本发明涉及可再生能源开发利用与环境保护领域，具体涉及一种牛粪制备沼气的方法。
背景技术：
随着我国农业结构的有效调整以及农业产业化的快速推进，禽畜养殖业逐渐趋于规模化、集约化，从而导致禽畜粪便量远远超过其周围环境量所能消纳的容量，由于管理的相对滞后，以及自然分解能力有限，严重影响了生态环境及景观、居民的身体健康；其中，在一些地方，牛粪对环境的污染已超过了工业污染的总量，有的甚至高达2倍以上，一头奶牛每年产生的粪便在7吨以上，一头黄牛产生的粪便在5～6吨之间，对环境造成了很大的污染，对周边居民的正常生活造成不良影响，同时牛粪又是多种细菌病原体滋生繁殖的源头，对养殖群体有着严重的影响，因此牛粪便如何处理及利用成了人们关注的焦点。
目前，将牛粪应用制备沼气是现在研究的热点，不仅处理成本低，也能减轻环境污染问题，又能获得沼气资源，保护环境的废弃物资源化的相互协调，具有环保、经济、能源、生态等诸多效益，在分辨处理中得到广泛的应用；但是由于目前发酵的参数的控制和方法的不完善，导致产气率较低、运行不稳定、易结壳等问题，因此，为保证禽畜粪便处理制备沼气的正常运行，筛选合理高效的参数，制定科学有效的发酵方法，在资源化利用禽畜粪便的同时，提高沼气产气量，为沼气工程的优化运行具有重要意义。
技术实现要素：
本发明为解决上述技术问题，提供了一种牛粪制备沼气的方法。
具体是通过以下技术方案来实现的：
一种牛粪制备沼气的方法，包括以下步骤：
(1)牛粪预处理：将牛粪与辅剂1按1∶1.5～2的质量比混合，水浴加热至35～40℃，恒温搅拌15～20min，转速1000～1200r/min下离心8～12min，固液分离，将分离后的固体，烘干至含水量为8～10％，粉碎过20～40目筛，得牛粪微粉；在分离后的液体中加入辅料2，加热至50～60℃，搅拌15～20min，过滤，取得滤液，在0.03～0.05Mpa的压力下，将滤液浓缩至含水量为30～35％，得浓缩液；
(2)牛粪精处理：将步骤(1)处理得的牛粪微粉和发酵料按1∶0.25～0.3的质量比混合，浸泡于营养剂中24～26h，捞出，沥干，得混合料；
(3)接种：将步骤(2)中的混合料与接种物按1∶0.1～0.15的质量比混合，拌匀；
(4)发酵：将步骤(3)中的接种后的物料与步骤(1)中的浓缩液混合，用浓缩液调控混合料的含水量为75～81％，放入发酵池中，盖口处用水封密闭，调节发酵池的温度25～30℃，发酵3～5h，调节温度为35.5～36.5℃，发酵25h以上，即产生沼气。
进一步，所述的辅剂1，是将5～7％的盐水和0.5～0.8％的氢氧化钠按1∶0.35～0.4的质量比混合制得。
进一步，所述的辅剂2，是硫化钠，加入量是步骤(1)中分离后的液体的质量的2～5％。
进一步，所述的发酵料，是将秸秆、城市垃圾和食物残渣按1∶0.3∶0.5的质量比混合。
进一步，所述的营养剂，由以下按质量份计的原料组成：蔗糖10～15、蛋白胨10～15、硫酸铁0.2～0.4、硫酸锌0.5～0.8、硫酸钴0.1～0.2、谷氨酸1～2、天冬酰胺0.3～0.5、核黄素1～2、尿嘧啶0.8～1.2、0.15～0.2％的盐水30～35。
进一步，所述的接种物，是将牛圈铺垫物和水沟底泥按1∶0.6～0.9的质量比混合。
综上所述，本发明的有益效果在于：本发明原料来源简便，操作简单，本发明方法产气稳定，相对于传统的方法产气量提高了9.6～11.56％，产气持续时间相对于传统方法延长了45d。
在牛粪预处理步骤，通过辅剂1和辅剂2的处理，有效的将牛粪中的药物残留量降到最低，同时，有效的将牛粪中的不利于厌氧菌生长的重金属含量降到最低。
在精制步骤，将牛粪浸泡于营养液中，使得营养液中的有效成分附着渗入到牛粪中，进一步为厌氧菌类的生长提供基础，提高产气量，延长产气时间，提高厌氧菌的工作时间。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例1
一种牛粪制备沼气的方法，包括以下步骤：
