一种利用高木质纤维素含量蔬菜秸秆厌氧发酵产沼气的方法
【专利摘要】本发明涉及一种利用高木质纤维素含量蔬菜秸秆厌氧发酵产沼气的方法，包括步骤：将蔬菜秸秆粉碎后加入催化剂A、催化剂B进行预处理，预处理后的蔬菜秸秆与新鲜奶牛粪便和/或猪粪便混合，加入活性污泥作接种物，调节pH值至7.2-8.0，置于厌氧反应器内，于温度30-37℃下进行厌氧发酵，本发明对蔬菜秸秆及牛粪进行资源化利用可以有效实现蔬菜秸秆废弃物的减量化、无害化利用，大幅度降低对环境的危害，同时生产的沼气、沼渣、沼液都具有较高的经济价值。发酵启动速度更快，体系不易酸化，发酵进程更稳定；相比牛粪单一原料发酵，产气维持时间更持久，总产气量更高，综合成本更低。
【专利说明】一种利用高木质纤维素含量蔬菜秸秆厌氧发酵产沼气的方 法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种种植业及畜牧业副产品能源化利用的方法，具体是一种利用高木 质纤维素含量蔬菜秸杆厌氧发酵产沼气的方法，属于沼气【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 随着我国社会经济的快速发展，农业现代化水平日趋提高，各种特色养殖业、种植 业在全国各地蓬勃兴起，不但丰富了日益扩大的市场需求，而且大大带动了广大农民收入 水平的提高。蔬菜种植、肉牛、奶牛养殖等农牧业在部分省市地区已形成相对完备的产业结 构，形成了从种、养到产后初加工、产品深加工、高附加值产品提取、国内国际贸易等的一整 套产业体系。
[0003] 然而值得注意的是，我国农村地区仍然存在着能源结构不合理、环保问题日益严 峻等问题，需要予以足够重视和解决。随着蔬菜种植面积的增加，蔬菜种植技术的提高，蔬 菜种植带来的副产品蔬菜秸杆：如马铃薯秸杆、黄瓜藤蔓等日益增加，由于木质纤维素含量 较高，质地较为坚韧，含水率较高，往往被废弃在田间地头、晒干烧掉、在房前屋后、棚头路 边堆起来或扔垃圾坑里，有的甚至扔到河道里，上述处理方法都会造成对环境的污染和病 原菌的传播，点火焚烧则污染大气，随意堆放则容易滋生病虫害，成为病原物赖以生存的寄 主、病害的重要传播源，再加上蔬菜秸杆数量巨大，缺乏有效的快速处理方式；禽畜养殖产 生的动物粪便，虽然可以直接施用肥田、或者经好氧堆肥生产肥料，但是也存在露天散发异 味、孳生蚊蝇、污染生活环境等问题。利用农业废弃物进行沼气厌氧发酵，不但可以有效消 纳秸杆、禽畜粪便等固体废弃物，而且在产生清洁能源沼气的同时，产出的沼渣沼液还可以 生产固态肥、叶面肥等优质有机肥。沼气发酵的处理过程为厌氧发酵，在封闭的发酵设备内 进行，杜绝了异味气体溢出，避免了好氧堆肥的弊端。可见，利用农业废弃物生产沼气具有 十分显著的经济和环境效益。
[0004] 中国专利文献CN102925493A公开了一种秸杆厌氧发酵产沼气促进剂，该促进剂 由微量元素铁、钴等及膨润土、粉煤灰等组成，由于该复合物中含有的物质兼具促有利产酸 微生物和产甲烷菌生长的能力，可使得秸杆干物质的产气量提高15?25%。
[0005] 中国专利文献101734961A(申请号：200810043919)公开了一种蔬菜秸杆废弃物 的微生物处理方法，属资源与环境的【技术领域】。本发明通过对蔬菜秸杆废弃物的组成、性状 的研究，提供一种将蔬菜秸杆废弃物集中堆置接种复合微生物发酵进行无害化处理方法， 在由枯草芽孢杆菌、木霉菌和黑曲霉菌组成的复合微生作用下蔬菜秸杆废弃物持续发酵升 温，杀灭有害病原体的同时，使蔬菜秸杆废弃物充分分解后腐熟，得到优质的有机肥料。该 方法工艺简单，使废弃物得到资源化循环利用，但是该处理方法处理时间长，效率慢，堆置 发酵产生的有害气体污染环境，造成资源的浪费，同时发酵采用复合微生物，造成处理成本 的增加。
