本发明涉及废物资源化利用领域，具体涉及一种牛粪与玉米秸秆混合厌氧发酵制备沼气的方法。
背景技术：
随着化石能源的过度开采与利用，能源价格日益上升问题日益突出，生物质能源由于其生产成本较低、可循环利用、环境问题少等优点而备受关注。
沼气作为一种廉价的、具有潜力的生物质能源，在生产生活中发挥着越来越重要的作用。中国每年产生大量的秸秆（2018年，粗略估计达7亿吨）等农作物的废弃物，若得不到妥善及时有效地处理而采取就地焚烧，既是对资源的浪费，也将会对环境造成比较严重的污染。此外，随着畜牧业的持续发展，我国畜禽粪便的产量（每年为工业cod排放量的两倍左右）也在不断上升，如若任由其排泄也会对环境造成污染，如何安全的处理此类废弃物是个难题。利用秸秆厌氧发酵制取沼气已经有几十年的历史，但由于秸秆中木质素、纤维素及半纤维素的特殊结构不易于微生物附着，使其难以被微生物分解利用，导致其沼气发酵过程启动缓慢，发酵周期长，产气率低。利用牛粪和秸秆混合厌氧发酵能够在高效产生清洁能源的同时，降低农牧业废弃物对环境的影响。但是由于有很多影响混合厌氧发酵的因素，因此，如何调控和协调各影响因素之间的关系，是保证混合厌氧发酵效果的关键。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种牛粪与玉米秸秆混合厌氧发酵制备沼气的方法。
本发明目的通过如下技术方案实现：
一种牛粪与玉米秸秆混合厌氧发酵制备沼气的方法，其特征在于：以玉米秸秆和牛粪作为原料，先对水分低于30%的玉米秸秆进行机械粉碎及碱水解方式预处理，再与湿度为60%～70%的牛粪以1.5～2：1的质量比混合，并以1.0mg·kg-1～1.5mg·kg-1的量添加微量元素fe2+，调节混合物的总固体含量ts%至6%～10%,以厌氧污泥作为发酵启动物，厌氧发酵温度控制在20℃～30℃，发酵时间为24～25天，并在发酵过程中进行间断式搅拌。
所述厌氧污泥采用污水处理厂厌氧池排出的污泥。
进一步，上述机械粉碎是对玉米秸秆进行粉碎，粉碎目数在40～60目。
进一步，上述碱水解是对粉碎后的玉米秸秆进行水解，采用粉碎后的玉米秸秆与质量浓度为8%的氢氧化钠溶液混合，混合后固液比为1:10（1g∶10ml）进行水解预处理，在室温下浸泡48h后取出，用蒸馏水反复冲洗至中性，置于阴凉处自然风干。
进一步优化，上述搅拌为间隔式搅拌，发酵过程中进行3次搅拌，
第一次搅拌：启动发酵第3～5天，搅拌转数为50r/min，搅拌时间20min；
第二次搅拌：发酵第10天，搅拌转数为80r/min，搅拌时间10min；
第三次搅拌：发酵第15天，搅拌转数为100r/min，搅拌时间5min。
更进一步优化，上述玉米秸秆与牛粪质量比为1.63:1，总固体含量为8.52%，微量元素fe2+投加量为1.225mg·kg-1。
最优的，一种牛粪与玉米秸秆混合厌氧发酵制备沼气的方法，具体步骤如下:
（1）机械粉碎：对玉米秸秆进行粉碎，采用水分低于30%的玉米秸秆进行粉碎，粉碎规格达到40～60目；
（2）碱水解预处理：对玉米秸秆进行预处理，采用粉碎后的玉米秸秆与质量浓度为8%的氢氧化钠溶液混合，混合后固液比为1:10（1g:10ml），进行水解预处理；在室温下浸泡48h后取出；
（3）洗涤处理：取出秸秆后，使用蒸馏水冲洗预处理中残留在秸秆中的碱直至ph为6.5～7.5，置于阴凉处自然晾干；
（4）混合物料：将处理好的玉米秸秆与湿度为60%～70%的牛粪按照1.5～2：1质量比例混合，并按照1.0mg·kg-1～1.5mg·kg-1的量向混合物中添加微量元素fe2+；
（5）发酵：将混合后的物料投入发酵罐，并添加厌氧污泥混合均匀，调节总固体含量在6%-10%之间后启动发酵，发酵温度控制在20℃～30℃，发酵时间为24～25天；所述发酵过程还进行3次搅拌处理，
第一次搅拌：启动发酵第3～5天，搅拌转数为50r/min，搅拌时间20min；
第二次搅拌：发酵第10天，搅拌转数为80r/min，搅拌时间10min；
第三次搅拌：发酵第15天，搅拌转数为100r/min，搅拌时间5min。
本发明具有以下有益效果：
