CN104876658B - 一种有机废弃物冬季发酵的生物能源保温方法 - Google Patents

Abstract

一种有机废弃物冬季发酵的生物能源保温方法，其步骤为：容器内分为内室和外室两部分，内室为主发酵室，外室为生物能源保温室，外室的外部包覆有保温层；在生物能源保温室内填充供嗜冷微生物发酵产热的填料；向主发酵室投入待处理的有机废弃物，将活化后的嗜冷微生物投加到生物能源保温室内，并将嗜冷微生物培养液与填料充分搅拌均匀后封闭反应器进行主发酵室和生物能源保温室的同时发酵反应；待生物能源保温室的温度不再上升并下降时，更换生物能源保温室的填料，取出的填料中一部分作为下一批次回流接种，其余作为原料投入主发酵室进行发酵，主发酵室定期进行物料翻拌供氧，待物料发酵结束后，进行物料更换开展下一批次发酵。

Description

一种有机废弃物冬季发酵的生物能源保温方法

技术领域

本发明涉及一种有机废弃物冬季发酵的生物能源保温方法，属于农业环境保护研究领域。

背景技术

随着经济不断的发展和人民生活水平的提高，有机废弃物的产生量也与日俱增。有机废弃物是否得到合理的处理将会影响着生态环境的变化和人类的身体健康状况，目前，全国城镇有机固体废弃物的产生量约为1.9亿吨，而其中将近1亿吨以上的废弃物被直接倾倒到环境中，造成了严重的不良影响。若开发出有机废弃物的合理用途，将会使其成为巨大的潜在资源。对有机废弃物进行堆肥化处理，一方面可以实现有机废弃物的无害化、减量化和资源化，为营造良好生态环境作出了巨大贡献；另一方面，堆肥化处理可以促进城镇经济的发展，是被广泛认可的一种合理处置方式。堆肥是利用土著微生物(自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物)或人工接种剂，人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质生化转化的过程，堆肥的产物可以作为肥料施入到土壤中。目前，堆肥技术被广泛应用过程中的一个瓶颈技术是在我国冬季寒冷的天气环境下，温度一般低于10℃，严重影响了微生物的正常生长和活性的发挥，使堆肥出现了发酵启动慢、堆体温度易降低的现象。现阶段，为解决这一技术难题，大多数是利用外加热源供给堆肥反应器运行需要的温度，但这种方法对设备要求较高，成本投入大，而且由于外加热源的不均匀受热会使堆肥产品质量变差，而且，在我国北方农村经济并不发达，污染严重，综合管理较困难，所以找到一种可以广泛推行的低污染、低投资、低风险和易管理治理农村有机固体废弃物的方法迫在眉睫。

总之，有机废弃物是一年四季的连续性排放，解决生活垃圾、禽畜粪便、厨余垃圾等这些有机废弃物的冬季发酵问题是堆肥广泛应用于城镇的 核心技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有机废弃物冬季发酵的生物能源保温方法，利用生物能源保温室内嗜冷微生物低温条件下正常生长代谢产生的热量给主发酵室增温保温，保证了堆肥反应器在冬季寒冷环境下的顺利运行。

为实现上述目的，本发明提供的有机废弃物冬季发酵的生物能源保温方法，其步骤为：

(1)构建一体式有机废弃物发酵反应器：

一容器内嵌入隔断材料将该容器的内部分为内室和外室两部分，内室为有机废弃物进行发酵反应的主发酵室，外室为嗜冷微生物发酵的生物能源保温室，提供内室冬季发酵所需的温度，外室的外部包覆有保温层，防止生物能源保温室热量的散失；

(2)投加生物能源保温室的填料：

在生物能源保温室内填充供嗜冷微生物发酵产热的填料；

(3)发酵反应：

向主发酵室投入待处理的有机废弃物，将活化后的嗜冷微生物投加到生物能源保温室内，并将嗜冷微生物培养液与填料充分搅拌均匀后封闭反应器进行主发酵室和生物能源保温室的同时发酵反应；

(4)发酵原料更换：

待生物能源保温室的温度不再上升时并下降时，更换生物能源保温室的填料，取出的填料中一部分作为下一批次回流接种，其余作为原料投入主发酵室进行发酵，主发酵室定期进行物料翻拌供氧，待物料发酵结束后，进行物料更换开展下一批次发酵。