【发明内容】
[0006]本发明针对我国农业生产中，收获后的蔬菜秸杆、禽畜粪便等固体废弃物随意堆 放、污染城乡环境、缺乏有效处理方式及农村能源结构不合理的问题，以马铃薯秸杆、黄瓜 藤蔓为例，提供一种高木质纤维素含量蔬菜秸杆与牛粪联合资源化利用的方法。粉碎后的 蔬菜秸杆，经具有促进木质纤维素降解功能的催化剂溶液处理，使得纤维结构更易于被微 生物作用。其中，可根据蔬菜秸杆木质化程度的不同，改变该催化剂的处理时间以取得最佳 处理效果。处理后的蔬菜秸杆与牛粪联合厌氧发酵制取沼气，产生的沼气可用于对农户集 中供气，沼渣、沼液可作为沼肥用作种植业肥料，实现农村有机生活垃圾等固体废弃物能源 化利用，改善农村人居环境，调整农村能源结构。
[0007] 术语说明
[0008]厌氧发酵：密闭的环境中，有机物经一种或多种厌氧微生物的代谢作用，转化生成 小分子有机物如乙醇、甲烷等或无机物如二氧化碳等的过程。
[0009] 蔬菜秸杆：至蔬菜收获以后的地上部分废弃物，包括茎、叶等植株部分，由于起到 支撑植株的结构作用，其茎杆部分木质纤维素含量一般较高。
[0010]马铃薯秸杆：指马铃薯收获以后的地上茎、叶植株部分，其中刚收获的新鲜马铃薯 秸杆含水率以质量百分比计为74% -76%，经自然晾晒干的干马铃薯秸杆含水率以质量百 分比计为19-21%。
[0011] 黄瓜藤蔓：指采摘以后的黄瓜地上茎、叶植株部分，对于刚收割的新鲜黄瓜藤蔓 其含水率以质量百分比计为70-72%，经自然晾干的干黄瓜藤蔓含水率以质量百分比计为 22-24%。
[0012] 木质纤维素：植物细胞壁的主要组成部分，主要由纤维素、半纤维素、木质素高度 交联构成，结构坚韧，主要充当植物的保护、支撑材料，具有很强的抗降解性。
[0013] 新鲜牛粪：含水率以质量百分比计为78% -80%的奶牛粪便。
[0014] 活性污泥：指从正常运行的沼气工程取得的沼渣沼液，经固液分离后获得的半固 体部分，含水率以质量百分比计为82% - 84%。
[0015] 本发明的技术方案如下：
[0016] 一种利用高木质纤维素含量蔬菜秸杆厌氧发酵产沼气的方法，包括步骤如下：
[0017] (1)将蔬菜秸杆进行粉碎，粉碎后的蔬菜秸杆置于密闭容器中，加入占粉碎后的蔬 菜秸杆干重3?8%的催化剂A混合均匀，于温度25?35°C下预处理4?8小时；然后加 入占粉碎后的蔬菜秸杆干重3?8%的催化剂B混合均匀，于温度30 -40°C下，采用半封闭 式预降解2 - 8天，固液分离，得预处理后的蔬菜秸杆，
[0018] 所述的催化剂A为十二烷基磺酸钠（SDS)、乙二胺四乙酸钠（EDTA-Na2)、氯化钠 和过氧化氢的混合溶液，催化剂A中十二烷基磺酸钠（SDS)的浓度为0. 3?0. 6wt%，乙二 胺四乙酸钠（EDTA-Na2)的浓度为0. 2?0. 35wt%，氯化钠的浓度为0. 2?0. 35wt%，过 氧化氢的浓度为〇. 3?0. 6wt% ;
[0019] 所述的催化剂B为硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸铁和乳酸的混合溶液，催化剂B中硫 酸镁的浓度为〇. 03?0. 06wt%，硫酸亚铁的浓度为0. 01?0. 03wt%，硫酸铁的浓度为 0· 01?0· 03wt%，乳酸的浓度为0· 15?0· 35wt%;
[0020](2)将步骤（1)的预处理后的蔬菜秸杆与新鲜奶牛粪便和/或猪粪便混合，加水搅 拌均匀，调节含水率至80 - 90 %，调节C/N比至（20 - 30) :I，得混合液；
[0021] (3)向步骤（2)的混合液中加入活性污泥作接种物，调节pH值至7. 2 - 8. 0,置于 厌氧反应器内，于温度30 - 37°C下进行厌氧发酵；
