一种沼气发酵用功能复合促进剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种沼气发酵用功能复合促进剂及其制备方法，包括制备蛭石微晶化粉末，将质量份数为2.8～4份芦荟炭材料、1.2～2份微生物复合菌剂、0.3～1.2份微量元素、1.2～2份有机添加剂和4～6份酶类促进剂与微晶化粉末在常温下混合均匀，即得沼气发酵用功能复合促进剂。利用沼气发酵用功能复合促进剂进行发酵，畜禽粪便结合农林废弃物或餐厨垃圾作为发酵原料，再添加接种物和复合促进剂，控制厌氧发酵的总固体含量进行发酵。该沼气发酵用功能复合促进剂提高产气量50％以上，缩短发酵启动时间，使用方便。

Functional composite accelerator for methane fermentation and preparation method thereof

The invention discloses a composite functional promoter and process for biogas fermentation preparation, including the preparation of vermiculite microcrystalline powder, the mass fraction of 2.8 ~ 4, 1.2 ~ 2 aloe carbon material, a composite microbial inoculum of 0.3 ~ 1.2, 1.2 ~ 2 trace elements organic additive and 4 ~ 6 microcrystalline powder and enzyme accelerator at room temperature, mixing, the biogas fermentation function compound accelerator. Fermented with a functional composite accelerator using biogas fermentation, livestock and poultry manure combined with agricultural waste or food waste as raw materials for fermentation, and then add the inoculum and the composite accelerator, total solid content control of anaerobic fermentation fermentation. The functional compound accelerator for methane fermentation can raise gas production by more than 50%, shorten fermentation start-up time and be convenient to use.

