專利名稱：復合菌劑預處理秸桿的沼氣發(fā)酵方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種預先對秸桿進行預處理的沼氣發(fā)酵方法，特別是一種加入微生物復合菌劑預處理秸桿的沼氣發(fā)酵方法。也可以用于對其它有機固體廢物進行生物處理，如對固體形畜、禽糞、城市有機垃圾等進行復合菌劑預處理。
背景技術：
目前，我國農(nóng)村能源結(jié)構主要是燃煤、燒秸稈和生物質(zhì)氣。燒煤和燒秸稈對環(huán)境造成一定的污染。為了改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，提高農(nóng)民的生活質(zhì)量，國家大力推廣清潔能源—沼氣，即利用畜、禽糞便產(chǎn)生沼氣，而沼渣、沼液又是很好的有機肥。據(jù)統(tǒng)計，我國目前戶用沼氣池已發(fā)展到1000多萬戶。但是由于各農(nóng)戶養(yǎng)殖畜、禽數(shù)量不均，在不同季節(jié)農(nóng)戶養(yǎng)殖數(shù)量差異較大。因原料不足或沼氣池缺乏原料，影響了沼氣池的產(chǎn)量，有的因無發(fā)酵原料，沼氣池常年不產(chǎn)氣，甚至出現(xiàn)棄池現(xiàn)象。
為了使原建和新建的沼氣池能常年產(chǎn)氣，必須解決沼氣發(fā)酵原料不足的問題。能夠代替畜、禽糞便產(chǎn)沼氣的原料在農(nóng)村比較普遍，如農(nóng)作物秸稈等。農(nóng)作秸稈作為沼氣發(fā)酵的原料，發(fā)酵時可以產(chǎn)沼氣，發(fā)酵后的殘渣，沼液又是很好的有機肥。但是，直接將秸稈入發(fā)酵池進行產(chǎn)沼氣，將會導致產(chǎn)沼氣慢、產(chǎn)氣量少、產(chǎn)氣率低，有時還會出現(xiàn)發(fā)酵物料偏酸等現(xiàn)象，所以利用秸稈產(chǎn)沼氣受到了一定的影響，利用秸稈作為產(chǎn)沼氣的原料不能更好的推廣應用。秸稈需預處理之后入沼氣池進行產(chǎn)沼氣，可以提高產(chǎn)氣率，加快產(chǎn)沼氣的時間。當前預處理秸稈的方法主要有物理、化學、生物法。物理法主要有機械攪拌法、氣爆法。采用機械攪拌法，如專利申請?zhí)枮?91058680中公開了一種“自動攪拌高效沼氣發(fā)酵新工藝”，這種工藝是根據(jù)能量學、動力學和微生物發(fā)酵學的基本原理，采用一種由沼氣池內(nèi)壓力變化而自動啟閉的裝置，使液料定向流動而達到自動攪拌的目的。但是，這種處理工藝的原料為豬糞，不適用全秸桿沼氣發(fā)酵。如專利申請?zhí)枮?71253234“沼氣生成新方法及其沼氣快速生成器”中公開了一種帶有攪拌裝置的圓筒形容器，沼氣的生成過程是在一個具有保溫和自聚熱功能的封閉容器內(nèi)進行的，是以漿液料為原料接種沼氣催化劑，在充分攪拌中使?jié){液發(fā)酵。這種沼氣生成器同樣也不適用全秸桿沼氣發(fā)酵。氣爆法主要有擠壓氣爆和熱噴氣爆。擠壓氣爆是秸稈在擠壓機的擠壓膛與螺桿、螺套壁及秸稈之間擠壓、摩擦、剪切，在螺桿的機械推動和高溫、高壓的混合下，秸稈被擠出噴頭的噴嘴后突然減壓，高速噴射而出。擠壓溫度控制在120℃-140℃，壓力控制在1.5-2.0MPa。熱噴處理是將秸稈入壓力罐內(nèi)，將罐進行密封并通入0.5-1.0MPa的蒸汽，維持約1小時，然后由排料閥減壓噴放?；瘜W法主要用堿處理，通常用NaOH。該法又分濕法和干法，濕法處理1噸秸稈需氫氧化鈉8-10kg，水3噸以上；干法是將20％-40％的濃氫氧化鈉溶液噴于秸稈上。干法和濕法均用水沖洗，秸稈用水量大。用氣爆法預處理秸稈需耐高溫、耐壓的機械或壓力容器，能耗較大，成本較高，只能固定到一個地方處理；化學處理主要用堿處理，用堿量較大，用水量也大，且造成環(huán)境污染。生物法可分為自然預處理和人工預處理。自然預處理就是靠環(huán)境中的微生物對秸稈進行處理。