专利名称：一种联合处理粪便和秸秆的厌氧发酵工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于可再生能源开发利用与环境保护领域，具体涉及一种联合处 理粪便和秸秆的厌氧发酵工艺。
技术背景农业生产与农村生活排放的废弃物已成为造成我国水体富营养化的主 要污染源之一。《太湖水污染防治"十五"规划》提供的数据表明农业污染对 太湖流域主要污染物氨氮的贡献率超过50%;据《滇池流域农业面源污染控制专题调研报告》中的数据，滇池流域每年有32万吨固体废弃物流入滇池， 其中人畜粪尿24万吨。这些废弃物含总磷426.6吨，总氮1167吨。再比如， 杭州湾的污染现在主要来自长江流域的广大农村。在总的污染中，农业污染 源占的比重很大，以无机氮为例，畜禽粪便占35%。目前，在引起水体污染的诸多农业和农村污染源中，养殖粪便和农田径 流对水污染负荷的贡献率最大，已成为困扰水环境改善的重要因素。对这两 类污染源的治理已经成为提高水环境质量的重要课题。但目前许多治理措施 由于没有将与水污染有关的农业和农村问题作为一个整体来看待，而且多偏 重于治理，忽略了资源化利用，使得一些治理设施因缺乏经济支撑而不得不 停止运行。农业和农村的发展离不开"三料"，即燃料、肥料和饲料。而这"三料" 与水污染问题存在着直接或间接的关系，农田径流污染实质上是肥料污染， 而随着农村生活水平的不断提高，燃料利用方式也随之发生着大的改变，即 由原来的燃用秸秆等生物质为主转变为燃用煤、液化气等商品能源为主，加 之秸秆的饲料化功能淡化，从而导致秸秆的废弃和荒烧。秸秆在田间和沟渠 等地的随意堆放势必导致N、 P的大量流失。如果通过合理的技术途径将这 些废弃物进行资源化开发利用，在解决"三料"问题的同时，水污染问题也会得到根本的解决。首先，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。粪便和秸秆都是生物质资源，将其进行能源化开发利用符合目前我国大 力发展生物能的战略需求。作为一种影响人类未来发展的重要资源，生物质 能源的开发利用已在许多国家，尤其是欧美等国受到前所未有的重视。美国提出了 2020年使生物能源达到其能源总消费量的25%,每年减少 碳排放量1亿吨和增加农民收入200亿美元的宏大目标。欧盟对可再生能源 的发展也是高度重视，1997年发布了《欧盟战略和行动白皮书》，提出到2010 年，欧盟可再生能源的消费量要由1997年的约6%提高到12%，生物能的利 用量要达到2亿吨标煤。法国农业部的公告显示，到2010年，法国将能够实 现可再生能源消费增加50%，可再生能源生产的电力达到21%。英国政府正 招兵买马，增加投资，刺激生物能源的开发和利用，以实现到2010年10% 的能源消耗由可再生能源提供的目标。随着我国国民经济持续快速的发展， 一些能源消耗行业呈现快速发展势 头，使能源总需求明显增加、价格不断上升，能源供应紧张的局面在一些经 济发达地区出现的频率在不断加大。全面推进生物质能等可再生能源的发展 作为缓解我国能源供求矛盾的一个重要举措受到了国家的高度重视。根据 2006年国家发改委发布的《可再生能源中长期发展规划》，到2010年我国可 再生能源将占到能源消费总量的10%，沼气年利用量要达到l卯亿m、到2020年我国可再生能源将占到能源消费总量的16%，沼气年利用量要达到 443亿m3。《规划》同时提出要将农村生物质能源的开发利用作为发展现代 农业、建设社会主义新农村的重要措施。在国家政策的支持下，户用沼气技术在我国得到了快速发展，但就目前 的发展情况而言，存在的一个主要的问题是所使用原料太过单一，即主要采 用畜禽粪便为发酵原料。秸秆类原料在厌氧发酵过程中由于存在原料分层、 结壳以及出料难等问题而被认为不适合用作户用沼气池的发酵原料。而在我 国许多经济比较发达的农村地区，由于传统的养殖模式，即一家一户散养牲 畜的方式已基本被淘汰，这在很大程度上限制了该技术在这些地区的应用， 另一方面，由于对清洁燃料需求的不断增加使得这些地区商品能源供应的压 力也呈不断增加趋势，而且商品能源价格的不断攀升也加重了农民在这方面 的负担。