热碱联合预处理牛粪强化厌氧发酵产甲烷的方法技术

本发明专利技术属于固体废弃物资源化技术领域，涉及一种热碱联合预处理牛粪强化厌氧发酵产甲烷的方法，本发明专利技术将牛粪经过碱预处理后可以增加牛粪中未完全消化的半纤维素、纤维素和木质素等难降解有机物的降解，碱预处理的同时进行热预处理，可以显著提高牛粪中的蛋白质、多糖等有机物溶解于水中，从而为牛粪厌氧发酵产酸和产甲烷阶段提供大量的可溶性有机物。本发明专利技术方法中利用热碱联合预处理牛粪可以提高可溶性有机物的含量，可以实现甲烷产量最大化。可以实现甲烷产量最大化。

【技术实现步骤摘要】
热碱联合预处理牛粪强化厌氧发酵产甲烷的方法


[0001]本专利技术属于固体废弃物资源化
，涉及一种热碱联合预处理牛粪强化厌氧发酵产甲烷的方法。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]全国每年产生畜禽粪污总量将近4亿吨，畜禽养殖业排放物化学需氧量1268万吨，占农业源排放总量的96％，是造成农业面源污染的重要原因。截止到2020年，我国畜禽粪污综合利用率达到75％，并在2021年提出了“到2025年全国畜禽粪污综合利用率达到80％以上”的目标。以厌氧发酵为主的沼气工程不仅可以产生清洁能源，而且可以有效控制面源污染，其发酵后的残渣还可以生产高品质有机肥，是畜禽粪污资源化利用的一种主要方式。
[0004]牛粪是我国畜禽养殖中产生量较大的农业固体废弃物。牛粪中的大量有机物可有效应用于厌氧发酵产甲烷。传统的三阶段理论将厌氧发酵分为三个阶段，即水解阶段、产酸阶段和产甲烷阶段。然而，牛粪中通常含有大量的半纤维素、纤维素和木质素等难降解有机物，使得传统牛粪厌氧发酵过程中水解步骤的水解速率较慢。因此，如何高效快速地将牛粪中的难降解有机物转化为厌氧发酵过程中的易降解有机物，是决定厌氧发酵水解步骤速率的关键，也是决定最终产甲烷步骤的关键。另一方面，研究发现：热预处理虽然能提高畜禽粪便中可溶性有机物的溶出，但无法有效降解纤维素类物质，导致了牛粪厌氧发酵产甲烷效率通过热预处理无法有效提高。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决牛粪中半纤维素、纤维素和木质素等不可溶有机物产甲烷效率低的技术问题，提供一种热碱联合预处理提高牛粪产甲烷的方法。
[0006]为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术的第一个方面，提供了一种热碱联合预处理牛粪强化厌氧发酵产甲烷的方法，包括：
[0008]将牛粪便进行热碱预处理，冷却后调节其pH值；
[0009]将预处理后牛粪加入厌氧颗粒污泥或污水处理厂剩余污泥混合均匀，厌氧发酵产甲烷。
[0010]本专利技术的研究表明，牛粪经过热处理后可以有效增加牛粪中蛋白质、碳水化合物和其他可溶性有机物的溶出。同时，牛粪经过碱预处理后可以显著降低肉牛粪便中的半纤维素、纤维素和木质素等难降解有机物含量，转化为蛋白质、碳水化合物等可溶性有机物。因此，可以利用热预处理和碱预处理联合作用提高牛粪中易被厌氧发酵微生物利用的可溶性有机物比例。
[0011]本专利技术的第二个方面，提供了任一上述的方法制备的甲烷。
[0012]本专利技术提出的热碱联合预处理牛粪强化厌氧发酵产甲烷的方法，利用热预处理和碱预处理的联合作用提高牛粪厌氧发酵产甲烷的方法，以肉牛养殖场产生的牛粪为原料，通过热碱预处理联合作用以及所述厌氧颗粒污泥或污水处理厂剩余污泥中微生物的作用将牛粪中的蛋白质和碳水化合物进一步转化为短链脂肪酸，并最终转化为甲烷。
[0013]本专利技术的第三个方面，提供了热碱联合预处理在提高牛粪中可溶性有机物的含量和实现甲烷产量最大化中的应用。
[0014]进一步研究发现：在碱预处理不加热的条件下，考虑到耗能及成本，每克挥发性有机固体(VS)投加的碱性试剂为0.10
‑
0.20g时，厌氧发酵产甲烷量较大。在热碱联合预处理的条件下，考虑到耗能及成本，每克挥发性有机固体投加的碱性试剂为0.05
‑
0.10g时，厌氧发酵产甲烷量较大。
[0015]本专利技术的有益效果在于：
