專利名稱：：一種利用互花米草和牛糞發(fā)酵產(chǎn)沼氣的方法
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，具體來說涉及一種利用發(fā)酵特性具有互補(bǔ)性的兩種原料互花米草與牛糞混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的方法。
背景技術(shù)：
：互花米草(Spartinaaltemiflora)是禾本科米草屬的多年生草本植物，耐鹽耐淹能力強(qiáng)，適宜在高潮帶下部至中潮帶上部的潮間帶生長。原產(chǎn)于大西洋沿岸，從加拿大的紐芬蘭到美國的佛羅里達(dá)中部直到墨西哥海岸均有分布。1979年互花米草被引進(jìn)中國用于沿海灘涂的護(hù)岸固灘，之后得到迅速推廣。僅90年代不完全統(tǒng)計(jì)，我國互花米草面積在2萬公頃以上，形成了可觀的鹽沼植被?；セ撞菥哂泻芨叩纳a(chǎn)力，每年干物質(zhì)產(chǎn)率高達(dá)3154.8g/m2。長期以來互花米草在保護(hù)我國海岸帶生態(tài)環(huán)境中發(fā)揮了積極的作用，產(chǎn)生了多方面的效益一是工程效益，互花米草生態(tài)系統(tǒng)在侵蝕型海岸起到消浪護(hù)岸作用，在淤長型海岸起到保灘促淤作用，因而具有很好的工程效益。根據(jù)江蘇東臺(tái)輻射沙洲淤長的最新資料，互花米草草灘的淤長速度是光灘的3~5倍。從2002-2004年，江蘇鹽城圍墾互花米草草灘獲得新生陸地l萬公頃。同時(shí)，互花米草在恢復(fù)和改善海灘生態(tài)系統(tǒng)，特別是墾區(qū)海灘生態(tài)系統(tǒng)及海岸、堤壩受侵蝕的海灘生態(tài)系統(tǒng)中起到了一定作用。由于互花米草的生長速度驚人，且繁殖能力極強(qiáng)，草籽隨潮漂流，見土扎根，根系又極其發(fā)達(dá)，每年以56倍的速度自然繁殖擴(kuò)散，對其它生態(tài)系統(tǒng)的生存構(gòu)成了威脅?；セ撞莜傞L，不但侵占沿海灘涂植物的生長空間，致使大片紅樹林消亡，而且導(dǎo)致貝類、蟹類、藻類、魚類等多種生物窒息死亡，并與海帶、紫菜等爭奪營養(yǎng)，水產(chǎn)品養(yǎng)殖受到毀滅性打擊。有鑒于此，互花米草已被我國列入外來入侵生物名單。雖然近幾年帶來了一系列的問題，但它在保護(hù)海岸、促淤造灘等方面也發(fā)揮了不可替代的作用。因此，對于互花米草，一方面應(yīng)研究控制措施以扼制目前這種快速擴(kuò)張的局面，將其對其它生態(tài)系統(tǒng)的入侵降低到最低程度，另一方面應(yīng)為其尋找到一條有效的利用途徑，通過對其資源化的開發(fā)利用以達(dá)到"化害為利"的目的。將互花米草厭氧發(fā)酵制沼氣不但可以產(chǎn)生清潔的能源——沼氣，而且可提供大量的有機(jī)肥料(沼渣、沼液)，是資源化利用互花米草較經(jīng)濟(jì)可行的方法。但由于互花米草中木質(zhì)纖維含量較高，微生物易分解利用的有機(jī)物含量較低，同時(shí)互花米草較高的C/N也不利于厭氧消化過程的正常進(jìn)行。混合發(fā)酵是近幾年厭氧發(fā)酵領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一，將較難分解的有機(jī)物與易分解有機(jī)物混合發(fā)酵不但同時(shí)處理了兩種發(fā)酵原料，而且可以促進(jìn)較難分解的木質(zhì)纖維原料的分解，提高發(fā)酵原料的生物轉(zhuǎn)化率。國內(nèi)有采用牛糞與農(nóng)作物秸稈進(jìn)行好氧堆肥的報(bào)道，而將秸稈與畜禽糞便混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣未見報(bào)道。另外，互花米草理化特性與一般的農(nóng)作物秸稈還是有一定的差別，將互花米草與牛糞混合厭氧消化產(chǎn)沼氣在國內(nèi)外還未見報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于能夠提供一種利用互花米草和牛糞發(fā)酵產(chǎn)沼氣的方法。該方法可提高互花米草厭氧生物轉(zhuǎn)化率。本發(fā)明提出的一種利用互花米草和牛糞發(fā)酵產(chǎn)沼氣的方法，其具體步驟如下-(1)將互花米草進(jìn)行粉碎；(2)將牛糞用水調(diào)節(jié)固含量為10%后攪勻；(3)將步驟(1)所述切碎的互花米草與步驟(2)預(yù)處理后的牛糞按干物質(zhì)重量比(干物質(zhì)比指原料扣除水分后的剩余物)7:11:3的比例混合均勻；(4)將步驟(3)所得混合物投加到厭氧反應(yīng)器中，加入接種物(指老沼氣池的沼渣、腐敗河泥或城市污水處理廠的厭氧消化污泥中的一種或多種)進(jìn)行接種，混合，按干重計(jì)接種物的加入量為發(fā)酵物(指發(fā)酵原料，即牛糞與互花米草)干重的5%30%;(5)封閉發(fā)酵裝置，發(fā)酵裝置的出氣口通過輸氣管與儲(chǔ)氣裝置連接，反應(yīng)溫度控制在35土2'C，發(fā)酵過程中通過攪拌裝置對發(fā)酵物進(jìn)行攪拌；24h內(nèi)即可產(chǎn)生沼氣。