【技术实现步骤摘要】
一种沼气发酵用功能复合促进剂及其制备方法
本专利技术属于沼气发酵
，涉及一种促进沼气发酵的功能性添加剂配方及其制备方法。
技术介绍
我国是畜牧业大国，年饲养生猪12亿头、牛1.5亿头、羊5.7亿只、家禽176亿只。近年来，虽然规模化养殖比例不断提升，但总体生产水平仍然较低，散养比例仍然较高，据2016年国家环保总局的统计调查，我国畜禽养殖业每年约产生38亿吨畜禽粪便，且其有效处理率不到50％。另一方面，我国城镇化的快速发展导致了城市人口的急剧上升，因而也引起了城市污染的加剧。2014年5月，中国工程院院士、中国环境科学研究院院长孟伟在京表示，中国污水排放总量远远超过环境容量，仅COD(化学需氧量)就超出环境容量三倍多。国家环保总局的研究认为，中国水环境的COD承载力为740.9万吨，但全国第一次污染源调查发现，COD实际排放量为3028.96万吨。然而，厌氧发酵技术的日趋成熟也许能够有效解决这两种废弃物的污染问题。畜禽粪便作为一种优良的发酵底物已经被国内外众多相关文献报道，而污水以接种物的身份参与厌氧发酵也已经备受认可。通过厌氧发酵技术，能够综合有效的利用这些废弃物，变废为宝，实现废弃物的资源化再利用，具有重要的现实意义。厌氧发酵是一种多菌种协作的处理有机质的技术，它能在无氧条件下通过微生物的消化作用将废弃物中的有机质转化为沼气。发酵过程主要分为三个阶段，分别是水解阶段、酸化阶段和产甲烷阶段。在水解阶段，大分子有机质被水解发酵细菌分解成小分子；随后小分子机质被产氢产乙酸细菌利用产生乙酸、氢气和挥发性脂肪酸等完成第二阶段；最后产甲烷菌将其转化为甲烷。厌氧发酵整个过程需要适宜的温度和中性的酸碱度，且发酵底物的碳氮比以及微量元素含量都对发酵的成败有着关键的影响。沼气发酵过程实质上是微生物间的相互作用和能量转化过程。微生物的生长和繁殖需要一定的营养物质，C、N、P三种元素正是微生物生长最需要的营养物质。C元素和N元素主要都是来自于发酵底物，在生物质废弃物中普遍含有丰富的C元素，而在人畜粪便中N元素则相对更为丰富。因此在发酵过程中无论是C素或者N素缺乏，只需要对底物组成进行调整即可解决。一般而言，在沼气发酵过程中需要一个合适的C/N比值，其范围为10-30：1，最佳的范围在20-25：1。对于P素营养来说，则需通过外源添加的方式进行弥补，目前补充P素的方式主要是以添加磷肥为主。然而，磷肥中含有的大量的钙镁元素含量也许对发酵微生物的生长和繁殖产生抑制作用，从而影响沼气的产量。此外，沼气发酵工程目前仍存在一些普遍性的问题。例如，1)沼气发酵在冬季基本不能正常运行，由于寒冷的天气限制的微生物的活动，导致产气停滞。2)发酵周期较长，产气高峰持续时间较短。3)发酵底物利用率较低，未被充分消化的沼渣沼液容易对环境造成二次污染。研究表明：合适的添加剂能够促进微生物对发酵底物的利用，缩短发酵周期，提高沼气产量。当向发酵罐中提供所需的营养元素时，能够促进微生物的生长繁殖，从而增强了微生物对有机质的利用。进一步研究表明：添加吸附剂也能改善产气效果。主要原因是吸附剂将微生物聚集起来，增加微生物密度，同时能保持对微生物生长有利的环境，从而让微生物更好地降解有机物质，加快挥发酸的消耗，提高产气量。因此，添加一种含有营养素的、具有疏松多孔结构的功能性促进剂，用于显著改善发酵的环境和提升微生物的消化能力，促使有机质能够更快的、更彻底的被分解和利用，提高沼气产量，缩短发酵周期成为目前本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种沼气发酵用功能性促进剂。该促进剂能够显著改善沼气厌氧发酵环境，使沼气产量明显增加、发酵效率提高、有机质得到有效利用，实现废弃物的资源化利用。本专利技术是通过下述技术方案来实现的。一种沼气发酵用功能复合促进剂，包括下述质量份数的原料：作为优选，所述芦荟炭材料是由芦荟皮废弃物经水热炭化后得到的炭化产物，包括下述过程：取一定量的芦荟皮干粉原料，将其与去离子水以质量比为1:8的比例进行混合，所得混合溶液倒入水热反应釜中，再将水热反应釜置于烘箱中，在200℃的条件下加热20h，获得炭质混合物，将该混合物放入烘箱中进行干燥，在105℃下保温12h，最后获得芦荟皮炭化产物。作为优选，所述微生物复合菌剂包括水解细菌、产氢细菌、产乙酸细菌、产甲烷菌、纤维素分解菌、硝化细菌、乳酸菌、酵母菌或光合菌菌种中的一种或多种；所有菌种均通过计算机辅助筛选、扩培而得。作为优选，所述活化剂为乙二醇、磷酸丙二胺或氢氧化胺。作为优选，所述微量元素为Fe、Co或Ni。作为优选，所述有机添加剂包括下述质量份数的原料：尿素0.4～0.8份；磷肥0.3～0.6份；柠檬酸0.5～0.8份；所述磷肥包括下述质量份数的原料：磷矿粉0.2～0.4份；鱼骨粉0.1～0.2份。作为优选，所述酶类促进剂包括下述质量份数的原料：本专利技术上述的沼气发酵用功能复合促进剂的制备方法，包括下述步骤：1)制备蛭石微晶化粉末：将质量份数为3.75～5份蛭石置于粉碎设备中进行粉碎，再将粉碎后的粉体置于研钵中进行研磨，并在研磨设备中加入0.3～0.45份活化剂，进行超细加工制备成平均粒度达400目以上，得微晶化粉末，包装备用；2)制备功能性促进剂：将质量份数为2.8～4份芦荟炭材料、1.2～2份微生物复合菌剂、0.3～1.2份微量元素、1.2～2份有机添加剂和4～6份酶类促进剂与步骤1)微晶化粉末在常温下混合均匀，即得沼气发酵用功能复合促进剂。本专利技术相应地给出了一种利用沼气发酵用功能复合促进剂进行发酵的方法，包括下述步骤：以质量份数为60～80份畜禽粪便结合200～230份农林废弃物或餐厨垃圾作为发酵原料，再添加111～132份接种物和10～15份复合促进剂，对发酵料液进行充分搅拌，控制厌氧发酵的总固体含量为8％～10％，在20～40℃下进行发酵。作为优选，所述畜禽粪便为牛粪、猪粪、鸡粪中的一种；所述接种物为城市污水处理厂的厌氧污泥；所述发酵原料和接种物的质量比为7:3。本专利技术以天然矿物为主要原料，与传统酶类、无机盐类、有机物和其它无机物等相比较，本专利技术的创新点就是添加天然矿物制备成微晶化矿粉到沼气发酵原料配方中。本专利技术在添加促进剂的前提下，将矿物研磨到一定细度后，活化其中的营养元素。在沼气发酵启动时，添加微晶化矿粉有利于微生物的增殖，提高系统生物量，有利于提高反应器的缓冲能力，可以促进沼气发酵系统微生物的代谢，改善厌氧发酵各阶段的作用效率，从而更有效地利用底物，最终提高沼气产量。本专利技术的特点在于：1)提高产气量50％以上，缩短发酵启动时间，使用方便。2)制备工艺流程简单、操作容易、效果好、投资少、无污染等。3)采用添加矿物质为主的添加剂作为沼气功能复合促进剂的方式，为沼气发酵工业生产开辟了一条新的技术途径，具有广泛的应用价值，为规模化沼气生产的实际应用提供强大的技术支撑。具体实施方式为了使本专利技术实施的技术手段清楚易懂，下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。1)制备蛭石微晶化粉末：将质量份数为3.75～5g的蛭石置于粉碎设备中进行粉碎，再将粉碎后的粉体置于研钵中进行研磨，并在研磨设备中加入0.3～0.45g活化剂，进行超细加工，利用机械力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沼气发酵用功能复合促进剂，其特征在于，包括下述质量份数的原料：

