專利名稱：一種以汽爆為預處理的農(nóng)業(yè)廢棄物厭氧消化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)廢棄物的處理與利用，尤其涉及一種利用農(nóng)業(yè)廢棄物的厭氧消化工藝。
背景技術(shù)：
農(nóng)業(yè)廢棄物是指在整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中被廢棄的有機類物質(zhì)，主要包括農(nóng)林生 產(chǎn)過程中產(chǎn)生的植物殘余類廢棄物；牧、漁業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的動物類殘余廢棄物；農(nóng)業(yè) 加工過程中產(chǎn)生的加工類殘余廢棄物和農(nóng)村城鎮(zhèn)生活垃圾等。從總量和組成上，主要包括 農(nóng)作物秸稈和畜禽廢棄物。農(nóng)業(yè)廢棄物的處理與利用問題，一直是近幾年污染防治和資源 化利用領(lǐng)域研究的重要課題。1、農(nóng)業(yè)廢棄物的利用現(xiàn)狀秸稈不僅普遍具有較高的熱值和粗纖維，且含豐富的有機碳、N、P、K、Mg、Ca等營 養(yǎng)元素，因而有著很好的利用價值。從能源角度，相當于3.5億t標準煤。目前已在推廣或 研究中的秸稈利用方式有很多種。主要可分為以下幾類，一是秸稈還田技術(shù)，秸稈還田不僅 可增加土壤有機質(zhì)和速效養(yǎng)分含量，培肥地力，緩解氮、磷、鉀肥比例失調(diào)的矛盾，還可以調(diào) 節(jié)土壤物理性能，抗旱保墑，增加作物產(chǎn)量，優(yōu)化農(nóng)田生態(tài)環(huán)境等，還田的方式也有多種，包 括整株還田、根茬還田、傳統(tǒng)堆肥后還田等；二是飼料化利用技術(shù)，植物纖維性廢棄物往往 因其營養(yǎng)價值低或可消化性低，不能直接用作飼料。但如果將它們適當處理。即可大大改 善其營養(yǎng)價值和可消化性，目前的主要方法有微生物處理、青貯法、氨化法等；三是能源化 利用技術(shù)，可以說農(nóng)業(yè)廢棄物是農(nóng)村能源的重要組成部分，在解決農(nóng)村能源短缺和農(nóng)村環(huán) 境污染方面有重要的價值，能源化利用的方式有厭氧消化、熱解氣化、秸稈干發(fā)酵、秸稈直 接燃燒供熱、生物質(zhì)熱解液化制備燃料油、與有機垃圾混合燃燒發(fā)電等；四是材料化利用技 術(shù)，農(nóng)業(yè)廢棄物中的高蛋白質(zhì)資源和纖維性材料生產(chǎn)多種生物質(zhì)材料和生產(chǎn)資料有著廣闊 的前景。目前的研究主要包括，利用農(nóng)業(yè)廢棄物中的高纖維性植物廢棄物生產(chǎn)紙板、人造纖 維板、輕質(zhì)建材板等材料研究；通過固化、炭化技術(shù)制成活性炭技術(shù)研究；生產(chǎn)可降解餐具 材料和纖維素薄膜研究以及制取木糖(醇)等。畜禽廢物包括牲畜、禽類養(yǎng)殖產(chǎn)生的固體廢物、廢水。目前，我國對固態(tài)畜禽廢物 的處理方式主要有以下幾種。一是直接還田利用，這是我國傳統(tǒng)的利用方式。但這種方式 由于畜禽廢物一年四季均衡產(chǎn)生，存在與農(nóng)作季節(jié)性需肥不相協(xié)調(diào)的矛盾，此外，還會影響 環(huán)境衛(wèi)生，利用不當會帶來地表水和地下水的營養(yǎng)鹽污染等。因此，總體上目前趨向于經(jīng)適 當處理后再農(nóng)業(yè)利用；二是直接堆肥化處理。