所述的生物能源保温方法中，容器为各种已知的动态和静态的发酵室。

所述的生物能源保温方法中，容器内的隔断材料为砖混材料、编织袋或无纺布袋。

所述的生物能源保温方法中，生物能源保温室的填料为富含糖类、蛋 白质、淀粉中的一种或者几种有机废弃物组合。

所述的生物能源保温方法中，生物能源保温室的填料占生物能源保温室空间的50％-70％，填料的粒径为10mm-20mm。

所述的生物能源保温方法中，活化后的嗜冷微生物是指活菌数达到10⁸-10⁹cfu/mL，嗜冷微生物的投加量为填料干重质量的0.5-1％。

所述的生物能源保温方法中，有机废弃物为所有可降解有机废弃物。

所述的生物能源保温方法中，发酵反应为好氧或厌氧发酵。

所述的生物能源保温方法中，生物能源保温室的温度下降至15℃以下时更换生物能源保温室的填料。

本发明的所具有的有益效果为：

本发明的方法秉承着低污染、低投资、低风险和易管理的三低一易的理念，克服了冬季寒冷地区温度过低使高温堆肥无法进行的问题，或者运用外加热源供热时设备复杂，成本昂贵的难题。利用嗜冷微生物可耐低温生长并提供主发酵室内有机废弃物堆肥需要的温度，保证了堆肥反应器在寒冷条件下的顺利运行。而且具有增温保温效果良好、设备加工简单、节能环保、成本低廉和易于操作的优点，可广泛应用于有机废弃物冬季发酵中。

附图说明

图1是本发明的简易一体式静态有机废弃物发酵反应器结构示意图，其中的图1A是俯视图，图1B是剖面图。

图2是本发明的一体式动态有机废弃物发酵反应器结构示意图。

图3是本发明的一体式静态有机废弃物发酵反应器结构示意图。

附图中的符号说明

1保温层；2生物能源保温室；3主发酵室；4密封盖；5提手，6手摇柄；7排液口；8螺旋中心轴；9螺旋状桨叶；10堆肥出料口；11生物保温室出料口；12支架；13转换开关阀；14进料口；15气囊；16排气口。

具体实验方式

本发明提供的一种有机废弃物冬季发酵的生物能源保温方法是按下 述步骤进行的：

(1)构建一体式有机废弃物发酵反应器：

该反应器可以在国内外已开发的各种堆肥装置设备的发酵室内嵌入隔断材料将其分为内室和外室两部分，或者在处理区域就地取材(砖混或土坯结构等)进行搭建，主要由内室、外室及保温层组成，内室为有机废弃物进行发酵反应的主发酵室，外室为嗜冷微生物发酵为主的生物能源保温室，提供内室冬季发酵所需的温度，生物能源保温室外部附保温层，包裹在生物能源保温室的外部，防止生物能源保温室热量的散失，发酵装置主要分为静态发酵反应器和动态发酵反应器两种；

(2)投加生物能源保温室的填料：

在构建的一体式有机废弃物发酵反应器的生物能源保温室内投加供嗜冷微生物发酵产热的填料，所述填料可以提供嗜冷微生物生长的内环境和基本营养物质，填料所占空间比例为50％-70％，填料的粒径为10mm-20mm；

(3)发酵反应：

首先向主发酵室投入待处理的有机废弃物，并调整发酵所需要的工艺参数(水分、C/N等)然后将嗜冷微生物(以嗜冷细菌为主)在液体培养基活化后(活菌数达到108-109cfu/mL)投加到生物能源保温室内，其接种比例为填料干重质量的0.5-1％，并将嗜冷微生物培养液与填料充分搅拌均匀，最后封闭反应器进行主发酵室和生物能源保温室的同时发酵反应；

(4)发酵原料更换

发酵过程中待生物能源保温室温度不再上升时，增加对其温度的监测频次，当温度下降至15℃以下时，及时更换生物能源保温室填料，增温层取出的填料除部分进行下一批次回流接种外，其余可作为原料投入主发酵室进行发酵，主发酵室定期进行物料翻拌供氧，待物料发酵结束后，进行物料更换开展下一批次发酵。

更进一步地，步骤(1)中所述的隔断材料为钢性材料(砖混等)，或软性材料(编织袋、无纺布袋等)便于发酵后出料。为聚氨酯泡沫塑料。更进一步地，步骤(2)中所述的填料为糖业加工、食品加工、鸡粪等富含糖类、蛋白质、淀粉中的一种或者几种有机废弃物组合。

更进一步地，步骤(3)中所述的有机废弃物可为所有可降解有机废弃物，如生活垃圾、禽畜粪便、厨余垃圾、作物残留物、园林垃圾、果蔬废弃物、加工业废弃物等一种或者几种的混合物。

更进一步地，本发明的方法中的发酵可为好氧或厌氧发酵。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。

实施例1

(1)构建一体式有机废弃物堆肥反应器：

该反应器是在已有的堆肥反应器基础上构建的一体式简易静态堆肥装置，具体是将无纺布袋嵌入装置的发酵室内，使发酵室分为内室和外室两部分，内室为有机废弃物进行发酵反应的发酵室3，外室为供嗜冷微生物发酵的生物能源保温室2。该装置的最外层为包覆有聚氨酯泡沫塑料的保温层1，以防止生物能源保温室2热量的散失，顶部为密封盖4(如图1所示)。

