CN1888073B

CN1888073B - 复合菌剂预处理秸杆的沼气发酵方法

Info

Publication number: CN1888073B
Application number: CN2005100777923A
Authority: CN
Inventors: 刘晓风; 颜开; 廖银章; 张海涛; 袁月祥; 颜丽; 刘克鑫
Original assignee: BEIJING HEBAIYI ECOLOGICAL ENE; Chengdu Institute of Biology of CAS
Current assignee: BEIJING HEBAIYI ECOLOGICAL ENE; Chengdu Institute of Biology of CAS
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2025-06-27
Also published as: CN1888073A

Abstract

一种复合菌剂预处理秸杆的沼气发酵方法，先将秸杆原料破碎，加水润湿至少18小时，然后向润湿后的秸杆加入复合菌剂和作为秸杆堆沤的氮源碳酸氢铵并补加水，将拌匀的秸杆收堆，用塑料布覆盖堆沤3～6天，在堆沤温度达到不低于50℃时维持3天，然后将堆沤好的秸杆入沼气池，同时加入碳酸氢铵和产甲烷接种物，密闭2～7天，即产沼气。它有效地克服了现有技术中存在的因原料不足或发酵不好而影响沼气产量的缺陷，预处理后的秸杆发酵速度和产气速度快，使初始产气时间缩短50％左右，产气速率提高30％以上，能使所有玉米秆、稻草、麦秆等农作物秸秆作为沼气发酵的原料，同时在无任何禽、畜粪便的条件下也能全部使用秸秆产生沼气，适用范围广泛。

Description

复合菌剂预处理秸杆的沼气发酵方法

技术领域

本发明涉及一种预先对秸杆进行预处理的沼气发酵方法，特别是一种加入微生物复合菌剂预处理秸杆的沼气发酵方法。也可以用于对其它有机固体废物进行生物处理，如对固体形畜、禽粪、城市有机垃圾等进行复合菌剂预处理。

背景技术

目前，我国农村能源结构主要是燃煤、烧秸秆和生物质气。烧煤和烧秸秆对环境造成一定的污染。为了改善农村生态环境，提高农民的生活质量，国家大力推广清洁能源-沼气，即利用畜、禽粪便产生沼气，而沼渣、沼液又是很好的有机肥。据统计，我国目前户用沼气池已发展到1000多万户。但是由于各农户养殖畜、禽数量不均，在不同季节农户养殖数量差异较大。因原料不足或沼气池缺乏原料，影响了沼气池的产量，有的因无发酵原料，沼气池常年不产气，甚至出现弃池现象。

