CN108753844A - 固态发酵动物粪便生产沼气的方法 - Google Patents

固态发酵动物粪便生产沼气的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种固态发酵动物粪便生产沼气的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将秸秆破碎，得到物料A；2)将动物粪便发酵，获得沼气发酵基料；3)沼气发酵基料、物料A、物料B以1：2～4：3～5的比例混合获得到物料C；4)将物料C放进发酵池里，进行厌氧发酵，在发酵初始时，使用高压雾化装置喷洒米曲霉菌液；发酵期间每隔2～3天使用高压雾化装置喷洒水以保持物料C湿润，每隔8～10天启动所述负压发生装置收集沼气，沼气收集完后，关闭所述负压发生装置，启动高压雾化装置喷洒硫代硫酸钠溶液。本发明具有产气速率快、产气量高等特点。

Description

固态发酵动物粪便生产沼气的方法
技术领域
本发明废弃物利用技术领域。更具体地说，本发明涉及一种固态发酵动物粪便生产沼气的方法。
背景技术
在厌氧条件下，沼气生产微生物利用动物的粪便产生一种可燃性气体——沼气。传统的沼气发酵往往采用液体发酵，但是液体发酵具有体积大，占地面积大，废料多等缺点。而现有的固体发酵技术具有传热传质不均匀，发酵效率低，原料利用率不高等缺点，阻止了固体发酵技术的推广与应用。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种固态发酵动物粪便生产沼气的方法，其能够将动物的粪便高效的转化为沼气。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种固态发酵动物粪便生产沼气的方法，其包括以下步骤：
1)将秸秆纤维素干物质破碎成长度为1～15mm的小段，得到物料A；
2)将动物粪便与物料A混匀，获得物料B，所述物料B置于密闭的容器中，添加脱氧剂与沼气生产菌，混合均匀，培育2～3天，获得沼气发酵基料；
3)沼气发酵基料、物料A、物料B以1：2～4：3～5的比例混合放进搅龙混合器中并与沼气生产菌进行第一次初混合，初混合后进入螺带混合机充分混合均匀，使用动物的尿液调节混合物的含水量为60％～80％，得到物料 C；
4)将物料C放进发酵池里，使用负压发生装置将发酵池中的气体排出，进行固态厌氧发酵，使用负压发生装置以将发酵产生的沼气收集并贮存在集气瓶中，直至发酵结束；
其中，所述发酵池为顶部密闭的池体，所述发酵池中设置有若干层层叠设置的发酵床，所述发酵床为一U型凹槽，所述物料C铺放在所述发酵床上，所述发酵池内设置有高压雾化装置，在发酵初始时，使用高压雾化装置喷洒米曲霉菌液；发酵期间每隔2～3天使用高压雾化装置喷洒水以保持物料C 湿润，每隔8～10天启动所述负压发生装置收集沼气，沼气收集完后，关闭所述负压发生装置，启动高压雾化装置喷洒硫代硫酸钠溶液。
优选的是，所述的秸秆纤维素干物质为玉米秸秆、高粱秸秆、稻秸、稻壳、干草中的一种或几种以上。
优选的是，所述的玉米秸秆、高粱秸秆、稻秸、稻壳、干草水分含量低于13％。
优选的是，所述物料A中包含锯末。
优选的是，所述脱氧剂为亚硫酸钠、抗坏血酸中的一种或两种。
优选的是，所述动物粪便为猪粪、牛粪、鸡粪、鸭粪、羊粪中的一种或几种。
优选的是，所述沼气生产细菌为正常发酵的沼气池中的沼渣或者沼液。
优选的是，所述物料C中还包括碳酸氢钠。
优选的是，所述发酵池内部还包括温度传感器，当温度传感器检测到的温度高于35℃时，所述高压雾化器向所述发酵池内喷洒0～8℃的冷水；当温度传感器检测到的温度低于25℃时，所述高压雾化器向所述发酵池内喷晒 50～60℃的热水。
本发明至少包括以下有益效果：通过添加脱氧剂，去除密闭容器中的氧气，提高沼气生长菌的生长速率；通过制备液态发酵基料，能有效的缩短沼气生产菌的适应期，缩短发酵时间5％以上；通过喷洒米曲霉菌液，沼气的产气量提高了10％以上；通过高压雾化装置起到保水保湿以及调控温度的作用；通过喷洒硫代硫酸钠，降低发酵环境的氧化还原电位，提高沼气的产气量13％以上。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
