[发明专利]一种猪粪掺混稻秆固态沼气发酵及沼渣好氧堆肥耦合工艺

说明书

本发明公开了一种猪粪掺混稻秆固态沼气发酵及沼渣好氧堆肥耦合工艺，包括如下步骤：1)制备稻秆；2)稻秆与猪粪混合；3)调节总固体含量；4)固态沼气发酵；5)获取沼渣；6)沼渣好氧堆肥。结果表明，当碳氮比为22.3‑31.8、秸秆粒径为0.35‑5mm、总固体含量(TS％)为15％‑30％、生物炭添加量为5‑15g/L时，沼气产率、木质纤维素去除率及甲烷含量明显提高；当通气量为0.30‑0.75L/min，枯草芽孢杆菌或里氏木霉或二者的混合菌液的接种量为0.5％‑3％、生物炭添加量为10‑20g/L时，腐殖酸含量及腐熟性能明显提高。同时，在发酵过程中，与沼气发酵和好氧堆肥相关的微生物占据优势地位。

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种通过优化发酵条件来提高猪粪掺混稻秆固态厌氧发酵中沼气产率以及沼渣好氧堆肥中腐殖酸含量的方法。

背景技术

据国家统计局统计，2020年畜禽粪便已达到44亿吨，猪粪占其总量的68.15％，位居全国重点污染排放之首。目前常用的畜禽粪便处理方法有直接好氧堆肥和液态厌氧发酵产沼气。虽然前者操作简单，生产有机肥成本低，但无沼气等能源回收利用，经济效益较低；后者则因沼渣固液分离难、耗水量大，造成有机肥生产成本高、养分损失大和产品质量不稳定等。而采用固态厌氧发酵可避免大量沼液产生，避免二次污染，目前被广泛采用。但固态发酵对有机物分解不够彻底，沼渣通过好氧堆肥可进一步分解残留有机物，并强化腐殖质过程，高产腐殖酸，提高最终有机肥肥效，改善农艺品质，促进农作物生长。

二步法发酵实现了沼气生产与有机肥生产的有机结合，实现了废弃物资源综合利用的完整产业链，其中秸秆和畜禽在生长过程中从大气吸收的碳，经过厌氧发酵转化为可继续被利用的生物质能这一新能源，减少了碳排放。沼渣中残留有机碳在好氧堆肥生产腐殖质的过程中有效地将碳储存在了腐殖酸中。这两大发酵方式使农业废弃物中的碳通过碳循环，实现了碳中和，这对恢复地球碳循环平衡和改善生态环境具有重要意义。

然而畜禽粪便的C/N较低，不利于沼气的生产，并导致有机肥的肥效难以满足相关标准要求。全球每年产生约70亿吨秸秆，其中中国贡献了9亿吨。秸秆类原料主要由木质纤维素组成，其C/N较高，不利于厌氧沼气发酵和有机肥转化。采用畜禽粪便与秸秆等原料进行共发酵，可改变发酵基质的C/N比等理化特性，有利于提高沼气产率和有机肥肥效。沼气发酵和沼渣受各种微生物作用的调节，C/N比、发酵基质颗粒大小、TS％、通气率等是微生物转化猪粪和稻秆形成沼气和腐殖酸的主要决定因素。因此，优化获得猪粪掺混稻秆固态沼气发酵和沼渣好氧堆肥的工艺是解决农业废弃物资源浪费的有效手段。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明通过二步法发酵提供了一种猪粪掺混稻秆固态沼气发酵及沼渣好氧堆肥耦合工艺。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种猪粪掺混稻秆固态沼气发酵及沼渣好氧堆肥耦合工艺，该工艺包括如下步骤：

1)制备稻秆

将自然风干后的稻秆剪至5-10mm，再用粉碎机粉碎，使稻秆粒径为0.35-5mm；

2)稻秆与猪粪混合

将步骤1)制备的稻秆与猪粪掺混，混合后使得C/N比为22.3-31.8；

3)调节总固体含量；

将步骤2)的混合物与水混合，混合后使得总固体含量(TS％)为15％-30％；

4)固态沼气发酵

将步骤3)的混合物质放入反应器中发酵28-32d；

5)获取沼渣

收集步骤4)中厌氧发酵剩余的沼渣，并放入堆肥反应器中；再加入适量稻秆调整堆体含水量，使总含水量保持在50-60％；