一种农业废弃物中温厌氧干发酵高效产沼气的方法技术

本发明专利技术涉及一种农业废弃物中温厌氧干发酵高效产沼气的方法，包括如下步骤：将畜禽粪便、农作物秸秆和蔬菜废弃物混合均匀，得混合物，并向混合物中加入接种物，进行中温厌氧干发酵，可得到沼气，其中，畜禽粪便和蔬菜废弃物的质量之和与农作物秸秆的干物质质量比为(0.3～0.4)：1，畜禽粪便和蔬菜废弃物的干物质质量比为(0.1～0.3)：(0.1～0.2)。本发明专利技术解决了各物料单独厌氧发酵发酵时间长、产气率低和容易酸化等问题，大大增加体系缓冲性能，减少因氨氮或者其他抑制剂浓度过高而产生的抑制作用，还拓宽了发酵原料的选择范围，增大了对于有机固体废弃物的处理力度，减少农业废弃物的排放，节约资源的同时，保护了环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发酵领域，具体涉及一种农业废弃物中温厌氧干发酵高效产沼气的方 法。
技术介绍
我国是农业大国，每年产生农业固体废弃物约40多亿吨，其中畜禽粪便为30多亿 吨，农作物秸杆总量约为7亿吨，蔬菜废弃物1?1. 5亿吨。这些废弃物既是严重的污染源 又是宝贵的生物质能源。如今大都被随意焚毁、丢弃或直接排放到环境中，造成环境污染和 资源浪费。如何有效处理农业废弃物已成为国内外必须面对的重大环境难题。 目前国内外比较成熟的农业废弃物处理技术主要有以下几个方法：1、焚烧。焚烧 是去除农业废弃物的方法之一，但是畜禽粪便和蔬菜废弃物中有机物、水分含量高，焚烧热 值低，污染大气；2、好氧堆肥。一方面，在有机物含量较高的情况下，由于蔬菜废弃物湿度加 大，好氧堆肥难度增大，容易形成厌氧状态；另一方面，由于堆肥产品体积较大，运输成本较 高，堆肥效益较差，影响了堆肥处理的经济性；3、厌氧发酵技术。与前者相比，利用厌氧发酵 方式处理农业固体废弃物的优势：厌氧发酵具有消除污染物，并且将发酵物质90%的能量 储存在甲烷中，便于收集利用；整个反应条件在密闭条件下，减少臭气逸散等优点。因此该 方法在有效实现农业废弃物的无害化、减量化、资源化方面占据优势。但以往的厌氧发酵工 艺大多采用单一原料或者两种原料混合湿法发酵，但由于玉米秸杆主要成分为纤维素、木 质素等，导致其含碳量非常高，含氮量则相对较低，若不进行任何处理，则厌氧消化时间长、 消化率低、产气量少。而采用畜禽粪便单独进料，其本身含碳量又不足，也必须添加额外的 碳源。蔬菜废弃物的含水率高，总固体含量为8%?19%，其中挥发固体的含量占总固体的 80%以上。单独进行厌氧发酵易造成过度酸化的问题。多物料混合发酵不仅增大了对于有 机固体废弃物的处理能力，还能有效地提高发酵原料的产气率。但是发酵底物的混合比例 是影响产气以致整个发酵体系运行顺利的关键因素。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供。 本专利技术所提供的包括如下步 骤：将畜禽粪便、农作物秸杆和蔬菜废弃物混合均匀，得混合物，并向混合物中加入接种物， 进行中温厌氧干发酵，即得到沼气，其中，所述畜禽粪便和蔬菜废弃物的质量之和与所述农 作物秸杆的干物质质量比为（0.3?0.4) :1，所述畜禽粪便和蔬菜废弃物的干物质质量比 为（0. 1 ?0. 3) : (0. 1 ?0. 2)。 上述方法中，所述畜禽粪便、农作物秸杆和蔬菜废弃物均以湿基的形式加入。 所述畜禽粪便中碳氮比为（10?25) :1，具体为19. 78。 所述禽畜粪便的含水率为75 %?85%，具体为84. 90%。 所述畜禽粪便为牛粪。 所述农作物秸杆中碳氮比为（30?45) :1，具体为37. 47。 所述农作物秸杆的含水率为8%?15%，具体为12. 87%。 所述农作物秸杆选自如下至少一种：玉米秸杆、小麦秸杆和水稻秸杆，优选为玉米 結杆。 所述农作物結杆在混合之前还包括用粉碎机粉碎粒径至IOmm?40mm的步骤。 所述蔬菜废弃物中碳氮比为（10?20) :1，具体为15. 76; 所述蔬菜废弃物中含水率为80%?90%，具体为87. 54%; 所述蔬菜废弃物选自如下至少一种：番茄秧、黄瓜秧和西瓜秧，优选为番茄秧。 所述蔬菜废弃物在混合之前还包括将其粉碎成浆状的步骤。 上述方法中，所述畜禽粪便和蔬菜废弃物的干物质质量比优选为（0. 2?0. 3): 〇. 1，所述畜禽粪便、农作物秸杆和蔬菜废弃物的干物质质量比优选为〇. 3:1:0. 1。 上述方法中，所述混合物中碳氮比（C/N)为（15?30) : 1。 所述混合物在加入接种物之前，还包括如下步骤：通过加入水将所述混合物中总 固体（totalsolid,TS)质量含量调节到20%?30%。 所述混合物中挥发性固体（volatilesolid,VS)质量为122g/L?124g/L。 上述方法中，所述接种物为污泥；所述污泥中碳氮比为（5?15) :1，具体为9. 51 ; 所述污泥的含水率为80 %?95 %，具体为88. 68%;所述污泥具体取自北京市北郎中养猪 场正常运行沼气工程发酵罐内。 所述接种物与加入水调节总固体质量含量到20%?30%后的混合物的质量比为 1 :(1 ?2. 