(1)牛粪预处理：将牛粪与辅剂1按1∶1.5的质量比混合，水浴加热至35℃，恒温搅拌15min，转速1000r/min下离心8min，固液分离，将分离后的固体，烘干至含水量为8％，粉碎过20目筛，得牛粪微粉；在分离后的液体中加入辅料2，加热至50℃，搅拌15min，过滤，取得滤液，在0.03Mpa的压力下，将滤液浓缩至含水量为30％，得浓缩液；
(2)牛粪精处理：将步骤(1)处理得的牛粪微粉和发酵料按1∶0.25的质量比混合，浸泡于营养剂中24h，捞出，沥于，得混合料；
(3)接种：将步骤(2)中的混合料与接种物按1∶0.1的质量比混合，拌匀；
(4)发酵：将步骤(3)中的接种后的物料与步骤(1)中的浓缩液混合，用浓缩液调控混合料的含水量为75％，放入发酵池中，盖口处用水封密闭，调节发酵池的温度25℃，发酵3h，调节温度为35.5℃，发酵25h以上，即产生沼气。
所述的辅剂1，是将5％的盐水和0.5％的氢氧化钠按1∶0.35的质量比混合制得。
所述的辅剂2，是硫化钠，加入量是步骤(1)中分离后的液体的质量的2％。
所述的发酵料，是将秸秆、城市垃圾和食物残渣按1∶0.3∶0.5的质量比混合。
所述的营养剂，由以下按质量份计的原料组成：蔗糖10kg、蛋白胨10kg、硫酸铁0.2kg、硫酸锌0.5kg、硫酸钴0.1kg、谷氨酸1kg、天冬酰胺0.3kg、核黄素1kg、尿嘧啶0.8kg、0.15％的盐水30kg。
所述的接种物，是将牛圈铺垫物和水沟底泥按1∶0.6的质量比混合。
实施例2
一种牛粪制备沼气的方法，包括以下步骤：
(1)牛粪预处理：将牛粪与辅剂1按1∶2的质量比混合，水浴加热至40℃，恒温搅拌20min，转速1200r/min下离心12min，固液分离，将分离后的固体，烘干至含水量为10％，粉碎过40目筛，得牛粪微粉；在分离后的液体中加入辅料2，加热至60℃，搅拌20min，过滤，取得滤液，在0.05Mpa的压力下，将滤液浓缩至含水量为35％，得浓缩液；
(2)牛粪精处理：将步骤(1)处理得的牛粪微粉和发酵料按1∶0.3的质量比混合，浸泡于营养剂中26h，捞出，沥干，得混合料；
(3)接种：将步骤(2)中的混合料与接种物按1∶0.15的质量比混合，拌匀；
(4)发酵：将步骤(3)中的接种后的物料与步骤(1)中的浓缩液混合，用浓缩液调控混合料的含水量为81％，放入发酵池中，盖口处用水封密闭，调节发酵池的温度30℃，发酵5h，调节温度为36.5℃，发酵25h以上，即产生沼气。
所述的辅剂1，是将5～7％的盐水和0.5～0.8％的氢氧化钠按1∶0.35～0.4的质量比混合制得。
所述的辅剂2，是硫化钠，加入量是步骤(1)中分离后的液体的质量的5％。
所述的发酵料，是将秸秆、城市垃圾和食物残渣按1∶0.3∶0.5的质量比混合。
所述的营养剂，由以下按质量份计的原料组成：蔗糖15kg、蛋白胨15kg、硫酸铁0.4kg、硫酸锌0.8kg、硫酸钴0.2kg、谷氨2kg、天冬酰胺0.5kg、核黄素2kg、尿嘧啶1.2kg、0.2％的盐水35kg。
所述的接种物，是将牛圈铺垫物和水沟底泥按1∶0.9的质量比混合。
实施例3
一种牛粪制备沼气的方法，包括以下步骤：
(1)牛粪预处理：将牛粪与辅剂1按1∶1.8的质量比混合，水浴加热至38℃，恒温搅拌18min，转速1100r/min下离心10min，固液分离，将分离后的固体，烘干至含水量为9％，粉碎过30目筛，得牛粪微粉；在分离后的液体中加入辅料2，加热至55℃，搅拌18min，过滤，取得滤液，在0.04Mpa的压力下，将滤液浓缩至含水量为33％，得浓缩液；
(2)牛粪精处理：将步骤(1)处理得的牛粪微粉和发酵料按1∶0.28的质量比混合，浸泡于营养剂中25h，捞出，沥干，得混合料；
(3)接种：将步骤(2)中的混合料与接种物按1∶0.13的质量比混合，拌匀；
(4)发酵：将步骤(3)中的接种后的物料与步骤(1)中的浓缩液混合，用浓缩液调控混合料的含水量为79％，放入发酵池中，盖口处用水封密闭，调节发酵池的温度28℃，发酵4h，调节温度为36℃，发酵25h以上，即产生沼气。
所述的辅剂1，是将6％的盐水和0.7％的氢氧化钠按1∶0.38的质量比混合制得。
所述的辅剂2，是硫化钠，加入量是步骤(1)中分离后的液体的质量的3％。
