本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用領(lǐng)域，涉及一種不同物料間聯(lián)合厭氧消化提高沼氣產(chǎn)量的方法。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，能源危機(jī)和環(huán)境污染已成為影響我國(guó)社會(huì)進(jìn)步的重要因素。利用厭氧消化技術(shù)將畜禽糞便及農(nóng)作物秸稈轉(zhuǎn)化成生物燃?xì)獠粌H可以緩解我國(guó)面臨的資源、能源危機(jī)，而且解決了大量畜禽糞便及農(nóng)作物秸稈隨意處置所引發(fā)的環(huán)境污染問(wèn)題。在以微生物轉(zhuǎn)化為核心的厭氧消化技術(shù)中，兩種或兩種以上基質(zhì)的聯(lián)合厭氧消化技術(shù)，不僅具有提高生物基質(zhì)的產(chǎn)氣量，維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，稀釋有毒化學(xué)物質(zhì)，保證系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)平衡等優(yōu)點(diǎn)，而且發(fā)酵后殘余物處理方便，可直接用作有機(jī)肥，不存在二次污染問(wèn)題。隨著我國(guó)畜禽糞便及秸稈量的不斷增加以及環(huán)境污染的不斷加劇，聯(lián)合厭氧消化技術(shù)符合我國(guó)環(huán)境污染治理與資源化利用的技術(shù)需求。

早在1980年，hills等首次進(jìn)行了牛糞和大麥秸稈聯(lián)合厭氧消化試驗(yàn)，結(jié)果表明加入牛糞后，大麥秸稈的厭氧消化效率顯著提高，此后，聯(lián)合厭氧消化技術(shù)被逐漸引入到沼氣發(fā)酵產(chǎn)業(yè)中。魏珞宇等在35℃和ts為8％的條件下，研究奶牛糞、肉牛糞與稻草、玉米秸稈、麥稈分別在五種不同配比下混合發(fā)酵的產(chǎn)氣效果，試驗(yàn)結(jié)果表明：稻草、玉米秸稈、麥稈與奶牛糞、肉牛糞混合發(fā)酵時(shí)，混合配比決定著總產(chǎn)量與甲烷含量，且與發(fā)酵周期的長(zhǎng)短有關(guān)。另外，ph值對(duì)厭氧發(fā)酵也有重要影響。楚莉莉等研究不同配比豬糞與小麥秸稈混合厭氧發(fā)酵的產(chǎn)氣特性，結(jié)果表明：在厭氧消化過(guò)程中，合理調(diào)控豬糞與小麥秸稈的配比，既能提高小麥秸稈的產(chǎn)氣量，又能縮短豬糞的產(chǎn)氣周期，降低硫化氫體積分?jǐn)?shù)。李芳等研究豬糞、牛糞與玉米秸稈混合原料厭氧發(fā)酵的最佳工藝條件，結(jié)果表明：在單因素試驗(yàn)中，當(dāng)豬糞與牛糞混合比例為1:1，糞秸稈稈比為1:1.86及總固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11％時(shí)，累積產(chǎn)氣量均較高。豬糞、牛糞與玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵的最佳工藝條件為：豬糞與牛糞混合比例為1.06:1、糞秸稈比為2.94:1、總固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.68％、總固體質(zhì)量為74.76g，在豬糞、牛糞與玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵的最佳工藝下，累積產(chǎn)氣量可達(dá)17170ml。為了解決現(xiàn)有生產(chǎn)沼氣方法中存在的發(fā)酵周期長(zhǎng)，產(chǎn)氣效率低，甲烷含量不高的問(wèn)題，提供一種牛糞與預(yù)處理的玉米秸稈聯(lián)合消化提高沼氣產(chǎn)量的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種牛糞與預(yù)處理的玉米秸稈聯(lián)合消化提高沼氣產(chǎn)量的方法，產(chǎn)氣量高，其用240g玉米秸稈(以ts計(jì))和80g牛糞(以ts計(jì))，5天內(nèi)最高產(chǎn)沼氣569ml；10天內(nèi)最高產(chǎn)沼氣3641ml；20天內(nèi)至少產(chǎn)沼氣12540ml；40天內(nèi)至少產(chǎn)沼氣22000ml；60天內(nèi)最高可產(chǎn)沼氣27272ml，比未預(yù)處理的產(chǎn)氣量提高50％以上。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種牛糞與預(yù)處理的玉米秸稈聯(lián)合消化提高沼氣產(chǎn)量的方法，其用240g玉米秸稈(以ts計(jì))和80g牛糞(以ts計(jì))5天內(nèi)至少產(chǎn)沼氣500ml；優(yōu)選的，5天內(nèi)至少產(chǎn)沼氣550ml；更優(yōu)選地5天內(nèi)產(chǎn)沼氣569ml；10天內(nèi)至少產(chǎn)沼氣3000ml，優(yōu)選的，10天內(nèi)至少產(chǎn)沼氣3500ml，更優(yōu)選的，10天內(nèi)至少產(chǎn)沼氣3641ml；20天內(nèi)至少產(chǎn)沼氣10000ml，優(yōu)選的，20天內(nèi)至少產(chǎn)沼氣12000ml，更優(yōu)選的，20天內(nèi)至少產(chǎn)沼氣12540ml；40天內(nèi)至少產(chǎn)沼氣20000ml，優(yōu)選的，40天內(nèi)至少產(chǎn)沼氣21000ml，更優(yōu)選的，40天內(nèi)至少產(chǎn)沼氣22000ml；60天內(nèi)至少產(chǎn)沼氣25000ml；優(yōu)選的，60天內(nèi)至少產(chǎn)沼氣26000ml；更優(yōu)選地，60天內(nèi)至少產(chǎn)沼氣27272ml。

