一种玉米秸秆厌氧发酵制甲烷的方法与流程

[0001]
本发明属于农作物废物处理技术领域，具体涉及一种玉米秸秆厌氧发酵制甲烷的方法。


背景技术：

[0002]
我国是农业大国，秸秆资源十分丰富，2017年，我国的秸秆累积产量为9 亿吨，其中玉米秸秆所占比例超过了三分之一；同时，我国的畜禽粪便排放量超过了20亿吨，而仅有少部分畜禽粪便被用作化肥，大多数都没有得到有效利用，这不但造成了资源浪费，还因畜禽粪便的随意丢弃以及秸秆的肆意焚烧对环境造成了污染，因此，将这部分废弃物转化为可利用的清洁能源至关重要。
[0003]
另外，就养殖业产生的畜禽粪便而言，我国每年产生的25亿多吨畜禽粪便所含能量大约可折合为3亿吨标煤。其次，我国农作物秸秆的年生产量为7亿吨左右，相当于3.5亿吨标煤。而我国2005年煤炭消耗总量为21亿吨原煤。因此，将它们在农村就地进行转化利用，在解决由它们引起的水污染问题的同时，还能生产出优质的清洁能源。如通过厌氧生物发酵的方式将秸秆和畜禽粪便转化为沼气，不但可以解决农村对优质能源产品的需求问题，发酵产生的副产物还可作为有机肥加以利用。也就是说通过这样的方式实现了物质的循环利用，由其排放或废弃引起的水污染问题就会随之解决，从而起到水到渠成之功效。
[0004]
厌氧发酵技术是实现农业废弃物资源化利用的有效手段，在减少农业废弃物的同时，可以产生可再生能源，对缓解我国能源紧张状况、促进经济可持续发展以及改善生态环境具有重要意义。但是，因为不同地区秸秆中的木质纤维素含量有所差异，而且发酵温度、发酵液ph值和原料粒径等因素均会影响厌氧消化效率，导致秸秆厌氧消化的产气率较低，发酵效果较差。


