一种蔬果废弃物厌氧发酵产沼气的方法

专利名称：一种蔬果废弃物厌氧发酵产沼气的方法
技术领域：
本发明涉及一种以蔬果废弃物为原料厌氧发酵产沼气的方法，主要可以解决无养 殖农户沼气池原料缺乏及蔬果废弃物浪费污染的问题，属于户用沼气池技术领域。
背景技术：
在可持续发展的理念下，我国政府把节能减排作为主攻方向，农村高度关注“三 农”及“生态富民工程”建设。农村沼气已成为农村生态家园建设、社会主义新农村建设、 实现农业资源循环利用和节能减排的重要纽带，与整个农村社会的经济发展有着密切的联 系。但是在没有畜禽养殖的农村地区，由于缺乏发酵原料，限制了沼气池的推广和应用。与 此同时，在蔬菜水果生产、储存、集散、运输和加工过程中产生大量的废弃物，这些废弃物随 意堆砌在农村和城市周边，其堆放或填埋会产生大量的渗滤液及腐败气味，造成严重的环 境污染。同时蔬菜废物具有高含水率，高营养成分和基本无毒害性的特性。蔬菜废物的含 水率通常在90%左右，以干基计算含氮量在3% -4%，总磷含量为0. 3% -0. 5%，钾含量为 1.8%-5.3%，C0D/N约为100/4，符合厌氧发酵的范围，从理论上具有厌氧发酵产沼气的条 件，如开发出适宜的方法用于发酵产生沼气，既可以消除污染，又能满足农户生活用气的需 求，促进低碳经济的发展。从20世纪80年代开始，国外陆续开始研究专门针对农业蔬菜水果废物的处理处 置方法，这些处理处置方法的思路借鉴了传统固体废物处理和水处理技术的经验，并针对 蔬菜废物的特点进行改进和优化，主要包括好氧堆肥法、厌氧消化法、好氧_厌氧联合处理 法等。厌氧消化处理它的最大优点是可以回收沼气能源，这种方式可以实现比较完全的废 物稳定化和能源回收利用，因此是一种理想的处理方法。从厌氧消化技术来说，各种不同的 厌氧工艺，如批量式反应器、连续流单相反应器、不同形式的连续流两相反应器、连续搅拌 反应器(CSTR)、管式反应器、厌氧序批式反应器(ASBR)、升流式厌氧污泥床(UASB)以及厌 氧滤池(AF)等，都曾被应用于水果和蔬菜废弃物的处理。但上述的几种厌氧发酵工艺均属 于工厂化大型沼气工程范畴，不仅反应器容积大、占地面积大，还需要较高的建设成本及设 备投资，而且对具体操作、运行管理都有相应的技术要求，对于我国广大的农村地区来说， 推广存在相当难度。而国内对蔬果废弃物厌氧发酵技术研究不多，且仅停留在实验室小试的阶段，无 成熟可供推广的技术。CN101153289A(申请号为200710046930.0)公开了一种以蔬菜废 弃物为原料发酵制备沼气的方法，首先对原料蔬菜废弃物进行分拣预处理，调整碳氮比为 20 1 30 1，加入接种物进行接种，混合，得到发酵原料，加水和炭粉进行发酵，调节发 酵液的初始PH值在6. 5 7. 5，放入封闭发酵装置，置于恒温水浴中，进行完全混合一阶湿 式发酵反应产气，经过1 2天产生沼气，发酵20 60天，然后采用排水法收集气体。但 该方法设定为在实验室内小型封闭装置内进行发酵，且发酵装置需置于恒温水浴锅内，不 适合推广于户用沼气池。

发明内容
针对蔬果废弃物污染环境及无养殖户沼气池缺少原料的问题，本发明提供一种适 于户用沼气池的蔬果废弃物厌氧发酵产沼气的方法。术语说明池容本说明书中涉及的厌氧发酵装置包括沼气池或厌氧反应器的容积的统称， 单位为立方米，简称立方。TS浓度总固体浓度，单位为质量比。沼气池用于制取沼气的厌氧消化装置。本发明的技术方案如下一种以蔬果废物为原料厌氧发酵产沼气的方法，包括对蔬果废弃物破碎，其特征 在于，用沼液浸泡蔬果废弃物原料进行预处理，调节PH值在7. 0 8. 5，加入沼气微生物菌 剂进行厌氧发酵。一种以蔬果废物为原料厌氧发酵产沼气的方法，步骤如下(1)对蔬果废弃物进行破碎，叶片类蔬菜切碎成长度3 5cm，茄果类蔬菜或水果 破碎成粒径3 5cm。