CN117186964A - 一种废弃发酵床生物质燃料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物质燃料加工技术领域，特别涉及一种废弃发酵床生物质燃料及其制备方法，本发明的生物质燃料是针对废弃的牛发酵床废弃物进行的进一步应用研究，在研究过程中，课题组通过对水分的优化，确定了以废弃牛发酵床垫料为主体的生物质燃料的加工条件，降低造粒过程中产生的灰尘，此外，通过添加处理剂和其他纤维素废料，对原料优化、采用处理剂粘附处理的方式，大大提高了生物燃料的热值，生物燃料的热值从最低的3025Kcal/kg提升至最高的4376Kcal/kg，有效提升了生物燃料的热值；提升了生物质燃料的品质和造粒形态。
Description
【技术领域】
本发明涉及生物质燃料加工技术领域，特别涉及一种废弃发酵床生物质燃料及其制备方法。
【背景技术】
广西养牛产业一直在推进发酵床养殖，使用发酵床生态垫料养殖能有效减少牛粪的清理次数，降低劳动力成本，但是，随着养殖产业规模的发展壮大以及发酵床技术的逐步推广，废弃发酵床的处理成了最大的环保问题。这些废弃物尚未发酵完全，不能直接作为肥料还田，同时对周边环境存在一定影响；为此，如何妥善处理废弃发酵床垫料是本领域技术人员共同解决的难题。
目前，现有技术中处理发酵床垫料废弃物的方法主要有：填埋、直接还田、厌氧发酵、自然堆肥和加工生产有机肥等方式，其中又以堆肥和加工生产有机肥方式使用较多；近几年还出现了对发酵床垫料进行二次养殖，例如用于蚯蚓养殖等处理方式；但是，不论是填埋、还田、加工有机肥还是用于养殖蚯蚓，处理后垫料的体积都没有发生改变，对于中少量的垫料这样处理是没有问题的，但是对于大量的垫料，这样的处理方式就存在场地占用大的技术问题，因此，寻求多渠道的发酵床垫料环保处理是目前垫料处理的新兴方式。
现有技术中有利用牛粪加工制备生物质燃料的相关报道，课题组也考虑将发酵床垫料制备成生物质燃料，为垫料的废物处理回收提供新的渠道，但是目前，在加工的过程中，我们发现：牛发酵床垫料由于经过微生物的降解，其纤维成分相对于纯的原料：木屑、木糠、秸秆粉、稻壳和花生壳等要更低，燃烧值不高，而且，牛由于其生长环境和粪便含水率较大，粪便中的纤维含量也不高，且牛废弃垫料的水分含量更高非常湿润，不适合用于造粒，生产的生物质燃料外形不好，不适合运输、销售等问题，而且，在造粒的过程中，如果含水率控制不好，会出现较大的粉尘污染，为此，为了提高牛发酵床废料的利用率，有必要对牛发酵床废料加工生物燃料的工艺进行研究和改进，以期能提高该生物质燃料的发热量，提升生物质燃料的品质，拓宽发酵床废料的应用领域。
【发明内容】
鉴于上述内容，有必要为提升牛废料发酵床的应用，对牛发酵床废料加工生物燃料的工艺进行研究和改进，以期能提高该生物质燃料的发热量，提升生物质燃料的品质，拓宽发酵床废料的应用领域。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种废弃发酵床生物质燃料，所述生物质燃料由废弃发酵床垫料、木质素磺酸钙、糖蜜、玉米芯粉、木糠和水稻秸秆按质量比为80-85:1-5:1-5:0-20:0-20:0-20组成。
进一步的，所述生物质燃料由废弃发酵床垫料、木质素磺酸钙、糖蜜、玉米芯粉、木糠和水稻秸秆按质量比为85:5:1:5:10:15组成。
本发明还包括所述废弃发酵床生物质燃料的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将牛养殖场中的废弃发酵床垫料完全晒干；
(2)按照所述质量比称量各成分；
(3)向废弃发酵床垫料中加入上述称量好的木质素磺酸钙、糖蜜、玉米芯粉、木糠和水稻秸秆，之后进行堆沤48h，堆沤结束后将水分含量调整至20％-30％，然后放入造粒机中进行造粒，即得生物质燃料。
