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CN109971795B - 一种适用于畜禽粪污与干黄秸秆共发酵方法 - Google Patents

一种适用于畜禽粪污与干黄秸秆共发酵方法 Download PDF

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CN109971795B CN201910208245.6A CN201910208245A CN109971795B CN 109971795 B CN109971795 B CN 109971795B CN 201910208245 A CN201910208245 A CN 201910208245A CN 109971795 B CN109971795 B CN 109971795B
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Abstract

本发明提供的一种适用于畜禽粪污与干黄秸秆共发酵方法，包括：将粪污通过输送至湿式厌氧发酵设备中发进行湿式厌氧发酵，制得粪污发酵液；将干黄秸秆破碎；将粪污发酵液与破碎后的干黄秸秆混合并进行初步预发酵；分离得到预处理后秸秆固相；将预处理后秸秆固相输送至干式发酵设备中进行干式厌氧发酵。第一方面，本发明充分考虑不同原料的性状，将畜禽粪污的湿式厌氧发酵和干黄秸秆的干式厌氧发酵巧妙地结合至一起；其预处理后的干黄秸秆固相中营养成分更均衡，发酵效率更高，产气量更大，保证了项目的长期稳定运转；同时提高了湿式厌氧发酵物料的利用率，减少了发酵原料的浪费。

Description

一种适用于畜禽粪污与干黄秸秆共发酵方法
技术领域
本发明涉及适用于农业废弃物发酵处理领域，具体涉及一种适用于畜禽粪污与干黄秸秆共发酵方法。
背景技术
目前，随着环保税的推行，“水十条”、“土十条”、“气十条”等一系列环保政策的出台，以及国家在农业固体废弃物处理方面的政策倾斜，促使各类大型沼气工程迅猛发展。目前，在我国湿式厌氧发酵工艺较为成熟，尤其是在畜禽粪污处理方面应用非常广泛，然而湿式厌氧工艺产生的大量沼液引发的一系列问题成为该项技术进一步发展和普及的障碍，包括沼液农田消纳能力有限，达标排放费用高、存储占地大以及存储和运输过程中二次污染严重等，严重制约我国畜牧养殖业的可持续发展；同时，在处理农业干黄秸秆废弃物方面，湿式厌氧发酵存在诸多技术缺陷。因而对干式厌氧发酵工艺的需求日渐扩大，但是我国对干式厌氧发酵工艺的研究和应用起步较晚，在农业废弃物方面的应用较少，针对秸秆类物料，秸秆经粉碎后未经处理及营养均衡调配而直接投入干式发酵罐运转，导致原料产气不充分，发酵效率低，项目难以长期运转等问题凸显。
针对上述湿式厌氧发酵工艺的不足，在现有技术中，正如专利文献1:CN201010515939.3的发明专利，该发明专利提供一种干湿耦合厌氧发酵工艺方法包括湿式两相厌氧发酵方法和干式厌氧发酵方法，其中湿式两相厌氧发酵方法工艺过程是：将畜禽粪便加水配料后依次送入产酸池和产甲烷罐内，产生沼气和沼渣沼液；干式厌氧发酵方法工艺过程是：向经预处理粉碎后的秸秆内加入木质纤维素降解菌系，并进行混合后，送入干式厌氧发酵罐内进行厌氧发酵，渗滤沼液可送回干式厌氧发酵罐内喷淋补氮，将湿式两相厌氧发酵方法中产甲烷罐内生成的沼渣沼液送入干式厌氧发酵罐中与粉碎后的秸秆和木质纤维素降解菌系的混合料中，完成补水、补氮、接种作业。该工艺作为干式厌氧发酵和湿式厌氧发酵简单地依次叠加的工艺，将渗滤沼液作为氮源送回干式厌氧发酵罐内喷淋补氮，与干式厌氧发酵过程中也将渗滤沼液回流至罐体中进行喷淋补氮的情形一样，仅仅是将干式厌氧发酵和湿式厌氧发酵产生的渗滤沼液作为氮源放入干式厌氧发酵过程再次营养利用；其仍然存在秸秆经粉碎后未经处理直接投入干式发酵罐运转，由于干黄秸秆的亲水性差、木质素含量高，使得干黄秸秆的较多部分难以参与发酵过程；两者因素的相结合仍然导致原料产气不充分，发酵效率低，导致项目难以长期运转。