所述的发酵料，是将秸秆、城市垃圾和食物残渣按1∶0.3∶0.5的质量比混合。
所述的营养剂，由以下按质量份计的原料组成：蔗糖13kg、蛋白胨13kg、硫酸铁0.3kg、硫酸锌0.7kg、硫酸钴0.15kg、谷氨酸1.5kg、天冬酰胺0.4kg、核黄素1.5kg、尿嘧啶1kg、0.18％的盐水33kg。
所述的接种物，是将牛圈铺垫物和水沟底泥按1∶0.8的质量比混合。
实施例4
一种牛粪制备沼气的方法，包括以下步骤：
(1)牛粪预处理：将牛粪与辅剂1按1∶2的质量比混合，水浴加热至40℃，恒温搅拌15min，转速1200r/min下离心8min，固液分离，将分离后的固体，烘干至含水量为10％，粉碎过20目筛，得牛粪微粉；在分离后的液体中加入辅料2，加热至50℃，搅拌15min，过滤，取得滤液，在0.05Mpa的压力下，将滤液浓缩至含水量为30％，得浓缩液；
(2)牛粪精处理：将步骤(1)处理得的牛粪微粉和发酵料按1∶0.3的质量比混合，浸泡于营养剂中24h，捞出，沥干，得混合料；
(3)接种：将步骤(2)中的混合料与接种物按1∶0.1的质量比混合，拌匀；
(4)发酵：将步骤(3)中的接种后的物料与步骤(1)中的浓缩液混合，用浓缩液调控混合料的含水量为75％，放入发酵池中，盖口处用水封密闭，调节发酵池的温度25℃，发酵5h，调节温度为36.5℃，发酵25h以上，即产生沼气。
所述的辅剂1，是将7％的盐水和0.5％的氢氧化钠按1∶0.4的质量比混合制得。
所述的辅剂2，是硫化钠，加入量是步骤(1)中分离后的液体的质量的2％。
所述的发酵料，是将秸秆、城市垃圾和食物残渣按1∶0.3∶0.5的质量比混合。
所述的营养剂，由以下按质量份计的原料组成：蔗糖15kg、蛋白胨10kg、硫酸铁0.4kg、硫酸锌0.5kg、硫酸钴0.2kg、谷氨酸1kg、天冬酰胺0.5kg、核黄素1kg、尿嘧啶1.2kg、0.15％的盐水35kg。
所述的接种物，是将牛圈铺垫物和水沟底泥按1∶0.9的质量比混合。
实施例5
一种牛粪制备沼气的方法，包括以下步骤：
(1)牛粪预处理：将牛粪与辅剂1按1∶1.5的质量比混合，水浴加热至35℃，恒温搅拌15min，转速1000r/min下离心8min，固液分离，将分离后的固体，烘干至含水量为10％，粉碎过40目筛，得牛粪微粉；在分离后的液体中加入辅料2，加热至60℃，搅拌20min，过滤，取得滤液，在0.05Mpa的压力下，将滤液浓缩至含水量为30％，得浓缩液；
(2)牛粪精处理：将步骤(1)处理得的牛粪微粉和发酵料按1∶0.3的质量比混合，浸泡于营养剂中24h，捞出，沥干，得混合料；
(3)接种：将步骤(2)中的混合料与接种物按1∶0.15的质量比混合，拌匀；
(4)发酵：将步骤(3)中的接种后的物料与步骤(1)中的浓缩液混合，用浓缩液调控混合料的含水量为75％，放入发酵池中，盖口处用水封密闭，调节发酵池的温度25℃，发酵3h，调节温度为36.5℃，发酵25h以上，即产生沼气。
所述的辅剂1，是将7％的盐水和0.5％的氢氧化钠按1∶0.4的质量比混合制得。
所述的辅剂2，是硫化钠，加入量是步骤(1)中分离后的液体的质量的2％。
所述的发酵料，是将秸秆、城市垃圾和食物残渣按1∶0.3∶0.5的质量比混合。
所述的营养剂，由以下按质量份计的原料组成：蔗糖10kg、蛋白胨13kg、硫酸铁0.4kg、硫酸锌0.5kg、硫酸钴0.2kg、谷氨酸2kg、天冬酰胺0.3kg、核黄素2kg、尿嘧啶1.2kg、0.15％的盐水30kg。
所述的接种物，是将牛圈铺垫物和水沟底泥按1∶0.7的质量比混合。
实验例
对实施例1～5的沼气产量等进行统计，以传统的沼气制备作为对照组，其中发酵池的大小固定，发酵中的总物料总量以为300kg计，结果如表1所示：
表1
说明：发酵20d后，本发明方法相对于传统的方法产气量提高了9.6～11.56％，其中表1所描述的产气时间是指在传统方法上延长的时间，延长时间高达45d，期间，本发明方法的发酵池发酵稳定，而传统方法在第22d就开始产酸，发酵不稳定。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。