因自然環(huán)境中對秸桿起主要作用的微生物數(shù)量很少，故秸稈生物處理的時間長，效果差。人工預處理秸稈，至今未有理想的添加劑和處理方法。如專利號為971078149中公開了一種“城市有機垃圾發(fā)酵產(chǎn)沼氣方法”，該方法是利用城市有機垃圾，先進行好氧發(fā)酵，然后加入發(fā)酵菌液進行厭氧產(chǎn)沼氣發(fā)酵。它不適用對秸桿類進行直接厭氧產(chǎn)沼氣發(fā)酵。專利號為011290736“沼氣發(fā)酵生物活性添加劑”中公開了利用外源導入一定酶活水平、一定配方的水解酶于沼氣發(fā)酵體系中，來提高原料分得率，但在出料時，該添加劑會流失，增加了沼氣生產(chǎn)成本。專利號為021223874“混合沼氣發(fā)酵料及其制備方法”中雖然公開了一種利用秸桿產(chǎn)沼氣，但其是將鮮品秸桿切碎干燥再粉碎，原料受季節(jié)約束，破碎工藝較為復雜、麻煩，入池時需加入木薯粉、糟粕渣作為部分氮源補充，其補充數(shù)量較大，原料來源有限，故影響其推廣應用。另外，因原料未經(jīng)堆漚，入池后產(chǎn)氣慢，特別是在寒冷地區(qū)發(fā)酵效果更差。專利申請?zhí)枮?004100128660“一種沼氣配制料”中公開了利用高產(chǎn)氣的農(nóng)作物秸桿中的一種或幾種為發(fā)酵料，并添加米皮糠、葡萄糖、三磷酸腺甙二鈉、氧化鈣等原料為添加劑，組成沼氣配制料。這種沼氣配制料未經(jīng)堆漚，影響其發(fā)酵效果，產(chǎn)沼氣慢，另外，添加物價格比較貴，且該沼氣配料需和糞便等化糞池中的垃圾混合產(chǎn)生沼氣，因此，不利于推廣應用。
迄今為止，還未見用復合菌劑對秸桿進行預處理的沼氣發(fā)酵的相關報導。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種復合菌劑預處理秸桿的沼氣發(fā)酵方法，它有效地克服了現(xiàn)有技術中存在的因原料不足或發(fā)酵不好而影響沼氣產(chǎn)量的缺陷，預處理后的秸桿發(fā)酵速度和產(chǎn)氣速度快，使初始產(chǎn)氣時間縮短50％左右，產(chǎn)氣速率提高30％以上，能使所有玉米稈、稻草、麥稈等農(nóng)作物秸稈作為沼氣發(fā)酵的原料，同時在無任何禽、畜糞便的條件下也能全部使用秸稈產(chǎn)生沼氣，適用范圍廣泛。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的先將秸桿原料破碎，加水潤濕至少18小時，加水量為秸桿原料重量的90～120％，然后向潤濕后的秸桿加入復合菌劑和作為秸桿堆漚的氮源碳酸氫銨，加復合菌劑量為秸桿原料重量的0.25～0.4％，加碳酸氫銨量為秸桿原料重量的0.5～2.0％，同時補加水，補水量為秸桿原料重量的85～100％，將拌勻的秸桿收堆，堆垛高度0.8～1.5米，寬度1.5～2米，用塑料布覆蓋堆漚至少3～6天，在堆漚溫度達到不低于50℃時維持天，然后將堆漚好的秸桿入沼氣池，同時加入秸桿原料重量的1.0～2.8％的碳酸氫氨和沼氣池料容積15～20％的產(chǎn)甲烷接種物，密閉2～7天，即產(chǎn)沼氣。
所述復合菌劑是由保藏在中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心的登記入冊編號為CGMCC NO.1364的高溫單胞菌(Thermomonospora)，登記入冊編號為CGMCC NO.1365的枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)，登記入冊編號為CGMCC NO.1366的木霉菌(Trichoderma)和中國普通微生物菌種保藏管理中心1997年版的菌種目錄中公開的菌種編號為1.813的地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)混配而成，所述各組份的重量比為高溫單胞菌∶枯草芽孢桿菌∶木霉菌∶地衣芽孢桿菌＝9～13∶2～4∶3～4∶2～3。