優(yōu)選的，包括如下步驟：

(1)將玉米秸稈粉碎至1-3cm長(zhǎng)度；

(2)用高溫和高壓處理玉米秸稈；

(3)將經(jīng)高溫高壓處理的玉米秸稈用naoh溶液浸泡；

(4)將浸泡過(guò)naoh溶液的玉米秸稈用沼液浸泡；

(5)將預(yù)處理后的玉米秸稈物料與牛糞混合均勻，調(diào)節(jié)ph值，加入30％的活性厭氧污泥，加水稀釋到至ts濃度為6％-10％后進(jìn)行中溫聯(lián)合厭氧消化。

優(yōu)選的，步驟(2)的高溫高壓處理玉米秸稈的步驟中所用的溫度為110-130℃，壓力為140-160kpa，處理時(shí)間為10-20min；

優(yōu)選的，步驟(2)的溫度為115-125℃，壓力為140-160kpa，處理時(shí)間為12-18min；

優(yōu)選的，溫度為121℃，壓力為142kpa，處理時(shí)間為15min；

優(yōu)選的，高溫高壓處理所用的裝置為高壓滅菌器；

優(yōu)選的，高溫高壓處理所用的裝置為型號(hào)為mls-3780的高壓滅菌器。

優(yōu)選的，步驟(3)所述的naoh溶液濃度為5-10g·l^-1，浸泡時(shí)間為2-4h；

優(yōu)選的，naoh溶液濃度為6-9g·l^-1；更優(yōu)選naoh溶液濃度為7g·l^-1

優(yōu)選的，浸泡時(shí)間為2.5-3.5h；更優(yōu)選的，浸泡時(shí)間為3h。

優(yōu)選的，步驟(4)所述的沼液浸泡的溫度為30-40℃，沼液浸泡時(shí)間為2-4d；

優(yōu)選的，沼液浸泡的溫度為35℃；

優(yōu)選的，沼液浸泡時(shí)間為3d；

優(yōu)選的，沼液浸泡采用全不銹鋼六孔水浴鍋；

優(yōu)選的，沼液浸泡采用型號(hào)為hh-m6的全不銹鋼六孔水浴鍋。

優(yōu)選的，步驟(5)的玉米秸稈與牛糞按照質(zhì)量比為2-5:1的比例進(jìn)行混合，混合時(shí)的溫度為30-45℃；

優(yōu)選的，玉米秸稈與牛糞按照質(zhì)量比為3:1的比例進(jìn)行混合；

優(yōu)選的，混合時(shí)的溫度為35℃。

優(yōu)選的，步驟(5)中加水稀釋至ts濃度為7％-9％后進(jìn)行聯(lián)合厭氧消化；調(diào)節(jié)ph為6-8；活性厭氧污泥為為35℃條件下秸稈和牛糞混合厭氧發(fā)酵30天后的老沼液；