一种固态发酵动物粪便生产沼气的方法，其包括以下步骤：
1)将秸秆纤维素干物质破碎成长度为15mm的小段，得到物料A；
2)将动物粪便与物料A混匀，获得物料B，所述物料B置于密闭的容器中，添加脱氧剂与沼气生产菌，混合均匀，培育3天，获得沼气发酵基料；
3)沼气发酵基料、物料A、物料B以1：2：3的比例混合放进搅龙混合器中并与沼气生产菌进行第一次初混合，初混合后进入螺带混合机充分混合均匀，使用动物的尿液调节混合物的含水量为60％，得到物料C；
4)将物料C放进发酵池里，使用负压发生装置将发酵池中的气体排出，进行固态厌氧发酵，使用负压发生装置以将发酵产生的沼气收集并贮存在集气瓶中，直至发酵结束；
其中，所述发酵池为顶部密闭的池体，所述发酵池中设置有若干层层叠设置的发酵床，所述发酵床为一U型凹槽，所述物料C铺放在所述发酵床上，所述发酵池内设置有高压雾化装置，在发酵初始时，使用高压雾化装置喷洒米曲霉菌液；发酵期间每隔2天使用高压雾化装置喷洒水以保持物料C湿润，每隔8天启动所述负压发生装置收集沼气，沼气收集完后，关闭所述负压发生装置，启动高压雾化装置喷洒硫代硫酸钠溶液。
本实施例每吨物料C发酵产生的体积为185m3，比传统的沼气生产方法提高54％以上。
实施例2
一种固态发酵动物粪便生产沼气的方法，其包括以下步骤：
1)将含水量为10％的玉米秸秆纤维素干物质破碎成长度为15mm的小段，得到物料A；
2)将动物粪便与物料A混匀，获得物料B，所述物料B置于密闭的容器中，添加脱氧剂与沼气生产菌，混合均匀，培育2～3天，获得沼气发酵基料；
3)沼气发酵基料、物料A、物料B以1：4：5的比例混合放进搅龙混合器中并与沼气生产菌进行第一次初混合，初混合后进入螺带混合机充分混合均匀，使用动物的尿液调节混合物的含水量为80％，得到物料C；
4)将物料C放进发酵池里，使用负压发生装置将发酵池中的气体排出，进行固态厌氧发酵，使用负压发生装置以将发酵产生的沼气收集并贮存在集气瓶中，直至发酵结束；
其中，所述发酵池为顶部密闭的池体，所述发酵池中设置有若干层层叠设置的发酵床，所述发酵床为一U型凹槽，所述物料C铺放在所述发酵床上，所述发酵池内设置有高压雾化装置，在发酵初始时，使用高压雾化装置喷洒米曲霉菌液；发酵期间每隔2天使用高压雾化装置喷洒水以保持物料C湿润，每隔8天启动所述负压发生装置收集沼气，沼气收集完后，关闭所述负压发生装置，启动高压雾化装置喷洒硫代硫酸钠溶液。
本实施例每吨物料C发酵产生的体积为180m3，比使用含水量为20％的秸秆纤维素干物质的产气量提高了25％以上。
实施例3
一种固态发酵动物粪便生产沼气的方法，其包括以下步骤：
1)将含水量为10％的玉米秸秆纤维素干物质破碎成长度为1mm的小段，与锯末充分混匀，得到物料A；
2)将动物粪便与物料A混匀，获得物料B，所述物料B置于密闭的容器中，添加脱氧剂与沼气生产菌，混合均匀，培育2天，获得沼气发酵基料；
3)沼气发酵基料、物料A、物料B以1：2：3的比例混合放进搅龙混合器中并与沼气生产菌进行第一次初混合，初混合后进入螺带混合机充分混合均匀，使用动物的尿液调节混合物的含水量为60％，得到物料C；
4)将物料C放进发酵池里，使用负压发生装置将发酵池中的气体排出，进行固态厌氧发酵，使用负压发生装置以将发酵产生的沼气收集并贮存在集气瓶中，直至发酵结束；
其中，所述发酵池为顶部密闭的池体，所述发酵池中设置有若干层层叠设置的发酵床，所述发酵床为一U型凹槽，所述物料C铺放在所述发酵床上，所述发酵池内设置有高压雾化装置，在发酵初始时，使用高压雾化装置喷洒米曲霉菌液；发酵期间每隔3天使用高压雾化装置喷洒水以保持物料C湿润，每隔10天启动所述负压发生装置收集沼气，沼气收集完后，关闭所述负压发生装置，启动高压雾化装置喷洒硫代硫酸钠溶液。
本实施例每吨物料C发酵产生的体积为189m3，与未添加锯末相比，产气量提高了35％以上。
实施例4
一种固态发酵动物粪便生产沼气的方法，其包括以下步骤：
1)将含水量为10％的玉米秸秆纤维素干物质破碎成长度为8mm的小段，与锯末充分混匀，得到物料A；
2)将动物粪便与物料A混匀，获得物料B，所述物料B置于密闭的容器中，添加亚硫酸钠与沼气生产菌，混合均匀，培育3天，获得沼气发酵基料；