[0022] (4)步骤（3)产生的沼气经脱水脱硫处理后，供居民燃气和/或驱动沼气发电机发 电使用；产生的沼渣经固液分离后，用做固体有机肥料供大田和/或设施化蔬菜种植使用， 沼液用做设施化蔬菜种植的叶面肥使用。
[0023] 本发明优选的，所述的蔬菜秸杆为马铃薯秸杆、黄瓜藤蔓、南瓜藤蔓、丝瓜藤蔓、辣 椒秸杆、西红柿秸杆、茄子秸杆中的一种或两种以上混合，本发明优选的，所述的蔬菜秸杆 为马铃薯秸杆和/或黄瓜藤蔓，蔬菜秸杆粉碎至〇. 8-1. 2cm。
[0024] 本发明优选的，所述的马铃薯秸杆为新鲜马铃薯秸杆或自然晾干后的马铃薯秸 杆，新鲜马铃薯秸杆含水率以质量百分比计为74% -76%，经自然晾晒干后马铃薯秸杆含 水率以质量百分比计为19-21%。
[0025] 进一步优选的，步骤（1)中新鲜马铃薯秸杆与催化剂A混合后预处理的时间为4-6 小时，处理温度为30°C;与催化剂B混合后预处理的时间为2-4天，处理温度为35°C;步骤 (3)中干马铃薯秸杆与催化剂A混合后预处理的时间为6-8小时，处理温度为30°C;与催化 剂B混合后预处理的时间为6-8天，处理温度为35°C。
[0026] 本发明优选的，催化剂A的加入量与催化剂B的质量比为1:1，催化剂A占粉碎后 的蔬菜秸杆干重的5%，催化剂B占粉碎后的蔬菜秸杆干重的5%。
[0027] 本发明优选的，催化剂A中十二烷基磺酸钠（SDS)的浓度为0· 5wt%，乙二胺四 乙酸钠（EDTA-Na2)的浓度为0.25wt%，氯化钠的浓度为0.25wt%，过氧化氢的浓度为 0· 5wt% 〇
[0028] 本发明优选的，催化剂B中硫酸镁的浓度为0.05wt%，硫酸亚铁的浓度为 0· 02wt%，硫酸铁的浓度为0· 02wt%，乳酸的浓度为0· 25wt%。
[0029] 本发明优选的，步骤（2)中奶牛粪与蔬菜秸杆混合物的质量比为（0. 5?2) : (1? 3)，进一步优选，奶牛粪与蔬菜秸杆混合物的质量比为1:2。
[0030] 进一步优选的，步骤（2)中C/N比为25-30 :1，含水率90%。
[0031] 本发明优选的，步骤（3)中活性污泥的加入量为混合液质量的45% -55%;所述的 活性污泥为从正常连续运行1个月以上的沼气池获得沼渣沼液混合物，经固液分离后，半 固体部分即为活性污泥，含水率以质量百分比计为82% -84%。
[0032] 本发明优选的，步骤（3)中厌氧发酵的温度为34-36°C，更优选35°C，pH值为7. 5。
[0033] 步骤（1)中的密闭容器可用100L普通硬质塑料桶（带内外盖），密封内盖；半封 闭环境指打开该桶内盖，半开外盖即可。
[0034] 步骤（1)、（4)中的固液分离按现有技术进行，步骤（4)中的脱水脱硫按现有技术 即可。
[0035] 步骤（1)中所述蔬菜秸杆的粉碎可用普通粉碎机进行，市场有售。
[0036] 步骤（3)中所述的厌氧反应器，进行实验小试时，可用2. 5L玻璃广口瓶（具带孔 橡胶塞）通过硅胶管连接5L集气袋收集气体，在恒温培养箱内培养，每天测量气体产量；进 行实际生产运行时，可用完全混合式（CSTR)厌氧反应器，反应器外部及外围管道均采用保 温材料保温，内部布设加热用热水管道，热源由锅炉提供；厌氧反应器大小根据蔬菜秸杆、 牛粪等原料的来源量设定，可制作为50-1000m3。
[0037] 本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0038] 1、以马铃薯秸杆为例，本发明方法提出了利用蔬菜秸杆废弃物厌氧发酵制取沼 气，进行资源化利用的方法，可以有效实现蔬菜秸杆废弃物的减量化、无害化利用，大幅度 降低对环境的危害，同时生产的沼气、沼渣、沼液都具有较高的经济价值。