(2)取正常发酵沼气池内沼液，将破碎后的蔬果废弃物原料浸没，进行浸泡预处理 7 14天，期间每日翻动1 2次。然后，加草木灰或生石灰调节pH值在7. 0 8. 5之间。(3)将步骤(2)处理后的原料投入沼气池或厌氧反应器中，原料投量为90 120 公斤/立方米池容，初次使用的沼气池要按每立方米池容加入正常产气沼气池内的沼液1 1. 5立方 米作为接种物，加水至沼气池池容的75 80%，搅拌使之充分混合；或厌氧反应器内加入1/3池容的沼液作为接种物用于启动，并加水调节混合物TS浓 度至10%。(4)向步骤(3)的混合物中加入沼气微生物菌剂(有效活菌数> 2亿个/克)，菌 剂加量为0. 08 0. 1公斤/立方米混合物，充分搅拌进行厌氧发酵，厌氧发酵3 5天开 始产生沼气，发酵期为60 92天。农户可每隔2个月按本法对蔬果废物进行处理，对沼气池进行补充投料，每一年 进行一次大出料。上述步骤(2)浸泡预处理时间根据气温情况确定，夏季气温高可取7 8天，冬季 气温低取12 14天，春秋季可取9 11天。通过加入沼液浸泡预处理阶段，不仅有助于 蔬果废物的初步降解，也可调节原料的碳氮比。由于蔬果废弃物厌氧发酵初期易发生有机酸积累，影响后续产甲烷过程，因此需 控制原料初始状态为偏碱性，本发明选用草木灰或生石灰调节蔬果混合物PH值在7. 0 8. 5之间。本发明上述的蔬果废弃物包括自温室大棚内、农贸市场、农产品加工企业以及普 通农户家等产生的蔬菜、水果废弃物等，对蔬果废物种类及含水率无特殊限制。上述步骤(2)、(3)中作为接种物的沼液取自正常发酵产气的以畜禽粪便为原料 的沼气池中的上层沼液或大型厌氧反应器的回流污泥。上述步骤(4)中的沼气微生物菌剂由山东金茂生物制品有限责任公司产售，固体包装，1公斤/袋，有效活菌数彡2亿个/克。或者，可以根据现有技术制备，如CN101372666B(ZL200810140400. 7) “一种沼气池用复 合微生物菌剂及其制备方法”，由荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)、蜡质芽胞杆 菌(Bacillus cereus)、枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis)和环状芽胞杆菌(Bacillus circulars) 4种菌的发酵液组成，按重量份为荧光假单胞发酵液0. 06-0. 15份，蜡质芽胞 杆发酵液0. 04-0. 08份，枯草芽胞杆发酵液0. 06-0. 10份，环状芽胞杆发酵液0. 05-0. 08 份；以上4种菌的发酵液中有效活菌数分别都在10亿个/毫升以上。该液体菌剂可直接施 用于沼气池，每10立方沼气池菌剂添加量260 300mL。为了贮存运输方便，该液体菌剂可 再经吸附剂吸附为固体菌剂。本发明的方法适应于户用沼气池及中小型厌氧发酵装置，特别适于温室大棚内 6 100立方米池容的沼气池。本发明的方法中没有特别限定的，按本领域常规技术选择即可。本发明方法与现有技术相比优良效果如下1、本发明方法适用范围广，蔬菜、水果废弃物均可进行厌氧发酵生产沼气。不仅适 合于农户家庭使用、温室大棚内沼气池的应用，也适合于蔬果废弃物产生量大的农产品加 工企业、农贸市场等场所。蔬果废物无论种类及含水率，经过本法处理均可正常发酵产气。 本方法不仅适用于普通农户家的户用小型沼气池，及6 500立方米的中小型沼气池，也适 合于蔬果废物大中型沼气工程的前处理过程。蔬果废物经本法处理后可进入CSTR等厌氧 罐内进行后续厌氧发酵，产气效率高、运行稳定。2、本发明方法具有使用方法简单、易于普及等优势，易被广大农户采用或推广。本发明利用蔬果废物发酵产沼气，是废弃物合理再利用。