气体，降解发酵物料中其他有毒有害物质，并提高物料的综合燃烧性能和燃烧效率。

步骤2）所述的第二次堆制发酵的周期为3-4天，3天翻堆一次。

在以上两次发酵过程中，需严格控制发酵时间，防止猪粪中的粗纤维过度碳化、降解，从而影响物料的燃值。

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5%-10%。

一种如上所述的方法制备的生物质燃料，燃值为(2.491-2.696)*10⁴ KJ/kg，燃烧率达到90.6%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）本发明以新鲜猪粪为主要原料，添加多种复合微生物对其进行发酵，一方面可直接调节其含水率至20%-25%，省去了额外的干燥处理步骤；另一方面又保证了猪粪原料具有适当的粘性，便于后续的造粒工艺；

2）本发明采用除臭复合微生物、固氮-脱硫复合微生物进行两次发酵处理，一方面可使猪粪快速脱臭、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）本发明在新鲜猪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；

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，将其添加于猪粪中，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，可大量消纳新鲜猪粪，解决猪粪的环境污染问题，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

一种以新鲜猪粪为主要原料制备生物质燃料的方法，包括以下步骤：

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%，制得菌菇棒料备用；将园林修剪的枝叶废弃物破碎，自然晾干，使其含水率低于10wt%，制得枝叶备用料；

2）发酵：将新鲜猪粪65wt%、菌菇棒料25wt%和枝叶料10wt%混合，制得混合料；然后在混合料中接入除臭复合微生物（由粪短状杆菌Brachybacterium fecium、巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium、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2:15:6:2:3复合而成），接入量为原料重量的5%，进行第一次堆制发酵，发酵周期为5天，3天翻堆一次，使混合料的含水率降至40wt%；然后在混合料中接入固氮-脱硫复合微生物（由高地芽孢杆菌Bacillusaltitudinis、排硫硫杆菌 Thiobacillus thioparus、沼泽红假单胞菌Rhodopseudomonaspalustris、班图酒香酵母菌Brettanomyces custersianus按质量比4:20:3:5复合而成），接入量为原料重量的6%，进行第二次堆制发酵，发酵周期为4天，3天翻堆一次，使混合料的含水率降至25wt%；

3）将发酵后的物料自然晾干，使其含水率降至18wt%以下；

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5%；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℃；

7）装袋入库；

实施例1的生物质燃料燃值为2.696*10⁴KJ/kg。

实施例2

1）菌菇棒预处理：将废弃的菌菇棒破碎，自然晾干，使其含水率低于10wt%，制得菌菇棒备用料；

2）发酵：将新鲜猪粪75wt%、菌菇棒料25wt%混合制得混合料；然后在混合料中接入除臭复合微生物（由粪短状杆菌Brachybacterium fecium、巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium、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4:10:8:1:4复合而成），接入量为原料重量的10%，进行第一次堆制发酵，发酵的周期为7天，3天翻堆一次，使混合料的含水率降至35wt%；然后在混合料中接入固氮-脱硫复合微生物，（由高地芽孢杆菌Bacillus altitudinis、排硫硫杆菌 Thiobacillus thioparus、沼泽红假单胞菌Rhodopseudomonas palustris、班图酒香酵母菌Brettanomyces custersianus按质量比3:25:2:6复合而成），接入量为原料重量的6%，进行第二次堆制发酵，发酵的周期为3天，3天翻堆一次，使混合料的含水率降至20wt%；

3）将发酵后的物料自然晾干，使其含水率降至18wt%以下；

5）挤压造粒：将将步骤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-50毫米的颗粒，高温挤压的温度为150℃；

7）装袋入库；

实施例2的生物质燃料燃值为2.491*10⁴KJ/kg。

实施例3

1）菌菇棒预处理：将废弃的菌菇棒破碎，自然晾干，使其含水率低于10wt%，制得菌菇棒备用料；将园林修剪的枝叶废弃物破碎，自然晾干，使其含水率低于10wt%，制得枝叶备用料；

2）发酵：将新鲜猪粪70wt%、菌菇棒料25wt%和枝叶料5wt%混合，制得混合料；然后在混合料中接入除臭复合微生物（由粪短状杆菌Brachybacterium fecium、巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium、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3:12:7:1:3复合而成），接入量为混合料重量的4%，进行第一次堆制发酵，发酵的周期为6天，3天翻堆一次，使混合料的含水率降至38wt%；然后在混合料中接入固氮-脱硫复合微生物（由高地芽孢杆菌Bacillusaltitudinis、排硫硫杆菌 Thiobacillus thioparus、沼泽红假单胞菌Rhodopseudomonaspalustris、班图酒香酵母菌Brettanomyces custersianus按质量比3:22:3:5复合而成），接入量为混合料重量的10%，进行第二次堆制发酵，发酵周期为4天，3天翻堆一次，使混合料的含水率降至20wt%；

3）将发酵后的物料自然晾干，使其含水率降至18wt%以下；

5）挤压造粒：将将步骤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-50毫米的颗粒，高温挤压的温度为120℃；

7）装袋入库；

实施例3的生物质燃料燃值为2.592*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

1.一种以新鲜猪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：

3）将发酵后的物料自然晾干，使其含水率降至18wt%以下；

7）装袋入库;

步骤2）所述的除臭复合微生物由粪短状杆菌、巨大芽孢杆菌、米曲霉、地衣芽孢杆菌和灰色链霉菌按质量比2~4:10~15:6~8:1~2:3~4复合而成，除臭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所述的以新鲜猪粪为主要原料制备生物质燃料的方法，其特征在于：步骤2）所述的第一次堆制发酵的周期为5-7天，3天翻堆一次。

3.根据权利要求1所述的以新鲜猪粪为主要原料制备生物质燃料的方法，其特征在于：步骤2）所述的固氮-脱硫复合微生物由高地芽孢杆菌、排硫硫杆菌、沼泽红假单胞菌、班图酒香酵母菌按质量比3~4:20~25:2~3:5~6复合而成，接入量为混合料重量的4%~10%。

4.根据权利要求1所述的以新鲜猪粪为主要原料制备生物质燃料的方法，其特征在于：步骤2）所述的第二次堆制发酵的周期为3-4天，3天翻堆一次。

5.根据权利要求1所述的以新鲜猪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5%-10%。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的方法制备的生物质燃料。