CN109182388A - 一种利用添加醋糟有效缓解鸡粪厌氧发酵氨抑制的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有效缓解鸡粪厌氧发酵氨抑制的方法，主要方法如下：将新鲜醋糟与水质量按照1:1比例溶解，经过微波预处理1min后，与新鲜鸡粪按照质量比例3:1混合。选择用醋糟驯化后的厌氧活性污泥作为厌氧发酵的接种物，将其接种于醋糟与鸡粪的混合物中搅拌均匀，体系TS为5％～6％，发酵温度控制在35±2℃，整个过程于恒温水浴锅内进行，发酵时间55～60d。本发明针对鸡粪高蛋白含量，高氨氮等特点，通过添加醋糟调节厌氧发酵体系中的低C/N以及高pH环境，同时添加产甲烷促进剂，缓解体系高氨抑制，维持体系正常厌氧发酵环境。

Description

一种利用添加醋糟有效缓解鸡粪厌氧发酵氨抑制的方法
技术领域
本发明属于农业废弃物的厌氧发酵领域，涉及缓解鸡粪厌氧发酵过程中氨抑制的缓解技术。
背景技术
我国养殖业规模不断扩大，所产生的畜禽粪便也越来越严重地影响农村生态环境和居民生活。鸡粪是养鸡场产生的最主要的污染物质，据统计鸡粪年产量约有20亿吨。由于鸡的消化道太短，造成鸡粪中含有约40％～70％其摄入的营养物，其氮含量约为猪粪的4.1倍，其中所含的大量的挥发性氮对空气造成了较大影响，同时含有的大量病毒和细菌威胁着生态健康。
传统处理方式如填埋，堆肥等无法彻底对鸡粪进行无害无味处理。采用厌氧发酵技术，一方面可以有效的使鸡粪中的营养物质得到充分的利用，另一方面还可以将有机物转化为沼气等可再生能源，同时厌氧发酵过程可以极大地减少沼液中病原菌，剩余沼液沼渣也可制成高效的有机肥。
在以鸡粪为单一原料进行厌氧发酵时，由于原料本身高氮低碳的特质使其在发酵过程中极易出现氨抑制，若可以添加高碳低氮物质用以调节体系C/N，且中和体系中过量的氨氮，则可实现厌氧发酵的顺利进行。醋糟是制醋过程中的残余物，醋糟年产量超过300万吨，主要成分为麸皮及谷壳类物质，同时新鲜的醋糟含有大量的醋酸，pH约为3.5～3.8；大多数醋糟均通过填埋、焚烧及制作饲料等方法处理，但都存在诸多问题如土壤酸化，空气污染，适口性差等，无法实现其高效的处理。如若将醋糟与鸡粪进行混合厌氧发酵，可通过调节发酵物的C/N，为体系内微生物群落创造良好的环境，中和过多的氨氮及调节中性pH，就可以大大缓解鸡粪作为单一原料发酵时产生的氨抑制及酸累积，稳定发酵过程，提高发酵效率。
目前，对于醋糟在厌氧发酵中应用的研究不多，针对醋糟与畜禽粪便混合厌氧发酵的研究更是鲜有报道。本发明提供一种醋糟与鸡粪混合发酵的方法，通过在鸡粪中添加适量醋糟，缓解鸡粪发酵过程中的氨抑制，提高发酵效率，实现鸡粪厌氧发酵的稳定高效进行。
发明内容
本发明针对鸡粪发酵氨抑制的问题，提供一种醋糟与鸡粪混合发酵的方法，可有效缓解鸡粪厌氧发酵过程中氨抑制，同时提高发酵效率。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：添加新鲜醋糟与鸡粪混合，用于调节发酵体系的C/N和pH，以维持适宜发酵环境，促进产甲烷过程的顺利进行，主要包括以下步骤：
(1)将厌氧活性污泥内添加少量新鲜鸡粪，在中温条件下进行厌氧发酵过程，以此筛选和优化体系中的高效菌种。发酵体系初始TS控制3％～4％，初始pH控制在7.3～7.8。最终体系甲烷含量达到65％以上即驯化成功。搅拌均匀后微波处理1min。
(2)新鲜醋糟先进行预处理，通过将新鲜醋糟与水按照质量1:1进行混合，搅拌均匀后微波处理1min。
(3)取新鲜鸡粪与步骤(2)处理过的醋糟按照质量比3:1进行混合后，将步骤(1)驯化成功的接种物接种于发酵罐内，接种量为60％～65％，加水调配至体系总TS为5％～6％，搅拌均匀后加入至发酵罐中；于中温条件下的恒温水浴锅内发酵55d～60d，定时搅拌，测定产气量及甲烷含量。
