專利名稱：一種聯(lián)合處理糞便和秸稈的厭氧發(fā)酵工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于可再生能源開發(fā)利用與環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種聯(lián)合處 理糞便和秸稈的厭氧發(fā)酵工藝。
技術(shù)背景農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與農(nóng)村生活排放的廢棄物已成為造成我國水體富營養(yǎng)化的主 要污染源之一?！短廴痉乐?十五"規(guī)劃》提供的數(shù)據(jù)表明農(nóng)業(yè)污染對 太湖流域主要污染物氨氮的貢獻(xiàn)率超過50%;據(jù)《滇池流域農(nóng)業(yè)面源污染控制專題調(diào)研報(bào)告》中的數(shù)據(jù)，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， 杭州灣的污染現(xiàn)在主要來自長江流域的廣大農(nóng)村。在總的污染中，農(nóng)業(yè)污染 源占的比重很大，以無機(jī)氮為例，畜禽糞便占35%。目前，在引起水體污染的諸多農(nóng)業(yè)和農(nóng)村污染源中，養(yǎng)殖糞便和農(nóng)田徑 流對水污染負(fù)荷的貢獻(xiàn)率最大，已成為困擾水環(huán)境改善的重要因素。對這兩 類污染源的治理已經(jīng)成為提高水環(huán)境質(zhì)量的重要課題。但目前許多治理措施 由于沒有將與水污染有關(guān)的農(nóng)業(yè)和農(nóng)村問題作為一個(gè)整體來看待，而且多偏 重于治理，忽略了資源化利用，使得一些治理設(shè)施因缺乏經(jīng)濟(jì)支撐而不得不 停止運(yùn)行。農(nóng)業(yè)和農(nóng)村的發(fā)展離不開"三料"，即燃料、肥料和飼料。而這"三料" 與水污染問題存在著直接或間接的關(guān)系，農(nóng)田徑流污染實(shí)質(zhì)上是肥料污染， 而隨著農(nóng)村生活水平的不斷提高，燃料利用方式也隨之發(fā)生著大的改變，即 由原來的燃用秸稈等生物質(zhì)為主轉(zhuǎn)變?yōu)槿加妹?、液化氣等商品能源為主，?之秸稈的飼料化功能淡化，從而導(dǎo)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(dǎo)致N、 P的大量流失。如果通過合理的技術(shù)途徑將這 些廢棄物進(jìn)行資源化開發(fā)利用，在解決"三料"問題的同時(shí)，水污染問題也會得到根本的解決。首先，就養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的畜禽糞便而言，我國每年產(chǎn)生的25億多噸畜禽 糞便所含能量大約可折合為3億噸標(biāo)煤。其次，我國農(nóng)作物秸稈的年生產(chǎn)量為7億噸左右，相當(dāng)于3.5億噸標(biāo)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(nóng)村就地進(jìn)行轉(zhuǎn)化利用，在解決由它們引起的水污 染問題的同時(shí)，還能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的清潔能源。如通過厭氧生物發(fā)酵的方式將 秸稈和畜禽糞便轉(zhuǎn)化為沼氣，不但可以解決農(nóng)村對優(yōu)質(zhì)能源產(chǎn)品的需求問題， 發(fā)酵產(chǎn)生的副產(chǎn)物還可作為有機(jī)肥加以利用。也就是說通過這樣的方式實(shí)現(xiàn) 了物質(zhì)的循環(huán)利用，由其排放或廢棄引起的水污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(zhì)資源，將其進(jìn)行能源化開發(fā)利用符合目前我國大 力發(fā)展生物能的戰(zhàn)略需求。作為一種影響人類未來發(fā)展的重要資源，生物質(zhì) 能源的開發(fā)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(dá)到其能源總消費(fèi)量的25%,每年減少 碳排放量1億噸和增加農(nóng)民收入200億美元的宏大目標(biāo)。歐盟對可再生能源 的發(fā)展也是高度重視，1997年發(fā)布了《歐盟戰(zhàn)略和行動白皮書》，提出到2010 年，歐盟可再生能源的消費(fèi)量要由1997年的約6%提高到12%，生物能的利 用量要達(dá)到2億噸標(biāo)煤。法國農(nóng)業(yè)部的公告顯示，到2010年，法國將能夠?qū)?