所述產(chǎn)甲烷接種物采用老沼氣池底沼渣、沼氣發(fā)酵液、冒氣的黑色陰溝污泥、糞坑沉渣或用鮮牛糞堆漚的堆漚物。
所述堆漚后的秸稈入沼氣池時，加入碳酸氫銨和產(chǎn)甲烷接種物后，將發(fā)酵物料的總固體濃度調(diào)整到20-35％，進行厭氧干發(fā)酵產(chǎn)沼氣。
所述復合菌劑預處理后的秸稈入沼氣池加入碳酸氫銨時，加入產(chǎn)甲烷接種物和補充水后，將發(fā)酵物料的總固體濃度調(diào)整到5-8％，進行濕式厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣。
由于本發(fā)明首次采用復合菌劑對沼氣發(fā)酵的秸稈先進行預處理，處理后的秸稈內(nèi)部結(jié)構發(fā)生變化，秸稈變?nèi)彳?、疏松，所以將其作為產(chǎn)沼氣的原料，可使秸稈利于厭氧微生物降解利用，使初始產(chǎn)氣時間縮短50％左右，產(chǎn)氣速率提高30％以上。因其所用復合菌劑的細菌、放線菌和真菌中，含有高溫(嗜熱)、中溫纖維素降解菌，木質(zhì)素分解菌，故利用各菌的協(xié)同作用，完全代替畜、禽糞便，可在無任何禽、畜糞便的條件下全部使用秸稈產(chǎn)生沼氣。實際實驗表明，用復合菌預處理秸稈發(fā)酵要比不加菌劑預處理的發(fā)酵速度快，產(chǎn)沼氣率及產(chǎn)氣速度均比不加復合菌劑處理的產(chǎn)氣快，產(chǎn)氣率高。另外，還可以在有畜、禽糞便，作為堆漚秸稈的氮源和入池后產(chǎn)沼氣微生物的氮源比較豐富的情況下，可以少加或不加碳酸氫銨，進一步減輕用戶的經(jīng)濟負擔。本發(fā)明方法利用微生物對秸稈進行預處理，與現(xiàn)有其它處理方法相比，其處理成本低，農(nóng)家院、田地、沼氣池旁邊均可處理，不擇地點且無二次污染。作為產(chǎn)沼氣的原料，在預處理后即可入沼氣池。能使所有玉米稈、稻草、麥稈等農(nóng)作物秸稈作為沼氣發(fā)酵的原料，同時在無任何禽、畜糞便的條件下也能全部使用秸稈產(chǎn)生沼氣，因此，適用范圍廣泛。
具體實施例方式
以下結(jié)合實施方式對本發(fā)明作詳細說明。本發(fā)明所用的復合菌劑已經(jīng)同時申請名稱為“用于處理有機固體廢物的復合菌劑及其制備方法”的發(fā)明專利。該復合菌劑是由保藏在中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心的登記入冊編號為CGMCC NO.1364的高溫單胞菌(Thermomonospora)，登記入冊編號為CGMCC NO.1365的枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)，登記入冊編號為CGMCC NO.1366的木霉菌(Trichoderma)和中國普通微生物菌種保藏管理中心1997年版的菌種目錄中公開的菌種編號為1.813的地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)混配而成，所述各組份的重量比為高溫單胞菌∶枯草芽孢桿菌∶木霉菌∶地衣芽孢桿菌＝9～13∶2～4∶3～4∶2～3。
本發(fā)明的操作方法如下
(1)先將秸桿原料用人工或機械方法鍘短或破碎，長度在6厘米以下。
(2)將破碎后的秸稈加水濕潤，操作時邊加水邊翻料，加水潤濕至少18小時，加水量為秸桿原料重量的90～120％。
(3)將潤濕后的秸稈加復合菌劑和作為秸桿堆漚的氮源碳酸氫銨并補加水進行拌料。加復合菌劑量為秸桿原料重量的0.25～0.4％，加碳酸氫銨量為秸桿原料重量的0.5～2.0％，補水量為秸桿原料重量的85～100％。