[0039] 2、本发明方法将蔬菜秸杆与牛粪两种原料混合厌氧发酵，可有效避免单一原料的 局限性。相比蔬菜秸杆单一原料发酵而言，发酵启动速度更快，体系不易酸化，产生的沼渣 经固液分离后，直接用做固体有机肥料供大田和/或设施化蔬菜种植使用，沼液直接用做 设施化蔬菜种植的叶面肥使用。发酵进程更稳定；相比牛粪单一原料发酵，产气维持时间更 持久，总产气量更高，综合成本更低。
[0040] 3、本发明的催化剂A、B能够显著提高蔬菜秸杆的降解率，相对于不经秸杆预处理 的直接发酵，本发明使用的秸杆降解催化剂能够有效提高马铃薯秸杆原料利用率，提高产 沼气效率，缩短发酵时间。
[0041] 4、本发明方法处理马铃薯秸杆及牛粪操作简便易行，实用性强，适合在农村地区 进行推广。
[0042] 5、本发明将马铃薯秸杆与牛粪进行封闭式的厌氧发酵，产出的沼气、沼渣、沼液可 全部资源化利用，无有毒有害及异味物质排放。可有效避免马铃薯秸杆坚韧难于还田利用， 秸杆焚烧污染空气，牛粪便露天堆放气味污浊等环境问题。
【具体实施方式】
[0043] 以下通过实施例对本发明作详细描述。实施例只用于对本发明进行进一步的说 明，以使本领域技术人员进一步理解本发明，不能理解为对本发明保护范围的限制。实施例 中未详加说明的均按本领域现有技术。
[0044] 活性污泥为从正常连续运行1个月以上的沼气池获得沼渣沼液混合物，经固液分 离后，半固体部分即为活性污泥，含水率以质量百分比计为82%-84%，来源于济南市市中 区吉祥畜牧养殖农民专业合作社沼气工程。
[0045] 实施例1 :
[0046] -种利用高木质纤维素含量蔬菜秸杆厌氧发酵产沼气的方法，包括步骤如下：
[0047] (1)将新鲜马铃薯秸杆粉碎至0. 8cm，粉碎后的马铃薯秸杆置于密闭容器中，加入 占粉碎后的蔬菜秸杆干重5%的催化剂A混合均匀，于温度30°C下预处理4小时；然后加 入占粉碎后的蔬菜秸杆干重5%的催化剂B混合均匀，于温度35°C下，采用半封闭式预降 解4天，固液分离后，得预处理后的马铃薯秸杆，新鲜马铃薯秸杆含水率以质量百分比计为 74%,
[0048] 所述的催化剂A为十二烷基磺酸钠（SDS)、乙二胺四乙酸钠（EDTA-Na2)、氯化钠和 过氧化氢的混合溶液，催化剂A中十二烷基磺酸钠（SDS)的浓度为0. 5wt%，乙二胺四乙酸 钠（EDTA-Na2)的浓度为0. 25wt%，氯化钠的浓度为0. 25wt%，过氧化氢的浓度为0. 5wt%。
[0049] 所述的催化剂B为硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸铁和乳酸的混合溶液，催化剂B中硫酸 镁的浓度为〇. 〇5Wt%，硫酸亚铁的浓度为0. 02被％，硫酸铁的浓度为0. 02被％，乳酸的浓 度为 0· 25wt%。
[0050] (2)取步骤（1)的预处理后的马铃薯秸杆200g与新鲜奶牛粪便200g混合，加水搅 拌均匀，调节含水率至80 %，调节C/N比至25 :1，得混合液；
[0051] (3)向步骤（2)的混合液中加入200g活性污泥作接种物，调节pH值至7. 5,置于 厌氧反应器内，于温度35°C下进行厌氧发酵；活性污泥为从正常连续运行1个月以上的沼 气池获得沼渣沼液混合物，经固液分离后，半固体部分即为活性污泥，含水率以质量百分比 计为82%。
[0052] (4)步骤（3)产生的沼气经脱水脱硫处理后，供居民燃气和/或驱动沼气发电机发 电使用；产生的沼渣经固液分离后，用做固体有机肥料供大田和/或设施化蔬菜种植使用， 沼液用做设施化蔬菜种植的叶面肥使用。
[0053] 每天测量沼气产量指标。经20天的厌氧发酵，本实施例总产量为98400mL，产气量 为 12. 3mL/g*day，甲烷含量 59%。
[0054] 实施例2:
