專利名稱：一種利用秸稈制造沼氣和有機(jī)肥料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可再生能源技術(shù)領(lǐng)域，特別指一種利用秸稈制造沼氣和有機(jī)肥料的方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)是個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，具有非常豐富的麥秸、稻草、豆稈、玉米秸桿等農(nóng)作物秸稈資源，目前，這些秸稈資源除少部分作為人造板原料和食用菌栽培基質(zhì)原料等之外，大部分還沒(méi)有得到充分的開(kāi)發(fā)利用，許多地方的處理方法是就地焚燒，既煙霧彌漫，影響空中和陸地的交通，也造成嚴(yán)重的空氣污染，同時(shí)也是生物質(zhì)資源的巨大浪費(fèi)。另一方面，由于我國(guó)廣大農(nóng)村長(zhǎng)期大量使用化肥、農(nóng)藥，土壤的透氣性、疏松性大大降低，土壤結(jié)塊嚴(yán)重，農(nóng)作物生長(zhǎng)的土壤環(huán)境受到了很大的破壞，如果長(zhǎng)期使用化肥，勢(shì)必會(huì)嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大力推廣使用農(nóng)家肥、有機(jī)肥，少用或不用化肥，將會(huì)有力地促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。利用秸稈厭氧發(fā)酵的技術(shù)，可以從源頭上減少焚燒秸稈帶來(lái)的眾多環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)產(chǎn)生了大量的有機(jī)生態(tài)肥——沼渣和沼液，可有效改善土壤理化性狀，提高土壤肥力，減少化學(xué)肥料使用帶來(lái)的環(huán)境污染，促進(jìn)生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)；另外，通過(guò)厭氧發(fā)酵殺滅了秸稈中的病菌蟲(chóng)卵，避免了秸稈直接還田造成的作物病蟲(chóng)害問(wèn)題。但是傳統(tǒng)的秸稈發(fā)酵技術(shù)都是采用濕發(fā)酵技術(shù)，即將秸稈與人畜糞便、工業(yè)廢水等有機(jī)物混合，在厭氧菌的作用下生成沼氣。但由于濕法發(fā)酵中干物質(zhì)含量低，導(dǎo)致用于維持反應(yīng)體系溫度的能量很大程度上被溶劑水占用，尤其在北方，要耗用30%以上的能量用于系統(tǒng)的保溫，造成大量能源浪費(fèi)，極大的限制了沼氣工程的應(yīng)用和推廣，而且沼渣和沼液沒(méi)有得到很好的利用。有的甚至造成二次污染和資源浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)背景技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和問(wèn)題加以改進(jìn)和創(chuàng)新，提供一種以秸稈干發(fā)酵產(chǎn)沼氣法為基礎(chǔ)，一方面可制得沼氣，經(jīng)凈化工序處理后，可作為居民炊事的燃料或者用來(lái)發(fā)電，同時(shí)將秸稈厭氧發(fā)酵后的殘余物分離成沼渣和沼液，制成固態(tài)和液態(tài)有機(jī)肥，用于種植農(nóng)作物的利用秸稈制造沼氣和有機(jī)肥料的方法。本發(fā)明包括以下工藝步驟 (1)秸稈的預(yù)處理
①秸稈粉碎
利用秸稈粉碎機(jī)將秸稈粉碎，秸稈粉碎后長(zhǎng)度為15-20mm ；
②秸稈潤(rùn)濕
用1 :1的比例加水將粉碎后秸稈潤(rùn)濕，邊加水邊翻秸稈，使?jié)櫇窬鶆颍粷?rùn)濕完成后將秸稈放置Mh，使秸稈充分吸水；