經(jīng)過3070天的發(fā)酵，產(chǎn)氣量明顯下降，當(dāng)日產(chǎn)氣量低于平均日產(chǎn)氣量(指累積產(chǎn)氣量/發(fā)酵天數(shù)所得的值)的30%時(shí)，反應(yīng)即可結(jié)束，進(jìn)行新一輪發(fā)酵。本發(fā)明中，所述接種物為老沼氣池的沼渣、腐敗河泥或城市污水處理廠的厭氧消化污泥中任一種。老沼氣池指已正常運(yùn)行一段時(shí)間的沼氣池。本發(fā)明中，所述互花米草粉碎是將收割后的互花米草通過人工或機(jī)械方法切成l2cm的小段；或者通過秸稈粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎。本發(fā)明中，所述牛糞為奶牛場或肉牛場的牛糞中的一種或幾種。本發(fā)明的有益效果1、工藝簡單，可操作性強(qiáng)。2、將互花米草與牛糞混合厭氧消化產(chǎn)沼氣，不但同時(shí)處理了兩種有機(jī)固體廢物，而且提高了互花米草的生物轉(zhuǎn)化率，單位互花米草沼氣產(chǎn)量最高可提高31.60%。3、將互花米草與牛糞混合發(fā)酵改善了微生物的生存環(huán)境，可以有效的提高系統(tǒng)的緩沖能力，避免發(fā)酵過程中可能出現(xiàn)的酸化，同時(shí)使產(chǎn)氣高峰提前，縮短發(fā)酵周期，提高發(fā)酵裝置的處理能力和處理效率。本發(fā)明充分實(shí)現(xiàn)了以廢治廢的理念，同時(shí)處理了兩種廢物，實(shí)現(xiàn)了互花米草和牛糞的資源化、建量化和無害化的利用。圖1為實(shí)施例1發(fā)酵過程中pH的變化情況。圖2為實(shí)施例1日產(chǎn)氣量變化情況。圖3為實(shí)施例2日產(chǎn)氣量變化情況。具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。實(shí)施例1:互花米草與牛糞混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣。(1)原料互花米草的粉碎預(yù)處理通過機(jī)械或人工方法將收割后的互花米草地上部分(由于地下部分收割比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，因此只收割地上部分即可)切成l2cm的小段(2)將牛糞用水調(diào)節(jié)固含量為10%后攪勻；(3)將步驟(1)所述切碎的互花米草與步驟(2)處理后的牛糞按干物質(zhì)質(zhì)量比3:1混合均勻；(4)將歩驟(1)所得互花米草(含干物質(zhì)42克)、步驟(2)所得牛糞(含千物質(zhì)14克)和步驟(3)所得混合物(含干物質(zhì)56克)分別投加到1000mL的厭氧反應(yīng)器中，加入含水量為96.68%的厭氧污泥(老沼氣池的沼渣、腐敗河泥或城市污水處理廠的厭氧消化污泥中的一種或多種)371.30克進(jìn)行接種，混合；(5)向步驟(4)所得混合料中加水，使互花米草+牛糞的反應(yīng)器的系統(tǒng)TS負(fù)荷(指反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)有機(jī)物的負(fù)荷率)為7%，向其余兩個(gè)反應(yīng)器中補(bǔ)充水使3個(gè)反應(yīng)器內(nèi)物質(zhì)的總質(zhì)量相同；(6)封閉發(fā)酵裝置，發(fā)酵裝置的出氣口通過輸氣管與儲(chǔ)氣裝置連接，反應(yīng)溫度控制在35土rC,發(fā)酵過程中通過攪拌裝置對發(fā)酵物進(jìn)行攪拌；24h內(nèi)即可產(chǎn)生沼氣，經(jīng)過70天的發(fā)酵，產(chǎn)氣量明顯下降，當(dāng)日產(chǎn)氣量低于平均日產(chǎn)氣量的30%時(shí)，反應(yīng)即可結(jié)束，進(jìn)行新一輪投料和接種發(fā)酵。各處理發(fā)酵過程中pH的變化曲線見圖1，可以看出互花米草單獨(dú)發(fā)酵實(shí)驗(yàn)第5天出現(xiàn)酸化，pH大幅降低，伴隨日產(chǎn)氣量的大幅下降，IO天后才逐步恢復(fù)產(chǎn)氣。