进一步的，所述糖蜜中的残糖重量百分数为20％-25％。
进一步的，所述发酵床垫料的的制备方法为：将木屑、木糠、秸秆粉、稻壳和花生壳按照质量比为1:1:1:1:1混合得到垫料的基料；然后用红糖水将发酵菌种活化，按1：20-50比例进行稀释，将活化的微生物菌种喷洒到基料中堆集发酵7d，然后按照每个栏舍10cm厚度铺垫，再把牛放到栏舍中饲养；按2g/m2的菌种使用量进行生物垫床维护，第1个月7d喷洒1次，第2个月开始至结束每15d喷洒1次，直至发酵床垫料不能有效分解牛粪，即得废弃的发酵床垫料。
本发明具有如下有益效果：
本申请的生物质燃料是针对废弃的牛发酵床废弃物进行的进一步应用研究，在研究过程中，课题组通过对水分的优化，确定了以废弃牛发酵床垫料为主体的生物质燃料的加工条件，降低造粒过程中产生的灰尘，此外，通过添加处理剂和其他纤维素废料，对原料优化、采用处理剂粘附处理的方式，大大提高了生物燃料的热值，生物燃料的热值从最低的3025Kcal/kg提升至最高的4376Kcal/kg，有效提升了生物燃料的热值；提升了生物质燃料的品质和造粒形态。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
实施例1：
在发酵床垫料生物燃料的生产实践中，申请人发现，加工生物质燃料的造粒过程会产生较大的粉尘，而采用含水量较大的发酵床垫料先混合造粒后再风干则会大大降低造粒车间的粉尘含量，但是含水量较大的发酵床垫料先造粒再风干会存在燃烧值偏低的问题，这就需要课题组寻求一个水分和原料配比的平衡值的技术问题，为此，课题组进行了如下实验：
一、发酵床垫料的的制备方法：选择碳供应强度大、碳源能力均衡持久以及通透性，吸附性好的材料作主要原料：将木屑、木糠、秸秆粉、稻壳和花生壳按照质量比为1:1:1:1:1混合得到垫料的基料；然后用红糖水将发酵菌种活化，按1：20-50比例进行稀释。将活化的微生物菌种喷洒到基料中堆集发酵7d，然后按照每个栏舍10cm厚度铺垫，再把牛放到栏舍中饲养。按2g/m2的菌种使用量进行生物垫床维护。第1个月7d喷洒1次，第2个月开始至结束每15d喷洒1次，直至发酵床垫料不能有效分解牛粪，含水量达到45％左右，即为废弃的发酵床垫料。
二、向步骤一的废弃发酵床垫料与中加入水或采用热风风干的方式，将发酵床垫料的含水率调整至10％、20％、30％、40％和50％后进行造粒，观测造粒车间粉尘并按照采用GB/T213-2008的方法进行燃烧测试发热量，具体如表1所示：
表1不同含水率对发酵床垫料制备的影响
| 发酵床垫料含水率 | 低位发热量Kcal/kg | 造粒情况 | 粉尘 |
| 10％ | 3524 | 松散，易散开 | 粉尘很大 |
| 20％ | 3416 | 成型较好 | 粉尘少 |
| 30％ | 3347 | 成型较好 | 粉尘少 |
| 40％ | 3269 | 过稀黏连 | 粉尘少 |
| 50％ | 2364 | 过稀黏连 | 粉尘少 |
从表中可见，发酵床垫料的含水率在20％-30％的条件下直接进行造粒，能有效降低造粒车间的粉尘含量，且造粒效果好，但由于水分增加，燃烧值不如含水率为10％的垫料，需要进行进一步的改进。
实施例2：
为了提高生物质燃料的燃烧值，课题组考虑对发酵床垫料进行一些改进，考虑加入一些处理剂，提高生物质燃料的吸附能力和粘性，增加颗粒燃料的纤维含量，提高燃烧效率，从而提升生物质燃料的燃烧值，具体方法如下：
一、按照实施例1的方法制备发酵床垫料；
二、按照底物质量5％的添加量加入表2不同组别的预处理剂，加入预处理剂后再盖上黑色塑料薄膜保湿堆沤48h，然后将生物质燃料调配至含水率为30％后进行造粒，热风风干后得到生物质燃料，之后测试生物质燃料的低位发热量，具体如表3所示：
表2不同组别的预处理剂