直接堆肥是處理各種有機廢棄物的傳統(tǒng)方法 之一，但存在周期長，用工多等問題；三是人工好氧發(fā)酵與厭氧生物處理。畜禽廢棄物經(jīng)生 物發(fā)酵轉(zhuǎn)化為商品有機肥料，符合廢棄物治理減量化、資源化、無害化和生態(tài)化的原則。但 目前發(fā)酵工藝及配套設(shè)備有待進一步提高，發(fā)酵有機肥雖然肥效好，但與晾曬、直接烘干和 自然堆慪方法比較，其生產(chǎn)成本明顯偏高，這是影響其市場占有率的主要原因。厭氧生物處 理也存在反應速度慢，轉(zhuǎn)化效率低等問題，因而需要開發(fā)經(jīng)濟實用的發(fā)酵工藝及其配套設(shè)備，提高處理效率，降低生產(chǎn)成本。四是循環(huán)利用與生態(tài)處理技術(shù)。如利用雞糞等動物糞便 經(jīng)處理后作為飼料循環(huán)利用，以及利用畜禽糞便養(yǎng)殖蚯蚓，其產(chǎn)物蚯蚓可直接用于飼養(yǎng)魚、 雞、鴨、鵝，也可以加工成干粉狀動物蛋白等。但作為畜禽糞便作為飼料，還存在一些技術(shù)問 題需要解決。雖然目前有關(guān)農(nóng)業(yè)廢棄物的處理與利用方法很多，但成本低、經(jīng)濟合理、適合市場 化經(jīng)營推廣的方法并不多?？傮w上，農(nóng)業(yè)廢棄物的堆肥化及厭氧發(fā)酵等生物處理法仍然是 經(jīng)濟實用的處理與利用方式。2、農(nóng)業(yè)廢棄物的厭氧消化處理工藝現(xiàn)狀厭氧生物處理(厭氧消化)是指在無氧條件下，借助厭氧微生物的作用來處理有 機物質(zhì)的方法。早期的厭氧處理主要是解決城市廢水污泥的處理問題。1881年在法國發(fā) 表了處理生活污水污泥自動凈化器的文章，此后相繼發(fā)展了化糞池、雙層沉淀池、專用消化 池等設(shè)備。我國70年代以后，用于處理農(nóng)業(yè)廢棄物的沼氣池在農(nóng)村廣泛推廣。隨著環(huán)境污 染的突出，厭氧處理技術(shù)作為一種低能耗的生物處理法得到了迅速發(fā)展，也大大推進了厭 氧消化處理的工藝、機理和反應動力學研究。影響厭氧消化過程的因素很多，其中物理因素 包括溫度、水力停留時間、物料粒徑、固含量、攪拌、接種物量等；化學因素包括有機負荷、 PH，堿度、營養(yǎng)物質(zhì)、無機鹽、有毒物質(zhì)含量等。農(nóng)作物秸稈等作為厭氧處理原料，存在難生物降解、處理效率低等問題。農(nóng)作物 秸稈含有豐富的難于在生物氧化過程中分解的木質(zhì)纖維素，還有少量易于氧化分解的蛋白 質(zhì)、脂肪和淀粉等。木質(zhì)纖維素主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，它們的特殊結(jié)構(gòu)，使 得微生物很難分解它們。由于天然木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)的復雜性和物理結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性，天然纖 維素的生物降解也相應是一個復雜的過程。纖維素的聚合度很大，其聚合度可因來源的不 同在100-14，000不等，線形的纖維素大分子有規(guī)則地排列在一起，并且其糖上的羥基幾乎 全部包含于氫鍵中，形成的總氫鍵能非常大。通過鏈內(nèi)和鏈間的氫鍵，加強了纖維素分子間 的相互作用，使纖維素的微晶結(jié)構(gòu)很難打開。正是這些氫鍵的大量存在，使得纖維素分子鏈 彼此高度牢固的鍵合在一起，成為剛性的高度不溶的微纖絲和纖絲。這是限制纖維素酶對 其降解作用的一個主要限制因素。