[0055] 同实施例1所述的利用高木质纤维素含量蔬菜秸杆厌氧发酵产沼气的方法，不同 之处在于：
[0056] 步骤（1)中取自然晾干后的马铃薯秸杆粉碎至0.8cm，经自然晾晒干后马铃薯秸 杆含水率以质量百分比计为19%，粉碎后的马铃薯秸杆置于密闭容器中，加入占粉碎后的 蔬菜秸杆干重4%的催化剂A混合均匀，于温度30°C下预处理8小时；然后加入占粉碎后的 蔬菜秸杆干重4%的催化剂B混合均匀，于温度35°C下，采用半封闭式预降解8天，固液分 离后，得预处理后的马铃薯秸杆。
[0057] 每天测量沼气产量等指标。经20天的厌氧发酵，本实施例总产量为78400mL，产气 量为9. 8mL/g*day，甲烷含量59%。
[0058] 实施例3:
[0059] 同实施例1所述的利用高木质纤维素含量蔬菜秸杆厌氧发酵产沼气的方法，不同 之处在于：
[0060] 步骤⑴中将新鲜马铃薯秸杆粉碎至0. 9cm，催化剂A中十二烷基磺酸钠（SDS)的 浓度为〇. 5wt%，乙二胺四乙酸钠（EDTA-Na2)的浓度为0. 3wt%，氯化钠的浓度为0. 3wt%， 过氧化氢的浓度为〇. 5wt%。
[0061] 催化剂B中硫酸镁的浓度为0. 05wt%，硫酸亚铁的浓度为0. 03wt%，硫酸铁的浓 度为0· 03wt%，乳酸的浓度为0· 25wt%。
[0062] 步骤（2)，取步骤（1)的预处理后的马铃薯秸杆800kg与新鲜奶牛粪便800kg混 合，加水搅拌均匀，调节含水率至80 %，调节C/N比至25 :1，得混合液；
[0063] 步骤（3)，向步骤（2)的混合液中加入800kg活性污泥作接种物，调节pH值至7. 7， 置于IOm3完全混合式（CSTR)厌氧反应器内，于温度35°C下进行厌氧发酵。
[0064] 每天测量沼气产量等指标。经20天的厌氧发酵，本实施例总产量为200m3,产气量 为 12. 5mL/g*day，甲烷含量 59%。
[0065] 实施例4:
[0066] 同实施例3所述的利用高木质纤维素含量蔬菜秸杆厌氧发酵产沼气的方法，不同 之处在于：
[0067]步骤（1)中取自然晾干后的马铃薯秸杆粉碎至1.0cm，经自然晾晒干后马铃薯秸 杆含水率以质量百分比计为20%，粉碎后的马铃薯秸杆置于密闭容器中，加入占粉碎后的 蔬菜秸杆干重5%的催化剂A混合均匀，于温度30°C下预处理4小时；然后加入占粉碎后的 蔬菜秸杆干重5%的催化剂B混合均匀，于温度35°C下，采用半封闭式预降解4天，固液分 离后，得预处理后的马铃薯秸杆。
[0068] 每天测量沼气产量等指标。经20天的厌氧发酵，本实施例总产量为158. 4m3,产气 量为9. 9mL/g*day，甲烷含量59%。
[0069] 实施例5 :
[0070] -种利用高木质纤维素含量蔬菜秸杆厌氧发酵产沼气的方法，包括步骤如下：
[0071] (1)将黄瓜藤蔓粉碎至I. 1cm，粉碎后的黄瓜藤蔓置于密闭容器中，加入占粉碎后 的黄瓜藤蔓干重3%的催化剂A混合均匀，于温度30°C下预处理4小时；然后加入占粉碎后 的黄瓜藤蔓干重5%的催化剂B混合均匀，于温度35°C下，采用半封闭式预降解4天，固液 分离后，得预处理后的黄瓜藤蔓，
[0072] 所述的催化剂A为十二烷基磺酸钠（SDS)、乙二胺四乙酸钠（EDTA-Na2)、氯化钠和 过氧化氢的混合溶液，催化剂A中十二烷基磺酸钠（SDS)的浓度为0. 4wt%，乙二胺四乙酸 钠（EDTA-Na2)的浓度为0. 2wt%，氯化钠的浓度为0. 2wt%，过氧化氢的浓度为0. 3wt%。
[0073] 所述的催化剂B为硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸铁和乳酸的混合溶液，催化剂B中硫酸 镁的浓度为〇. 〇3Wt%，硫酸亚铁的浓度为0. 02Wt%，硫酸铁的浓度为0. 02Wt%，乳酸的浓 度为 0· 2wt%。