③原料的拌制往潤(rùn)濕后的秸稈內(nèi)加復(fù)合菌劑、含氮化肥，并翻動(dòng)拌勻，同時(shí)補(bǔ)加水；其中加水量為秸稈重量的1. 5-2倍，使秸稈含水率為60%-70%，復(fù)合菌劑添加量為農(nóng)作物秸稈質(zhì)量的 0.15-0. 25%，含氮化肥的添加量保證為發(fā)酵料液的C/N為25 1。(2)秸稈的堆慪
將經(jīng)上步處理后的秸稈收堆，料堆高度為1-1. 2m，在料堆頂部及四周每隔20-30cm用尖木棒打孔，用塑料布將料堆覆蓋進(jìn)行堆慪；覆蓋時(shí)在料堆底部距地面留IOcm空隙，以利于通氣，堆慪時(shí)間為夏季3-4d，冬季4-6d ；待堆垛物料溫度達(dá)到55-65°C后，維持堆慪 70-80h，至秸稈表面長(zhǎng)有白色菌絲、秸稈變軟呈黑褐色即可進(jìn)入下一步。(3)厭氧發(fā)酵
將堆慪好的秸稈與含氮化肥、15%-25%的接種物混合均勻，使發(fā)酵初始料液總固體含量為20%-30%，發(fā)酵料液pH值為6. 0-8. 0，然后投入密閉的發(fā)酵罐中，常溫下進(jìn)行厭氧發(fā)酵 30-40d ；發(fā)酵過(guò)程中利用太陽(yáng)能作為熱源，對(duì)厭氧發(fā)酵罐及其物料連接管道進(jìn)行保溫，保溫材料為聚氨酯發(fā)泡材料，外加彩鋼板進(jìn)行保護(hù)。(4)發(fā)酵產(chǎn)物的利用
①厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣，經(jīng)脫水、脫硫的凈化工序處理后儲(chǔ)存，經(jīng)管道輸送給用戶，可作為生產(chǎn)和生活能源；
②厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的殘余物分離成沼渣和沼液，制成固態(tài)和液態(tài)有機(jī)肥。本發(fā)明所述的秸稈是農(nóng)作物秸稈，即農(nóng)作物收獲后剩留下的含纖維成分很高的作物殘留物，包括禾谷類、豆類、薯類、油料類、麻類、以及棉花、甘蔗、煙草、瓜果作物的秸稈。本發(fā)明所述的含氮化肥為碳酸氫銨或尿素。
本發(fā)明所述的接種物為家畜糞便富集而成。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果
1、本發(fā)明顯著提高了秸稈的降解率和產(chǎn)氣量，秸稈經(jīng)過(guò)復(fù)合菌劑、堆慪預(yù)處理可以破壞秸稈表面的蠟質(zhì)層，進(jìn)而分解木質(zhì)素、半纖維素和纖維素的部分聯(lián)接結(jié)構(gòu)，使秸稈柔軟、 疏松，便于厭氧微生物利用，大大提高了秸稈的降解率和產(chǎn)氣量。另外，復(fù)合菌劑預(yù)處理能穩(wěn)定發(fā)酵系統(tǒng)的PH值，有利于厭氧發(fā)酵的正常進(jìn)行，從而提高了沼氣中的甲烷含量。2、本發(fā)明大大節(jié)省了成本，由于秸稈干發(fā)酵產(chǎn)沼氣，可以直接處理農(nóng)作物秸稈，節(jié)省了預(yù)處理成本；耗水量大大降低，節(jié)省水費(fèi)；同時(shí)，幾乎沒(méi)有污水排放，污水處理費(fèi)用低。3、本發(fā)明提高了可再生能源的利用率，通過(guò)農(nóng)作物秸稈厭氧發(fā)酵制得的沼氣，經(jīng)脫硫、脫水的凈化工序處理后，作為居民炊事的燃料或者用來(lái)發(fā)電；另一方面，秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的殘余物分離成沼渣和沼液，制成固態(tài)和液態(tài)有機(jī)肥。它易被作物吸收，能顯著改善土壤的物理性狀，使持水性增強(qiáng)，可以疏松土壤，有利于土壤微生物的活動(dòng)和土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，從而大大提高了秸稈資源的綜合利用率。


圖1是本發(fā)明工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式由圖1可知，本發(fā)明的工藝步驟包括(1)秸稈的預(yù)處理 ①秸稈粉碎
利用秸稈粉碎機(jī)將秸稈粉碎，秸稈粉碎后長(zhǎng)度為15-20mm。②秸稈潤(rùn)濕