技术实现要素：

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针对以上现有技术中玉米秸秆纤维素和木质素含量高，厌氧发酵受发酵温度和ph值影响大，导致厌氧消化产气率低、发酵效果差的缺陷，本发明的目的在于提供一种玉米秸秆厌氧发酵制甲烷的方法，所述方法包括：将回收的玉米秸秆进行粉碎，然后将粉碎后的玉米秸秆、碱性物质、水和含氮有机物混合均匀加入到发酵罐中，在低温环境下保温，然后再将畜禽粪便加入到发酵罐中，密封进行厌氧发酵。
[0006]
进一步的，将回收的玉米秸秆进行粉碎，粉碎剪切成小段，然后将粉碎后的玉米秸秆、碱性氧化物、水和氮肥混合均匀加入到发酵罐中，在低于0℃环境下保温，然后再将畜禽粪便加入到发酵罐中，密封在发酵周期内进行厌氧发酵，。
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更进一步的，将回收的玉米秸秆进行粉碎，粉碎，剪切成3～7cm小段，然后将粉碎后的玉米秸秆、碱性氧化物、水和氮肥按重量比例混合均匀加入到发酵罐中，在-10～-15℃环境下保温，然后升温至室温搅拌，再将畜禽粪便加入到发酵罐中，密封进行厌氧发酵，发酵温度为35～55℃，发酵周期为60天。
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一种玉米秸秆厌氧发酵制甲烷的方法，具体包括以下操作步骤：
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步骤一：将回收到的玉米秸秆粉碎成3～7cm小段，将其加入到发酵罐中，然后加入水、碱性氧化物和氮肥，混合均匀，其中玉米秸秆、水、碱性氧化物和氮肥的重量比为(110～160):(60～85):(5～11):(6.3～10.4)，然后将发酵罐的温度调至-10～-15℃，每隔6～8h将温度调至室温，搅拌，如此反复两次，然后将温度调至室温。
[0010]
步骤二：将畜禽粪便加入到步骤一中的发酵罐中，进行密封发酵罐，其中玉米秸秆和禽畜粪便的重量比为(1～1.33):(1.29～1.67)，发酵温度为35～55℃，发酵罐每三天摇振3次，发酵周期为60天。
[0011]
作为优选方案，上述所述的碱性氧化物为氧化钠、氧化钾、氧化钙或氧化镁中的任意一种。
[0012]
作为优选方案，上述所述的氮肥为尿素。
[0013]
作为优选方案，上述所述畜禽粪便为牛粪便、猪粪便、羊粪便或鸡粪便中的任意一种。
[0014]
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
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(1)本发明玉米秸秆厌氧发酵制甲烷过程中，首先使用碱性氧化物和尿素在低温环境下使玉米秸秆中的纤维素和木质素能够充分溶解，进而使纤维素和木质素的含量降低，有利于进一步和禽畜粪便混合后进行厌氧发酵产生甲烷。
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(2)本发明中在进行玉米秸秆厌氧发酵制甲烷中使用到碱性氧化物，其中碱性氧化物在整个过程中对发酵罐内的ph值进行调节，使得后期产甲烷过程中发酵液不会过度酸化，导致甲烷生产出现明显衰减。
[0017]
(3)本发明中玉米秸秆厌氧发酵加入碱性氧化物，在发酵液中富含有一定量的金属离子能够促进产甲烷菌的生长代谢，进而提高厌氧发酵产甲烷的效率。
[0018]
(4)本发明厌氧发酵制甲烷的，发酵罐中体系的ph值维持在6.5～7.8之间，在发酵期间发酵基质处于中性和微碱性，有利于提高产甲烷菌的活性，促进厌氧发酵的进行；同时，发酵体系的温度对产甲烷效率的影响较小，具有更加优异的发酵效果。
[0019]
(5)本发明中经过厌氧发酵后的废弃物富含有大量的氮元素和金属元素，可以作为有机肥使用，进一步提高的玉米秸秆的利用率，解决了秸秆燃烧、禽畜粪便随意丢弃等环境污染的问题。
附图说明
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图1为本发明实施例1～4发酵罐中在不同天数下的ph值变化图；
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图2为本发明实施例1～4发酵罐中在不同的温度下甲烷产气量图。
具体实施方式
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下面对本发明实施例作具体详细的说明，本实施例在本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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实施例1
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一种玉米秸秆厌氧发酵制甲烷的方法，具体包括如下步骤：
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步骤一：将回收到的玉米秸秆粉碎成3cm小段，将其加入到发酵罐中，然后加入水、氧化钠和尿素，混合均匀，其中玉米秸秆、水、氧化钠和尿素的重量比为110:60:5:6.3，然后将发酵罐的温度调至-10℃，每隔6h将温度调至室温，搅拌，如此反复两次，然后将温度调至室温。
[0026]
步骤二：将畜禽粪便加入到步骤一中的发酵罐中，进行密封发酵罐，其中玉米秸秆和牛粪便的重量比为1:1.29，发酵温度为35℃，发酵罐每三天摇振3次，发酵周期为60天。
[0027]
实施例2
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一种玉米秸秆厌氧发酵制甲烷的方法，具体包括如下步骤：
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步骤一：将回收到的玉米秸秆粉碎成7cm小段，将其加入到发酵罐中，然后加入水、氧化钾和尿素，混合均匀，其中玉米秸秆、水、氧化钾和尿素的重量比为160:85:11:10.4，然后将发酵罐的温度调至-15℃，每隔8h将温度调至室温，搅拌，如此反复两次，然后将温度调至室温。
[0030]
步骤二：将畜禽粪便加入到步骤一中的发酵罐中，进行密封发酵罐，其中玉米秸秆和猪粪便的重量比为1.33:1.67，发酵温度为55℃，发酵罐每三天摇振3 次，发酵周期为60天。
[0031]
实施例3
[0032]
一种玉米秸秆厌氧发酵制甲烷的方法，具体包括如下步骤：
[0033]
步骤一：将回收到的玉米秸秆粉碎成5cm小段，将其加入到发酵罐中，然后加入水、氧化钙和尿素，混合均匀，其中玉米秸秆、水、氧化钙和尿素的重量比为130:70:8:8.1，然后将发酵罐的温度调至-12℃，每隔7h将温度调至室温，搅拌，如此反复两次，然后将温度调至室温。
[0034]
步骤二：将畜禽粪便加入到步骤一中的发酵罐中，进行密封发酵罐，其中玉米秸秆和羊粪便的重量比为1.13:1.45，发酵温度为40℃，发酵罐每三天摇振3 次，发酵周期为60天。
[0035]
实施例4
[0036]
一种玉米秸秆厌氧发酵制甲烷的方法，具体包括如下步骤：
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步骤一：将回收到的玉米秸秆粉碎成6cm小段，将其加入到发酵罐中，然后加入水、氧化镁和尿素，混合均匀，其中玉米秸秆、水、氧化镁和尿素的重量比为150:80:10:9.7，然后将发酵罐的温度调至-14℃，每隔8h将温度调至室温，搅拌，如此反复两次，然后将温度调至室温。
[0038]
步骤二：将畜禽粪便加入到步骤一中的发酵罐中，进行密封发酵罐，其中玉米秸秆和鸡粪便的重量比为1.3:1.62，发酵温度为50℃，发酵罐每三天摇振3 次，发酵周期为60天。
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实验例
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对实施例1～4中厌氧发酵罐分别在10、15、20、25、30、40、50和60天发酵产生甲烷的产气量进行监测，其中发酵罐温度保持在53
±
2℃，其检测结果如下表1所示，
[0041]
对实施例1～4发酵罐中，每隔5天采用phs3c型ph计测定发酵液中的ph 值，其结果如图1所示，
[0042]
表1.甲烷产生量
[0043][0044]
从表1可以看出，本发明实施例1～4在60天厌氧发酵中甲烷产气量均在 625l/kg以上，说明本发明方法具有较高的甲烷产气量，同时从图1中可以看出，在整个发酵过程中，其发酵体系的ph值均在6.5～7.8之间，具有稳定的酸碱体系；从图2中可以看出，本发明厌氧发酵方法受发酵温度的影响较小。