3)沼气发酵基料、物料A、物料B以1：2：5的比例混合放进搅龙混合器中并与沼气生产菌进行第一次初混合，初混合后进入螺带混合机充分混合均匀，使用动物的尿液调节混合物的含水量为60％，得到物料C；
4)将物料C放进发酵池里，使用负压发生装置将发酵池中的气体排出，进行固态厌氧发酵，使用负压发生装置以将发酵产生的沼气收集并贮存在集气瓶中，直至发酵结束；
其中，所述发酵池为顶部密闭的池体，所述发酵池中设置有若干层层叠设置的发酵床，所述发酵床为一U型凹槽，所述物料C铺放在所述发酵床上，所述发酵池内设置有高压雾化装置，在发酵初始时，使用高压雾化装置喷洒米曲霉菌液；发酵期间每隔2天使用高压雾化装置喷洒水以保持物料C湿润，每隔8天启动所述负压发生装置收集沼气，沼气收集完后，关闭所述负压发生装置，启动高压雾化装置喷洒硫代硫酸钠溶液。
本实施例每吨物料C发酵产生的体积为195m3，与未添加脱氧剂相比，产气量提高了65％以上。
实施例5
一种固态发酵动物粪便生产沼气的方法，其包括以下步骤：
1)将含水量为11％的玉米秸秆纤维素干物质破碎成长度为8mm的小段，与锯末充分混匀，得到物料A；
2)将牛粪便与物料A混匀，获得物料B，所述物料B置于密闭的容器中，添加抗坏血酸与沼气生产菌，混合均匀，培育2天，获得沼气发酵基料，其中所述沼气生产菌为正常发酵池中的沼渣；
3)沼气发酵基料、物料A、物料B以1：4：5的比例混合放进搅龙混合器中并与沼气生产菌进行第一次初混合，初混合后进入螺带混合机充分混合均匀，使用动物的尿液调节混合物的含水量为70％，得到物料C；
4)将物料C放进发酵池里，使用负压发生装置将发酵池中的气体排出，进行固态厌氧发酵，使用负压发生装置以将发酵产生的沼气收集并贮存在集气瓶中，直至发酵结束；
其中，所述发酵池为顶部密闭的池体，所述发酵池中设置有若干层层叠设置的发酵床，所述发酵床为一U型凹槽，所述物料C铺放在所述发酵床上，所述发酵池内设置有高压雾化装置，在发酵初始时，使用高压雾化装置喷洒米曲霉菌液；发酵期间每隔2天使用高压雾化装置喷洒水以保持物料C湿润，每隔9天启动所述负压发生装置收集沼气，沼气收集完后，关闭所述负压发生装置，启动高压雾化装置喷洒硫代硫酸钠溶液。
本实施例每吨物料C发酵产生的体积为212m3，与含水量为90％的物料 C相比，产气量提高47％；与含水量为50％的物料C相比，产气量提高63％。
实施例6
一种固态发酵动物粪便生产沼气的方法，其包括以下步骤：
1)将含水量为10％的玉米秸秆纤维素干物质破碎成长度为5mm的小段，与锯末充分混匀，得到物料A；
2)将牛粪便与物料A混匀，获得物料B，所述物料B置于密闭的容器中，添加抗坏血酸与沼气生产菌，混合均匀，培育2天，获得沼气发酵基料，其中所述沼气生产菌为正常发酵池中的沼渣；
3)沼气发酵基料、物料A、物料B以1：3：4的比例混合放进搅龙混合器中并与沼气生产菌进行第一次初混合，初混合后进入螺带混合机充分混合均匀，添加碳酸氢钠，使用动物的尿液调节混合物的含水量为80％，得到物料C；
4)将物料C放进发酵池里，使用负压发生装置将发酵池中的气体排出，进行固态厌氧发酵，使用负压发生装置以将发酵产生的沼气收集并贮存在集气瓶中，直至发酵结束；
其中，所述发酵池为顶部密闭的池体，所述发酵池中设置有若干层层叠设置的发酵床，所述发酵床为一U型凹槽，所述物料C铺放在所述发酵床上，所述发酵池内设置有高压雾化装置，所述发酵池内部还包括温度传感器，当温度传感器检测到的温度高于35℃时，所述高压雾化器向所述发酵池内喷洒 0℃的冷水；当温度传感器检测到的温度低于25℃时，所述高压雾化器向所述发酵池内喷晒50℃的热水，在发酵初始时，使用高压雾化装置喷洒米曲霉菌液；发酵期间每隔2天使用高压雾化装置喷洒水以保持物料C湿润，每隔 10天启动所述负压发生装置收集沼气，沼气收集完后，关闭所述负压发生装置，启动高压雾化装置喷洒硫代硫酸钠溶液。
本实施例每吨物料C发酵产生的体积为205m3，与未调控温度相比，产气量提高47％以上。
实施例7
比较例1：进行沼气生产时不添加脱氧剂，其他操作步骤与实施例5完全相同，检测产气速率(每立方米物料C每天产生的沼气体积)与产气量，结果见表1。