5)，具体为 1:1; 上述方法中，所述中温厌氧干发酵的温度为34°C?36°C。 所述中温厌氧干发酵的时间为20天?50天，具体为45天。 所述中温厌氧干发酵中单位干物质量（totalsolid，TS)产生沼气的量在250? 450m3/t。 所述沼气中甲烷含量为45%?65%。 本专利技术由上述的方法所制备得到的沼气和沼肥也属于本专利技术的保护范围。 本专利技术中所述玉米秸杆由于营养价值低、适口性差、消化率低而不宜直接作饲料， 常被农民用来作为燃料或直接就地焚烧，结果既浪费资源，又污染了环境。单一以玉米秸 杆作发酵原料，由于其碳氮比高、速效养分含量低、纤维木质素含量高，表面有一层蜡质，不 利于微生物的附着，且降解率低、厌氧消化时间长、易出现漂浮分层、池内结壳和难以出料， 一直不能被广大农民所接受。而采用畜禽粪便单独进料，其本身含碳量又不足，也必须添加 额外的碳源。蔬菜废弃物的总固体含量为8%?19%，挥发固体的含量占总固体的80%以 上。使得其缓冲能力相对较差，单独发酵易导致酸化阶段挥发性脂肪酸（volatilefatty acids，VFAs)，VFAs浓度过高导致整个反应失败。畜禽粪便与其他农业废弃物进行混合发 酵，可以平衡C/N、为体系中的微生物增加营养元素、提高体系的缓冲性能，减少因氨氮或者 其他抑制剂浓度过高的抑制作用，增加产气量和甲烷浓度。 本专利技术以畜禽粪便、农作物秸杆和蔬菜废弃物进行联合厌氧中温干发酵，解决了 各物料单独厌氧发酵时间长、产气率低和容易酸化等问题。批式厌氧发酵试验表明，牛粪、 玉米秸杆和番茄秧联合厌氧发酵可以大幅增加产气量，同时可以缓解酸化问题，大大增加 体系缓冲性能，减少因氨氮或者其他抑制剂浓度过高的抑制作用。从产气量、甲烷浓度、挥 发性脂肪酸、NH/-N浓度和挥发性固体（volatilesolid，VS)降解率等方面综合考虑，牛 粪、玉米秸杆和番茄秧的干物质质量比0. 3:1:0. 1最佳。 本专利技术操作简单、易行，不仅有效地增加发酵原料的产气率，提高体系缓冲性能， 而且减少外源化学添加剂的使用，增加经济效益。更为重要的是，本专利技术拓宽了发酵原料 的选择范围，增大了对于有机固体废弃物的处理力度，有效减少农业废弃物的排放，节约资 源，将农业废弃物变为生物质资源的同时还可以消除对环境的污染，在实现节能减排等方 面具有重大的实践意义和价值。 【附图说明】 图1为实施例1中不同配比在中温厌氧干发酵过程中单位日产气量的变化。 图2为实施例1中不同配比在中温厌氧干发酵过程中甲烷浓度的变化。 图3为实施例1中不同配比在中温厌氧干发酵过程中累积产气量的变化。 图4为实施例1中不同配比在中温厌氧干发酵过程中pH值的变化。 图5为实施例1中不同配比在中温厌氧干发酵过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种农业废弃物中温厌氧干发酵高效产沼气的方法，包括如下步骤：将畜禽粪便、农作物秸秆和蔬菜废弃物混合均匀后，得混合物，并向混合物中加入接种物，进行中温厌氧干发酵，即可得到沼气，其中，所述畜禽粪便和蔬菜废弃物的质量之和与所述农作物秸秆干物质质量比为(0.3～0.4)：1，所述畜禽粪便和蔬菜废弃物的干物质质量比为(0.1～0.3)：(0.1～0.2)。

【技术特征摘要】
1. 一种农业废弃物中温厌氧干发酵高效产沼气的方法，包括如下步骤：将畜禽粪便、 农作物秸杆和蔬菜废弃物混合均匀后，得混合物，并向混合物中加入接种物，进行中温厌氧 干发酵，即可得到沼气，其中，所述畜禽粪便和蔬菜废弃物的质量之和与所述农作物秸杆 干物质质量比为（0.3?0.4) :1，所述畜禽粪便和蔬菜废弃物的干物质质量比为（0.1? 0. 3) : (0. 1 ?0. 2)。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述畜禽粪便和蔬菜废弃物的干物质质 量比为（0. 2 ?0. 3) :0. 1。3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述畜禽粪便、农作物秸杆和蔬菜废 弃物的干物质质量比为0.3:1:0. 1。4. 根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述混合物中碳氮比为 (15 ?30) :1。5. 根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：所述畜禽粪便、农作物秸杆和 蔬菜废弃物均以湿基的形式加入； 所述畜禽粪便中碳氮比为（10?25) :1 ; 所述禽畜粪便的含水率为75 %?85% ; 所述畜禽粪便优选为牛粪； 所述农作物秸杆中碳氮比为（30?45) :1 ; 所述农作物秸杆的含水率为8%?...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国学，李扬阳，张地方，王艳芹，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11