用1 :1的比例加水將粉碎秸稈潤(rùn)濕，邊加水邊翻秸稈，使之潤(rùn)濕均勻；潤(rùn)濕完成后將秸稈放置Mh，以利秸稈充分吸水。③原料的拌制
將潤(rùn)濕后的秸稈邊加復(fù)合菌劑、含氮化肥邊翻動(dòng)拌勻，同時(shí)補(bǔ)加水，加水量為秸稈重量的1.5-2倍，使秸稈含水率為60%-70%。其中復(fù)合菌劑添加量為農(nóng)作物秸稈質(zhì)量的 0.15-0. 25%，含氮化肥的添加量應(yīng)保證發(fā)酵料液的C/N為25 1 ；
(2)秸稈的堆慪
將濕潤(rùn)好的秸稈收堆，料堆高度為1-1. an(冬季可適當(dāng)加高)。在料堆頂部及四周每隔 20-30cm用尖木棒打孔，用塑料布將料堆覆蓋進(jìn)行堆慪；覆蓋時(shí)在料堆底部距地面留IOcm 空隙，以利于通氣(堆慪時(shí)間為夏季3-4d ；冬季4-6d)。待堆垛物料溫度達(dá)到55-65°C后，維持堆慪70-80h，至秸稈表面長(zhǎng)有白色菌絲、秸稈變軟呈黑褐色即可。(3)厭氧發(fā)酵
將堆慪好的秸稈與適量的含氮化肥、15%-25%的接種物(按容積計(jì)算)混合均勻，使發(fā)酵初始料液總固體含量(TS)為20%-30%，發(fā)酵料液pH值為6. 0-8. 0，然后投入密閉的發(fā)酵罐中，常溫下進(jìn)行厭氧發(fā)酵30-40d。(利用太陽(yáng)能作為熱源，對(duì)厭氧發(fā)酵罐及其物料連接管道進(jìn)行保溫，保溫材料為聚氨酯發(fā)泡材料，外加彩鋼板進(jìn)行保護(hù)。) (4)發(fā)酵產(chǎn)物的利用
①厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣，經(jīng)脫水、脫硫的凈化工序處理后儲(chǔ)存，經(jīng)管道輸送給用戶，可作為生產(chǎn)和生活能源。②厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的殘余物分離成沼渣和沼液，制成固態(tài)和液態(tài)有機(jī)肥。其中，上述農(nóng)作物秸稈是農(nóng)作物收獲后剩留下的含纖維成分很高的作物殘留物， 包括禾谷類、豆類、薯類、油料類、麻類、以及棉花、甘蔗、煙草、瓜果等多種作物的秸稈。復(fù)合菌劑由北京合百意生態(tài)能源科技開(kāi)發(fā)有限公司生產(chǎn)。含氮化肥為碳酸氫銨或尿素。所述的接種物為家畜糞便富集而成。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但不限于此。原料說(shuō)明如下農(nóng)作物秸稈，是風(fēng)干棉花秸稈，其含水量10. 85%、粗有機(jī)物56. 54 %、氮0. 941%、磷0. 146%、鉀0. 910%、 碳氮比為34、灰分5. 90。復(fù)合菌劑為北京合百意生態(tài)能源科技開(kāi)發(fā)有限公司生產(chǎn)。含氮化肥為碳酸氫銨或尿素。接種物為家畜糞便富集而成。實(shí)施例中的原料用量，所有的比例均為質(zhì)量比，所有的百分比均為質(zhì)量百分比。實(shí)施例1 (1)秸稈的預(yù)處理
①秸稈粉碎
利用秸稈粉碎機(jī)將秸稈粉碎，秸稈粉碎后長(zhǎng)度為20mm。
②秸稈潤(rùn)濕
用1 :1的比例加水將粉碎秸稈潤(rùn)濕，邊加水邊翻秸稈，以保證潤(rùn)濕均勻；潤(rùn)濕完成后將秸稈放置Mh，以利秸稈充分吸水。③原料的拌制
將潤(rùn)濕后的秸稈邊加復(fù)合菌劑、碳酸氫銨邊翻動(dòng)拌勻，同時(shí)補(bǔ)加水，加水量為秸稈重量的2倍，使秸稈含水率為60% ；其中復(fù)合菌劑添加量為農(nóng)作物秸稈質(zhì)量的0. 25%，碳酸氫銨的添加量應(yīng)保證發(fā)酵料液的C/N為25 1 ； (2)秸稈的堆慪
將濕潤(rùn)好的秸稈收堆，料堆高度為lm。在料堆頂部及四周每隔20cm用尖木棒打孔，用塑料布將料堆覆蓋進(jìn)行堆慪；覆蓋時(shí)在料堆底部距地面留IOcm空隙，以利于通氣。待堆垛物料溫度達(dá)到55°C后，維持堆慪70h，至秸稈表面長(zhǎng)有白色菌絲、秸稈變軟呈黑褐色即可。(3)厭氧發(fā)酵