该方法技术简便、易操 作，无需特殊装置及设备、操作人员无需进行特别培训。所用原料农村常见，特别适合广大 农村及农户，易于大面积推广和应用。使用本方法对蔬果废物进行预处理后，可不添加或少 添加人畜粪便，特别适合无畜禽养殖地区应用。本发明可有效解决无养殖农户沼气池原料 缺乏及蔬果废弃物浪费污染的问题。3、使用本方法后蔬果废物的发酵效率高，产气量大，应用于户用沼气池可满足农 户生活用气需求。以蔬果废物为原料的户用沼气池可以确保全年正常使用，产气量不低于 以畜禽粪便为原料的沼气池。应用于中小型厌氧发酵装置后，产气潜力可达0. 42立方米/ kg蔬果废物。由于沼气池常年可以使用，为农户节省了开支，方便了生活，提高了广大农户 建沼气池和用沼气的积极性，从而促进沼气建设的健康发展。4、本方法可变废为宝，促进循环经济与可持续发展。本发明利用蔬果废物厌氧发酵产沼气，对废弃物合理再利用，能够变废为宝，保护 环境；同时产生的副产品沼液沼渣可作为有机肥，促进生态农业，推动循环经济与可持续发展。综上所述，本发明提供的蔬果废物厌氧产沼气方法，适用范围广、产气效率高、易 于普及，适应我国可持续发展、循环经济的国策，适于广大农村大面积推广。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步说明，实施例中未详加说明的均按本领域现有技术。实施例1 :30立方的户用沼气池，秋季蔬果废物原料为菜市场收集的废弃卷心菜、油菜菜叶类蔬菜，以及西红柿、茄子等 瓜果类蔬菜废弃物。一种以蔬果废物为原料厌氧发酵产沼气的方法，步骤如下(1)对蔬果废弃物原料进行分拣、破碎，叶片类蔬菜切成长度3 5cm，茄果类蔬菜 切割成粒径3 5cm。(2)用沼液将破碎后的蔬果废弃物原料浸没，进行浸泡预处理10天，期间每日翻 动2次。然后，加草木灰调节pH值在7. 8。(3)将步骤(2)处理后的原料投入30立方的户用沼气池中，原料投量为3000公 斤，初次使用沼气池内加入沼液3立方米作为接种物，该沼液取自正常发酵产气的以畜禽 粪便为原料的沼气池中的上层沼液。加水至沼气池池容的80%，搅拌使之充分混合。(4)向步骤(3)的混合物中加入沼气微生物菌剂(山东金茂生物制品有限责任公 司产售，有效活菌数> 2亿个/克)2. 2公斤，充分搅拌进行厌氧发酵，厌氧发酵5天开始产 生沼气，发酵期为80天。按本法操作投入蔬果废物，如蔬果废物碳氮比偏低，也可同时加入重量比10%左 右的人粪尿。沼气池正常启动后每2 3月按本法补投一次料，可保证沼气池正常使用。实施例2 10立方的户用沼气池，夏季蔬果废物原料为瓜农地里的废弃烂西瓜、瓜皮等。一种以蔬果废物为原料厌氧发酵产沼气的方法，步骤如下(1)对废弃西瓜、瓜皮进行切割或捣碎成粒径3 5cm。(2)用沼液将步骤(1)破碎后的废弃物原料浸没，进行浸泡预处理7天，期间每日 翻动2次。然后，加草木灰调节pH值在8.0。(3)将步骤(2)处理后的原料投入10立方的户用沼气池中，原料投量为1000公 斤，初次使用沼气池内加入沼液1立方米作为接种物，该沼液取自正常发酵产气的以畜禽 粪便为原料的沼气池中的上层沼液。加水至沼气池池容的80%，搅拌使之充分混合。(4)向步骤(3)的混合物中加入沼气微生物菌剂1. 0公斤，充分搅拌进行厌氧发 酵，厌氧发酵4天开始产生沼气，发酵期为90天。所用的沼气微生物菌剂按CN101372666B(ZL200810140400. 7)制得，组成按重量 份为荧光假单胞菌液0. 10份，蜡质芽胞杆菌液0. 06份，枯草芽胞杆菌液0. 08份，环状芽 胞杆菌液0. 06份；以上4种菌的发酵液中有效活菌数分别都在10亿个/毫升以上。四种 微生物材料菌种编号为荧光假单胞菌CGMCC1. 823，蜡质芽孢杆菌CGMCC1. 230，枯草芽孢杆 菌CGMCC1. 1414，环状芽孢杆菌CGMCC1. 383。用6倍于发酵液总质量的吸附剂硅藻土吸附 为固体菌剂，有效活菌数> 2亿个/克。实施例3 300立方的厌氧反应器，全年蔬果废物原料为调味品厂每日产生的蔬菜下脚料，包括洋葱皮、蒜皮、香菜、辣椒寸。一种以蔬果废物为原料厌氧发酵产沼气的方法，步骤如下(1)对蔬果废弃物原料进行破碎，切成长度3 5cm。