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种适用于畜禽粪污与干黄秸秆共发酵方法，将畜禽粪污的湿式厌氧发酵和干黄秸秆的干式厌氧发酵巧妙地结合至一起；湿式厌氧发酵后的粪污发酵液富含氮源、热量和厌氧微生物菌群；将粪污发酵液与破碎后的干黄秸秆进行初步预发酵，增强了干黄秸秆的亲水性，并降低了木质素含量，有利于后续甲烷菌的利用，解决了现有的一种干湿耦合厌氧发酵工艺方法中其仍然存在秸秆经粉碎后未经处理直接投入干式发酵罐运转，由于干黄秸秆的亲水性差、木质素含量高，使得干黄秸秆的较多部分难以参与发酵过程；两者因素的相结合仍然导致原料产气不充分，发酵效率低，导致项目难以长期运转的缺陷。
本发明的目的是提供一种适用于畜禽粪污与干黄秸秆共发酵方法，通过粪污发酵液与干黄秸秆共发酵，使其达到发酵所需的最适C/N，有利于整个发酵过程的高效运转解决了现有干湿耦合厌氧发酵工艺中其存在粪污原料碳氮比较低，而干黄秸秆类原料的碳氮比含量则高达53～87：1，其碳氮比例失调；导致发酵效率低的缺陷。
（二）技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供的一种适用于畜禽粪污与干黄秸秆共发酵方法，包括：将粪污通过输送至湿式厌氧发酵设备中进行湿式厌氧发酵，制得粪污发酵液；
将干黄秸秆破碎；
将粪污发酵液与破碎后的干黄秸秆混合并进行初步预发酵；分离得到预处理后秸秆固相；
将预处理后秸秆固相输送至干式发酵设备中进行干式厌氧发酵。第一方面，本发明充分考虑不同原料的性状，将畜禽粪污的湿式厌氧发酵和干黄秸秆的干式厌氧发酵巧妙地结合至一起；湿式厌氧发酵后的粪污发酵液富含氮源、热量和厌氧微生物菌群；将粪污发酵液与破碎后的干黄秸秆进行初步预发酵，增强了干黄秸秆的亲水性，并降低了木质素含量，有利于后续甲烷菌的利用；同时只将处理后的秸秆固相投入使得后续干式厌氧发酵，其干黄秸秆固相中的营养成分更均衡，发酵效率更高，产气量更大，保证了项目的长期稳定运转；同时提高了湿式厌氧发酵原料的利用率，减少了发酵原料的浪费，实现沼液零排放，解决了沼液存储难、排放费用高、二次污染严重等问题，为我国畜牧养殖业实现清洁生产提供了保障。
优选的，在湿式厌氧发酵的过程中，控制发酵温度35℃～45℃，水力停留时间15d～25d。结合第一方面，本发明通过控制发酵温度和水力停留时间，提高专用设备的利用率及容积产气效率，使得湿式厌氧发酵的过程中容积产气率达到1.5m3/m3～2.0m3/m3。
优选的，在干式厌氧发酵过程中，控制发酵温度48℃～55℃，停留时间20d～30d。结合第一方面，本发明通过控制发酵温度和停留时间，提高专用设备的利用率及容积产气效率，使得干式厌氧发酵的过程中容积产气率达到容积产气率2.5m3/m3～4.0m3/m3
优选的，待破碎的干黄秸秆的含水率为10%-40%；而干黄秸秆破碎时，控制破碎后的粒径为2cm～5cm。结合第一方面，本发明通过待破碎的干黄秸秆含水率为10%-40%；同时干黄秸秆破碎时，控制破碎后的粒径为2cm～5cm，其配合富含氮源、热量和厌氧微生物菌群本的粪污发酵液；使得预发酵过程更充分。
优选的，湿式厌氧发酵和干式厌氧发酵的发酵过程还产生沼气，沼气收集进行净化处理后，进入后端利用。本发明通过收集沼气进行发电或制取生物质燃气，提供了可再生清洁能源，减少了温室气体的排放，实现了农业废弃物资源化利用。
优选的，粪污在使用前需进行前处理工序，前处理工序中粪污需要依次进行稀释、匀浆和去除杂质，并控制其总固体含量浓度为6%-14%。本发明通过粪污需要依次进行稀释、匀浆和去除杂质，并控制其总固体含量浓度为6%-14%，使其进入湿式厌氧发酵中物料的水分和营养成分更合理，提高了发酵过程的发酵产气效率。
