一种电化学耦合厌氧发酵处理奶牛养殖废物的方法技术

本发明专利技术公开了一种电化学耦合厌氧发酵处理奶牛养殖废物的方法，该方法是利用电化学和Fe‑C微电解促进奶牛养殖废物产甲烷的方法，同时还能高效利用多金属铁尾矿；本发明专利技术不仅解决了现有牛粪厌氧发酵产沼气存在发酵启动慢、效率低、周期长、底物不能完全处理且甲烷产量低的问题，而且通过电化学加Fe‑C微电解的双重作用进一步提升对于难降解纤维素底物的利用，具有明显的社会、经济和生态效益。

An electrochemical coupling anaerobic fermentation method for the treatment of dairy farming waste

The invention discloses a method for treating dairy farming waste by electrochemical coupling anaerobic fermentation, which uses electrochemistry and Fe \u2011 C micro electrolysis to promote the methane production of dairy farming waste, and at the same time can effectively utilize the polymetallic iron tailings; the invention not only solves the problems of slow start-up, low efficiency, long cycle and incomplete substrate in the anaerobic fermentation of existing dairy manure to produce biogas In addition, it has obvious social, economic and ecological benefits to further improve the utilization of refractory cellulose substrate through the double effects of electrochemistry plus Fe \u2011 C micro electrolysis.

