本发明涉及的是一种农业废弃物处理技术领域的方法，具体是一种通过添加沸石改善鸡粪厌氧发酵产沼气特性的方法。
背景技术：
世界规模化养鸡数量已达200亿只，其中中国占23％。全国污染源普查数据显示，畜禽养殖业的水污染物排放量中氨氮与化学需氧量排放量分别为达到了当年工业源排放量的2.30倍和3.23倍。养殖业的迅速发展为市场上畜禽产品的稳定供应提供了保障，但也带来了愈发严重的环境问题。因此，寻求一种将畜禽粪便进行资源化利用的方式已经成为我国迫切需要解决的问题。
畜禽粪便有机质含量高、分解速率快、养分丰富，但在厌氧发酵过程中常因为产生氨抑制而导致发酵失败。鸡粪中高浓度的氨氮引发的氨抑制是制约厌氧发酵稳定运行的主要原因之一。因此提高畜禽粪便厌氧发酵的稳定性及甲烷产量已成为以动物粪便为原料的沼气工程亟待解决的问题。高浓度的氨氮会间接的引起产甲烷菌细胞内ph值的改变，并导致维持微生物细胞正常生命活动所需的能量增加，使得一些关键酶促反应受到抑制。游离氨和铵离子是溶液中总氨氮的主要存在形态。游离氨可以自由透过细胞膜，具有良好的渗透性，被认为是导致厌氧发酵过程中产生氨抑制的主要因素。
沸石是一种廉价的非金属矿物，其骨架结构由硅氧四面体和铝氧四面体组成，而硅(铝)氧四面体间的连接方式不同，因此在沸石结构中形成很多空隙和孔道，其比表面积达到了400-800m2/g，这种特殊的晶体结构使得沸石具有较好的离子交换性、吸附分离性、热稳定性以及耐酸性等物理化学性能。
经检索，《可再生能源》2016年第6期李轶等人发表的《沸石对猪粪沼气发酵特性及沼渣、沼液中重金属zn的影响》，其中以猪粪为发酵原料，采用厌氧发酵技术进行试验。结果表明：添加沸石对沼气发酵产气量、甲烷含量影响不大，添加沸石有利于降低重金属zn的生物有效性，因此，建议在厌氧发酵过程中添加重金属钝化剂，以此减少沼肥回田后重金属污染的风险。
进一步检索中，未发现与本发明主题相同或类似的文献报道。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种改善鸡粪厌氧发酵产沼气特性的方法，解决了鸡粪厌氧发酵体系易崩溃的问题，提高了总产气量、甲烷含量，提高了产气品质。
本发明是通过以下的技术方案实现的：
本发明涉及的一种改善鸡粪厌氧发酵产沼气特性的方法，其通过将沸石添加到鸡粪中来厌氧发酵产沼气。
优选地，所述鸡粪是指：过筛剔除大于1cm杂质后的鸡粪。
优选地，所述沸石是指：比表面积大于13.71m2·g-1、硬度在3～4、主成分为na(alsi5o12)·4h2o的沸石。
优选地，将沸石用去离子水冲洗多次，冲洗后置于100-110℃的烘箱内处理20-28小时。
优选地，所述厌氧发酵是指：将沸石与鸡粪置于发酵容器中，发酵容器中鸡粪与接种物vs比为1:2，调节初始ph值至7.5～7.8，置于恒温水浴摇床中进行厌氧发酵。
优选地，所述沸石的添加量为厌氧发酵体系的2.5％～10％，此处为体积分数。
优选地，所述调节初始ph值至7.5～7.8是指：用hcl调节初始ph值至7.5～7.8。
优选地，所述hcl可以采用3mol/l的hcl。
优选地，所述恒温水浴是指：在32-38℃恒温环境下，振荡速度为90-110转/分钟。
优选地，所述厌氧发酵时间为40-50天。
优选地，所述接种物为活性污泥，取自正常发酵的沼气系统的发酵残余物。
本发明中通过在鸡粪厌氧发酵体系中添加沸石来改进沼气特性，沸石具有特殊的单晶体结构，其结构中形成的丰富空隙和孔道使其对于粒径小于其孔径的分子(nh4+)有较高的选择吸附特性，此外沸石活性位上点的al3+、ca2+和mg2+等二价或三价阳离子置换了一部分溶液中的nh4+与h+等一价阳离子，对发酵液的ph值起到了一定的调节作用，同时沸石具有较大的比表面积，丰富的空隙为产甲烷菌等微生物的富集和繁殖提供了较有利的环境。因此添加沸石能有效缓解鸡粪厌氧发酵过程中的氨抑制现象，提高发酵系统的稳定性、促进产气。在缓解鸡粪发酵氨抑制问题方面，目前多采用接种物驯化、氨吹脱法等方法，这些方法调节周期长，并且设备要求较高，而添加沸石操作相对简单，可控性强，且易分离回收。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提高了鸡粪能源化、资源化和无害化的效率，将构成环境污染的鸡粪转化成一种优质可观的清洁能源。沸石为一种价格低廉的天然矿物，并且具有良好的吸附特性。
本发明在鸡粪发酵体系中加入沸石与直接利用鸡粪进行沼气发酵相比，提高了总产气量、甲烷含量，产气更加稳定，解决了鸡粪发酵效率低的问题。
本发明通过试验验证得出添加沸石的鸡粪在进行厌氧发酵过程中，发酵体系的ph始终维持在7～8之间，对发酵液稳定性及酸化有很好的调节作用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明以下实施例中可以采用现有的装置进行，其中所采用的发酵装置结构如下：