(4)在发酵前，添加产甲烷促进剂，主要成分为产甲烷菌，中温互营乙酸菌，中温互营丙酸菌，中温互营丁酸菌，微量元素及维生素。
进一步地，所述步骤(1)和(3)中温度为35±2℃。
进一步地，所述步骤(4)中产甲烷菌包括但不限于methanimicrococcus、methanococcoides、methanohalobium、halomethanococcus、methanocella、methanolinea、methanocalculus、methanospirillum、methanocorpusculum等，可将所述菌属单独使用或是采用混合菌属。中温互营乙酸氧化菌包含但不限于SAOB Clostridium ultunense、Thermacetogenium phaeum、Tepidanaerobacter acetatoxydans Re1、Thermoanaerobacteraceae和Thermotoga lettingae等，可将所述菌属单独使用或是采用混合菌属。中温互营丙酸氧化菌包含但不限于Smithella propionica、Syntrophobacterfumaroxidans和Pelotomaculum thermopropionicum等，可将所述菌属单独使用或是采用混合菌属。中温互营丁酸氧化菌包含但不限于Syntrophomonas wolfeisubsp.Methylbutyratica subsp、Syntrophomonas cellicola、Syntrophomonas erecta、Syntrophomonas erecta subsp.sporosyntropha subsp、Syntrophomonas sapovorans和Syntrophomonas palpitatica等，可将所述菌属单独使用或是采用混合菌属。微量元素为含铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、钼(Mo)、钨(W)和硒(Se)的化合物，包括但不局限硫酸亚铁、氯化钴、氯化镍、钼酸钠、钨酸钠和硒酸钠。维生素为含烟酸、对氨基苯甲酸、维生素B6(包含但不限于吡哆素)、维生素B7(包含但不限于生物素)、叶酸、维生素B2(包含但不限于核黄素)、硫胺素。
本发明有益效果为：
(1)厌氧活性污泥通过添加少量新鲜的鸡粪驯化，可调节污泥中的微生物群落适应鸡粪特性，淘汰不能以鸡粪作为原料的菌群，筛选和优化生长速度快，代谢能力强的厌氧微生物群落。
(2)新鲜醋糟溶于水中，可将其表面的溶解性酸及COD释放，同时用微波进行预处理，将其包裹与谷壳内的物质释放，破坏其表面的纤维素结构，使其破碎成小颗粒易被利用的物质。
(3)由于鸡粪本身较高含氮量，发酵过程产生大量的氨氮，出现严重的氨抑制，导致系统崩溃。添加适量的醋糟，不仅调控整个发酵体系的C/N，而且可以调节系统的pH，使发酵体系可以更加稳定高效的运行。
(4)添加产甲烷促进剂，可缩短发酵的延滞期，提高甲烷产量。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，本发明的保护范围不局限于以下描述。
实施例1
(1)将新鲜鸡粪80～100g，加入60L的厌氧活性污泥中，添加产甲烷促进剂，添加量为40mL/L，每隔三天添加一次，在中温35±2℃条件下厌氧发酵55d～60d，体系甲烷含量为65％～70％。
(2)将新鲜醋糟与水按照质量比1:1混合，搅拌均匀后放入微波炉内，在功率为630W条件下微波处理1min。
(3)将新鲜鸡粪与步骤(2)处理后的醋糟与水的混合物按照质量比3:1进行混合，将步骤(1)发酵的厌氧活性污泥接种于混合物中，接种量为60％～65％，置于1L发酵罐内，同时在罐内投加产甲烷促进剂，投加量为20mL/L，加水调节系统TS为5％～6％，在恒温水浴锅中进行为期55d～60d的厌氧发酵过程，发酵温度为35±2℃，定时进行产气量及甲烷含量测定。
对比例1