| 组1 | 组2 | 组3 | 组4 | 组5 |
| 木质素磺酸钙 | 羧甲基淀粉纳 | 聚乙烯醇 | 纸浆废液 | 糖蜜 |
其中，糖蜜来源于广西的蔗糖厂，糖蜜中的残糖重量百分数为20％-25％；纸浆废液来源于广西造纸厂，经过浓缩，浓缩液中纤维素的质量百分比达到15％-20％。
表3不同预处理剂对发酵床垫料发热量的影响
| 测试项 | 组1 | 组2 | 组3 | 组4 | 组5 |
| 低位发热量Kcal/kg | 3075 | 3625 | 3025 | 3316 | 3527 |
由表3可知，与表1的30％组的生物质颗粒染料相比，组1和组3预处理剂的添加量会显著降低生物质染料的发热量，而组2、组5的处理剂添加量会有升高，组4处理剂的添加量无太大差别，为了更好的提升生物质染料的发热量，选取处理剂：木质素磺酸钙和糖蜜做为预处理剂进行进一步的研究。由此说明，部分粘合剂对生物燃料粉末有较好的粘附作用，能更好的提高生物质燃料的凝聚能力，减少原料的损失，使再较小的颗粒单位中，有较多的可燃物质，能提高生物燃料的发热量。
实施例3：
为了进一步提升生物质燃料的纤维含量，提高生物质燃料的品质，课题组考虑将废弃的发酵床垫料与一些纤维含量高的生物质废料进一步复配，进一步提升生物质燃料的品质，具体如下：
一、按照实施例1的方法制备发酵床垫料；
二、将步骤一的发酵床垫料、实施例2的处理剂木质素磺酸钙、糖蜜和纤维含量高的玉米芯粉、木糠、水稻秸秆按照表4-表5相关重量比进行正交实验，混合后参考实施例2的方法制备生物质燃料，之后测定生物质燃料的发热量，具体为：将原料废弃发酵床垫料晒干、然后与木质素磺酸钙、糖蜜、玉米芯粉、木糠和水稻秸秆按照相应质量比混合，混合堆沤48h后采用热风风干或加水的方式调整混合物的含水量为30％，之后通过造粒机造粒，制得相应的生物颗粒燃料，具体如表4和表5所示：
表4生物质燃料不同原料的正交实验因素水平
| 因素 | 废弃发酵床垫料 | 木质素磺酸钙 | 糖蜜 | 玉米芯粉 | 木糠 | 水稻秸秆 |
| A | 80 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| B | 85 | 2 | 2 | 5 | 5 | 5 |
| C | 90 | 3 | 3 | 10 | 10 | 10 |
| D | 95 | 4 | 4 | 15 | 15 | 15 |
| E | 100 | 5 | 5 | 20 | 20 | 20 |
表5生物质燃料不同原料的正交实验结果
由表5可知，原料之间不同的质量比，会使生物燃料的发热量产生重要的影响，从实验来看，废料发酵床含量过高，会降低生物燃料本身的发热率，当发热量高于3650Kcal/kg时(高于表3的最高值)，我们认为生物燃料有较好的发热量，可以做为较优的生产组，因此，实验1-15比例的生物燃料，即废弃发酵床垫料：木质素磺酸钙：糖蜜：玉米芯粉：木糠：水稻秸秆的质量比为80-85:1-5:1-5:0-20:0-20:0-20时，有较优品质，实验10，即废弃发酵床垫料：木质素磺酸钙：糖蜜：玉米芯粉：木糠：水稻秸秆的质量比为85:5:1:5:10:15时，发热量最高，生物燃料的品质最佳。由此说明，添加了纤维含量高的废料：玉米芯粉、木糠和水稻秸秆后，能提升生物燃料的燃烧值，此外，加入粘附剂能更进一步提升其他废料于发酵床废料的粘附能力，更进一步的改善了生物质燃料的燃烧热值。
因此，综合实施例1-3中生物质燃料的制备方法，发酵床垫料制备生物质燃料的制备方法如下：
(1)将牛养殖场中的废弃发酵床垫料完全晒干；
(2)按照废弃发酵床垫料：木质素磺酸钙：糖蜜：玉米芯粉：木糠：水稻秸秆质量比为80-85:1-5:1-5:0-20:0-20:0-20称量各成分；