現(xiàn)可再生能源消費(fèi)增加50%，可再生能源生產(chǎn)的電力達(dá)到21%。英國政府正 招兵買馬，增加投資，刺激生物能源的開發(fā)和利用，以實(shí)現(xiàn)到2010年10% 的能源消耗由可再生能源提供的目標(biāo)。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速的發(fā)展， 一些能源消耗行業(yè)呈現(xiàn)快速發(fā)展勢 頭，使能源總需求明顯增加、價(jià)格不斷上升，能源供應(yīng)緊張的局面在一些經(jīng) 濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)出現(xiàn)的頻率在不斷加大。全面推進(jìn)生物質(zhì)能等可再生能源的發(fā)展 作為緩解我國能源供求矛盾的一個(gè)重要舉措受到了國家的高度重視。根據(jù) 2006年國家發(fā)改委發(fā)布的《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2010年我國可 再生能源將占到能源消費(fèi)總量的10%，沼氣年利用量要達(dá)到l卯億m、到2020年我國可再生能源將占到能源消費(fèi)總量的16%，沼氣年利用量要達(dá)到 443億m3?！兑?guī)劃》同時(shí)提出要將農(nóng)村生物質(zhì)能源的開發(fā)利用作為發(fā)展現(xiàn)代 農(nóng)業(yè)、建設(shè)社會主義新農(nóng)村的重要措施。在國家政策的支持下，戶用沼氣技術(shù)在我國得到了快速發(fā)展，但就目前 的發(fā)展情況而言，存在的一個(gè)主要的問題是所使用原料太過單一，即主要采 用畜禽糞便為發(fā)酵原料。秸稈類原料在厭氧發(fā)酵過程中由于存在原料分層、 結(jié)殼以及出料難等問題而被認(rèn)為不適合用作戶用沼氣池的發(fā)酵原料。而在我 國許多經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的農(nóng)村地區(qū)，由于傳統(tǒng)的養(yǎng)殖模式，即一家一戶散養(yǎng)牲 畜的方式已基本被淘汰，這在很大程度上限制了該技術(shù)在這些地區(qū)的應(yīng)用， 另一方面，由于對清潔燃料需求的不斷增加使得這些地區(qū)商品能源供應(yīng)的壓 力也呈不斷增加趨勢，而且商品能源價(jià)格的不斷攀升也加重了農(nóng)民在這方面 的負(fù)擔(dān)。與此同時(shí)，這些地區(qū)每年都有大量的秸稈資源被白白廢棄掉，不但 污染了環(huán)境，還造成了很大的資源浪費(fèi)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種利用蚯蚓聯(lián)合處理秸稈和糞便，產(chǎn)生的蚯蚓糞 作為發(fā)酵原料生產(chǎn)沼氣的工藝。本發(fā)明的目的可以通過以下措施達(dá)到一種聯(lián)合處理糞便和秸稈的厭氧發(fā)酵工藝，先將糞便進(jìn)行堆漚處理，然后與粉碎的秸稈混合后加水并調(diào)整含水率到60% 70%后作為蚯蚓養(yǎng)殖的 傅料，將蚯蚓采食餌料后產(chǎn)生的蚯蚓糞投加到沼氣池厭氧發(fā)酵產(chǎn)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(shí)， 秸稈所占的質(zhì)量為30% 50%，混合后原料的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(diǎn)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(fā)明首先將新鮮糞便進(jìn)行堆漚處理，堆漚時(shí)間可根據(jù)糞便種類不同控 制在20 30天。將秸稈粉碎成l 2cm的顆粒，然后將堆漚好的糞便和秸稈混合均勻(其中秸稈所占的質(zhì)量為30% 50%，混合后原料的C/N比為15 25)并調(diào)整含水率到60% 70%范圍后，放入蚯蚓養(yǎng)殖床進(jìn)行處理。蚯蚓養(yǎng) 殖床可選擇在大棚內(nèi)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(yǎng)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(fēng)，上面加蓋草席等材料保溫。夏季拆除塑料薄膜，可在餌料上蓋10 15cm 的濕草，并搭簡易涼棚遮陰防雨。蚯蚓處理后產(chǎn)生的蚓糞收集后投加到沼氣 池中厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣。將蚯蚓糞添加接種污泥后投加到沼氣池中，然后往 沼氣池內(nèi)加水，加水后發(fā)酵料液的體積占沼氣池容積的比例應(yīng)不超過85%， 添加蚓糞過程要注意根據(jù)季節(jié)的變化控制發(fā)酵液的濃度，冬季以10% 15% TS為宜，夏季以6X 8XTS為宜，加完水后蓋上活動蓋并做好密封。沼氣 池在正常運(yùn)行過程中的進(jìn)出料采用間歇方式，即每隔3 5天出一次料，然后 再加一次蚓糞，進(jìn)出料量應(yīng)相等。厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣經(jīng)脫硫處理后用作炊 事或照明燃料。產(chǎn)生的渣液可直接作為有機(jī)肥施用到農(nóng)田。本發(fā)明所涉及的聯(lián)合處理糞便和秸稈的厭氧發(fā)酵工藝采用一種低成本、 無污染、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(fā)酵利用的關(guān)鍵技術(shù)難題，與直接采用秸稈或糞便作為沼氣發(fā)酵原料相 比具有以下4方面的特點(diǎn)① 蚯頓糞具有良好的沉降性能，因此采用該工藝解決了秸稈直接作為沼 氣發(fā)酵原料所存在的原料分層、上浮結(jié)殼、出料難、產(chǎn)氣效果差等長期制約 秸稈作為戶用沼氣池發(fā)酵原料的難題。② 采用畜禽糞便直接作為沼氣發(fā)酵原料有時(shí)會產(chǎn)生發(fā)酵液酸化現(xiàn)象，蚓 糞PH值呈中性偏堿，可有效避免這類現(xiàn)象的發(fā)生，使厭氧發(fā)酵過程更加穩(wěn) 定，因此以其為原料可以提高發(fā)酵料液的濃度，進(jìn)而提高池容產(chǎn)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(yǎng)物質(zhì)的能力，其內(nèi)部易形成適合厭氧細(xì)菌生存的微環(huán)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(chǎn)率奠定了良好的基層。④ 處理過程產(chǎn)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(jīng)濟(jì)產(chǎn)出。


圖1是本發(fā)明的聯(lián)合處理糞便和秸稈的厭氧發(fā)酵工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)的說明僅僅是闡述本發(fā)明的普遍原理，并非限制性的，實(shí)際應(yīng) 用過程中可以根據(jù)處理原料的不同性質(zhì)和處理要求進(jìn)行合理的調(diào)整和修改。將新鮮豬糞首先進(jìn)行堆漚處理，堆漚時(shí)間控制在25天左右。將稻草粉碎 成1 2cm的顆粒，然后將堆漚好的豬糞和稻草按糞便秸稈二7 : 3 (以TS 計(jì))的比例混合均勻并調(diào)C/N至20后調(diào)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(yǎng)殖床進(jìn)行處理。蚯蚓養(yǎng)殖床采用建在大棚內(nèi)的方 式，原料的堆積高度15 20cm，維持大棚內(nèi)的溫度在2(TC 25"C。每隔l 2天定時(shí)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(shù)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(shí) 添加往養(yǎng)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(fā)酵生產(chǎn)沼氣。將蚯蚓糞添加濃度12XTS左右，在環(huán)境溫度為25 30 r范圍內(nèi)變化時(shí)，連續(xù)記錄7天的沼氣產(chǎn)量，經(jīng)計(jì)算沼氣池的平均池容產(chǎn)氣 率達(dá)0.29 m3/m3 d。將新鮮雞糞首先進(jìn)行堆漚處理，堆漚時(shí)間控制在30天左右。將玉米秸稈 粉碎成1 2cm的顆粒，然后將堆漚好的雞糞和玉米秸稈按糞便秸稈=6 : 4 (以TS計(jì))的比例混合均勻并調(diào)C/N至20后調(diào)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(yǎng)殖床進(jìn)行處理。蚯蚓養(yǎng)殖床采用露天形 式，原料的堆積高度15 20cm，原料堆上覆蓋稻草以起到保溫保濕作用，每 隔1 2天定時(shí)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(shù)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(shí)添加往養(yǎng)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(fā)酵生產(chǎn)沼氣。