堆肥仓位于生物保温仓正上方，均以抽体的方式进出，关闭时，整个反应器密闭，反应器外部附聚氨酯泡沫塑料保温层，防止生物能源保温室热量的散失，此装置是一种方便、快捷便于试验分析及堆肥处理的三层抽提立式生物保温堆肥装置；

(2)投加生物能源保温室的填料：

在上述的简易静态生物能源保温堆肥装置的生物能源保温室内投加供嗜冷微生物发酵产热的填料，该填料为秸秆和鸡粪的混合物，混合比例为1:1，且秸秆的粒径为10-20mm，所占空间比例为60％，填料可以提供嗜冷微生物生长的内环境和基本营养物质；

(3)发酵反应：

选用一株从冻土中分离得到的一株嗜冷细菌，编号为CY1，在LB培养基中培养温度30℃条件下活化18小时，活菌数为1.8×108cfu/mL，通过提手5把该反应器的生物能源保温室提起，将嗜冷细菌的培养液倒入其中，其接种比例为填料干重质量的0.5％，并充分搅拌均匀后放下，将粪便、秸秆和生活垃圾混合，并加水调节含水率投加到主发酵室，并封闭反应器进行主发酵室和生物能源保温室的同时发酵反应，且定期通风翻堆；

(4)发酵原料更换：

发酵进行到20天后，温度便下降至15℃以下，及时更换生物能源保温室填料，生物能源保温室取出填料的1/3进行下一批次回流接种，其余作为原料投入主发酵室进行发酵，待物料发酵结束后，进行物料更换开展下一批次发酵。

本实施例中，该反应器可在环境温度为0℃左右的条件下，主发酵室的堆肥温度在55-60℃维持了6天，整个堆肥周期为38天，堆肥产品达到了腐熟的程度。

实施例2

(1)构建一体式动态有机废弃物堆肥反应器：

本实施例是在公知的一体式卧式动态螺旋滚筒式堆肥反应器的基础改建而成的一体式动态有机废弃物发酵反应器，具体是将铁皮制成的圆筒A嵌入螺旋滚筒式堆肥反应器内，将其分为内室和外室两部分，内室为有机废弃物进行发酵反应的主发酵室，外室为嗜冷微生物发酵为主的生物能源保温室。如附图2所示，构建成的一体式动态有机废弃物堆肥反应器，该反应器的外壳的外部包覆聚氨酯泡沫塑料保温层1，防止生物能源保温室热量的散失；该反应器内部圆筒A与该反应器的外壳的内部之间为生物能源保温室2，圆筒A内部为发酵室3。该装置为间歇进出料的堆肥仓，整个罐体朝图示方向的右侧向下倾斜放置，可使堆肥过程中产生的渗滤液通过排液管排出，堆肥物料从进料口进料，并沿螺纹方向呈推流式向图示方向的左侧流动，由人工转动手摇柄6通过螺旋中心轴8带动螺旋状桨叶9转动。

(2)投加生物能源保温室的填料：

在上述的卧式动态螺旋滚筒式堆肥反应器中，调节转换开关阀13为生物能源保温室的进料口14，投加供嗜冷微生物发酵产热的填料，该填料为稻壳和猪粪的混合物，混合比例为1:1，且填料的粒径为10-20mm，所占空间比例为50％，填料可以提供嗜冷微生物生长的内环境和基本营养物质。

(3)发酵反应：

选用一株从冻土中分离得到的一株嗜冷细菌，编号为CY1，在LB培养基中培养温度30℃条件下活化18小时，活菌数为1.8×108cfu/mL，将 嗜冷细菌的培养液通过生物能源保温室的进料口14投加至生物能源保温室2中，其接种比例为填料干重质量的1％，并充分搅拌均匀后将转换开关阀13调整为主发酵室3的进料口，将橱余垃圾、粪便、稻壳和生活垃圾混合，加水调节含水率间歇投加到主发酵室3内，并封闭反应器进行主发酵室和生物能源保温室的同时发酵反应，且定期通过手摇柄6进行翻堆和转换开关阀13为主发酵室通风，每个物料颗粒在反应器内的停留时间相同，最后从堆肥出料口10间歇出料，从排液口7收集渗滤液。

(4)发酵原料更换

发酵进行到18天后，温度便下降至15℃以下，及时更换生物能源保温室填料，增温层取出填料的1/3进行下一批次回流接种，其余作为原料投入主发酵室进行发酵，待物料发酵结束后，进行物料更换开展下一批次发酵。

