一種利用瘤胃微生物提高干式厭氧發(fā)酵有機固體廢物資源化利用率的方法技術

本發(fā)明專利技術公開了一種利用瘤胃微生物提高干式厭氧發(fā)酵有機固體廢物資源化利用率的方法，屬于有機固體廢物資源化處理領域。首先利用沼液等氨化劑對纖維素類生物質(zhì)進行預處理，預處理后的纖維素類生物質(zhì)與禽畜養(yǎng)殖廢棄物按C/N為20?30：1的比例進行混合配料，混合過程添加瘤胃微生物菌劑，調(diào)節(jié)pH為6.5?7.5，利用瘤胃微生物高效水解和產(chǎn)甲烷的特性進行厭氧發(fā)酵。該方法的底物含水率較低，發(fā)酵后無沼液消納問題；對底物進行預處理，提高纖維素類生物質(zhì)廢棄物的生物可降解性；接種體外馴化培養(yǎng)的瘤胃微生物菌劑，可提高底物降解效率和產(chǎn)氣效率，并縮短發(fā)酵周期；發(fā)酵后的沼渣有較好的氮、磷、鉀肥效，可直接作為有機肥料，后續(xù)處理簡單。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術屬于有機固體廢物資源化處理領域，涉及一種利用瘤胃微生物體外馴化培養(yǎng)，以及作為接種菌劑進行干式厭氧發(fā)酵的集成工藝方法。針對纖維素類生物質(zhì)和禽畜養(yǎng)殖廢棄物，進行干式厭氧發(fā)酵，在消除厭氧發(fā)酵沼液消納問題的基礎上，提高了干式發(fā)酵產(chǎn)氣效率和發(fā)酵剩余物的肥效。
技術介紹
我國是農(nóng)業(yè)大國，目前我國秸稈年產(chǎn)量約8-9億噸，綜合利用率較低，大量的剩余秸稈堆棄及任意焚燒，造成了嚴重的空氣環(huán)境污染。另外，我國農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，禽畜養(yǎng)殖廢棄物年產(chǎn)量約38-40億噸，堆棄的禽畜養(yǎng)殖廢棄物不僅容易造成地下水污染，還影響周圍的生態(tài)環(huán)境。我國在“十二五”規(guī)劃中已將《農(nóng)村環(huán)境連片整治》列入環(huán)境保護重點治理項目，其中農(nóng)村秸稈、禽畜養(yǎng)殖廢棄物是農(nóng)村環(huán)境治理的重點任務。另外，住建部等部門推出的《關于全面推進農(nóng)村垃圾治理的指導意見》中要求到十三五末禽畜廢棄物基本實現(xiàn)有效治理。厭氧發(fā)酵技術是一種可以實現(xiàn)秸稈等生物質(zhì)、禽畜養(yǎng)殖廢棄物綜合利用的方法。以總固體濃度為界，厭氧發(fā)酵技術可分為濕式發(fā)酵和干式發(fā)酵。干式厭氧發(fā)酵是指原料總固體濃度在20％-40％之間，幾乎無自由流動水的條件下進行厭氧發(fā)酵的一種工藝。發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣是一種清潔能源，發(fā)酵剩余物沼渣可以直接用作有機肥料或人工基質(zhì)。與濕式厭氧發(fā)酵技術相比，干式厭氧消化技術具有很多優(yōu)勢：(1)原料需水量低，節(jié)省用水，發(fā)酵后產(chǎn)生的沼液較少，無沼液消納問題；(2)發(fā)酵后的剩余物可直接作為有機肥或土壤調(diào)節(jié)劑；(3)容積產(chǎn)氣率高；(4)體積小，自身能耗低；(5)后續(xù)處理簡單，占地小，成本較低。干式厭氧發(fā)酵技術由于原料固體濃度高，傳質(zhì)效果差，利用纖維素類生物質(zhì)作為發(fā)酵底物，其水解過程較慢，限制了整體的發(fā)酵效率。