(4)將拌均的秸稈收堆，堆垛高度0.8～1.5米，寬度1.5～2米，具體尺寸可以隨季節(jié)而定。用塑料布覆蓋堆漚至少3～6天，防止水分蒸發(fā)和下雨淋濕，根據(jù)季節(jié)選擇堆漚時間，夏季3～4天、春秋4～5天，冬季6天以上。堆漚溫度達到不低于50℃時維持3天。冬季可入無糞水的沼氣池內(nèi)堆漚，產(chǎn)生的熱量可以提高厭氧產(chǎn)沼氣的啟動溫度。
(5)將堆漚好后的秸稈入沼氣池，同時加入秸桿原料重量的1.0～2.8％的碳酸氫氨和沼氣池料容積15～20％的產(chǎn)甲烷接種物，密閉2～7天，即產(chǎn)沼氣。
(6)其它管理和啟動方法與現(xiàn)有畜、禽糞便發(fā)酵產(chǎn)沼氣相同。
上述產(chǎn)甲烷接種物采用老沼氣池底沼渣、沼氣發(fā)酵液、冒氣的黑色陰溝污泥、糞坑沉渣或用鮮牛糞堆漚的堆漚物。
當進行厭氧干發(fā)酵產(chǎn)沼氣時，將堆漚后的秸稈入沼氣池，在加入碳酸氫銨和產(chǎn)甲烷接種物后，不需補加水，將發(fā)酵物料的總固體濃度調(diào)整到20～35％即可。
當進行厭氧濕式發(fā)酵產(chǎn)沼氣時，將復合菌劑預處理后的秸稈入沼氣池加入碳酸氫銨，在加入產(chǎn)甲烷接種物和補充水后，將發(fā)酵物料的總固體濃度調(diào)整到5～8％即可。
本發(fā)明方法在四川雙流永安、湖北隨州曾都區(qū)和北京市順義李遂合百意生態(tài)能源科技開發(fā)有限公司基地進行了應用試驗，并作了水壓式濕發(fā)酵和干發(fā)酵試驗。
實施方式一 利用復合菌劑預處理秸稈濕式厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣利用復合菌劑預處理秸稈產(chǎn)沼氣首先在四川雙流永安實驗，800kg粉碎的玉米稈，加入960kg水潤濕18小時；加入復合菌劑2kg和4.0kg碳酸氫銨，兩種原料加入到水中，然后再補加水680kg，邊加菌劑、碳酸氫銨和水，邊拌混，使菌劑和碳酸氫銨拌混均勻，混合后收集成堆垛，堆高1.2米，堆垛寬1.5米，用竹竿打孔便于通氣，用塑料布薄膜覆蓋，堆漚第三天溫度達到60℃以上，第四天，將800kg堆料分別入兩個沼氣池，入料時每個沼氣池加入碳酸氫銨4.0kg，邊入料邊加入，物料進一半后加入沼氣發(fā)酵液、陰溝污泥等500kg，繼續(xù)入料直至把400kg秸稈加入，最后再加500kg沼氣發(fā)酵液，達到料容的15％，補加水，使發(fā)酵物料的總固體濃度達到6～8％，蓋上沼氣蓋子，四天后，產(chǎn)甲烷菌含量達到50％，同時作了不加菌劑堆漚的秸稈，除了不加菌劑外，其它條件均相同，不加菌劑堆漚的秸稈入池10天后，試火時還不能點燃，甲烷含量只有30％，加菌劑預處理過的秸稈入沼氣池后產(chǎn)氣量比不加菌劑處理的秸稈產(chǎn)氣量提高40％，啟動時間提前5～8天。
實施方式二利用復合菌劑預處理秸稈厭氧干發(fā)酵產(chǎn)沼氣在北京順義李遂合百意基地進行復合菌預處理秸稈及其產(chǎn)沼氣方法的幾種試驗，即玉米秸、稻草、麥稈三種原料試驗，并作了濕式產(chǎn)沼氣和厭氧干發(fā)酵試驗。
稻草、麥稈經(jīng)機械鍘成6cm以上，稻草、麥稈各600kg，先分別加水潤濕，各加水640kg，潤濕20小時。潤濕后分別加入復合菌劑和碳酸氫銨。每100kg秸稈加入復合菌劑0.32kg；每100kg稻草加碳酸氫銨1.3kg，每100kg麥稈加1.5kg；每100kg秸稈補加水100kg，經(jīng)混合后收成堆垛，堆高0.8米，堆寬2.0米。用鐵釬打孔并用塑料膜覆蓋，第五天投入到沼氣池中。投加時，稻草和麥稈各投二個沼氣池，每個沼氣池入600kg，入料時每個沼氣池加入碳酸氫銨9.0kg，加入產(chǎn)沼氣的接種物1.4噸，使發(fā)酵物料的總固體濃度達到5％，最后發(fā)酵物料的濃度為20～25％厭氧干發(fā)酵，第四天開始產(chǎn)氣，產(chǎn)氣量達到每個8m3的沼氣池的產(chǎn)氣量在1.5m3以上。
權利要求