[0016](1)在热预处理和碱预处理的联合作用下，牛粪产甲烷含量显著高于以上两者中任何一方单独作用于牛粪后厌氧发酵所产生的甲烷的量。
[0017](2)本专利技术可以快速启动厌氧反应器产生甲烷气体，提高了牛粪产甲烷效率，进一步促进了牛粪资源化利用。
[0018](3)利用牛粪厌氧发酵产生甲烷，不仅可以减少气味，还可以发电或进一步提纯成为天然气。
[0019](4)本申请的操作方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。
具体实施方式
[0020]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0021]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0022]一种热碱联合预处理牛粪提高厌氧发酵产甲烷的方法，该方法包括以下步骤：
[0023](1)以肉牛养殖场产生的肉牛粪便为原料，将肉牛粪便进行热碱预处理，冷却后调节其pH值；
[0024](2)将预处理后牛粪加入厌氧颗粒污泥混合均匀，厌氧发酵10天产甲烷。
[0025]在一些实施例中，所述的热碱联合预处理时间为1小时，温度为110℃。在碱预处理的同时提供110℃的高温将有助于加速半纤维素、纤维素和木质素的分解，有效缩短预处理时间的同时可以减少碱性药品的投加。本方法采用热碱联合预处理即可使大量纤维素等难溶性有机物转化为可溶性有机物，大量的蛋白质和碳水化合物等可溶性有机物作为发酵底物可以有效提高甲烷产量，并不会影响产甲烷效果。
[0026]在一些实施例中，所述的碱性试剂为氢氧化钠(NaOH)，每克挥发性有机固体投加的碱性试剂为0.05
‑
0.40g。
[0027]在一些实施例中，所述的热碱联合预处理后调节pH值为6.8
‑
7.2。与传统的热碱预处理畜粪技术相比，本专利技术具有以下突出特点：(1)安全便捷，采用110℃高温热预处理牛粪1小时，可以有效杀灭牛粪中的病原微生物，使得牛粪发酵后的沼渣还田安全性较高；(2)快速高效，热碱预处理时间有效缩短至1小时，甲烷产量提高明显。另外，本专利技术无需搅拌和紫外灭菌，对设备要求更为简单。
[0028]在一些实施例中，所述的厌氧发酵厌氧颗粒污泥与牛粪的挥发性有机固体比为1：2。
[0029]在一些实施例中，所述的牛粪和厌氧颗粒污泥混合均匀后，含水率为6％左右。
[0030]在一些实施例中，所述的厌氧发酵控制温度为35
±
1℃，搅拌速度为150rpm。
[0031]在一些实施例中，所述的牛粪在反应器内的停留时间为8天。
[0032]下面结合具体的实施例，对本专利技术做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本专利技术的解释而不是限定。
[0033]实施例1
[0034]将300ml牛粪加入到500ml的反应器中，控制初始pH为6.8
‑
7.2，加入100ml厌本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热碱联合预处理牛粪强化厌氧发酵产甲烷的方法，其特征在于，包括：将牛粪进行热碱预处理，冷却后调节其pH值；将预处理后牛粪加入厌氧颗粒污泥或污水处理厂剩余污泥混合均匀，厌氧发酵产甲烷。2.如权利要求1所述的热碱联合预处理牛粪强化厌氧发酵产甲烷的方法，其特征在于，所述的热碱联合预处理时间为1～2小时，温度为100～130℃。3.如权利要求1所述的热碱联合预处理牛粪强化厌氧发酵产甲烷的方法，其特征在于，热碱联合预处理采用的碱性试剂为氢氧化钠，优选的，每克挥发性有机固体投加的碱性试剂为0.05
‑
0.40g。4.如权利要求1所述的热碱联合预处理牛粪强化厌氧发酵产甲烷的方法，其特征在于，调节pH值至6.8
‑
7.2。5.如权利要求1所述的热碱联合预处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：何德明，尹志轩，刘长青，孔令营，靖陆，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：