一種聯合處理糞便和秸稈的厭氧發酵工藝的製作方法
2023-08-01 01:09:36 1
專利名稱：一種聯合處理糞便和秸稈的厭氧發酵工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於可再生能源開發利用與環境保護領域，具體涉及一種聯合處 理糞便和秸稈的厭氧發酵工藝。
技術背景農業生產與農村生活排放的廢棄物已成為造成我國水體富營養化的主 要汙染源之一。《太湖水汙染防治"十五"規劃》提供的數據表明農業汙染對 太湖流域主要汙染物氨氮的貢獻率超過50%;據《滇池流域農業面源汙染控制專題調研報告》中的數據，滇池流域每年有32萬噸固體廢棄物流入滇池， 其中人畜糞尿24萬噸。這些廢棄物含總磷426.6噸，總氮1167噸。再比如， 杭州灣的汙染現在主要來自長江流域的廣大農村。在總的汙染中，農業汙染 源佔的比重很大，以無機氮為例，畜禽糞便佔35%。目前，在引起水體汙染的諸多農業和農村汙染源中，養殖糞便和農田徑 流對水汙染負荷的貢獻率最大，已成為困擾水環境改善的重要因素。對這兩 類汙染源的治理已經成為提高水環境質量的重要課題。但目前許多治理措施 由於沒有將與水汙染有關的農業和農村問題作為一個整體來看待，而且多偏 重於治理，忽略了資源化利用，使得一些治理設施因缺乏經濟支撐而不得不 停止運行。農業和農村的發展離不開"三料"，即燃料、肥料和飼料。而這"三料" 與水汙染問題存在著直接或間接的關係，農田徑流汙染實質上是肥料汙染， 而隨著農村生活水平的不斷提高，燃料利用方式也隨之發生著大的改變，即 由原來的燃用秸稈等生物質為主轉變為燃用煤、液化氣等商品能源為主，加 之秸稈的飼料化功能淡化，從而導致秸稈的廢棄和荒燒。秸稈在田間和溝渠 等地的隨意堆放勢必導致N、 P的大量流失。如果通過合理的技術途徑將這 些廢棄物進行資源化開發利用，在解決"三料"問題的同時，水汙染問題也會得到根本的解決。首先，就養殖業產生的畜禽糞便而言，我國每年產生的25億多噸畜禽 糞便所含能量大約可折合為3億噸標煤。其次，我國農作物秸稈的年生產量為7億噸左右，相當於3.5億噸標煤。而我國2005年煤炭消耗總量為21億 噸原煤。因此，將它們在農村就地進行轉化利用，在解決由它們引起的水汙 染問題的同時，還能生產出優質的清潔能源。如通過厭氧生物發酵的方式將 秸稈和畜禽糞便轉化為沼氣，不但可以解決農村對優質能源產品的需求問題， 發酵產生的副產物還可作為有機肥加以利用。也就是說通過這樣的方式實現 了物質的循環利用，由其排放或廢棄引起的水汙染問題就會隨之解決，從而 起到水到渠成之功效。糞便和秸稈都是生物質資源，將其進行能源化開發利用符合目前我國大 力發展生物能的戰略需求。作為一種影響人類未來發展的重要資源，生物質 能源的開發利用已在許多國家，尤其是歐美等國受到前所未有的重視。美國提出了 2020年使生物能源達到其能源總消費量的25%,每年減少 碳排放量1億噸和增加農民收入200億美元的宏大目標。歐盟對可再生能源 的發展也是高度重視，1997年發布了《歐盟戰略和行動白皮書》，提出到2010 年，歐盟可再生能源的消費量要由1997年的約6%提高到12%，生物能的利 用量要達到2億噸標煤。