与此同时，这些地区每年都有大量的秸秆资源被白白废弃掉，不但 污染了环境，还造成了很大的资源浪费。 发明内容本发明的目的是提供一种利用蚯蚓联合处理秸秆和粪便，产生的蚯蚓粪 作为发酵原料生产沼气的工艺。本发明的目的可以通过以下措施达到一种联合处理粪便和秸秆的厌氧发酵工艺，先将粪便进行堆沤处理，然后与粉碎的秸秆混合后加水并调整含水率到60% 70%后作为蚯蚓养殖的 傅料，将蚯蚓采食饵料后产生的蚯蚓粪投加到沼气池厌氧发酵产出沼气。其中秸秆选自玉米秆、稻草、麦秸、高粱秸、米草中的一种或几种。粪 便选自猪粪、牛粪、鸡粪、羊粪、兔粪中的一种或几种。秸秆和粪便混合时， 秸秆所占的质量为30% 50%，混合后原料的C/N比为15 25。沼气池选用圆筒型沼气池、曲流布料沼气池、点盖槽式沼气池、分离浮 罩沼气池、以及商品化户用沼气池中的任意一种。本发明首先将新鲜粪便进行堆沤处理，堆沤时间可根据粪便种类不同控 制在20 30天。将秸秆粉碎成l 2cm的颗粒，然后将堆沤好的粪便和秸秆混合均匀(其中秸秆所占的质量为30% 50%，混合后原料的C/N比为15 25)并调整含水率到60% 70%范围后，放入蚯蚓养殖床进行处理。蚯蚓养 殖床可选择在大棚内建造，也可选择建在棚外，可建在地面上，也可建成半 地下式。蚯蚓养殖床的温度以15'C 25"C为宜，冬季床面可搭架覆盖薄膜防 风，上面加盖草席等材料保温。夏季拆除塑料薄膜，可在饵料上盖10 15cm 的湿草，并搭简易凉棚遮阴防雨。蚯蚓处理后产生的蚓粪收集后投加到沼气 池中厌氧发酵生产沼气。将蚯蚓粪添加接种污泥后投加到沼气池中，然后往 沼气池内加水，加水后发酵料液的体积占沼气池容积的比例应不超过85%， 添加蚓粪过程要注意根据季节的变化控制发酵液的浓度，冬季以10% 15% TS为宜，夏季以6X 8XTS为宜，加完水后盖上活动盖并做好密封。沼气 池在正常运行过程中的进出料采用间歇方式，即每隔3 5天出一次料，然后 再加一次蚓粪，进出料量应相等。厌氧发酵产生的沼气经脱硫处理后用作炊 事或照明燃料。产生的渣液可直接作为有机肥施用到农田。本发明所涉及的联合处理粪便和秸秆的厌氧发酵工艺采用一种低成本、 无污染、易操作的全生物处理方式，即蚯蚓处理的方式解决了长期困扰秸秆 厌氧发酵利用的关键技术难题，与直接采用秸秆或粪便作为沼气发酵原料相 比具有以下4方面的特点① 蚯顿粪具有良好的沉降性能，因此采用该工艺解决了秸秆直接作为沼 气发酵原料所存在的原料分层、上浮结壳、出料难、产气效果差等长期制约 秸秆作为户用沼气池发酵原料的难题。② 采用畜禽粪便直接作为沼气发酵原料有时会产生发酵液酸化现象，蚓 粪PH值呈中性偏碱，可有效避免这类现象的发生，使厌氧发酵过程更加稳 定，因此以其为原料可以提高发酵料液的浓度，进而提高池容产气率。③ 蚯蚓粪是一种多孔状，比表面积大的颗粒，且具有良好的吸收和保持 营养物质的能力，其内部易形成适合厌氧细菌生存的微环境，因此蚯蚓粪可 以明显提高厌氧微生物的活性，从而为提高沼气产率奠定了良好的基层。④ 处理过程产生的蚯蚓可以作为中药材、钓鱼饵料等出售，提高了处理过程的经济产出。
图1是本发明的联合处理粪便和秸秆的厌氧发酵工艺流程图。
具体实施方式
下面详细的说明仅仅是阐述本发明的普遍原理，并非限制性的，实际应 用过程中可以根据处理原料的不同性质和处理要求进行合理的调整和修改。将新鲜猪粪首先进行堆沤处理，堆沤时间控制在25天左右。将稻草粉碎 成1 2cm的颗粒，然后将堆沤好的猪粪和稻草按粪便秸秆二7 : 3 (以TS 计)的比例混合均匀并调C/N至20后调整混合原料的含水率到65%左右。 将配比好的原料放入蚯蚓养殖床进行处理。蚯蚓养殖床采用建在大棚内的方 式，原料的堆积高度15 20cm，维持大棚内的温度在2(TC 25"C。每隔l 2天定时往原料上撒水，以维持原料的水分含量。蚯顿品种选用赤子爱胜蚓， 种蚯蚓数量为每平方米蚓床8000条左右。