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(2)在储料池内用沼液将破碎后的蔬果废弃物原料浸没，堆怄时间可根据季节调 整。进行浸泡预处理10天，期间每日翻动2次。然后，加草木灰调节pH值在8.0。(3)将步骤(2)处理后的原料及厂内生产废水投入酸化调节池调节混合物TS至 10%。(4)将步骤(3)处理后的原料经螺杆泵泵入300立方的厌氧反应器中，原料投量为 3000公斤，厌氧反应器内加入约1/3池容的沼液作为接种物用于启动。该沼液取自正常发 酵产气的以畜禽粪便为原料的沼气池中的上层沼液或大型厌氧反应器的回流污泥。(5)向步骤(3)的混合物中加入沼气微生物菌剂(山东金茂生物制品有限责任公 司产售，有效活菌数> 2亿个/克)30公斤，充分搅拌进行厌氧发酵，厌氧发酵5天开始产 生沼气。特点在于，由于本工程为中温发酵，反应速度快，每15 20天需补充进料一次。根据以上实施例，并结合实际生产的条件，还可将本发明的方法做以下综合应用。综合应用例1 温室大棚内蔬果废弃物三沼综合利用在温室大棚内建设沼气池，沼气池利用蔬果废弃物发酵产沼气，沼气通过沼气灯 燃烧可以为植物提供光和热，并补充二氧化碳气肥，促进植物更好的生长。同时沼液用于大 棚作物的灌溉，沼渣作为有机肥，促进生态农业及循环经济的发展。根据大棚作物对沼气燃烧量的需求，建设相应容积的沼气池。以山东济南市历城 区郭店镇草莓种植基地为例面积1亩的温室大棚需建设20 30立方米的沼气池一 口，或 10立方米的沼气池2 3 口，并配套建设沼液滴灌装置。温室大棚通常每年10月至次年5 月封棚，期间种植作物并需点燃沼气灯。大棚沼气池可于9 10月间启动，按本法操作投 入蔬果废物，如蔬果废物碳氮比偏低，也可同时加入重量比10 %左右的人粪尿。蔬果废物的 量根据沼气池的容积进行调整。沼气池正常启动后每1 2月按本法投一次料，可保证沼 气池正常使用，沼液也可根据需求进行灌溉。由于沼气池建于温室大棚内，对沼气池具有保温和升温的双重作用，因此沼气池 内冬季料液温度可保持在较高的水平上，不会影响发酵微生物的活动。沼气池冬季也可正 常使用，产气量高而稳定。沼气池池容产气率可达0. 2 0. 3m3/d/m3池容。综合应用例2 调味品厂蔬菜废弃物沼气工程山东德州市某调味品厂每日产生蔬菜下脚料20t/d，豆腐渣3t/d，以及生产废水 70t/d。蔬菜废料包括洋葱皮10t/d，蒜皮5t/d，香菜、辣椒等5t/d。利用本发明中的技术方法对原料进行厌氧发酵前处理。由于本工程为中温发酵， 反应速度快，水力停留时间仅为15 20天。先对蔬菜剩余物进行收集及预处理工作，预处理阶段包括粉碎、浸湿和堆怄等环 节，采用物理的、化学的、微生物的组合方法。所需构筑物包括储料池、集水池、酸化调节池。 每日产生的蔬菜下脚料收集后经粉碎进入储料池，浸湿。堆怄时间可根据季节调整。储料 池内设搅拌装置定期翻堆，促进物料混合。堆怄后的蔬菜原料倒入酸化调节池，与污水调配成TS浓度10%的混合物。酸化调 节池内设搅拌机和螺旋除砂机。后经螺杆泵泵入厌氧罐进行厌氧发酵，同时添加菌剂。厌 氧发酵采用中温发酵工艺，充分消化分解原料中的有机物。发酵后的沼液排入沼液池，用于 周围农作物、果园和饲料地的优质有机肥。本项目沼气工程可年产沼气34万方，沼液32000t。