互花米草和牛糞混合發(fā)酵的pH經(jīng)過短暫的下降很快恢復(fù)到正常水平，產(chǎn)氣高峰很快出現(xiàn)，較互花米草單獨(dú)發(fā)酵提前了13天?；セ撞莺团＜S混合發(fā)酵的累積產(chǎn)氣量較互花米草和牛糞分別單獨(dú)發(fā)酵的累積產(chǎn)氣量之和還高31.60%。各處理的日產(chǎn)氣量結(jié)果見圖2。實(shí)施例2:互花米草與牛糞不同比例混合厭氧消化產(chǎn)沼氣。(1)原料互花米草的粉碎預(yù)處理，通過機(jī)械或人工方法將收割后的互花米草地上部分切成12cm的小段；(2)將取回的牛糞用水調(diào)節(jié)固含量為10%后攪勻；(3)將步驟(1)所述切碎的互花米草與步驟(2)預(yù)處理后的牛糞按干物質(zhì)比7:1、3:1、1:1、1:3禾B1:7進(jìn)行混合均勻；(4)將步驟(3)所得混合物(含干物質(zhì)56克)分別投加到1000mL的厭氧反應(yīng)器中，加入含水量為96.68%的厭氧污泥371.30克進(jìn)行接種，混合；(5)向步驟(4)所得混合料中加水，使反應(yīng)器的系統(tǒng)TS負(fù)荷為7X;(6)封閉發(fā)酵裝置，發(fā)酵裝置的出氣口通過輸氣管與儲(chǔ)氣裝置連接，反應(yīng)溫度控制在35土rC，發(fā)酵過程中通過攪拌裝置對發(fā)酵物進(jìn)行攪拌；24h內(nèi)即可產(chǎn)生沼氣，經(jīng)過70天的發(fā)酵，產(chǎn)氣量明顯下降，當(dāng)日產(chǎn)氣量低于平均日產(chǎn)氣量的30%時(shí)，反應(yīng)即可結(jié)束，進(jìn)行新一輪投料和接種發(fā)酵。每天測定儲(chǔ)氣裝置內(nèi)沼氣體積，各處理日產(chǎn)氣量結(jié)果見圖3。累積產(chǎn)氣量的結(jié)果如下表所示，以互花米草與牛糞干物質(zhì)比3:1的累積產(chǎn)氣量最高，混合物的單位質(zhì)量產(chǎn)氣量達(dá)269.97mL/gTS。表1:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1、一種利用互花米草和牛糞發(fā)酵產(chǎn)沼氣的方法，其特征是(1)將互花米草進(jìn)行粉碎；(2)將牛糞用水調(diào)節(jié)固含量為10％后攪勻；(3)將粉碎的互花米草與處理后的牛糞按干物質(zhì)重量比7∶1～1∶3的比例混合均勻，得混合物；(4)將混合物接種進(jìn)行厭氧發(fā)酵，按干重計(jì)接種物的加入量為發(fā)酵物干重的5％～30％；接種物為老沼氣池的沼渣、腐敗河泥或城市污水處理廠的厭氧消化污泥中的一種或多種；(5)厭氧發(fā)酵反應(yīng)溫度控制在35±2℃，發(fā)酵過程中對發(fā)酵物進(jìn)行攪拌，發(fā)酵24h內(nèi)即可產(chǎn)生沼氣。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聯(lián)合處理互花米草和牛糞的方法，其特征是互花米草粉碎是將收割后的互花米草切成12cm的小段，或者通過秸稈粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聯(lián)合處理互花米草和牛糞的方法，其特征是所述的牛糞為奶牛場或肉牛場的牛糞中的一種或幾種。全文摘要本發(fā)明屬于可再生能源開發(fā)利用與環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，公開了一種利用互花米草和牛糞發(fā)酵產(chǎn)沼氣的方法。該方法將互花米草與牛糞按適當(dāng)比例混合均勻，接種進(jìn)行厭氧發(fā)酵，接種物為老沼氣池的沼渣、腐敗河泥或城市污水處理廠的厭氧消化污泥中的一種或多種；厭氧發(fā)酵反應(yīng)溫度控制在35±2℃，發(fā)酵過程中對發(fā)酵物進(jìn)行攪拌，發(fā)酵24h內(nèi)即可產(chǎn)生沼氣。該方法工藝簡單，可操作性強(qiáng)，采用混合厭氧消化產(chǎn)沼氣，不但同時(shí)處理了兩種有機(jī)固體廢物，而且提高了互花米草的生物轉(zhuǎn)化率，單位互花米草沼氣產(chǎn)量最高可提高31.60％，實(shí)現(xiàn)了互花米草和牛糞的資源化、建量化和無害化的利用。文檔編號(hào)C12P5/02GK101413015SQ20081023552公開日2009年4月22日申請日期2008年11月28日優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日發(fā)明者琳倫,馮景偉,張繼彪,方彩霞,楊世關(guān),王衛(wèi)平,趙國華,鄒星星,正鄭,陳廣銀,高順枝,黃星發(fā)申請人:南京大學(xué)