優(yōu)選的，加水稀釋至ts濃度為8％后進(jìn)行聯(lián)合厭氧消化；

優(yōu)選的，調(diào)節(jié)ph為7。

優(yōu)選的，步驟(5)稱取的預(yù)處理玉米秸稈為240g(以ts計(jì))，牛糞為80g(以ts計(jì))；然后1200ml加入過(guò)40目的活性沼液，調(diào)節(jié)ph值至中性，加水稀釋到4000ml進(jìn)行中溫聯(lián)合厭氧消化。

優(yōu)選的，牛糞來(lái)源為奶牛場(chǎng)牛糞，經(jīng)鼓風(fēng)干燥箱烘干至恒溫。

優(yōu)選的，本方法采用的厭氧消化反應(yīng)器主要由5l的廣口瓶和1l的量筒組成，分別作為原料的消化瓶、沼氣集氣瓶和集水量筒；用乳膠管連接組成一套氣體連通裝置。

優(yōu)選的，本方法所用的消化瓶和集氣瓶必須保證嚴(yán)格的密封，同時(shí)設(shè)置取氣口和取液口，采用玻璃膠配合橡膠塞進(jìn)行密封。

本發(fā)明提供的一種預(yù)處理的玉米秸稈與牛糞聯(lián)合消化提高沼氣產(chǎn)量的方法，其是一種經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保的清潔能源生產(chǎn)技術(shù)，與秸稈、牛糞等單一物料相比，本發(fā)明能夠顯著縮短厭氧消化的發(fā)酵周期，可以提高沼氣起始干物質(zhì)發(fā)酵濃度，總產(chǎn)氣率顯著提高，產(chǎn)氣效率明顯提高，產(chǎn)氣量顯著提高，甲烷含量顯著上升。

附圖說(shuō)明

附圖1預(yù)處理的玉米秸稈與牛糞聯(lián)合消化所用的裝置。

附圖2經(jīng)預(yù)處理和未經(jīng)預(yù)處理的玉米秸稈與牛糞聯(lián)合發(fā)酵比較圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

一種牛糞與預(yù)處理的玉米秸稈聯(lián)合消化提高沼氣產(chǎn)量的方法，所述方法是按以下步驟實(shí)現(xiàn)的：

步驟一、將干燥的玉米秸稈粉碎至1-3cm；

步驟二、在121度、142kpa條件下，高壓處理15min；

步驟三、在35℃水浴條件下，將步驟二中處理后的玉米秸稈浸泡在7g·l-1naoh溶液中，浸泡3小時(shí)后去除naoh溶液；

步驟四、步驟三處理后的玉米秸稈在35℃(老沼液的自然溫度)條件下用沼液浸泡2天，即得到預(yù)處理后的玉米秸稈；

步驟五：秤取3份預(yù)處理后的玉米秸稈5g左右，用高溫干燥箱和馬弗爐測(cè)量秸稈ts及vs(有機(jī)干物質(zhì)含量)含量。秤取240g(以ts計(jì))預(yù)處理玉米秸稈和80g(以ts計(jì))牛糞，加入1200ml過(guò)40目的活性沼液，調(diào)節(jié)ph值至中性，加水稀釋到4000ml進(jìn)行中溫聯(lián)合厭氧消化；秤取240g(以ts計(jì))未處理的玉米秸稈和80g(以ts計(jì))牛糞，加入1200ml過(guò)40目的活性沼液，調(diào)節(jié)ph值至中性，加水稀釋到4000ml進(jìn)行中溫聯(lián)合厭氧消化，作為對(duì)照。本試驗(yàn)采用自行設(shè)計(jì)的厭氧消化反應(yīng)器，主要由5l的廣口瓶和1l的量筒組成(見圖1)，分別作為原料的消化瓶、沼氣集氣瓶和集水量筒。用乳膠管連接組成一套氣體連通裝置，消化瓶和集氣瓶必須保證嚴(yán)格的密封，同時(shí)設(shè)置取氣口和取液口，采用玻璃膠配合橡膠塞進(jìn)行密封，并隨時(shí)進(jìn)行氣密性檢查。

經(jīng)過(guò)預(yù)處理后再發(fā)酵的方法60天內(nèi)共產(chǎn)沼氣27272ml，未處理的產(chǎn)沼氣量為17996ml。