本实例中的蔬菜废物包括洋葱皮、蒜皮、辣椒等辣性蔬菜，含有一定的刺激性物 质。经本法处理后，未对后续厌氧发酵过程造成不利影响。本实例处理蔬菜废料及废水，实现废弃物减量化、资源化、无害化、生态化和运行 费用低廉化。处理后废水零排放，沼渣沼液农用。综合应用例3 普通农户家庭沼气池利用蔬果废物产沼气山东省章丘市黄河乡种植水果或蔬菜的普通农户，家中无畜禽养殖。按规范建设 6 10立方户用沼气池一 口，配套建设“一池三改”，厕所接入沼气池。人粪尿冲入沼气池 可适当调节原料碳氮比并对发酵原料进行搅拌。农户根据蔬果废物产生情况，利用本发明 中的技术方法进行处理，投入沼气池进行发酵。沼气池正常启动后每2 3月按本法对蔬 果废物进行预处理投一次料，一年进行一次大出料。由于户用沼气池为常温发酵，需避开冬 季进行启动，入冬前适当提高料液浓度。本方法中所用的沼气微生物菌剂，具有低温增效功 能，可确保沼气池在冬季正常使用，提高沼气池的产气效率。使用本方法后，户用沼气池可夏季日产气量可高于lm3，冬季高于0. 5m3。沼气池的建设推动农户对水、厨、厕等进行综合治理，可推动沼渣作肥、沼液治虫、 沼液浸种、沼液保鲜等沼气综合利用技术，引导农民走增收节支、可持续发展的道路，发展 循环经济，指导沼气综合生产，促进新农村建设。
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权利要求
一种以蔬果废物为原料厌氧发酵产沼气的方法，步骤如下(1)对蔬果废弃物进行破碎，叶片类蔬菜切碎成长度3～5cm，茄果类蔬菜或水果破碎成粒径3～5cm；(2)取正常发酵沼气池内沼液，将破碎后的蔬果废弃物原料浸没，进行浸泡预处理7～14天，期间每日翻动1～2次。然后，加草木灰或生石灰调节pH值在7.0～8.5之间；(3)将步骤(2)处理后的原料投入沼气池或厌氧反应器中，原料投量为90～120公斤/立方米池容，初次使用的沼气池要加入正常产气沼气池内的沼液1～1.5立方米作为接种物，加水至沼气池池容的75～80％，搅拌使之充分混合；或厌氧反应器内加入1/3池容的沼液作为接种物用于启动，并加水调节混合物TS浓度至10％；(4)向步骤(3)的混合物中加入沼气微生物菌剂，沼气微生物菌剂加量为0.08～0.1公斤/立方米混合物，充分搅拌进行厌氧发酵，厌氧发酵3～5天开始产生沼气，发酵期为60～92天。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中作为接种物的沼液取自正常发酵 产气的以畜禽粪便为原料的沼气池中的上层沼液或大型厌氧反应器的回流污泥。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中的沼气微生物菌剂由山东金茂生 物制品有限责任公司产售，该菌剂有效活菌数> 2亿个/克。
全文摘要
一种以蔬果废物为原料厌氧发酵产沼气的方法。将蔬果废弃物用沼液浸泡进行预处理，沼液的加入不仅有助于蔬果废物的初步降解，也可调节原料的碳氮比；调节混合物pH值在7.0～8.5之间，将预处理后的原料投入厌氧反应器或沼气池进行厌氧发酵，加入沼气微生物菌剂，3～5d开始产生沼气，发酵期为60～90d。本发明可有效解决无养殖农户沼气池原料缺乏及蔬果废弃物浪费污染的问题。采用该方法后户用沼气池可利用蔬菜水果废弃物正常产气，产气率不低于以畜禽废弃物为原料的沼气池。
文档编号C12P5/02GK101914574SQ20101024184
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月2日 优先权日2010年8月2日
发明者刘 英, 姚利, 张昌爱, 曹德宾, 李国生, 王艳芹, 袁长波, 边文范 申请人:山东省农业科学院土壤肥料研究所