【技术实现步骤摘要】
一种电化学耦合厌氧发酵处理奶牛养殖废物的方法
本专利技术涉及环境、生物质能源和电化学领域，具体涉及一种电化学耦合厌氧发酵在Fe-C微电解辅助作用下高效利用奶牛养殖废物产甲烷的方法。
技术介绍
农村奶牛养殖发展日益蓬勃，但是发展的同时也带来一定的环境污染问题。现今农村个体养殖户和散养户大都人牛混居，奶牛粪便随意堆放，产生恶臭气味，并导致滋生病菌与蚊蝇；且在雨季来临时，未经处理的养殖废水流入附近流域，其中含有的大量有机质、氮、磷等营养物质以及致病菌和病害虫卵，很容易随暴雨或者地表径流进入附近河流及流域，造成奶牛养殖废物氮磷流失，严重时会造成水体富营养污染，而近年来，养殖业的迅速发展产生的大量养殖废物已经成为我国地下水以及地表水体污染的主要来源之一。养殖废物能源化处理是现今世界经济、环境与资源共同发展的一个契机，养殖废物资源化不仅能解决其带来的面源污染问题，同时也能产生较大的经济效益并为当前能源紧张提供一条解决路径。养殖废物能源化利用在解决农村能源短缺和环境污染方面有重要价值。鉴于养殖废物含水率偏高的特点，发展厌氧发酵制沼气是最具发展前途的一种方法。将养殖废物进行厌氧发酵工艺处理，不仅能提供清洁能源---沼气，也能解决养殖废物污染问题，同时产生的沼液能作液体肥，沼渣制作有机肥。但当前对于奶牛养殖废物的能源化处理面对的问题有（1）厌氧发酵系统启动很慢；（2）整个处理周期过长；（3）产甲烷效率很低；（4）牛粪中含量很高的木质纤维素很难降解造成了生物质能的浪费，导致原料转化率低。这些问题严重的限制该技术的进一步发展。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种电化学耦合厌氧发酵处理奶牛养殖废物的方法，通过电化学耦合厌氧发酵的方法，利用外电场对于微生物的强化作用，通过直接供能刺激微生物代谢活动促进产甲烷菌群生长，加快厌氧发酵系统的启动，同时加入铁尾矿或铁粉与C的混合物，在系统中形成微电解反应不仅可以加速整个反应的进行，还可以大幅促进木质纤维素的降解，铁尾矿中所含有的其他金属元素可以大幅促进相关微生物的生长，提升对底物的利用率且加速甲烷产率，具体实施方式如下:（1）对新鲜牛粪或干牛粪进行粉碎处理，将其用水稀释成发酵料液；所述以绝干牛粪的质量计，发酵料液中牛粪质量浓度为8%-20%；（2）在牛粪中添加来自沼气池的沼液，在30-40℃条件下进行厌氧发酵3-5天后，将发酵液添加到新的牛粪中在30-40℃条件下再厌氧发酵3-5天，收集发酵液再重复上述过程一次，得到接种物，其中沼液的添加量为牛粪质量的10-20%；（3）将发酵料液、接种物、40-60目铁尾矿粉或铁粉、碳粉混合充分搅拌均匀后，置于反应器中密封，使反应物处于中温的严格厌氧环境中，反应物在低电压作用下进行厌氧发酵，收集发酵产物；所述发酵料液、接种物、40-60目铁尾矿粉或铁粉、碳粉质量比为（100-200）:（10-20）:（3-15）:（15-20）；所述铁尾矿是铁矿石经选出精矿后剩余的固体废弃物。所述中温为25-35℃；所述低电压为0.3-0.8V。本专利技术的原理在于，在厌氧发酵系统中添加铁尾矿粉和碳粉或铁粉和碳粉，Fe与碳粉发生电化学微电解效应产生可溶性铁离子，从而使得产甲烷菌能吸收Fe元素，帮助厌氧菌群生长繁殖，同时提高对乙酸等小分子有机物的利用，提高原料转化率和甲烷产生量，另外Fe还能和硫化物反应，消除硫化物对于产甲烷菌的产甲烷活动的抑制作用；而Fe-C组合中Fe含量越多，厌氧系统中的电化学微电解效应越强，使得在厌氧发酵前期产甲烷菌等厌氧菌群繁殖加快，使得产气中甲烷含量迅速上升，与此同时，Fe-C组合的加入，两者之间产生的微电解原电池效应使得Fe元素能被厌氧发酵菌群吸收，从而微生物加速生长繁殖，合成分泌的木质纤维素微生物降解酶量增多，使得木质纤维素降解率上升；在外加电压的影响下，厌氧发酵系统中的厌氧微生物菌群活性提高，新陈代谢加速，厌氧发酵所需生物酶分泌增多，从而使得厌氧发酵正常产气提早到来，缩短厌氧发酵周期。外加电压，加速了厌氧发酵系统中的传质速率，对可能逐渐固化板结的Fe-C组合微电解原电池效应也能起到激活作用，同时由于多金属铁尾矿中含有其他金属元素，对微生物的生长有进一步的促进作用，这就更加加速了厌氧菌群分解利用奶牛养殖粪便的效率。与现有的技术相比本专利技术的优点在于：（1）将Fe-C组合引入到厌氧发酵系统，使生物处理与微电解效应结合起来处理奶牛养殖粪便，不仅能提升产气量，同时提升总产气中甲烷含量，并强化了厌氧发酵对奶牛养殖废物木质纤维素的降解；（2）外加电压对于奶牛养殖粪便厌氧发酵具有显著影响，加载电压能提升奶牛养殖粪便厌氧发酵的产气速率，使厌氧发酵快速进入正常产气阶段，提前一周进入产气高峰期，并缩短整个厌氧发酵周期；且在一定范围内，随着加载电压提高，奶牛养殖废物粪便原料转化率上升，纤维素与木质素的降解率也随之上升，且产气时每日产甲烷含量明显提升；（3）将电化学技术和Fe-C微电解效应联合起来，强化了奶牛养殖粪便厌氧发酵的原料转化率，同时提升了产气中甲烷含量，大大提升奶牛养殖粪便资源化效果。（4）利用废弃的多金属尾矿进行反应，在废物回收利用的同时还能加速整个反应的进行，具有显著的经济和社会效益。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术保护范围不局限于所述内容。实施例1：（1）对取自大理某农户的新鲜牛粪进行粉碎处理，将其直接用水稀释，以绝干牛粪的质量计，发酵料液中牛粪质量浓度为10%；（2）在某农户沼气池（动物粪便发酵）中采集沼液，添加到奶牛粪便中，在35℃条件下进行厌氧发酵4天后，将发酵液添加到新的奶牛粪便中在35℃条件下再厌氧发酵4天，收集发酵液再重复上述过程一次，得到接种物，其中沼液的添加量为奶牛粪便质量的17%；（3）将取自贵州某铁矿山的铁尾矿进行粉碎制得40-50目的粉末；（4）按质量比100:10:9:15的比例，将发酵料液、接种物、铁尾矿粉、碳粉混合，充分搅拌均匀后，置于反应器中密封，使反应物处于30℃的严格厌氧环境中，使用稳压直流电源提供0.6V的低电压，进行厌氧发酵，从第46h开始进入正常产气期，可得单位产气量为286.72mL/g，其中甲烷占总产气量的78%，木质纤维素转化率为37%。实施例2：（1）对取自大理某收集站的新鲜牛粪进行粉碎处理，将其直接用水稀释，以绝干牛粪的质量计，发酵料液中牛粪质量浓度为17%；（2）在某农户沼气池（畜禽粪便）中采集沼液后，添加到奶牛粪便中，在30℃条件下进行厌氧发酵5天后，将发酵液添加到新的奶牛粪便中在30℃条件下再厌氧发酵5天，收集发酵液再重复上述过程一次，得到接种物，其中沼液的添加量为奶牛粪便质量的12%；（3）将取自云南某铁矿山的铁尾矿进行粉碎制得50-60目的粉末；（4）按质量比150:15:11:18的比例，将发酵料液、接种物、铁尾矿粉、碳粉混合，充分搅拌均匀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学耦合厌氧发酵处理奶牛养殖废物的方法，其特征在于，步骤如下：/n（1）对新鲜牛粪或干牛粪进行粉碎处理，将其用水稀释成发酵料液；/n（2）在牛粪中添加来自沼气池的沼液，在30-40℃条件下进行厌氧发酵3-5天后，将发酵液添加到新的牛粪中在30-40℃条件下再厌氧发酵3-5天，收集发酵液再重复上述过程一次，得到接种物，其中沼液的添加量为牛粪质量的10-20%；/n（3）将发酵料液、接种物、40-60目铁尾矿粉或铁粉、碳粉混合充分搅拌均匀后，置于反应器中密封，使反应物处于中温的严格厌氧环境中，反应物在低电压作用下进行厌氧发酵，收集发酵产物。/n

【技术特征摘要】
1.一种电化学耦合厌氧发酵处理奶牛养殖废物的方法，其特征在于，步骤如下：
（1）对新鲜牛粪或干牛粪进行粉碎处理，将其用水稀释成发酵料液；
（2）在牛粪中添加来自沼气池的沼液，在30-40℃条件下进行厌氧发酵3-5天后，将发酵液添加到新的牛粪中在30-40℃条件下再厌氧发酵3-5天，收集发酵液再重复上述过程一次，得到接种物，其中沼液的添加量为牛粪质量的10-20%；
（3）将发酵料液、接种物、40-60目铁尾矿粉或铁粉、碳粉混合充分搅拌均匀后，置于反应器中密封，使反应物处于中温的严格厌氧环境中，反应物在低电压作用下进行厌氧发酵，收集发酵产物。


2.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：瞿广飞，邓继加，李军燕，宁平，梁率钰，潘科衡，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53