法國農業部的公告顯示，到2010年，法國將能夠實 現可再生能源消費增加50%，可再生能源生產的電力達到21%。英國政府正 招兵買馬，增加投資，刺激生物能源的開發和利用，以實現到2010年10% 的能源消耗由可再生能源提供的目標。隨著我國國民經濟持續快速的發展， 一些能源消耗行業呈現快速發展勢 頭，使能源總需求明顯增加、價格不斷上升，能源供應緊張的局面在一些經 濟發達地區出現的頻率在不斷加大。全面推進生物質能等可再生能源的發展 作為緩解我國能源供求矛盾的一個重要舉措受到了國家的高度重視。根據 2006年國家發改委發布的《可再生能源中長期發展規劃》，到2010年我國可 再生能源將佔到能源消費總量的10%，沼氣年利用量要達到l卯億m、到2020年我國可再生能源將佔到能源消費總量的16%，沼氣年利用量要達到 443億m3。《規劃》同時提出要將農村生物質能源的開發利用作為發展現代 農業、建設社會主義新農村的重要措施。在國家政策的支持下，戶用沼氣技術在我國得到了快速發展，但就目前 的發展情況而言，存在的一個主要的問題是所使用原料太過單一，即主要採 用畜禽糞便為發酵原料。秸稈類原料在厭氧發酵過程中由於存在原料分層、 結殼以及出料難等問題而被認為不適合用作戶用沼氣池的發酵原料。而在我 國許多經濟比較發達的農村地區，由於傳統的養殖模式，即一家一戶散養牲 畜的方式已基本被淘汰，這在很大程度上限制了該技術在這些地區的應用， 另一方面，由於對清潔燃料需求的不斷增加使得這些地區商品能源供應的壓 力也呈不斷增加趨勢，而且商品能源價格的不斷攀升也加重了農民在這方面 的負擔。與此同時，這些地區每年都有大量的秸稈資源被白白廢棄掉，不但 汙染了環境，還造成了很大的資源浪費。 發明內容本發明的目的是提供一種利用蚯蚓聯合處理秸稈和糞便，產生的蚯蚓糞 作為發酵原料生產沼氣的工藝。本發明的目的可以通過以下措施達到一種聯合處理糞便和秸稈的厭氧發酵工藝，先將糞便進行堆漚處理，然後與粉碎的秸稈混合後加水並調整含水率到60% 70%後作為蚯蚓養殖的 傅料，將蚯蚓採食餌料後產生的蚯蚓糞投加到沼氣池厭氧發酵產出沼氣。其中秸稈選自玉米稈、稻草、麥秸、高粱秸、米草中的一種或幾種。糞 便選自豬糞、牛糞、雞糞、羊糞、兔糞中的一種或幾種。秸稈和糞便混合時， 秸稈所佔的質量為30% 50%，混合後原料的C/N比為15 25。沼氣池選用圓筒型沼氣池、曲流布料沼氣池、點蓋槽式沼氣池、分離浮 罩沼氣池、以及商品化戶用沼氣池中的任意一種。本發明首先將新鮮糞便進行堆漚處理，堆漚時間可根據糞便種類不同控 制在20 30天。將秸稈粉碎成l 2cm的顆粒，然後將堆漚好的糞便和秸稈混合均勻(其中秸稈所佔的質量為30% 50%，混合後原料的C/N比為15 25)並調整含水率到60% 70%範圍後，放入蚯蚓養殖床進行處理。蚯蚓養 殖床可選擇在大棚內建造，也可選擇建在棚外，可建在地面上，也可建成半 地下式。蚯蚓養殖床的溫度以15'C 25"C為宜，冬季床面可搭架覆蓋薄膜防 風，上面加蓋草蓆等材料保溫。夏季拆除塑料薄膜，可在餌料上蓋10 15cm 的溼草，並搭簡易涼棚遮陰防雨。蚯蚓處理後產生的蚓糞收集後投加到沼氣 池中厭氧發酵生產沼氣。