[发明专利]一种沼气发酵用功能复合促进剂及其制备方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于沼气发酵技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容