为了使原建和新建的沼气池能常年产气，必须解决沼气发酵原料不足的问题。能够代替畜、禽粪便产沼气的原料在农村比较普遍，如农作物秸秆等。农作秸秆作为沼气发酵的原料，发酵时可以产沼气，发酵后的残渣，沼液又是很好的有机肥。但是，直接将秸秆入发酵池进行产沼气，将会导致产沼气慢、产气量少、产气率低，有时还会出现发酵物料偏酸等现象，所以利用秸秆产沼气受到了一定的影响，利用秸秆作为产沼气的原料不能更好的推广应用。秸秆需预处理之后入沼气池进行产沼气，可以提高产气率，加快产沼气的时间。当前预处理秸秆的方法主要有物理、化学、生物法。物理法主要有机械搅拌法、气爆法。采用机械搅拌法，如专利申请号为891058680中公开了一种“自动搅拌高效沼气发酵新工艺”，这种工艺是根据能量学、动力学和微生物发酵学的基本原理，采用一种由沼气池内压力变化而自动启闭的装置，使液料定向流动而达到自动搅拌的目的。但是，这种处理工艺的原料为猪粪，不适用全秸杆沼气发酵。如专利申请号为971253234“沼气生成新方法及其沼气快速生成器”中公开了一种带有搅拌装置的圆筒形容器，沼气的生成过程是在一个具有保温和自聚热功能的封闭容器内进行的，是以浆液料为原料接种沼气催化剂，在充分搅拌中使浆液发酵。这种沼气生成器同样也不适用全秸杆沼气发酵。气爆法主要有挤压气爆和热喷气爆。挤压气爆是秸秆在挤压机的挤压膛与螺杆、螺套壁及秸秆之间挤压、摩擦、剪切，在螺杆的机械推动和高温、高压的混合下，秸秆被挤出喷头的喷嘴后突然减压，高速喷射而出。挤压温度控制在120℃-140℃，压力控制在1.5-2.0MPa。热喷处理是将秸秆入压力罐内，将罐进行密封并通入0.5-1.0MPa的蒸汽，维持约1小时，然后由排料阀减压喷放。化学法主要用碱处理，通常用NaOH。该法又分湿法和干法，湿法处理1吨秸秆需氢氧化钠8-10kg，水3吨以上；干法是将20％-40％的浓氢氧化钠溶液喷于秸秆上。干法和湿法均用水冲洗，秸秆用水量大。用气爆法预处理秸秆需耐高温、耐压的机械或压力容器，能耗较大，成本较高，只能固定到一个地方处理；化学处理主要用碱处理，用碱量较大，用水量也大，且造成环境污染。生物法可分为自然预处理和人工预处理。自然预处理就是靠环境中的微生物对秸秆进行处理。因自然环境中对秸杆起主要作用的微生物数量很少，故秸秆生物处理的时间长，效果差。人工预处理秸秆，至今未有理想的添加剂和处理方法。如专利号为971078149中公开了一种“城市有机垃圾发酵产沼气方法”，该方法是利用城市有机垃圾，先进行好氧发酵，然后加入发酵菌液进行厌氧产沼气发酵。它不适用对秸杆类进行直接厌氧产沼气发酵。专利号为011290736“沼气发酵生物活性添加剂”中公开了利用外源导入一定酶活水平、一定配方的水解酶于沼气发酵体系中，来提高原料分得率，但在出料时，该添加剂会流失，增加了沼气生产成本。专利号为021223874“混合沼气发酵料及其制备方法”中虽然公开了一种利用秸杆产沼气，但其是将鲜品秸杆切碎干燥再粉碎，原料受季节约束，破碎工艺较为复杂、麻烦，入池时需加入木薯粉、糟粕渣作为部分氮源补充，其补充数量较大，原料来源有限，故影响其推广应用。另外，因原料未经堆沤，入池后产气慢，特别是在寒冷地区发酵效果更差。专利申请号为2004100128660“一种沼气配制料”中公开了利用高产气的农作物秸杆中的一种或几种为发酵料，并添加米皮糠、葡萄糖、三磷酸腺甙二钠、氧化钙等原料为添加剂，组成沼气配制料。这种沼气配制料未经堆沤，影响其发酵效果，产沼气慢，另外，添加物价格比较贵，且该沼气配料需和粪便等化粪池中的垃圾混合产生沼气，因此，不利于推广应用。

迄今为止，还未见用复合菌剂对秸杆进行预处理的沼气发酵的相关报导。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合菌剂预处理秸杆的沼气发酵方法，它有效地克服了现有技术中存在的因原料不足或发酵不好而影响沼气产量的缺陷，预处理后的秸杆发酵速度和产气速度快，使初始产气时间缩短50％左右，产气速率提高30％以上，能使所有玉米秆、稻草、麦秆等农作物秸秆作为沼气发酵的原料，同时在无任何禽、畜粪便的条件下也能全部使用秸秆产生沼气，适用范围广泛。

本发明的目的是这样实现的：先将秸杆原料破碎，加水润湿至少18小时，加水量为秸杆原料重量的90～120％，然后向润湿后的秸杆加入复合菌剂和作为秸杆堆沤的氮源碳酸氢铵，加复合菌剂量为秸杆原料重量的0.25～0.4％，加碳酸氢铵量为秸杆原料重量的0.5～2.0％，同时补加水，补水量为秸杆原料重量的85～100％，将拌匀的秸杆收堆，堆垛高度0.8～1.5米，宽度1.5～2米，用塑料布覆盖堆沤3～6天，在堆沤温度达到不低于50℃时维持天，然后将堆沤好的秸杆入沼气池，同时加入秸杆原料重量的1.0～2.8％的碳酸氢铵和沼气池料容积15～20％的产甲烷接种物，密闭2～7天，即产沼气。

所述复合菌剂是由保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的登记入册编号为CGMCC NO.1364的高温单胞菌(Thermomonospora)，登记入册编号为CGMCC NO.1365的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)，登记入册编号为CGMCC NO.1366的木霉菌(Trichoderma)和中国普通微生物菌种保藏管理中心1997年版的菌种目录中公开的菌种编号为1.813的地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)混配而成，所述各组份的重量比为高温单胞菌∶枯草芽孢杆菌∶木霉菌∶地衣芽孢杆菌＝9～13∶2～4∶3～4∶2～3。