將蚯蚓糞添加接種汙泥後投加到沼氣池中，然後往 沼氣池內加水，加水後發酵料液的體積佔沼氣池容積的比例應不超過85%， 添加蚓糞過程要注意根據季節的變化控制發酵液的濃度，冬季以10% 15% TS為宜，夏季以6X 8XTS為宜，加完水後蓋上活動蓋並做好密封。沼氣 池在正常運行過程中的進出料採用間歇方式，即每隔3 5天出一次料，然後 再加一次蚓糞，進出料量應相等。厭氧發酵產生的沼氣經脫硫處理後用作炊 事或照明燃料。產生的渣液可直接作為有機肥施用到農田。本發明所涉及的聯合處理糞便和秸稈的厭氧發酵工藝採用一種低成本、 無汙染、易操作的全生物處理方式，即蚯蚓處理的方式解決了長期困擾秸稈 厭氧發酵利用的關鍵技術難題，與直接採用秸稈或糞便作為沼氣發酵原料相 比具有以下4方面的特點① 蚯頓糞具有良好的沉降性能，因此採用該工藝解決了秸稈直接作為沼 氣發酵原料所存在的原料分層、上浮結殼、出料難、產氣效果差等長期制約 秸稈作為戶用沼氣池發酵原料的難題。② 採用畜禽糞便直接作為沼氣發酵原料有時會產生發酵液酸化現象，蚓 糞PH值呈中性偏鹼，可有效避免這類現象的發生，使厭氧發酵過程更加穩 定，因此以其為原料可以提高發酵料液的濃度，進而提高池容產氣率。③ 蚯蚓糞是一種多孔狀，比表面積大的顆粒，且具有良好的吸收和保持 營養物質的能力，其內部易形成適合厭氧細菌生存的微環境，因此蚯蚓糞可 以明顯提高厭氧微生物的活性，從而為提高沼氣產率奠定了良好的基層。④ 處理過程產生的蚯蚓可以作為中藥材、釣魚餌料等出售，提高了處理過程的經濟產出。
圖1是本發明的聯合處理糞便和秸稈的厭氧發酵工藝流程圖。
具體實施方式
下面詳細的說明僅僅是闡述本發明的普遍原理，並非限制性的，實際應 用過程中可以根據處理原料的不同性質和處理要求進行合理的調整和修改。將新鮮豬糞首先進行堆漚處理，堆漚時間控制在25天左右。將稻草粉碎 成1 2cm的顆粒，然後將堆漚好的豬糞和稻草按糞便秸稈二7 : 3 (以TS 計)的比例混合均勻並調C/N至20後調整混合原料的含水率到65%左右。 將配比好的原料放入蚯蚓養殖床進行處理。蚯蚓養殖床採用建在大棚內的方 式，原料的堆積高度15 20cm，維持大棚內的溫度在2(TC 25"C。每隔l 2天定時往原料上撒水，以維持原料的水分含量。蚯頓品種選用赤子愛勝蚓， 種蚯蚓數量為每平方米蚓床8000條左右。每隔15天收集一次蚯蚓糞，同時 添加往養殖床上投加新的原料。收集的蚯蚓糞投加到圓筒型水壓式沼氣池中 厭氧發酵生產沼氣。將蚯蚓糞添加濃度12XTS左右，在環境溫度為25 30 r範圍內變化時，連續記錄7天的沼氣產量，經計算沼氣池的平均池容產氣 率達0.29 m3/m3 d。將新鮮雞糞首先進行堆漚處理，堆漚時間控制在30天左右。將玉米秸稈 粉碎成1 2cm的顆粒，然後將堆漚好的雞糞和玉米秸稈按糞便秸稈=6 : 4 (以TS計)的比例混合均勻並調C/N至20後調整混合原料的含水率到65 %左右。將配比好的原料放入蚯蚓養殖床進行處理。蚯蚓養殖床採用露天形 式，原料的堆積高度15 20cm，原料堆上覆蓋稻草以起到保溫保溼作用，每 隔1 2天定時往原料上撒水，以維持原料的水分含量。蚯蚓品種選用赤子愛 勝頓，種蚯弼l數量為每平方米躬l床8000條左右。