发酵装置由发酵瓶、刻度集气管、恒温水浴摇床等部分组成，其发酵瓶为500ml的三角瓶，瓶上用大小合适的硅胶塞密封，使用合适的打孔器在硅胶塞上钻两个孔，分别接上两根大小合适的硬塑胶管，一根与刻度集气管的导管连接，另一根作为取样管。刻度集气管为2000ml的圆柱状管，刻度集气管置于水槽中，低部留有导管接口，接口位于液面以下，通过导管将发酵瓶与刻度集气管连接。当发酵瓶中产生沼气后，气体通过导管进入刻度集气管中，压出液体进入排水槽，通过测量刻度集气管的刻度，即可计算出产气的体积。
当然，在其他实施例中也可以是其他结构的装置，上述装置仅是其中一种实施例的情况。
实施例1
本实施例提供一种改善鸡粪厌氧发酵产沼气特性的方法，具体实施步骤如下：
(1)将鸡粪过筛，剔除粒径大于1cm的杂质；
(2)测得步骤(1)所得鸡粪原料的vs(挥发性固体)，得到鸡粪vs为13.44％，设置发酵瓶中鸡粪与接种的vs比为1:2，工作体积400ml；
将沸石过筛，粒径控制在1～1.5mm。将沸石用去离子水冲洗三次，冲洗后置于105℃的烘箱内处理24小时。
本实施例中接种物为活性污泥，取自上海市崇明岛港沿镇以猪粪为发酵原料正常发酵的沼气系统的发酵残余物，其总固体含量质量分数为6.49％。
(3)将步骤(2)中处理后的沸石按照2.5％、5％和10％三个梯度的体积分数加入到发酵瓶中，并设置对照组，记为0％。
(4)密封发酵装置，并将其置于恒温水浴中厌氧发酵45天，温度控制在35℃，并在每日的上午和下午时进行振荡25min，搅拌速度为100转/分钟；
(5)采用记录集气管刻度的方法来气体体积，每5天取一次气样检测其甲烷的含量。
上述实施例效果为：
在总产气时间为45天中，沸石添加量2.5％、5％、10％的三个试验组的总产气体积分别为2984ml、3124ml、3340ml，对照组气体总体积为2760ml，最高产气量的试验组较对照组提高了21.01％。甲烷含量也有较明显提高，其中沸石添加量为5％的处理组最高，最高甲烷含量达73.06％，较对照组提高了7.12％。
实施例2
本实施例提供一种改善鸡粪厌氧发酵产沼气特性的方法，具体实施步骤如下：
(1)将鸡粪过筛，剔除粒径大于1cm的杂质；
(2)测得步骤(1)所得鸡粪原料的vs(挥发性固体)，得到鸡粪vs为13.44％，设置发酵瓶中鸡粪与接种的vs比为1:2，工作体积400ml；
将沸石过筛，沸石粒径控制在1～1.5mm、比表面积大于13.71m2·g-1、硬度在3～4，主成分为na(alsi5o12)·4h2o。将沸石用去离子水冲洗三次，冲洗后置于110℃的烘箱内处理22小时。
本实施例中接种物为活性污泥，取自上海市崇明岛港沿镇以猪粪为发酵原料正常发酵的沼气系统的发酵残余物，其总固体含量质量分数为6.49％。
(3)将步骤(2)中处理后的沸石按照2.5％、5％和10％三个梯度的体积分数加入到发酵瓶中，并设置对照组，记为0％。
(4)密封发酵装置，并将其置于恒温水浴中厌氧发酵50天，温度控制在38℃，并在每日的上午和下午时进行振荡25min，搅拌速度为110转/分钟；
(5)采用记录集气管刻度的方法来气体体积，每5天取一次气样检测其甲烷的含量。
实施例3
本实施例提供一种改善鸡粪厌氧发酵产沼气特性的方法，具体实施步骤如下：
(1)将鸡粪过筛，剔除粒径大于1cm的杂质；
(2)测得步骤(1)所得鸡粪原料的vs(挥发性固体)，得到鸡粪vs为13.44％，设置发酵瓶中鸡粪与接种的vs比为1:2，工作体积400ml；
将沸石过筛，沸石粒径控制在1～1.5mm、比表面积大于13.71m2·g-1、硬度在3～4，主成分为na(alsi5o12)·4h2o。将沸石用去离子水冲洗三次，冲洗后置于100℃的烘箱内处理20小时。
本实施例中接种物为活性污泥，取自上海市崇明岛港沿镇以猪粪为发酵原料正常发酵的沼气系统的发酵残余物，其总固体含量质量分数为6.49％。
(3)将步骤(2)中处理后的沸石按照2.5％、5％和10％三个梯度的体积分数加入到发酵瓶中，并设置对照组，记为0％。
(4)密封发酵装置，并将其置于恒温水浴中厌氧发酵40天，温度控制在32℃，并在每日的上午和下午时进行振荡25min，搅拌速度为100转/分钟；
(5)采用记录集气管刻度的方法来气体体积，每5天取一次气样检测其甲烷的含量。
上述实施例2、3中，在鸡粪发酵体系中加入沸石与直接利用鸡粪进行沼气发酵相比，提高了总产气量、甲烷含量，产气更加稳定，解决了鸡粪发酵效率低的问题，其中沸石添加量为5％的处理组最高，最高甲烷含量达70％以上，较对照组提高了7％以上。
综上，本发明实现利用鸡粪高效稳定的制取沼气，它的特点是发酵产气量大，产气稳定，产气中甲烷含量高，解决了鸡粪厌氧消化过程中系统易崩溃的问题，为鸡粪能源化、资源化利用提供了提供理论依据和数据支持。
应当指出的是，以上是本发明的优选实施例，本发明还有其他的实现方式，比如在本发明所述范围内变化其中的工艺参数、物料的比例关系等，这对于本领域的技术人员来说是很容易实现的。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。