將堆慪好的秸稈與一定的碳酸氫銨、20%的接種物(按容積計(jì)算)混合均勻，發(fā)酵初始料液總固體含量(TS )為30%，發(fā)酵料液pH值為7. 2，然后投入密閉的發(fā)酵罐中，常溫下進(jìn)行厭氧發(fā)酵30d。發(fā)酵過(guò)程中利用太陽(yáng)能作為熱源，對(duì)厭氧發(fā)酵罐及其物料連接管道進(jìn)行保溫， 保溫材料為聚氨酯發(fā)泡材料，外加彩鋼板進(jìn)行保護(hù)。(4)發(fā)酵產(chǎn)物的利用
①厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣，經(jīng)脫水、脫硫的凈化工序處理后儲(chǔ)存，經(jīng)管道輸送可作為生產(chǎn)和生活能源。②厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的殘余物分離成沼渣和沼液，制成固態(tài)和液態(tài)有機(jī)肥。實(shí)施例2 (1)秸稈的預(yù)處理 ①秸稈粉碎
利用秸稈粉碎機(jī)將秸稈粉碎，秸稈粉碎后長(zhǎng)度為20mm。②秸稈潤(rùn)濕
用1 :1的比例加水將粉碎秸稈潤(rùn)濕，邊加水邊翻秸稈，以保證潤(rùn)濕均勻；潤(rùn)濕完成后將秸稈放置Mh，以利秸稈充分吸水。③原料的拌制
將潤(rùn)濕后的秸稈邊加復(fù)合菌劑、碳酸氫銨邊翻動(dòng)拌勻，同時(shí)補(bǔ)加水，加水量為秸稈重量的2倍，使秸稈含水率為55% ；其中復(fù)合菌劑添加量為農(nóng)作物秸稈質(zhì)量的0. 15%，碳酸氫銨的添加量應(yīng)保證發(fā)酵料液的C/N為25 1。(2)秸稈的堆慪
將濕潤(rùn)好的秸稈收堆，料堆高度為1.5m。在料堆頂部及四周每隔20cm用尖木棒打孔， 用塑料布將料堆覆蓋進(jìn)行堆慪；覆蓋時(shí)在料堆底部距地面留IOcm空隙，以利于通氣。待堆垛物料溫度達(dá)到60°C后，維持堆慪80h，至秸稈表面長(zhǎng)有白色菌絲、秸稈變軟呈黑褐色即可。(3)厭氧發(fā)酵
將堆慪好的秸稈與一定的碳酸氫銨、25%的接種物(按容積計(jì)算)混合均勻，發(fā)酵初始料液總固體含量(TS )為40%，發(fā)酵料液pH值為7. 6，然后投入密閉的發(fā)酵罐中，常溫下進(jìn)行厭氧發(fā)酵40d。發(fā)酵過(guò)程中利用太陽(yáng)能作為熱源，對(duì)厭氧發(fā)酵罐及其物料連接管道進(jìn)行保溫， 保溫材料為聚氨酯發(fā)泡材料，外加彩鋼板進(jìn)行保護(hù)。
(4)發(fā)酵產(chǎn)物的利用
①厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣，經(jīng)脫水、脫硫的凈化工序處理后儲(chǔ)存，經(jīng)管道輸送可作為生產(chǎn)和生活能源。②厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的殘余物分離成沼渣和沼液，制成固態(tài)和液態(tài)有機(jī)肥。對(duì)比例
在秸稈的預(yù)處理中，不添加復(fù)合菌劑，直接進(jìn)行厭氧發(fā)酵。將上述實(shí)施例1、2和對(duì)比例，在8m3發(fā)酵罐中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物沼氣中甲烷含量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如下
權(quán)利要求