优选的，所述粪污发酵液与破碎后的干黄秸秆初步预发酵后，还分离出滤液相，其滤液相回流至粪污的前处理工序中进行处理。本发明将滤液相回流至粪污的前处理工序中进行处理，形成闭合循环回流，回收滤液相中营养成分、热量和微生物菌种，保证了项目的长期稳定运转。这里，干湿耦合厌氧发酵工艺方法中粪污原料碳氮比较低，如鸡粪、猪粪C/N约在9～13：1，发酵过程易出现氨氮抑制的问题；而干黄秸秆类原料的碳氮比含量则高达53～87：1，纯干黄秸秆发酵因营养不均易出现不易启动，易酸化等现象。而厌氧发酵过程最适发酵C/N在20～30：1，所以本发明中通过粪污发酵液与干黄秸秆共发酵，使其达到发酵所需的最适C/N，有利于整个发酵过程的高效运转。
优选的，所述初步预发酵过程中，发酵温度为35℃～45℃；反应时间在3d以内。本发明通过控制发酵温度为35℃～45℃，反应时间3d在以内，保证了初步发酵的发酵效率。
优选的，所述初步发酵后控制秸秆固相中含固率为20%～30%，其木质素含量降低5%-10%。本发明通过控制初步发酵后控制秸秆固相中含固率为20%～30%，其木质素含量降低5%-10%，其大大提高了后续干式厌氧发酵的处理效果，提高了产气量。
优选的，所述预处理后秸秆固相干式厌氧发酵后的发酵物进行固液分离，得到沼渣和沼液；其中沼液回流至湿式厌氧发酵设备中进行湿式厌氧发酵。本发明的沼液回流至湿式厌氧发酵设备进行循环利用，实现了沼液零排放。
（三）有益效果
本发明提供的一种适用于畜禽粪污与干黄秸秆共发酵方法，其具有以下优点：
1、第一方面，本发明充分考虑不同原料的性状，将畜禽粪污的湿式厌氧发酵和干黄秸秆的干式厌氧发酵巧妙地结合至一起；湿式厌氧发酵后的粪污发酵液富含氮源、热量和厌氧微生物菌群；将粪污发酵液与破碎后的干黄秸秆进行初步预发酵，增强了干黄秸秆的亲水性，并降低了木质素含量，有利用后续甲烷菌的利用；同时只将处理后的秸秆固相投入使得后续干式厌氧发酵，其干黄秸秆固相中的营养成分更均衡，发酵效率更高，产气量更大，保证了项目的长期稳定运转；同时提高了湿式厌氧发酵原料的利用率，减少了发酵原料的浪费。本发明通过畜禽粪污和干黄秸秆共发酵，实现不同原料营养配比，回收系统热量及富集微生物，大大提高原料利用效率和发酵效率；同时项目仅有沼渣排出系统可直接用于固态有机肥生产，并实现沼液零排放，避免对环境造成二次污染。
附图说明
图1是本发明的一种适用于畜禽粪污与干黄秸秆共发酵方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明中用到粉碎机、干式发酵设备、湿式发酵设备均为市面可以买的设备。
VS产气率（原料产气率）指单位质量可挥发性固体原料在厌氧条件下所产沼气的体积。
本发明中粪污可以采用猪粪、牛粪、鸡粪等等。同时这里本发明中d是天的缩写。这里的C/N为碳源和氮源的质量比。
实施例1
如图1所示，本发明提供的一种适用于畜禽粪污与干黄秸秆共发酵方法，包括：
1）前处理工序：将粪污依次进行稀释、匀浆、除砂和除杂，并控制其总固体含量浓度为6%；
2）将粪污通过输送至湿式厌氧发酵设备中进行湿式厌氧发酵，制得粪污发酵液；在湿式厌氧发酵的过程中，控制发酵温度35℃，水力停留时间23d；
3）将干黄秸秆破碎，其中待破碎的干黄秸秆的含水率为10%，控制破碎后的粒径为2cm；
4）将粪污发酵液与破碎后的干黄秸秆混合并进行初步预发酵；初步预发酵过程中，发酵温度为35℃，反应时间3d；分离得到预处理后秸秆固相；粪污发酵液与破碎后的干黄秸秆初步预发酵后，还分离出滤液相，其滤液相回流至粪污的前处理工序中进行处理；初步发酵后控制秸秆固相中含固率为20%，其木质素含量降低5%。
5）将预处理后秸秆固相输送至干式发酵设备中进行干式厌氧发酵；在干式厌氧发酵过程中，控制发酵温度50℃，停留时间30d；发酵料液总固体含量浓度控制在20%。
6）预处理后秸秆固相干式厌氧发酵后的发酵物进行固液分离，得到沼渣和沼液；其中沼液回流至湿式厌氧发酵设备中进行湿式厌氧发酵。