所述产甲烷接种物采用老沼气池底沼渣、沼气发酵液、冒气的黑色阴沟污泥、粪坑沉渣或用鲜牛粪堆沤的堆沤物。

所述堆沤后的秸秆入沼气池时，加入碳酸氢铵和产甲烷接种物后，将发酵物料的总固体浓度调整到20-35％，进行厌氧干发酵产沼气。

所述复合菌剂预处理后的秸秆入沼气池加入碳酸氢铵时，加入产甲烷接种物和补充水后，将发酵物料的总固体浓度调整到5-8％，进行湿式厌氧发酵产沼气。

由于本发明首次采用复合菌剂对沼气发酵的秸秆先进行预处理，处理后的秸秆内部结构发生变化，秸秆变柔软、疏松，所以将其作为产沼气的原料，可使秸秆利于厌氧微生物降解利用，使初始产气时间缩短50％左右，产气速率提高30％以上。因其所用复合菌剂的细菌、放线菌和真菌中，含有高温(嗜热)、中温纤维素降解菌，木质素分解菌，故利用各菌的协同作用，完全代替畜、禽粪便，可在无任何禽、畜粪便的条件下全部使用秸秆产生沼气。实际实验表明，用复合菌预处理秸秆发酵要比不加菌剂预处理的发酵速度快，产沼气率及产气速度均比不加复合菌剂处理的产气快，产气率高。另外，还可以在有畜、禽粪便，作为堆沤秸秆的氮源和入池后产沼气微生物的氮源比较丰富的情况下，可以少加或不加碳酸氢铵，进一步减轻用户的经济负担。本发明方法利用微生物对秸秆进行预处理，与现有其它处理方法相比，其处理成本低，农家院、田地、沼气池旁边均可处理，不择地点且无二次污染。作为产沼气的原料，在预处理后即可入沼气池。能使所有玉米秆、稻草、麦秆等农作物秸秆作为沼气发酵的原料，同时在无任何禽、畜粪便的条件下也能全部使用秸秆产生沼气，因此，适用范围广泛。

具体实施方式

以下结合实施方式对本发明作详细说明。本发明所用的复合菌剂已经同时申请名称为“用于处理有机固体废物的复合菌剂及其制备方法”的发明专利。该复合菌剂是由保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的登记入册编号为CGMCC NO.1364的高温单胞菌(Thermomonospora)，登记入册编号为CGMCC NO.1365的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)，登记入册编号为CGMCC NO.1366的木霉菌(Trichoderma)和中国普通微生物菌种保藏管理中心1997年版的菌种目录中公开的菌种编号为1.813的地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)混配而成，所述各组份的重量比为高温单胞菌∶枯草芽孢杆菌∶木霉菌∶地衣芽孢杆菌＝9～13∶2～4∶3～4∶2～3。

本发明的操作方法如下：

(1)先将秸杆原料用人工或机械方法铡短或破碎，长度在6厘米以下。

(2)将破碎后的秸秆加水湿润，操作时边加水边翻料，加水润湿至少18小时，加水量为秸杆原料重量的90～120％。

(3)将润湿后的秸秆加复合菌剂和作为秸杆堆沤的氮源碳酸氢铵并补加水进行拌料。加复合菌剂量为秸杆原料重量的0.25～0.4％，加碳酸氢铵量为秸杆原料重量的0.5～2.0％，补水量为秸杆原料重量的85～100％。

(4)将拌均的秸秆收堆，堆垛高度0.8～1.5米，宽度1.5～2米，具体尺寸可以随季节而定。用塑料布覆盖堆沤3～6天，防止水分蒸发和下雨淋湿，根据季节选择堆沤时间，夏季3～4天、春秋4～5天，冬季6天以上。堆沤温度达到不低于50℃时维持3天。冬季可入无粪水的沼气池内堆沤，产生的热量可以提高厌氧产沼气的启动温度。