每隔15天收集一次蚯蚓糞， 同時添加往養殖床上投加新的原料。收集的蚯蚓糞投加到圓筒型水壓式沼氣池中厭氧發酵生產沼氣。蚯蚓糞添加濃度15XTS左右，在環境溫度為22 28。C範圍內變化時，連續記錄7天的沼氣產量，經計算沼氣池的平均池容產 氣率達0.32 m3/m3 d。 對比例l將取自養殖場的新鮮豬糞投加到圓筒型水壓式沼氣池中堆放5 7天，以 使沼氣池升溫，然後向沼氣池內投加接種汙泥並添加溫水，加水後發酵料液 的濃度達到12%TS，將發酵料液攪拌均勻後封池，環境溫度的變化範圍為 25 30°C， 7天後沼氣池仍不能正常產氣，經測試發現發酵液酸化，沼氣池 內添加澄清石灰水將pH值調整到6.9， 3天後開始正常產氣，然後連續記錄 7天的沼氣產量，經計算沼氣池的平均池容產氣率為0.23 m3/m3 d。 對比例2將剛剛收穫的玉米稈粉碎成2 3cm的顆粒，加水調節其含水率到60% 左右，然後放到水泥池中壓實堆放，20天後取出加入接種汙泥後投加到圓筒 型水壓式沼氣池中，加溫水調節發酵料液濃度到8%TS，將發酵料液攪拌均 勻後封池，環境溫度的變化範圍為25 3(TC，待沼氣池正常產氣後，連續記 錄7天的沼氣產量，經計算沼氣池的平均池容產氣率為0.12mVm3'd。在正 常進出料情況下，沼氣池運行60天後產氣效果明顯下降，打開活動蓋後發現 有明顯的結殼現象。
權利要求
1、一種聯合處理糞便和秸稈的厭氧發酵工藝，其特徵在於先將糞便進行堆漚處理，然後與粉碎的秸稈混合後加水調整含水率到60％～70％後作為蚯蚓養殖的餌料，將蚯蚓採食餌料後產生的蚯蚓糞投加到沼氣池厭氧發酵產出沼氣。
2、 根據權利要求1所述的聯合處理糞便和秸稈的厭氧發酵工藝，其特徵 在於秸稈和糞便混合時，秸稈所佔的質量為30% 50%，混合後原料的C/N 比為15 25。
3、 根據權利要求1所述的聯合處理糞便和秸稈的厭氧發酵工藝，其特徵 在於所述的秸稈選自玉米稈、麥秸、稻草、高粱稈、米草中的一種或幾種。
4、 根據權利要求1所述的聯合處理糞便和秸稈的厭氧發酵工藝，其特徵 在於所述的糞便選自牛糞、豬糞、雞糞、羊糞、兔糞中的一種或幾種。
5、 根據權利要求1所述的聯合處理糞便和秸稈的厭氧發酵工藝，其特徵 在於糞便的堆漚時間為20 30天。
全文摘要
一種聯合處理糞便和秸稈的厭氧發酵工藝，先將糞便進行堆漚處理，然後與粉碎的秸稈混合併調整含水率到60％～70％後作為蚯蚓養殖的餌料，將蚯蚓採食餌料後產生的蚯蚓糞投加到沼氣池厭氧發酵產出沼氣。本發明通過蚯蚓預處理，解決了直接利用秸稈作為沼氣發酵原料存在的原料分層、上浮結殼、出料難、產氣效果差等長期制約秸稈作為戶用沼氣池發酵原料的技術難題，同時蚯蚓糞作為沼氣發酵原料還具有提高原料產氣率，提高厭氧汙泥活性，增強厭氧發酵過程穩定性的功能，而且蚯蚓生產提高了處理過程的經濟產出。
文檔編號C05F17/00GK101235388SQ20081002066
公開日2008年8月6日 申請日期2008年2月20日 優先權日2008年2月20日
發明者馮景偉, 卓 孟, 張繼彪, 李軍狀, 李繼紅, 楊世關, 羅興章, 鄒星星, 正 鄭, 陳廣銀, 黃星發 申請人:南京大學