[0074] (2)取步骤（1)的预处理后的黄瓜藤蔓与新鲜奶牛粪便混合，加水搅拌均匀，调节 含水率至80 %，调节C/N比至28 :1，得混合液；
[0075] (3)向步骤（2)的混合液中加入活性污泥作接种物，活性污泥的加入量为混合液 质量的50%，调节pH值至7. 5,置于厌氧反应器内，于温度35°C下进行厌氧发酵；活性污泥 为从正常连续运行1个月以上的沼气池获得沼渣沼液混合物，经固液分离后，半固体部分 即为活性污泥，含水率以质量百分比计为82%。
[0076] (4)步骤（3)产生的沼气经脱水脱硫处理后，供居民燃气和/或驱动沼气发电机发 电使用；产生的沼渣经固液分离后，用做固体有机肥料供大田和/或设施化蔬菜种植使用， 沼液用做设施化蔬菜种植的叶面肥使用。
[0077] 实施例6 :
[0078] -种利用高木质纤维素含量蔬菜秸杆厌氧发酵产沼气的方法，包括步骤如下：
[0079] (1)将新鲜黄瓜藤蔓和马铃薯秸杆粉碎至I. 1cm，粉碎后置于密闭容器中，加入占 粉碎后物料干重5%的催化剂A混合均匀，于温度30°C下预处理4小时；然后加入占粉碎后 物料干重5%的催化剂B混合均匀，于温度35°C下，采用半封闭式预降解4天，固液分离后， 得预处理后的黄瓜藤蔓和马铃薯秸杆，
[0080] 所述的催化剂A为十二烷基磺酸钠（SDS)、乙二胺四乙酸钠（EDTA-Na2)、氯化钠和 过氧化氢的混合溶液，催化剂A中十二烷基磺酸钠（SDS)的浓度为0. 5wt%，乙二胺四乙酸 钠（EDTA-Na2)的浓度为0. 25wt%，氯化钠的浓度为0. 25wt%，过氧化氢的浓度为0. 5wt%。
[0081] 所述的催化剂B为硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸铁和乳酸的混合溶液，催化剂B中硫酸 镁的浓度为〇. 〇5Wt%，硫酸亚铁的浓度为0. 02被％，硫酸铁的浓度为0. 02被％，乳酸的浓 度为 0· 25wt%。
[0082] (2)取步骤（1)的预处理后的黄瓜藤蔓和马铃薯秸杆与新鲜奶牛粪便混合，加水 搅拌均匀，调节含水率至80 %，调节C/N比至25 :1，得混合液；
[0083] (3)向步骤（2)的混合液中加入活性污泥作接种物，活性污泥的加入量为混合液 质量的55%，调节pH值至7. 5,置于厌氧反应器内，于温度35°C下进行厌氧发酵；活性污泥 为从正常连续运行1个月以上的沼气池获得沼渣沼液混合物，经固液分离后，半固体部分 即为活性污泥，含水率以质量百分比计为82%。
[0084] (4)步骤（3)产生的沼气经脱水脱硫处理后，供居民燃气和/或驱动沼气发电机发 电使用；产生的沼渣经固液分离后，用做固体有机肥料供大田和/或设施化蔬菜种植使用， 沼液用做设施化蔬菜种植的叶面肥使用。
[0085] 对比例1 :
[0086] 一种利用高木质纤维素含量蔬菜秸杆厌氧发酵产沼气的方法，包括步骤如下：
[0087] (1)将新鲜马铃薯秸杆粉碎至0. 8cm，取粉碎后的马铃薯秸杆200g与新鲜奶牛粪 便200g混合，加水搅拌均匀，调节含水率至80 %，调节C/N比至25 :1，得混合液；
[0088] (2)向步骤（1)的混合液中加入200g活性污泥作接种物，调节pH值至7. 5,置于 厌氧反应器内，于温度35°C下进行厌氧发酵；活性污泥为从正常连续运行1个月以上的沼 气池获得沼渣沼液混合物，经固液分离后，半固体部分即为活性污泥，含水率以质量百分比 计为82%。
[0089] 每天测量沼气产量等指标。经20天的厌氧发酵，该对比例总产量为44000mL，产气 量为5. 5mL/g*day，甲烷含量59%。