(1)与实例1相比，步骤(1)操作过程一致。
(2)与实例1相比，步骤(2)省略。
(3)与实例1相比，步骤(3)不添加醋糟及产甲烷促进剂，只有鸡粪一种单一原料厌氧发酵，其余条件均相同。
效果检验
于相同条件下检测实例1于对比例1，实施例1产甲烷量较对比例1提高了10％，同时运行时间较增长了8～10d，甲烷含量平均高5％～10％。发酵过程中，实施例1氨氮含量为2000±100mg/L，对比例1氨氮含量为4500±100mg/L，同比降低了55％～70％，有效地缓解了以鸡粪为单一原料发酵的氨抑制过程。
本发明可有效缓解鸡粪厌氧发酵过程氨抑制现象，同时可以有效提高鸡粪厌氧发酵的效率，延长发酵时间。

Claims (6)

1.一种利用添加醋糟有效缓解鸡粪厌氧发酵氨抑制的方法，其特征在于：
将厌氧活性污泥内添加少量新鲜鸡粪，在中温条件下进行厌氧发酵过程，以此筛选和优化体系中的高效菌种。发酵体系初始TS控制3％～4％，初始pH控制在7.3～7.8。最终体系甲烷含量达到65％以上即驯化成功。搅拌均匀后微波处理1min。
2.新鲜醋糟先进行预处理，通过将新鲜醋糟与水按照质量1:1进行混合，搅拌均匀后微波处理1min。
3.取新鲜鸡粪与步骤(2)处理过的醋糟按照质量比3:1进行混合后，将步骤(1)驯化成功的接种物接种于发酵罐内，接种量为60％～65％，加水调配至体系总TS为5％～6％，搅拌均匀后加入至发酵罐中；于中温条件下的恒温水浴锅内发酵55d～60d，定时搅拌，测定产气量及甲烷含量。
4.在发酵前，添加产甲烷促进剂，主要成分为产甲烷菌，中温互营乙酸菌，中温互营丙酸菌，中温互营丁酸菌，微量元素及维生素。
5.进一步地，所述步骤(1)和(3)中温度为35±2℃。
6.进一步地，所述步骤(4)中产甲烷菌包括但不限于methanimicrococcus、methanococcoides、methanohalobium、halomethanococcus、methanocella、methanolinea、methanocalculus、methanospirillum、methanocorpusculum等，可将所述菌属单独使用或是采用混合菌属。中温互营乙酸氧化菌包含但不限于SAOB Clostridium ultunense、Thermacetogenium phaeum、Tepidanaerobacter acetatoxydans Re1、Thermoanaerobacteraceae和Thermotoga lettingae等，可将所述菌属单独使用或是采用混合菌属。中温互营丙酸氧化菌包含但不限于Smithella propionica、Syntrophobacterfumaroxidans和Pelotomaculum thermopropionicum等，可将所述菌属单独使用或是采用混合菌属。中温互营丁酸氧化菌包含但不限于Syntrophomonas wolfeisubsp.Methylbutyratica subsp、Syntrophomonas cellicola、Syntrophomonas erecta、Syntrophomonas erecta subsp.sporosyntropha subsp、Syntrophomonas sapovorans和Syntrophomonas palpitatica等，可将所述菌属单独使用或是采用混合菌属。微量元素为含铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、钼(Mo)、钨(W)和硒(Se)的化合物，包括但不局限硫酸亚铁、氯化钴、氯化镍、钼酸钠、钨酸钠和硒酸钠。维生素为含烟酸、对氨基苯甲酸、维生素B6(包含但不限于吡哆素)、维生素B7(包含但不限于生物素)、叶酸、维生素B2(包含但不限于核黄素)、硫胺素。
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