(5)将堆沤好后的秸秆入沼气池，同时加入秸杆原料重量的1.0～2.8％的碳酸氢铵和沼气池料容积15～20％的产甲烷接种物，密闭2～7天，即产沼气。

(6)其它管理和启动方法与现有畜、禽粪便发酵产沼气相同。

上述产甲烷接种物采用老沼气池底沼渣、沼气发酵液、冒气的黑色阴沟污泥、粪坑沉渣或用鲜牛粪堆沤的堆沤物。

当进行厌氧干发酵产沼气时，将堆沤后的秸秆入沼气池，在加入碳酸氢铵和产甲烷接种物后，不需补加水，将发酵物料的总固体浓度调整到20～35％即可。

当进行厌氧湿式发酵产沼气时，将复合菌剂预处理后的秸秆入沼气池加入碳酸氢铵，在加入产甲烷接种物和补充水后，将发酵物料的总固体浓度调整到5～8％即可。

本发明方法在四川双流永安、湖北随州曾都区和北京市顺义李遂合百意生态能源科技开发有限公司基地进行了应用试验，并作了水压式湿发酵和干发酵试验。

实施方式一利用复合菌剂预处理秸秆湿式厌氧发酵产沼气

利用复合菌剂预处理秸秆产沼气首先在四川双流永安实验，800kg粉碎的玉米秆，加入960kg水润湿18小时；加入复合菌剂2kg和4.0kg碳酸氢铵，两种原料加入到水中，然后再补加水680kg，边加菌剂、碳酸氢铵和水，边拌混，使菌剂和碳酸氢铵拌混均匀，混合后收集成堆垛，堆高1.2米，堆垛宽1.5米，用竹竿打孔便于通气，用塑料布薄膜覆盖，堆沤第三天温度达到60℃以上，第四天，将800kg堆料分别入两个沼气池，入料时每个沼气池加入碳酸氢铵4.0kg，边入料边加入，物料进一半后加入沼气发酵液、阴沟污泥等500kg，继续入料直至把400kg秸秆加入，最后再加500kg沼气发酵液，达到料容的15％，补加水，使发酵物料的总固体浓度达到6～8％，盖上沼气盖子，四天后，产甲烷菌含量达到50％，同时作了不加菌剂堆沤的秸秆，除了不加菌剂外，其它条件均相同，不加菌剂堆沤的秸秆入池10天后，试火时还不能点燃，甲烷含量只有30％，加菌剂预处理过的秸秆入沼气池后产气量比不加菌剂处理的秸秆产气量提高40％，启动时间提前5～8天。

实施方式二利用复合菌剂预处理秸秆厌氧干发酵产沼气

在北京顺义李遂合百意基地进行复合菌预处理秸秆及其产沼气方法的几种试验，即玉米秸、稻草、麦秆三种原料试验，并作了湿式产沼气和厌氧干发酵试验。

稻草、麦秆经机械铡成6cm以上，稻草、麦秆各600kg，先分别加水润湿，各加水640kg，润湿20小时。润湿后分别加入复合菌剂和碳酸氢铵。每100kg秸秆加入复合菌剂0.32kg；每100kg稻草加碳酸氢铵1.3kg，每100kg麦秆加1.5kg；每100kg秸秆补加水100kg，经混合后收成堆垛，堆高0.8米，堆宽2.0米。用铁钎打孔并用塑料膜覆盖，第五天投入到沼气池中。投加时，稻草和麦秆各投二个沼气池，每个沼气池入600kg，入料时每个沼气池加入碳酸氢铵9.0kg，加入产沼气的接种物1.4吨，使发酵物料的总固体浓度达到5％，最后发酵物料的浓度为20～25％厌氧干发酵，第四天开始产气，产气量达到每个8m³的沼气池的产气量在1.5m³以上。

Claims

1.一种复合菌剂预处理秸杆的沼气发酵方法，其特征在于：先将秸杆原料破碎，加水润湿至少18小时，加水量为秸杆原料重量的90～120％，然后向润湿后的秸杆加入复合菌剂和作为秸杆堆沤的氮源碳酸氢铵，加复合菌剂量为秸杆原料重量的0.25～0.4％，加碳酸氢铵量为秸杆原料重量的0.5～2.0％，同时补加水，补水量为秸杆原料重量的85～100％，将拌匀的秸杆收堆，堆垛高度0.8～1.5米，宽度1.5～2米，用塑料布覆盖堆沤3～6天，在堆沤温度达到不低于50℃时维持3天，然后将堆沤好的秸杆入沼气池，同时加入秸杆原料重量的1.0～2.8％的碳酸氢铵和沼气池料容积15～20％的产甲烷接种物，密闭2～7天，即产沼气；所述复合菌剂是由保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的登记入册编号为CGMCC NO.1364的高温单胞菌(Thermomonospora)，登记入册编号为CGMCC NO.1365的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)，登记入册编号为CGMCC NO.1366的木霉菌(Trichoderma)和中国普通微生物菌种保藏管理中心1997年版的菌种目录中公开的菌种编号为1.813的地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)混配而成，所述各组份的重量比为高温单胞菌∶枯草芽孢杆菌∶木霉菌∶地衣芽孢杆菌＝9～13∶2～4∶3～4∶2～3；所述产甲烷接种物采用老沼气池底沼渣、沼气发酵液、冒气的黑色阴沟污泥、粪坑沉渣或用鲜牛粪堆沤的堆沤物。