本实施例中，该反应器可在环境温度为0℃左右的条件下顺利运行，主发酵室的堆肥温度在50-55℃维持了6天，整个堆肥周期为40天，堆肥产品达到了腐熟的程度。

实施例3

(1)构建一体式静态有机废弃物堆肥反应器：

本实施例是在公知的堆肥反应器基础上构建的一体式静态厌氧发酵装置，将编织袋嵌入发酵室，使其分为内室和外室两部分，内室为有机废弃物进行发酵反应的主发酵室，外室为嗜冷微生物发酵为主的生物能源保温室，如附图3所示，其特点在于主发酵室和生物能源保温室的顶部均由封闭并可伸缩气囊15构成，便于发酵过程中产生气体的收集，气囊上带有可控制的排气口16，同时主发酵室3具有收集垃圾渗滤液的功能并可通过排液口7的转换开关阀13将垃圾渗滤液排出，反应器外部附聚氨酯泡沫塑料保温层，防止生物能源保温室热量的散失；

(2)投加生物能源保温室的填料：

在上述的静态厌氧发酵装置堆肥反应器中，调节转换开关阀13为生物能源保温室的进料口，并投加供嗜冷微生物发酵产热的填料，该填料为牛粪和木屑的混合物，混合比例为1:1，且填料的粒径为10-20mm，所占空间比例为70％，填料可以提供嗜冷微生物生长的内环境和基本营养物 质；

(3)发酵反应：

选用一株从冻土中分离得到的一株嗜冷细菌，编号为CY1，在LB培养基中培养温度30℃条件下活化18小时，活菌数为1.8×108cfu/mL，将嗜冷细菌的培养液通过生物能源保温室的进料口投加其中，其接种比例为填料干重质量的0.5％，并充分搅拌均匀后将转换开关阀8调整为主发酵室的进料口，将粪便、秸秆混合，并加水调节含水率间歇投加到主发酵室，且封闭进料口5开始主发酵室和生物能源保温室的同时发酵，最后厌氧发酵产生的气体通过气囊收集，从排液口7收集渗滤液；

(4)发酵填料更换

发酵进行到21天后，温度便下降至15℃以下，及时更换生物能源保温室填料，增温层取出填料的1/3进行下一批次回流接种，其余作为原料投入主发酵室进行发酵，待物料发酵结束后，进行物料更换开展下一批次发酵。

本实施例中，该反应器可在环境温度为0℃左右条件下顺利运行，主发酵室的堆肥温度在整个堆肥周期内可持续在30-40℃，并有效的收集厌氧发酵产生的气体。

Claims (8)

1.一种有机废弃物冬季发酵的生物能源保温方法，其步骤为：

(1)构建一体式有机废弃物发酵反应器：

一容器内嵌入隔断材料将该容器的内部分为内室和外室两部分，内室为有机废弃物进行发酵反应的主发酵室，外室为嗜冷微生物发酵的生物能源保温室，提供内室冬季发酵所需的温度，外室的外部包覆有保温层，防止生物能源保温室热量的散失；其中容器内的隔断材料为砖混材料、编织袋或无纺布袋；

(2)投加生物能源保温室的填料：

在生物能源保温室内填充供嗜冷微生物发酵产热的填料；

(3)发酵反应：

向主发酵室投入待处理的有机废弃物，将活化后的嗜冷微生物投加到生物能源保温室内，并将嗜冷微生物培养液与填料充分搅拌均匀后封闭反应器进行主发酵室和生物能源保温室的同时发酵反应；

(4)发酵原料更换：

待生物能源保温室的温度不再上升并下降时，更换生物能源保温室的填料，取出的填料中一部分作为下一批次回流接种，其余作为原料投入主发酵室进行发酵，主发酵室定期进行物料翻拌供氧，待物料发酵结束后，进行物料更换开展下一批次发酵。

2.根据权利要求1所述的生物能源保温方法，其中，容器为各种已知的动态和静态的发酵室。

3.根据权利要求1所述的生物能源保温方法，其中，生物能源保温室的填料为富含糖类、蛋白质、淀粉中的一种或者几种有机废弃物组合。

4.根据权利要求1或3所述的生物能源保温方法，其中，生物能源保温室的填料占生物能源保温室空间的50％-70％，填料的粒径为10mm-20mm。

5.根据权利要求1所述的生物能源保温方法，其中，活化后的嗜冷微生物是指活菌数达到10⁸-10⁹cfu/mL，嗜冷微生物的投加量为填料干重质量的0.5-1％。

6.根据权利要求1所述的生物能源保温方法，其中，有机废弃物为所有可降解有机废弃物。

7.根据权利要求1所述的生物能源保温方法，其中，发酵反应为好氧或厌氧发酵。

8.根据权利要求1所述的生物能源保温方法，其中，生物能源保温室的温度下降至15℃以下时更换生物能源保温室的填料。