另一難題則是木質(zhì)素幾乎無法生物降解，而且大量的纖 維素、半纖維素被難以降解的木質(zhì)素包裹，這使得微生物難以接近可以被生物分解的纖維 素和半纖維素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)方案就是針對上述問題，提供一種可以提高作物秸稈的厭氧消化效 率的處理方法，該方法通過對農(nóng)業(yè)廢棄物進行汽爆處理，可改變其理化性質(zhì)，使得它們易于 被微生物分解，從而達到縮短厭氧消化處理時間，提高處理效率的目的。本發(fā)明的農(nóng)業(yè)廢棄物厭氧消化工藝，包括以下步驟1)根據(jù)C/N比配料根據(jù)農(nóng)業(yè)廢棄物的C/N比為20 30，確定合適的農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便的用量；2)汽爆處理農(nóng)業(yè)廢棄物將按總C/N比確定的作物秸稈、畜禽糞便的原料混合均勻后，加適量水浸潤數(shù)分 鐘，放入汽爆罐，然后通入高壓蒸汽，使汽爆罐中壓力達到1. 0 1. 5Mpa范圍，維持壓力
43 lOmin，進行汽爆處理；3)厭氧消化處理將汽爆處理后的物料，投入?yún)捬跸?，加水，使固形物含量? 10%，同時接 種，進行厭氧消化處理，產(chǎn)生的CH4氣體可用作燃料，發(fā)酵液等可用作肥料。本發(fā)明提供的農(nóng)業(yè)廢棄物厭氧消化工藝，在厭氧消化處理前，增加了汽爆預處理 過程，該處理方法比現(xiàn)有的厭氧消化方法，具有以下幾方面的優(yōu)點1)具有粉碎作用，使農(nóng)業(yè)廢棄物中難分解的纖維素類完全粉碎，從而保證在生物 氧化過程中易于分解在汽爆過程中，有機物料內(nèi)部的蒸汽從高壓瞬間釋放到低壓時的爆破力使其本身 粉碎。該粉碎過程比機械粉碎更徹底，更完全，因為蒸汽會充滿廢物的所有周質(zhì)空間，無孔 不入，爆破使得不同粒徑大小的有機物都能夠完全粉碎，這是一般機械粉碎所不能做到的。 而且經(jīng)過粉碎的有機物更加均勻。有機廢物中的木質(zhì)纖維素類成分經(jīng)過爆破后，在生物氧 化過程中，會易于被微生物分解和利用。2)具有高溫分解作用，使廢棄物中的有機物大分子部分降解，提供后續(xù)處理過程 中的轉(zhuǎn)換率，并縮短了時間由于蒸汽含有大量的熱，當蒸汽與有機物接觸時，能夠瞬間將其加熱到很高的溫 度。在高溫條件(160°C以上)下，有機物中的蛋白質(zhì)、脂肪、纖維素等大分子物質(zhì)部分降解， 特別是一些難以生物降解的物質(zhì)，如纖維素、半纖維素和木質(zhì)素會在汽爆過程中部分水解， 或者它們的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生有利于生物降解的改變。這將會提高在后續(xù)生物處理過程中的轉(zhuǎn) 化率，縮短處理時間。經(jīng)汽爆處理的物料在室溫25°C左右條件下厭氧消化，5天左右開始產(chǎn)氣，20天內(nèi) 達到總產(chǎn)氣量的50%以上，其總產(chǎn)氣量與未經(jīng)處理的原料相比提高40%以上。3)具有消毒滅菌作用，有效殺死廢棄物中大部分病毒和細菌在密封的汽爆罐內(nèi)，蒸汽壓力達到8-12個大氣壓，蒸汽溫度達到180°C左右，畜禽 廢物在汽爆罐內(nèi)保持5分鐘左右，其中的有害病毒和細菌大部分被殺死。這樣在后面的處 理過程中，工作人員會更加衛(wèi)生安全。