在混合厌氧发酵过程中，存在发酵启动慢，发酵周期长、秸秆分解率低、产气量少，制得沼气气体中甲烷含量低，且发酵过程具有不稳定性（表现为发酵产气过程中产气突然急增或剧减甚至停止产气），造成某些场合使用沼气受阻损坏后续设备等问题，比如采用沼气发电，若产气量波动不稳定会损坏后续发电设备等。本发明方法制备沼气发酵启动快，2～3天启动，发酵周期短至24～25天；本发明方法使得原料分解率高，提升产气量，产气率达482～516ml/kgvs，同时大大提高了气体中甲烷含量，甲烷体积含量达到71%～80%，本发明方法制备过程稳定性优异。同时本发明不需要额外添加微生物菌种，降低制备成本。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术人员可以根据上述本发明内容对本发明做出非本质的改进和调整。
实施例1
一种牛粪与玉米秸秆混合厌氧发酵制备沼气的方法，具体步骤如下：
（1）机械粉碎：对玉米秸秆进行粉碎，采用水分低于30%的玉米秸秆进行粉碎，粉碎规格达到55目；
（2）碱水解预处理：对玉米秸秆进行预处理，采用粉碎后的玉米秸秆与质量浓度为8%的氢氧化钠溶液混合，混合后固液比为1:10（1g:10ml），进行水解预处理；在室温下浸泡48h后取出；
（3）洗涤处理：取出秸秆后，使用蒸馏水冲洗预处理中残留在秸秆中的碱直至ph为6.5，置于阴凉处自然晾干；
（4）混合物料：将处理好的玉米秸秆与湿度为60%～70%的牛粪按照1.5：1质量比例混合，并按照1.5mg·kg-1的量向混合物中添加微量元素fe2+；
（5）发酵：将混合后的物料投入发酵罐，并添加厌氧污泥混合均匀，调节总固体含量为6%，发酵温度控制为30℃，发酵过程中还进行3次搅拌处理，
第一次搅拌：启动发酵第3天，搅拌转数为50r/min，搅拌时间20min；
第二次搅拌：发酵第10天，搅拌转数为80r/min，搅拌时间10min；
第三次搅拌：发酵第15天，搅拌转数为100r/min，搅拌时间5min。
实施例1发酵周期为24天，第2天发酵启动，第13天达到产气最高值526ml，最后制得的沼气产率为486ml/kgvs，其中甲烷含量为74.9%。
实施例2
一种牛粪与玉米秸秆混合厌氧发酵制备沼气的方法，具体步骤如下：
（1）机械粉碎：对玉米秸秆进行粉碎，采用水分低于30%的玉米秸秆进行粉碎，粉碎规格达到60目；
（2）碱水解预处理：对玉米秸秆进行预处理，采用粉碎后的玉米秸秆与质量浓度为8%的氢氧化钠溶液混合，混合后固液比为1:10（1g:10ml），进行水解预处理；在室温下浸泡48h后取出；
（3）洗涤处理：取出秸秆后，使用蒸馏水冲洗预处理中残留在秸秆中的碱直至ph为7.5，置于阴凉处自然晾干；
（4）混合物料：将处理好的玉米秸秆与湿度为60%～70%的牛粪按照2：1质量比例混合，并按照1.0mg·kg-1的量向混合物中添加微量元素fe2+；
（5）发酵：将混合后的物料投入发酵罐，并添加厌氧污泥混合均匀，调节总固体含量为10%，发酵温度控制为20℃，发酵过程中还进行3次搅拌处理，
第一次搅拌：启动发酵第5天，搅拌转数为50r/min，搅拌时间20min；
第二次搅拌：发酵第10天，搅拌转数为80r/min，搅拌时间10min；
第三次搅拌：发酵第15天，搅拌转数为100r/min，搅拌时间5min。
实施例2发酵周期为25天，第2天发酵启动，第14天达到产气最高值545ml，最后制得的沼气产率为495ml/kgvs，其中甲烷含量为71.6%。
实施例3
一种牛粪与玉米秸秆混合厌氧发酵制备沼气的方法，具体步骤如下：
（1）机械粉碎：对玉米秸秆进行粉碎，采用水分低于30%的玉米秸秆进行粉碎，粉碎规格达到40目；
（2）碱水解预处理：对玉米秸秆进行预处理，采用粉碎后的玉米秸秆与质量浓度为8%的氢氧化钠溶液混合，混合后固液比为1:10（1g:10ml），进行水解预处理；在室温下浸泡48h后取出；
（3）洗涤处理：取出秸秆后，使用蒸馏水冲洗预处理中残留在秸秆中的碱直至ph为7，置于阴凉处自然晾干；
（4）混合物料：将处理好的玉米秸秆与湿度为60%～70%的牛粪按照1.63：1质量比例混合，并按照1.225mg·kg-1的量向混合物中添加微量元素fe2+；
（5）发酵：将混合后的物料投入发酵罐，并添加厌氧污泥混合均匀，调节总固体含量为8.52%，发酵温度控制为25℃，发酵过程中还进行3次搅拌处理，
第一次搅拌：启动发酵第4天，搅拌转数为50r/min，搅拌时间20min；
第二次搅拌：发酵第10天，搅拌转数为80r/min，搅拌时间10min；
第三次搅拌：发酵第15天，搅拌转数为100r/min，搅拌时间5min。
实施例3发酵周期为24天，第2天发酵启动，第13天达到产气最高值563ml，最后制得的沼气产率为516ml/kgvs，其中甲烷含量为79.8%。