其中，湿式厌氧发酵和干式厌氧发酵的发酵过程还产生沼气，沼气收集净化处理后，用于燃烧发电。本实施例中的干式厌氧发酵系统采用水平长轴搅拌形式，能有效避免了浮渣及结壳现象。
本实施例中，干式厌氧发酵的过程中容积产气率达到容积产气率2.8m3/m3。湿式厌氧发酵的过程中容积产气率达到1.6m3/m3。干黄秸秆VS产气率可提升到400m3/tVS。
实施例2
本发明提供的一种适用于畜禽粪污与干黄秸秆共发酵方法，包括：
1）前处理工序：将粪污依次进行稀释、匀浆、除砂和除杂，并控制其总固体含量浓度为14%；
2）将粪污通过输送至湿式厌氧发酵设备中发进行湿式厌氧发酵，制得粪污发酵液；在湿式厌氧发酵的过程中，控制发酵温度45℃，水力停留时间16d；
3）将干黄秸秆破碎，其中待破碎的干黄秸秆的含水率为40%，控制破碎后的粒径为5cm；
4）将粪污发酵液与破碎后的干黄秸秆混合并进行初步预发酵；初步预发酵过程中，发酵温度为45℃，反应时间0.5d；分离得到预处理后秸秆固相；粪污发酵液与破碎后的干黄秸秆初步预发酵后，还分离出滤液相，其滤液相回流至粪污的前处理工序中进行处理；初步发酵后控制秸秆固相中含固率为30%，其木质素含量降低7%。
5）将预处理后秸秆固相输送至干式发酵设备中进行干式厌氧发酵；在干式厌氧发酵过程中，控制发酵温度55℃，停留时间22d；发酵料液总固体含量浓度控制在27%。
6）预处理后秸秆固相干式厌氧发酵后的发酵物进行固液分离，得到沼渣和沼液；其中沼液回流至湿式厌氧发酵设备中进行湿式厌氧发酵。
其中，湿式厌氧发酵和干式厌氧发酵的发酵过程还产生沼气，沼气收集净化处理后，用于提出制取生物质燃气。
本实施例中，干式厌氧发酵的过程中容积产气率达到容积产气率3.8m3/m3。湿式厌氧发酵的过程中容积产气率达到1.9m3/m3。干黄秸秆VS产气率可提升到450m3/tVS。
实施例3
本发明提供的一种适用于畜禽粪污与干黄秸秆共发酵方法，包括：
1）前处理工序：将粪污依次进行稀释、匀浆、除砂和除杂，并控制其总固体含量浓度为10%；
2）将粪污通过输送至湿式厌氧发酵设备中发进行湿式厌氧发酵，制得粪污发酵液；在湿式厌氧发酵的过程中，控制发酵温度40℃，水力停留时间20d；
3）将干黄秸秆破碎，其中待破碎的干黄秸秆的含水率为25%，控制破碎后的粒径为3cm；
4）将粪污发酵液与破碎后的干黄秸秆混合并进行初步预发酵；初步预发酵过程中，发酵温度为40℃，反应2d；分离得到预处理后秸秆固相；粪污发酵液与破碎后的干黄秸秆初步预发酵后，还分离出滤液相，其滤液相回流至粪污的前处理工序中进行处理；初步发酵后控制秸秆固相中含固率为25%，其木质素含量降低7.5%。
5）将预处理后秸秆固相输送至干式发酵设备中进行干式厌氧发酵；在干式厌氧发酵过程中，控制发酵温度53℃，停留时间25d；发酵料液总固体含量浓度控制在23.5%。
6）预处理后秸秆固相干式厌氧发酵后的发酵物进行固液分离，得到沼渣和沼液；其中沼液回流至湿式厌氧发酵设备中进行湿式厌氧发酵。
其中，湿式厌氧发酵和干式厌氧发酵的发酵过程还产生沼气，沼气收集后进行过滤、燃烧发电。
本实施例中，干式厌氧发酵的过程中容积产气率达到容积产气率3.3m3/m3。湿式厌氧发酵的过程中容积产气率达到1.5m3/m3。干黄秸秆VS产气率可提升到430m3/tVS。
对比例1
本发明提供的一种适用于畜禽粪污与干黄秸秆共发酵方法，包括：
1）前处理工序：将粪污依次进行稀释、匀浆、除砂和除杂，并控制其总固体含量浓度为5%；
2）将粪污通过输送至湿式厌氧发酵设备中发进行湿式厌氧发酵，制得粪污发酵液；在湿式厌氧发酵的过程中，控制发酵温度34℃，水力停留时间14d；
3）将干黄秸秆破碎，其中待破碎的干黄秸秆的含水率为50%，控制破碎后的粒径为6cm；