蚯蚓糞添加濃度15XTS左右，在環(huán)境溫度為22 28。C范圍內(nèi)變化時(shí)，連續(xù)記錄7天的沼氣產(chǎn)量，經(jīng)計(jì)算沼氣池的平均池容產(chǎn) 氣率達(dá)0.32 m3/m3 d。 對比例l將取自養(yǎng)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，然后向沼氣池內(nèi)投加接種污泥并添加溫水，加水后發(fā)酵料液 的濃度達(dá)到12%TS，將發(fā)酵料液攪拌均勻后封池，環(huán)境溫度的變化范圍為 25 30°C， 7天后沼氣池仍不能正常產(chǎn)氣，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)發(fā)酵液酸化，沼氣池 內(nèi)添加澄清石灰水將pH值調(diào)整到6.9， 3天后開始正常產(chǎn)氣，然后連續(xù)記錄 7天的沼氣產(chǎn)量，經(jīng)計(jì)算沼氣池的平均池容產(chǎn)氣率為0.23 m3/m3 d。 對比例2將剛剛收獲的玉米稈粉碎成2 3cm的顆粒，加水調(diào)節(jié)其含水率到60% 左右，然后放到水泥池中壓實(shí)堆放，20天后取出加入接種污泥后投加到圓筒 型水壓式沼氣池中，加溫水調(diào)節(jié)發(fā)酵料液濃度到8%TS，將發(fā)酵料液攪拌均 勻后封池，環(huán)境溫度的變化范圍為25 3(TC，待沼氣池正常產(chǎn)氣后，連續(xù)記 錄7天的沼氣產(chǎn)量，經(jīng)計(jì)算沼氣池的平均池容產(chǎn)氣率為0.12mVm3'd。在正 常進(jìn)出料情況下，沼氣池運(yùn)行60天后產(chǎn)氣效果明顯下降，打開活動蓋后發(fā)現(xiàn) 有明顯的結(jié)殼現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1、一種聯(lián)合處理糞便和秸稈的厭氧發(fā)酵工藝，其特征在于先將糞便進(jìn)行堆漚處理，然后與粉碎的秸稈混合后加水調(diào)整含水率到60％～70％后作為蚯蚓養(yǎng)殖的餌料，將蚯蚓采食餌料后產(chǎn)生的蚯蚓糞投加到沼氣池厭氧發(fā)酵產(chǎn)出沼氣。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合處理糞便和秸稈的厭氧發(fā)酵工藝，其特征 在于秸稈和糞便混合時(shí)，秸稈所占的質(zhì)量為30% 50%，混合后原料的C/N 比為15 25。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合處理糞便和秸稈的厭氧發(fā)酵工藝，其特征 在于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(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合處理糞便和秸稈的厭氧發(fā)酵工藝，其特征 在于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(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合處理糞便和秸稈的厭氧發(fā)酵工藝，其特征 在于糞便的堆漚時(shí)間為20 30天。
全文摘要
一種聯(lián)合處理糞便和秸稈的厭氧發(fā)酵工藝，先將糞便進(jìn)行堆漚處理，然后與粉碎的秸稈混合并調(diào)整含水率到60％～70％后作為蚯蚓養(yǎng)殖的餌料，將蚯蚓采食餌料后產(chǎn)生的蚯蚓糞投加到沼氣池厭氧發(fā)酵產(chǎn)出沼氣。本發(fā)明通過蚯蚓預(yù)處理，解決了直接利用秸稈作為沼氣發(fā)酵原料存在的原料分層、上浮結(jié)殼、出料難、產(chǎn)氣效果差等長期制約秸稈作為戶用沼氣池發(fā)酵原料的技術(shù)難題，同時(shí)蚯蚓糞作為沼氣發(fā)酵原料還具有提高原料產(chǎn)氣率，提高厭氧污泥活性，增強(qiáng)厭氧發(fā)酵過程穩(wěn)定性的功能，而且蚯蚓生產(chǎn)提高了處理過程的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)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(yōu)先權(quán)日2008年2月20日
發(fā)明者馮景偉, 卓 孟, 張繼彪, 李軍狀, 李繼紅, 楊世關(guān), 羅興章, 鄒星星, 正 鄭, 陳廣銀, 黃星發(fā) 申請人:南京大學(xué)