具體實施例方式下面通過具體實施例進一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案實施例11、汽爆處理農(nóng)業(yè)廢棄物將作物秸稈、雞糞便等，根據(jù)其C/N比為30 1來確定用量配比，一般稻草、麥秸 等C/N比在80 1，雞糞在10 1。如原料總重量為100kg，則秸稈用量為75kg，雞糞用量 為25kg。用粉碎機將原料粉碎至3cm左右，按重量比1 1加水浸潤5min，放入汽爆罐中， 然后通入高壓蒸汽，使汽爆罐中壓力達到1. 3Mpa范圍，維持壓力9min，然后快速泄去汽爆 罐中壓力，將原料釋放到常壓容器中，得汽爆處理后的農(nóng)業(yè)廢棄物原料。2、以汽爆產(chǎn)物為原料的厭氧發(fā)酵處理將汽爆料投入?yún)捬跸?，加水，使總固體含量在5%左右，同時用污水處理廠厭 氧池污泥作為接種物，用量為汽爆料重量的2倍以上，在室溫25°C左右條件下消化，5天左右開始產(chǎn)氣，20天內(nèi)達到總產(chǎn)氣量的50%，總產(chǎn)氣量與未經(jīng)處理的原料相比提高40%以 上。實施例2將作物秸稈、畜禽糞便等，根據(jù)其C/N比確定用量配比。本實驗采用玉米秸稈，C/ N比為60 1，雞糞在15 1，使原料的總C/N在25 1左右。用粉碎機將原料粉碎至 3cm左右，放入汽爆罐中，然后通入高壓蒸汽，使汽爆罐中壓力達到1. 5Mpa范圍，維持壓力 6min，然后快速泄去汽爆罐中壓力，將原料釋放到常壓容器中，得汽爆處理后的農(nóng)業(yè)廢棄物 原料。2、以汽爆產(chǎn)物為原料的厭氧發(fā)酵處理將汽爆料投入?yún)捬跸兀铀?，使總固體含量在8%左右，同時用污水處理廠厭 氧池污泥作為接種物，用量為汽爆料重量的2倍以上，在室溫25°C左右條件下消化，5天左 右開始產(chǎn)氣，20天內(nèi)達到最大產(chǎn)氣量，總產(chǎn)氣量與未經(jīng)處理的原料相比提高45%。
權(quán)利要求
一種以汽爆為預處理的農(nóng)業(yè)廢棄物厭氧消化工藝，其步驟包括1)根據(jù)C/N比配料根據(jù)農(nóng)業(yè)廢棄物的C/N比為20～30，確定合適的農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便的用量；2)汽爆方法進行農(nóng)業(yè)廢棄物的預處理將按總C/N比確定的作物秸稈、畜禽糞便的原料混合均勻后，放入汽爆罐，然后通入高壓蒸汽，使汽爆罐中壓力達到1.0～1.5Mpa范圍，維持壓力3～10min，進行汽爆處理；3)厭氧消化處理將汽爆處理后的物料，投入?yún)捬跸兀铀?，使固形物含量?～10％，同時接種進行厭氧消化處理，產(chǎn)生的CH4氣體可用作燃料，發(fā)酵液等可用作肥料。
全文摘要
本發(fā)明涉及的一種以汽爆法為預處理的農(nóng)業(yè)廢棄物厭氧消化工藝，該工藝首先根據(jù)C/N比為20～30進行配料，確定合適的作物秸桿、畜禽糞便的用量；將確定好的原料混合均勻后，先進行汽爆預處理，然后再進行厭氧消化處理，產(chǎn)生的CH4氣體可用作燃料，發(fā)酵液等可用作肥料。本發(fā)明方法利用汽爆技術(shù)處理農(nóng)業(yè)廢棄物，有效地提高了其厭氧消化處理的生物轉(zhuǎn)化率，縮短處理時間，從而達到簡化處理工藝，提高設(shè)備利用率，降低運營成本的目的，既解決了環(huán)境污染問題，又帶來的社會效益和經(jīng)濟效益。
文檔編號C05F17/00GK101851124SQ20091002995
公開日2010年10月6日 申請日期2009年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日
發(fā)明者楊春和 申請人:楊春和