1.一種利用秸稈制造沼氣和有機(jī)肥料的方法，其特征在于包括以下工藝步驟(1)秸稈的預(yù)處理①秸稈粉碎利用秸稈粉碎機(jī)將秸稈粉碎，秸稈粉碎后長(zhǎng)度為15-20mm ；②秸稈潤(rùn)濕用1 :1的比例加水將粉碎后秸稈潤(rùn)濕，邊加水邊翻秸稈，使?jié)櫇窬鶆?；?rùn)濕完成后將秸稈放置Mh，使秸稈充分吸水；③原料的拌制往潤(rùn)濕后的秸稈內(nèi)加復(fù)合菌劑、含氮化肥，并翻動(dòng)拌勻，同時(shí)補(bǔ)加水；其中加水量為秸稈重量的1. 5-2倍，使秸稈含水率為60%-70%，復(fù)合菌劑添加量為農(nóng)作物秸稈質(zhì)量的 0.15-0. 25%，含氮化肥的添加量保證為發(fā)酵料液的C/N為25 1 ；(2)秸稈的堆慪將經(jīng)上步處理后的秸稈收堆，料堆高度為1-1. 2m，在料堆頂部及四周每隔20-30cm用尖木棒打孔，用塑料布將料堆覆蓋進(jìn)行堆慪；覆蓋時(shí)在料堆底部距地面留IOcm空隙，以利于通氣，堆慪時(shí)間為夏季3-4d，冬季4-6d ；待堆垛物料溫度達(dá)到55-65°C后，維持堆慪 70-80h，至秸稈表面長(zhǎng)有白色菌絲、秸稈變軟呈黑褐色即可進(jìn)入下一步；(3)厭氧發(fā)酵將堆慪好的秸稈與含氮化肥、15%-25%的接種物混合均勻，使發(fā)酵初始料液總固體含量為20%-30%，發(fā)酵料液pH值為6. 0-8. 0，然后投入密閉的發(fā)酵罐中，常溫下進(jìn)行厭氧發(fā)酵 30-40d;發(fā)酵過(guò)程中利用太陽(yáng)能作為熱源，對(duì)厭氧發(fā)酵罐及其物料連接管道進(jìn)行保溫，保溫材料為聚氨酯發(fā)泡材料，外加彩鋼板進(jìn)行保護(hù)；(4)發(fā)酵產(chǎn)物的利用①厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣，經(jīng)脫水、脫硫的凈化工序處理后儲(chǔ)存，經(jīng)管道輸送給用戶，可作為生產(chǎn)和生活能源；②厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的殘余物分離成沼渣和沼液，制成固態(tài)和液態(tài)有機(jī)肥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用秸稈制造沼氣和有機(jī)肥料的方法，其特征在于所述的秸稈是農(nóng)作物秸稈，即農(nóng)作物收獲后剩留下的含纖維成分很高的作物殘留物，包括禾谷類、 豆類、薯類、油料類、麻類、以及棉花、甘蔗、煙草、瓜果作物的秸稈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用秸稈制造沼氣和有機(jī)肥料的方法，其特征在于所述的含氮化肥為碳酸氫銨或尿素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用秸稈制造沼氣和有機(jī)肥料的方法，其特征在于所述的接種物為家畜糞便富集而成。
全文摘要
本發(fā)明涉及可再生能源技術(shù)領(lǐng)域，特別指一種利用秸稈制造沼氣和有機(jī)肥料的方法。本發(fā)明包括以下步驟(1)秸稈的預(yù)處理；(2)秸稈的堆漚；(3)厭氧發(fā)酵；(4)發(fā)酵產(chǎn)物的利用。本發(fā)明顯著提高了秸稈的降解率和產(chǎn)氣量，同時(shí)復(fù)合菌劑預(yù)處理能穩(wěn)定發(fā)酵系統(tǒng)的pH值，有利于厭氧發(fā)酵的正常進(jìn)行，從而提高了沼氣中的甲烷含量。本發(fā)明大大節(jié)省了成本，幾乎沒(méi)有污水排放；而且提高了可再生能源的利用率，通過(guò)農(nóng)作物秸稈厭氧發(fā)酵制得的沼氣，經(jīng)脫硫、脫水的凈化工序處理后，作為居民炊事的燃料或者用來(lái)發(fā)電；另一方面，秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的殘余物分離成沼渣和沼液，制成固態(tài)和液態(tài)有機(jī)肥，易被作物吸收，從而大大提高了秸稈資源的綜合利用率。
文檔編號(hào)C05F5/00GK102321677SQ20111030830
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月13日
發(fā)明者張小平, 王彬, 田秀財(cái), 雷震 申請(qǐng)人:雷震