實(shí)施例2：

一種牛糞與預(yù)處理的玉米秸稈聯(lián)合消化提高沼氣產(chǎn)量的方法，所述方法是按以下步驟實(shí)現(xiàn)的：

步驟一、將干燥的玉米秸稈粉碎至1-3cm；

步驟二、在115度、150kpa條件下，高壓處理12min；

步驟三、在32℃水浴條件下，將步驟二中處理后的玉米秸稈浸泡在6g·l-1naoh溶液中，浸泡2小時(shí)后去除naoh溶液；

步驟四、將步驟三中處理后的玉米秸稈在35℃(老沼液的自然溫度)條件下用沼液浸泡3天，即得到預(yù)處理后的玉米秸稈；

步驟五：秤取3份預(yù)處理后的玉米秸稈5g左右，用高溫干燥箱和馬弗爐測(cè)量秸稈ts及vs(有機(jī)干物質(zhì)含量)含量。秤取240g(以ts計(jì))預(yù)處理玉米秸稈和80g(以ts計(jì))牛糞，加入1200ml過(guò)40目的活性沼液，調(diào)節(jié)ph值至中性，加水稀釋到4000ml進(jìn)行中溫聯(lián)合厭氧消化；秤取240g(以ts計(jì))未處理的玉米秸稈和80g(以ts計(jì))牛糞，加入1200ml過(guò)40目的活性沼液，調(diào)節(jié)ph值至中性，加水稀釋到4000ml進(jìn)行中溫聯(lián)合厭氧消化，作為對(duì)照。本試驗(yàn)采用自行設(shè)計(jì)的厭氧消化反應(yīng)器，主要由5l的廣口瓶和1l的量筒組成(見圖1)，分別作為原料的消化瓶、沼氣集氣瓶和集水量筒。用乳膠管連接組成一套氣體連通裝置，消化瓶和集氣瓶必須保證嚴(yán)格的密封，同時(shí)設(shè)置取氣口和取液口，采用玻璃膠配合橡膠塞進(jìn)行密封，并隨時(shí)進(jìn)行氣密性檢查。

經(jīng)過(guò)預(yù)處理后再發(fā)酵的方法60天內(nèi)共產(chǎn)沼氣26372ml，未處理的產(chǎn)沼氣量為17996ml。

實(shí)施例3

一種牛糞與預(yù)處理的玉米秸稈聯(lián)合消化提高沼氣產(chǎn)量的方法，所述方法是按以下步驟實(shí)現(xiàn)的：

步驟一、將干燥的玉米秸稈粉碎至1-3cm；

步驟二、在125度、155kpa條件下，高壓處理18min；

步驟三、在32℃水浴條件下，將步驟二中處理后的玉米秸稈浸泡在6g·l-1naoh溶液中，浸泡2小時(shí)后去除naoh溶液；

步驟四、將步驟三中處理后的玉米秸稈在35℃(老沼液的自然溫度)條件下用沼液浸泡3天，即得到預(yù)處理后的玉米秸稈；

步驟五：秤取3份預(yù)處理后的玉米秸稈5g左右，用高溫干燥箱和馬弗爐測(cè)量秸稈ts及vs(有機(jī)干物質(zhì)含量)含量。秤取240g(以ts計(jì))預(yù)處理玉米秸稈和80g(以ts計(jì))牛糞，加入1200ml過(guò)40目的活性沼液，調(diào)節(jié)ph值至中性，加水稀釋到4000ml進(jìn)行中溫聯(lián)合厭氧消化；秤取240g(以ts計(jì))未處理的玉米秸稈和80g(以ts計(jì))牛糞，加入1200ml過(guò)40目的活性沼液，調(diào)節(jié)ph值至中性，加水稀釋到4000ml進(jìn)行中溫聯(lián)合厭氧消化，作為對(duì)照。本試驗(yàn)采用自行設(shè)計(jì)的厭氧消化反應(yīng)器，主要由5l的廣口瓶和1l的量筒組成(見圖1)，分別作為原料的消化瓶、沼氣集氣瓶和集水量筒。用乳膠管連接組成一套氣體連通裝置，消化瓶和集氣瓶必須保證嚴(yán)格的密封，同時(shí)設(shè)置取氣口和取液口，采用玻璃膠配合橡膠塞進(jìn)行密封，并隨時(shí)進(jìn)行氣密性檢查。

經(jīng)過(guò)預(yù)處理后再發(fā)酵的方法60天內(nèi)共產(chǎn)沼氣26735ml，未處理的產(chǎn)沼氣量為17996ml。