[0090] 对比例2:
[0091] (1)取自然晾干后的马铃薯秸杆粉碎至0.8cm，经自然晾晒干后马铃薯秸杆含水 率以质量百分比计为19%，取粉碎后的马铃薯秸杆200g与新鲜奶牛粪便200g混合，加水搅 拌均匀，调节含水率至80 %，调节C/N比至25 :1，得混合液；
[0092] (2)向步骤（1)的混合液中加入200g活性污泥作接种物，调节pH值至7. 5,置于 厌氧反应器内，于温度35°C下进行厌氧发酵；活性污泥为从正常连续运行1个月以上的沼 气池获得沼渣沼液混合物，经固液分离后，半固体部分即为活性污泥，含水率以质量百分比 计为82%。
[0093] 每天测量沼气产量等指标。经20天的厌氧发酵，该对比例总产量为28000mL，产气 量为3. 5mL/g*day，甲烷含量59%。
[0094] 对比例3:
[0095] -种利用高木质纤维素含量蔬菜結杆厌氧发酵产沼气的方法，不同之处在于：
[0096] 步骤⑴中只加入占粉碎后的蔬菜秸杆干重5%的催化剂A混合均勻，于温度 30°C下预处理4小时；
[0097] 所述的催化剂A为十二烷基磺酸钠（SDS)、乙二胺四乙酸钠（EDTA-Na2)、氯化钠和 过氧化氢的混合溶液，催化剂A中十二烷基磺酸钠（SDS)的浓度为0. 5wt%，乙二胺四乙酸 钠（EDTA-Na2)的浓度为0. 25wt%，氯化钠的浓度为0. 25wt%，过氧化氢的浓度为0. 5wt%。
[0098] 对比例4:
[0099] -种利用高木质纤维素含量蔬菜結杆厌氧发酵产沼气的方法，不同之处在于：
[0100] 步骤⑴中只加入加入占粉碎后的蔬菜秸杆干重5%的催化剂B混合均勻，于温 度35°C下，采用半封闭式预降解4天，固液分离后，得预处理后的马铃薯秸杆，新鲜马铃薯 秸杆含水率以质量百分比计为74%，
[0101] 所述的催化剂B为硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸铁和乳酸的混合溶液，催化剂B中硫酸 镁的浓度为〇. 〇5Wt%，硫酸亚铁的浓度为0. 02被％，硫酸铁的浓度为0. 02被％，乳酸的浓 度为 0· 25wt%。
[0102] 效果例
[0103] 将实施例1-2及对比例1-4进行产沼气实验，经20天的厌氧发酵，总产气量及每 天产气量见下表1所示。
[0104] 表1试验产气情况表
[0105]
【权利要求】
1. 一种利用高木质纤维素含量蔬菜秸杆厌氧发酵产沼气的方法，包括步骤如下： (1) 将蔬菜秸杆进行粉碎，粉碎后的蔬菜秸杆置于密闭容器中，加入占粉碎后的蔬菜秸 杆干重3?8%的催化剂A混合均匀，于温度25?35°C下预处理4?8小时；然后加入占 粉碎后的蔬菜秸杆干重3?8%的催化剂B混合均匀，于温度30 -40°C下，采用半封闭式预 降解2 - 8天，固液分离，得预处理后的蔬菜秸杆， 所述的催化剂A为十二烷基磺酸钠（SDS)、乙二胺四乙酸钠 （EDTA - Na2)、氯化钠和过 氧化氢的混合溶液，催化剂A中十二烷基磺酸钠（SDS)的浓度为0. 3?0. 6wt%，乙二胺四 乙酸钠 （EDTA - Na2)的浓度为0. 2?0. 35wt %，氯化钠的浓度为0. 2?0. 35wt %，过氧化 氢的浓度为〇? 3?0? 6wt% ; 所述的催化剂B为硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸铁和乳酸的混合溶液，催化剂B中硫酸镁的 浓度为〇. 03?0. 06wt %，硫酸亚铁的浓度为0. 01?0. 03wt %，硫酸铁的浓度为0. 01? 0? 03wt%，乳酸的浓度为0? 15?0? 35wt% ; (2) 将步骤（1)的预处理后的蔬菜秸杆与新鲜奶牛粪便和/或猪粪便混合，加水搅拌均 匀，调节含水率至80 - 90 %，调节C/N比至（20 - 30) : 1，得混合液； (3) 向步骤（2)的混合液中加入活性污泥作接种物，调节pH值至7. 2-8.0,置于厌氧 反应器内，于温度30 - 37 °C下进行厌氧发酵； (4) 步骤（3)产生的沼气经脱水脱硫处理后，供居民燃气和/或驱动沼气发电机发电使 用；产生的沼渣经固液分离后，用做固体有机肥料供大田和/或设施化蔬菜种植使用，沼液 用做设施化蔬菜种植的叶面肥使用。