另外，干式厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的中間代謝產(chǎn)物易積累，在發(fā)酵初期產(chǎn)生大量揮發(fā)性脂肪酸和氨，容易產(chǎn)生酸抑制和氨抑制，導致啟動時間較長，甚至出現(xiàn)啟動失敗的情況，這些都是傳統(tǒng)干式厭氧發(fā)酵技術存在的問題。本專利技術針對干式厭氧發(fā)酵技術的缺點，利用具有高效水解和產(chǎn)甲烷性能的瘤胃微生物，對瘤胃微生物進行體外馴化培養(yǎng)，接種在以纖維素類生物質(zhì)和禽畜養(yǎng)殖廢棄物為底物的干式厭氧發(fā)酵系統(tǒng)當中，優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，提高發(fā)酵系統(tǒng)的轉化效率，解決了干式厭氧發(fā)酵啟動慢、效率低等問題，發(fā)酵幾乎無沼液產(chǎn)生，沼渣可以直接作用有機肥料或土壤調(diào)節(jié)劑。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的是為了解決干式厭氧發(fā)酵效率低、啟動慢等問題。提供了一種首先利用沼液等氨化劑對底物預處理，再利用馴化后的瘤胃微生物作為接種菌劑，提高干式厭氧發(fā)酵資源化利用率的方法。本專利技術的技術方案：一種利用瘤胃微生物提高干式厭氧發(fā)酵有機固體廢物資源化利用率的方法，步驟如下：(1)纖維素類生物質(zhì)廢棄物預處理將纖維素類生物質(zhì)廢棄物粉碎，噴灑氨化劑至纖維素類生物質(zhì)廢棄物的含水率30％-60％并密封，室溫條件6～15天，得到預處理后纖維素類生物質(zhì)；所述的氨化劑為發(fā)酵沼液、尿素或氨鹽溶液；通過氨化預處理可以破壞秸稈中木質(zhì)纖維素間的結構，從而提高秸稈的可降解性。(2)瘤胃微生物的體外馴化培養(yǎng)將反芻動物瘤胃內(nèi)的液體以10％-30％的體積比接種于厭氧系統(tǒng)中，添加預處理后纖維素類生物質(zhì)，預處理后纖維素類生物質(zhì)占厭氧系統(tǒng)總質(zhì)量的1％-5％(干重計)；添加厭氧系統(tǒng)體積的70％-90％的緩沖溶液，調(diào)節(jié)pH6.5-7.5，溫度35-40℃，攪拌轉速100-200r/min，水力停留時間10-30天，馴化25-35天，瘤胃微生物獲得了穩(wěn)定較好的酶活性以及產(chǎn)氣效率，體外馴化完成；然后，在無氧條件下過濾脫水，作為干式厭氧發(fā)酵的接種菌劑；所述的緩沖溶液組成：NaHCO3濃度為2-6g/L；Na2HPO4濃度為3-6g/L，NaH2PO4濃度為2-5g/L；尿素濃度為0.1-0.3g/L；NaCl濃度為0.2-0.4g/L，KCl濃度為0.3-0.5g/L，MgCl2濃度為0.03-0.05g/L，CaCl2濃度為0.02-0.03g/L。(3)啟動干式厭氧發(fā)酵系統(tǒng)預處理后纖維素類生物質(zhì)與禽畜養(yǎng)殖廢棄物按C/N為20-30：1混合，混合過程添加預處理后纖維素類生物質(zhì)與禽畜養(yǎng)殖廢棄物總質(zhì)量的5％-50％(干重計)的瘤胃微生物接種菌劑，得到混合物料；再調(diào)節(jié)混合物料的干物質(zhì)濃度為20％-40％，pH為6.5-7.5；混合物料充分攪拌后置于厭氧環(huán)境中，在溫度35-40℃的條件下進行中溫干式厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣。對預處理后纖維素類生物質(zhì)與禽畜養(yǎng)殖廢棄物的混合物物料中C、N含量進行測定，混合后物料的C/N比計算公式如下： K = C / N = Σ C i X i Σ N i X i = C 1 X 1 + C 2 X 2 + ... + C i X i N 1 X 1 + N 2 X 2 + ... + N i X i ]]>式中：K-發(fā)酵原料碳氮比值；Ci-第i個原料中的碳素，單位為百分含量(％)；Ni-第i本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種利用瘤胃微生物提高干式厭氧發(fā)酵有機固體廢物資源化利用率的方法，其特征在于，步驟如下：(1)纖維素類生物質(zhì)廢棄物預處理將纖維素類生物質(zhì)廢棄物粉碎，噴灑氨化劑至纖維素類生物質(zhì)廢棄物的含水率30％?60％并密封，室溫條件6～15天，得到預處理后纖維素類生物質(zhì)；(2)瘤胃微生物的體外馴化培養(yǎng)將反芻動物瘤胃內(nèi)的液體以10％?30％的體積比接種于厭氧系統(tǒng)中，添加預處理后纖維素類生物質(zhì)，預處理后纖維素類生物質(zhì)占厭氧系統(tǒng)總質(zhì)量的1％?5％干重計；添加厭氧系統(tǒng)體積的70％?90％的緩沖溶液，調(diào)節(jié)pH?6.5?7.5，溫度35?40℃，攪拌轉速100?200r/min，水力停留時間10?30天，馴化25?35天，瘤胃微生物獲得穩(wěn)定較好的纖維素酶活性以及產(chǎn)氣效率，體外馴化完成；然后，在無氧條件下過濾脫水，作為干式厭氧發(fā)酵的接種菌劑；(3)啟動干式厭氧發(fā)酵系統(tǒng)預處理后纖維素類生物質(zhì)與禽畜養(yǎng)殖廢棄物按C/N為20?30：1混合，混合過程添加預處理后纖維素類生物質(zhì)與禽畜養(yǎng)殖廢棄物總質(zhì)量的5％?50％的瘤胃微生物接種菌劑，干重計，得到混合物料；再調(diào)節(jié)混合物料的干物質(zhì)濃度為20％?40％，pH為6.5?7.5；混合物料充分攪拌后置于厭氧環(huán)境中，在溫度35?40℃的條件下進行中溫干式厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣。...

【技術特征摘要】
1.一種利用瘤胃微生物提高干式厭氧發(fā)酵有機固體廢物資源化利用率的方法，其
特征在于，步驟如下：
(1)纖維素類生物質(zhì)廢棄物預處理
將纖維素類生物質(zhì)廢棄物粉碎，噴灑氨化劑至纖維素類生物質(zhì)廢棄物的含
水率30％-60％并密封，室溫條件6～15天，得到預處理后纖維素類生物質(zhì)；
(2)瘤胃微生物的體外馴化培養(yǎng)
將反芻動物瘤胃內(nèi)的液體以10％-30％的體積比接種于厭氧系統(tǒng)中，添加預
處理后纖維素類生物質(zhì)，預處理后纖維素類生物質(zhì)占厭氧系統(tǒng)總質(zhì)量的1％-5％
干重計；添加厭氧系統(tǒng)體積的70％-90％的緩沖溶液，調(diào)節(jié)pH6.5-7.5，溫度
35-40℃，攪拌轉速100-200r/min，水力停留時間10-30天，馴化25-35天，瘤
胃微生物獲得穩(wěn)定較好的纖維素酶活性以及產(chǎn)氣效率，體外馴化完成；然后，
在無氧條件下過濾脫水，作為干式厭氧發(fā)酵的接種菌劑；
(3)啟動干式厭氧發(fā)酵系統(tǒng)
預處理后纖維...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：楊鳳林，李樅林，徐曉晨，靳文堯，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧;21