每隔15天收集一次蚯蚓粪，同时 添加往养殖床上投加新的原料。收集的蚯蚓粪投加到圆筒型水压式沼气池中 厌氧发酵生产沼气。将蚯蚓粪添加浓度12XTS左右，在环境温度为25 30 r范围内变化时，连续记录7天的沼气产量，经计算沼气池的平均池容产气 率达0.29 m3/m3 d。将新鲜鸡粪首先进行堆沤处理，堆沤时间控制在30天左右。将玉米秸秆 粉碎成1 2cm的颗粒，然后将堆沤好的鸡粪和玉米秸秆按粪便秸秆=6 : 4 (以TS计)的比例混合均匀并调C/N至20后调整混合原料的含水率到65 %左右。将配比好的原料放入蚯蚓养殖床进行处理。蚯蚓养殖床采用露天形 式，原料的堆积高度15 20cm，原料堆上覆盖稻草以起到保温保湿作用，每 隔1 2天定时往原料上撒水，以维持原料的水分含量。蚯蚓品种选用赤子爱 胜顿，种蚯弼l数量为每平方米躬l床8000条左右。每隔15天收集一次蚯蚓粪， 同时添加往养殖床上投加新的原料。收集的蚯蚓粪投加到圆筒型水压式沼气池中厌氧发酵生产沼气。蚯蚓粪添加浓度15XTS左右，在环境温度为22 28。C范围内变化时，连续记录7天的沼气产量，经计算沼气池的平均池容产 气率达0.32 m3/m3 d。 对比例l将取自养殖场的新鲜猪粪投加到圆筒型水压式沼气池中堆放5 7天，以 使沼气池升温，然后向沼气池内投加接种污泥并添加温水，加水后发酵料液 的浓度达到12%TS，将发酵料液搅拌均匀后封池，环境温度的变化范围为 25 30°C， 7天后沼气池仍不能正常产气，经测试发现发酵液酸化，沼气池 内添加澄清石灰水将pH值调整到6.9， 3天后开始正常产气，然后连续记录 7天的沼气产量，经计算沼气池的平均池容产气率为0.23 m3/m3 d。 对比例2将刚刚收获的玉米秆粉碎成2 3cm的颗粒，加水调节其含水率到60% 左右，然后放到水泥池中压实堆放，20天后取出加入接种污泥后投加到圆筒 型水压式沼气池中，加温水调节发酵料液浓度到8%TS，将发酵料液搅拌均 匀后封池，环境温度的变化范围为25 3(TC，待沼气池正常产气后，连续记 录7天的沼气产量，经计算沼气池的平均池容产气率为0.12mVm3'd。在正 常进出料情况下，沼气池运行60天后产气效果明显下降，打开活动盖后发现 有明显的结壳现象。
权利要求
1、一种联合处理粪便和秸秆的厌氧发酵工艺，其特征在于先将粪便进行堆沤处理，然后与粉碎的秸秆混合后加水调整含水率到60％～70％后作为蚯蚓养殖的饵料，将蚯蚓采食饵料后产生的蚯蚓粪投加到沼气池厌氧发酵产出沼气。
2、 根据权利要求1所述的联合处理粪便和秸秆的厌氧发酵工艺，其特征 在于秸秆和粪便混合时，秸秆所占的质量为30% 50%，混合后原料的C/N 比为15 25。
3、 根据权利要求1所述的联合处理粪便和秸秆的厌氧发酵工艺，其特征 在于所述的秸秆选自玉米秆、麦秸、稻草、高粱秆、米草中的一种或几种。
4、 根据权利要求1所述的联合处理粪便和秸秆的厌氧发酵工艺，其特征 在于所述的粪便选自牛粪、猪粪、鸡粪、羊粪、兔粪中的一种或几种。
5、 根据权利要求1所述的联合处理粪便和秸秆的厌氧发酵工艺，其特征 在于粪便的堆沤时间为20 30天。
全文摘要
一种联合处理粪便和秸秆的厌氧发酵工艺，先将粪便进行堆沤处理，然后与粉碎的秸秆混合并调整含水率到60％～70％后作为蚯蚓养殖的饵料，将蚯蚓采食饵料后产生的蚯蚓粪投加到沼气池厌氧发酵产出沼气。本发明通过蚯蚓预处理，解决了直接利用秸秆作为沼气发酵原料存在的原料分层、上浮结壳、出料难、产气效果差等长期制约秸秆作为户用沼气池发酵原料的技术难题，同时蚯蚓粪作为沼气发酵原料还具有提高原料产气率，提高厌氧污泥活性，增强厌氧发酵过程稳定性的功能，而且蚯蚓生产提高了处理过程的经济产出。
文档编号C05F17/00GK101235388SQ20081002066
公开日2008年8月6日 申请日期2008年2月20日 优先权日2008年2月20日
发明者冯景伟, 卓 孟, 张继彪, 李军状, 李继红, 杨世关, 罗兴章, 邹星星, 正 郑, 陈广银, 黄星发 申请人:南京大学