【技术特征摘要】
1.一种沼气发酵用功能复合促进剂，其特征在于，包括下述质量份数的原料：2.根据权利要求1所述的一种沼气发酵用功能复合促进剂，其特征在于，所述芦荟炭材料是由芦荟皮废弃物经水热炭化后得到的炭化产物，包括下述过程：取一定量的芦荟皮干粉原料，将其与去离子水以质量比为1:8的比例进行混合，所得混合溶液倒入水热反应釜中，再将水热反应釜置于烘箱中，在200℃的条件下加热20h，获得炭质混合物，将该混合物放入烘箱中进行干燥，在105℃下保温12h，最后获得芦荟皮炭化产物。3.根据权利要求1所述的一种沼气发酵用功能复合促进剂，其特征在于，所述微生物复合菌剂包括水解细菌、产氢细菌、产乙酸细菌、产甲烷菌、纤维素分解菌、硝化细菌、乳酸菌、酵母菌或光合菌菌种中的一种或多种；所有菌种均通过计算机辅助筛选、扩培而得。4.根据权利要求1所述的一种沼气发酵用功能复合促进剂，其特征在于，所述活化剂为乙二醇、磷酸丙二胺或氢氧化胺。5.根据权利要求1所述的一种沼气发酵用功能复合促进剂，其特征在于，所述微量元素为Fe、Co或Ni。6.根据权利要求1所述的一种沼气发酵用功能复合促进剂，其特征在于，所述有机添加剂包括下述质量份数的原料：尿素0.4～0.8份；磷肥0.3～0.6份；柠檬酸0.5～0.8份；所述磷肥包括下述质量份数的原料：磷矿粉0.2～0.4份；鱼骨粉0....

【专利技术属性】
技术研发人员：云斯宁，黄欣磊，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61