(3)向废弃发酵床垫料中加入上述称量好的木质素磺酸钙、糖蜜、玉米芯粉、木糠和水稻秸秆，之后进行堆沤48h，堆沤结束后将水分含量调整至20％-30％，然后放入造粒机中进行造粒，即得生物质燃料。
其中，发酵床垫料的的制备方法为：将木屑、木糠、秸秆粉、稻壳和花生壳按照质量比为1:1:1:1:1混合得到垫料的基料；然后用红糖水将发酵菌种活化，按1：20-50比例进行稀释。将活化的微生物菌种喷洒到基料中堆集发酵7d，然后按照每个栏舍10cm厚度铺垫，再把牛放到栏舍中饲养；按2g/m2的菌种使用量进行生物垫床维护。第1个月7d喷洒1次，第2个月开始至结束每15d喷洒1次，直至发酵床垫料不能有效分解牛粪，含水量达到45％左右，即为废弃的发酵床垫料；
原料中糖蜜来源于广西的蔗糖厂，糖蜜中的残糖重量百分数为20％-25％。
生物质燃料中，废弃发酵床垫料、木质素磺酸钙、糖蜜、玉米芯粉、木糠和水稻秸秆的最佳质量比为85:5:1:5:10:15。
综上，采用本申请的废弃发酵床经过对原料优化、采用处理剂粘附处理的方式，大大提高了生物燃料的热值，生物燃料的热值从最低的3025Kcal/kg提升至最高的4376Kcal/kg，有效提升了生物燃料的热值；且经过调整含水量、增加使用粘附剂等方式，大大降低了生物质燃料造粒车间的粉尘危害，提升了生物质燃料的造粒形态。
以上所述实例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种废弃发酵床生物质燃料，其特征在于，所述生物质燃料由废弃发酵床垫料、木质素磺酸钙、糖蜜、玉米芯粉、木糠和水稻秸秆按质量比为80-85:1-5:1-5:0-20:0-20:0-20组成。
2.根据权利要求1所述的一种废弃发酵床生物质燃料，其特征在于，所述生物质燃料由废弃发酵床垫料、木质素磺酸钙、糖蜜、玉米芯粉、木糠和水稻秸秆按质量比为85:5:1:5:10:15组成。
3.一种制备如权利要求1或2所述废弃发酵床生物质燃料的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将牛养殖场中的废弃发酵床垫料完全晒干；
(2)按照所述质量比称量各成分；
(3)向废弃发酵床垫料中加入上述称量好的木质素磺酸钙、糖蜜、玉米芯粉、木糠和水稻秸秆，之后进行堆沤48h，堆沤结束后将水分含量调整至20％-30％，然后放入造粒机中进行造粒，即得生物质燃料。
4.根据权利要求1所述的生物质燃料或所述权利要求3所述的方法，其特征在于，所述糖蜜中的残糖重量百分数为20％-25％。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述发酵床垫料的的制备方法为：将木屑、木糠、秸秆粉、稻壳和花生壳按照质量比为1:1:1:1:1混合得到垫料的基料；然后用红糖水将发酵菌种活化，按1：20-50比例进行稀释，将活化的微生物菌种喷洒到基料中堆集发酵7d，然后按照每个栏舍10cm厚度铺垫，再把牛放到栏舍中饲养；按2g/m2的菌种使用量进行生物垫床维护，第1个月7d喷洒1次，第2个月开始至结束每15d喷洒1次，直至发酵床垫料不能有效分解牛粪，即得废弃的发酵床垫料。
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Cited By (2)
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| CN117925290B (zh) * | 2024-03-21 | 2024-06-11 | 山东科迈生物制浆有限公司 | 一种制浆废料制备生物质燃料的方法 |
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2023
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