2. 根据权利要求1所述的利用高木质纤维素含量蔬菜秸杆厌氧发酵产沼气的方法，其 特征在于，所述的蔬菜秸杆为马铃薯秸杆、黄瓜藤蔓、南瓜藤蔓、丝瓜藤蔓、辣椒秸杆、西红 柿秸杆、茄子秸杆中的一种或两种以上混合，所述的蔬菜秸杆为马铃薯秸杆和/或黄瓜藤 蔓，蔬菜結杆粉碎至〇. 8-1. 2cm。
3. 根据权利要求1所述的利用高木质纤维素含量蔬菜秸杆厌氧发酵产沼气的方法，其 特征在于，所述的马铃薯秸杆为新鲜马铃薯秸杆或自然晾干后的马铃薯秸杆，新鲜马铃薯 秸杆含水率以质量百分比计为74% -76%，经自然晾晒干后马铃薯秸杆含水率以质量百分 比计为19-21%。
4. 根据权利要求3所述的利用高木质纤维素含量蔬菜秸杆厌氧发酵产沼气的方法，其 特征在于，步骤（1)中新鲜马铃薯秸杆与催化剂A混合后预处理的时间为4-6小时，处理温 度为30°C;与催化剂B混合后预处理的时间为2-4天，处理温度为35°C;步骤（3)中干马铃 薯秸杆与催化剂A混合后预处理的时间为6-8小时，处理温度为30°C ;与催化剂B混合后 预处理的时间为6-8天，处理温度为35°C。
5. 根据权利要求1所述的利用高木质纤维素含量蔬菜秸杆厌氧发酵产沼气的方法，其 特征在于，催化剂A的加入量与催化剂B的质量比为1: 1，催化剂A占粉碎后的蔬菜秸杆干 重的5%，催化剂B占粉碎后的蔬菜秸杆干重的5%。
6. 根据权利要求1所述的利用高木质纤维素含量蔬菜秸杆厌氧发酵产沼气的方 法，其特征在于，催化剂A中十二烷基磺酸钠（SDS)的浓度为0.5wt%，乙二胺四乙酸钠 (EDTA - Na2)的浓度为0? 25wt%，氯化钠的浓度为0? 25wt%，过氧化氢的浓度为0? 5wt%， 催化剂B中硫酸镁的浓度为0.05Wt%，硫酸亚铁的浓度为0.02Wt%，硫酸铁的浓度为 0? 02wt %，乳酸的浓度为0? 25wt %。
7. 根据权利要求1所述的利用高木质纤维素含量蔬菜秸杆厌氧发酵产沼气的方法，其 特征在于，步骤（2)中奶牛粪与蔬菜秸杆混合物的质量比为（0. 5?2) : (1?3)，进一步优 选，奶牛粪与蔬菜秸杆混合物的质量比为1:2。
8. 根据权利要求1所述的利用高木质纤维素含量蔬菜秸杆厌氧发酵产沼气的方法，其 特征在于，步骤（2)中C/N比为25-30 :1，含水率90%。
9. 根据权利要求1所述的利用高木质纤维素含量蔬菜秸杆厌氧发酵产沼气的方法，其 特征在于，步骤（3)中活性污泥的加入量为混合液质量的45%-55%;所述的活性污泥为从 正常连续运行1个月以上的沼气池获得沼渣沼液混合物，经固液分离后，半固体部分即为 活性污泥，含水率以质量百分比计为82% -84%。
10. 根据权利要求1所述的利用高木质纤维素含量蔬菜秸杆厌氧发酵产沼气的方法， 其特征在于，步骤（3)中厌氧发酵的温度为34-36°C，更优选35°C，pH值为7. 5。
【文档编号】C02F11/04GK104357489SQ201410749349
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年12月9日 优先权日:2014年12月9日
【发明者】付龙云, 王艳芹, 姚利, 杨光, 宋效宗, 袁长波 申请人:山东省农业科学院农业资源与环境研究所