4）将粪污发酵液与破碎后的干黄秸秆混合并进行初步预发酵；初步预发酵过程中，发酵温度为34℃，反应时间4d；分离得到预处理后秸秆固相；粪污发酵液与破碎后的干黄秸秆初步预发酵后，还分离出滤液相，其滤液相回流至粪污的前处理工序中进行处理；初步发酵后控制秸秆固相中含固率为19%，其木质素含量降低4%。
5）将预处理后秸秆固相输送至干式发酵设备中进行干式厌氧发酵；在干式厌氧发酵过程中，控制发酵温度47℃，停留时间19d；发酵料液总固体含量浓度控制在19%。
6）预处理后秸秆固相干式厌氧发酵后的发酵物进行固液分离，得到沼渣和沼液；其中沼液回流至湿式厌氧发酵设备中进行湿式厌氧发酵。
其中，湿式厌氧发酵和干式厌氧发酵的发酵过程还产生沼气，沼气收集净化处理后，进入燃烧发电。
本实施例中，干式厌氧发酵的过程中容积产气率达到容积产气率2.1m3/m3。湿式厌氧发酵的过程中容积产气率达到1.3 m3/m3。干黄秸秆VS产气率只有340m3/tVS。
对比例2
本发明提供的一种适用于畜禽粪污与干黄秸秆共发酵方法，包括：
1）前处理工序：将粪污依次进行稀释、匀浆、除砂和除杂，并控制其总固体含量浓度为15%；
2）将粪污通过输送至湿式厌氧发酵设备中发进行湿式厌氧发酵，制得粪污发酵液；在湿式厌氧发酵的过程中，控制发酵温度46℃，水力停留时间27d；
3）将干黄秸秆破碎，其中待破碎的干黄秸秆的含水率为5%，控制破碎后的粒径为8cm；
4）将粪污发酵液与破碎后的干黄秸秆混合并进行初步预发酵；初步预发酵过程中，发酵温度为46℃，反应5d；分离得到预处理后秸秆固相；粪污发酵液与破碎后的干黄秸秆初步预发酵后，还分离出滤液相，其滤液相回流至粪污的前处理工序中进行处理；初步发酵后控制秸秆固相中含固率为31%，其木质素含量降低3%。
5）将预处理后秸秆固相输送至干式发酵设备中进行干式厌氧发酵；在干式厌氧发酵过程中，控制发酵温度56℃，停留时间35d；发酵料液总固体含量浓度控制在27%。
6）预处理后秸秆固相干式厌氧发酵后的发酵物进行固液分离，得到沼渣和沼液；其中沼液回流至湿式厌氧发酵设备中进行湿式厌氧发酵。
其中，湿式厌氧发酵和干式厌氧发酵的发酵过程还产生沼气，沼气收集后进行过滤、燃烧发电。
本实施例中，干式厌氧发酵的过程中容积产气率达到容积产气率1.8m3/m3。湿式厌氧发酵的过程中容积产气率达到1.1m3/m3。干黄秸秆VS产气率只有310m3/tVS。
综上所述，在预定的工艺参数以内的实施例1、实施例2和实施例3其生产过程中干式厌氧发酵的过程中容积产气率、湿式厌氧发酵的过程中容积产气率以及干黄秸秆VS产气率，均大大优于超出工艺参数的对比例1和对比例2的数据。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (1)

1.一种适用于畜禽粪污与干黄秸秆共发酵方法，其特征在于，包括：
前处理工序：将粪污依次进行稀释、匀浆和去除杂质，并控制其总固体含量浓度为6%-14%；
将粪污通过输送至湿式厌氧发酵设备中进行湿式厌氧发酵，控制发酵温度35℃～45℃，水力停留时间15d～25d，制得粪污发酵液；湿式厌氧发酵中产生的沼气收集净化处理后，进入后端利用；
将干黄秸秆破碎，待破碎的干黄秸秆的含水率为10%-40%，破碎后的粒径为2cm～5cm；
将粪污发酵液与破碎后的干黄秸秆混合并进行初步预发酵，发酵温度为35℃～45℃，反应时间在3d以内，初步预发酵后控制秸秆固相中含固率为20%～30%，其木质素含量降低5%～10%；分离得到预处理后秸秆固相和滤液相，滤液相回流至粪污的前处理工序中进行处理；
将预处理后秸秆固相输送至干式发酵设备中进行干式厌氧发酵，控制发酵温度48℃～55℃，停留时间20d～30d；干式厌氧发酵中产生的沼气收集净化处理后，进入后端利用；干式厌氧发酵后的发酵物进行固液分离，得到沼渣和沼液；其中沼液回流至湿式厌氧发酵设备中进行湿式厌氧发酵。
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