1.一種復合菌劑預處理秸桿的沼氣發(fā)酵方法，其特征在于先將秸桿原料破碎，加水潤濕至少18小時，加水量為秸桿原料重量的90～120％，然后向潤濕后的秸桿加入復合菌劑和作為秸桿堆漚的氮源碳酸氫銨，加復合菌劑量為秸桿原料重量的0.25～0.4％，加碳酸氫銨量為秸桿原料重量的0.5～2.0％，同時補加水，補水量為秸桿原料重量的85～100％，將拌勻的秸桿收堆，堆垛高度0.8～1.5米，寬度1.5～2米，用塑料布覆蓋堆漚至少3～6天，在堆漚溫度達到不低于50℃時維持3天，然后將堆漚好的秸桿入沼氣池，同時加入秸桿原料重量的1.0～2.8％的碳酸氫氨和沼氣池料容積15～20％的產(chǎn)甲烷接種物，密閉2～7天，即產(chǎn)沼氣。
2.根據(jù)權利要求1所述的復合菌劑預處理秸桿的沼氣發(fā)酵方法，其特征在于所述復合菌劑是由保藏在中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心的登記入冊編號為CGMCC NO.1364的高溫單胞菌(Thermomonospora)，登記入冊編號為CGMCC NO.1365的枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)，登記入冊編號為CGMCC NO.1366的木霉菌(Trichoderma)和中國普通微生物菌種保藏管理中心1997年版的菌種目錄中公開的菌種編號為1.813的地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)混配而成，所述各組份的重量比為高溫單胞菌∶枯草芽孢桿菌∶木霉菌∶地衣芽孢桿菌＝9～13∶2～4∶3～4∶2～3。
3.根據(jù)權利要求1所述的復合菌劑預處理秸桿的沼氣發(fā)酵方法，其特征在于所述產(chǎn)甲烷接種物采用老沼氣池底沼渣、沼氣發(fā)酵液、冒氣的黑色陰溝污泥、糞坑沉渣或用鮮牛糞堆漚的堆漚物。
4.根據(jù)權利要求4所述的復合菌劑預處理秸稈的沼氣發(fā)酵方法，其特征在于所述堆漚后的秸稈入沼氣池時，加入碳酸氫銨和產(chǎn)甲烷接種物后，將發(fā)酵物料的總固體濃度調(diào)整到20-35％，進行厭氧干發(fā)酵產(chǎn)沼氣。
5.根據(jù)權利要求5所述的復合菌劑預處理秸桿的沼氣發(fā)酵方法，其特征在于所述復合菌劑預處理后的秸稈入沼氣池加入碳酸氫銨時，加入產(chǎn)甲烷接種物和補充水后，將發(fā)酵物料的總固體濃度調(diào)整到5-8％，進行濕式厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣。
全文摘要
一種復合菌劑預處理秸桿的沼氣發(fā)酵方法，先將秸桿原料破碎，加水潤濕至少18小時，然后向潤濕后的秸桿加入復合菌劑和作為秸桿堆漚的氮源碳酸氫銨并補加水，將拌勻的秸桿收堆，用塑料布覆蓋堆漚至少3～6天，在堆漚溫度達到不低于50℃時維持3天，然后將堆漚好的秸桿入沼氣池，同時加入碳酸氫氨和產(chǎn)甲烷接種物，密閉2～7天，即產(chǎn)沼氣。它有效地克服了現(xiàn)有技術中存在的因原料不足或發(fā)酵不好而影響沼氣產(chǎn)量的缺陷，預處理后的秸桿發(fā)酵速度和產(chǎn)氣速度快，使初始產(chǎn)氣時間縮短50％左右，產(chǎn)氣速率提高30％以上，能使所有玉米桿、稻草、麥桿等農(nóng)作物秸桿作為沼氣發(fā)酵的原料，同時在無任何禽、畜糞便的條件下也能全部使用秸稈產(chǎn)生沼氣，適用范圍廣泛。
文檔編號C12M1/107GK1888073SQ20051007779
公開日2007年1月3日 申請日期2005年6月27日 優(yōu)先權日2005年6月27日
發(fā)明者劉曉風, 顏開, 廖銀章, 張海濤, 袁月祥, 顏麗, 劉克鑫 申請人:北京合百意生態(tài)能源科技開發(fā)有限公司, 中國科學院成都生物研究所