比较例2：进行沼气生产时不添加硫代硫酸钠，其他操作步骤与实施例5 完全相同，检测产气速率与产气量，结果见表1。
比较例3：采用现有的液态发酵技术生产沼气，检测产气速率与产气量，结果见表1。
比较例4：采用现有的固态发酵技术生产沼气，检测产气速率与产气量，结果见表1。
表1产气速率与产气量
产气速率(m3/(m3·d)) 产气量(m3)
比较例1 2.2 201
比较例2 2.3 135
比较例3 1.5 88
比较例4 1.4 128
实施例5 2.6 229
从上表结果可知，实施例5与实施例1相比，产气速率提高了18.2％，产气量提高了13.9％，可见，添加脱氧剂增加了增加了单体质量沼气发酵基料中的沼气生产菌的数量，提高了沼气的生产速率；实施例5与实施例2相比，产气速率提高了13％，产气量提高了70％，可见，添加硫代硫酸钠降低物料C的氧化还原电位，不仅能提高产气速率，还能提高产气量；实施例5 与对比比较例3相比，沼气的生产速率提高了73％，产气量提高了160％，实施例5与比较例4相比，沼气的生产速率提高了120％，产气量提高了71％，可见，本申请所用的沼气发酵方法，具有粪便利用率高，产气量高等特点。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (9)

1.一种固态发酵动物粪便生产沼气的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将秸秆纤维素干物质破碎成长度为1～15mm的小段，得到物料A；
2)将动物粪便与物料A混匀，获得物料B，所述物料B置于密闭的容器中，添加脱氧剂与沼气生产菌，混合均匀，培育2～3天，获得沼气发酵基料；
3)沼气发酵基料、物料A、物料B以1：2～4：3～5的比例混合放进搅龙混合器中并与沼气生产菌进行第一次初混合，初混合后进入螺带混合机充分混合均匀，使用动物的尿液调节混合物的含水量为60％～80％，得到物料C；
4)将物料C放进发酵池里，使用负压发生装置将发酵池中的气体排出，进行固态厌氧发酵，使用负压发生装置以将发酵产生的沼气收集并贮存在集气瓶中，直至发酵结束；
其中，所述发酵池为顶部密闭的池体，所述发酵池中设置有若干层层叠设置的发酵床，所述发酵床为一U型凹槽，所述物料C铺放在所述发酵床上，所述发酵池内设置有高压雾化装置，在发酵初始时，使用高压雾化装置喷洒米曲霉菌液；发酵期间每隔2～3天使用高压雾化装置喷洒水以保持物料C湿润，每隔8～10天启动所述负压发生装置收集沼气，沼气收集完后，关闭所述负压发生装置，启动高压雾化装置喷洒硫代硫酸钠溶液。
2.根据权利要求1所述的固态发酵动物粪便生产沼气的方法，其特征在于，所述的秸秆纤维素干物质为玉米秸秆、高粱秸秆、稻秸、稻壳、干草中的一种或几种以上。
3.根据权利要求3所述的固态发酵动物粪便生产沼气的方法，其特征在于，所述的玉米秸秆、高粱秸秆、稻秸、稻壳、干草水分含量低于13％。
4.根据权利要求1所述的固态发酵动物粪便生产沼气的方法，其特征在于，所述物料A中包含锯末。
5.根据权利要求1所述的固态发酵动物粪便生产沼气的方法，其特征在于，所述脱氧剂为亚硫酸钠、抗坏血酸中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的固态发酵动物粪便生产沼气的方法，其特征在于，所述动物粪便为猪粪、牛粪、鸡粪、鸭粪、羊粪中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的固态发酵动物粪便生产沼气的方法，其特征在于，所述沼气生产细菌为正常发酵的沼气池中的沼渣或者沼液。
8.根据权利要求1所述的固态发酵动物粪便生产沼气的方法，其特征在于，所述物料C中还包括碳酸氢钠。
9.根据权利要求1所述的固态发酵动物粪便生产沼气的方法，其特征在于，所述发酵池内部还包括温度传感器，当温度传感器检测到的温度高于35℃时，所述高压雾化器向所述发酵池内喷洒0～8℃的冷水；当温度传感器检测到的温度低于25℃时，所述高压雾化器向所述发酵池内喷晒50～60℃的热水。
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