CN107058400A - 一种沼气发酵用高效添加剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沼气发酵用高效添加剂，包括有机酸腐果渣25‑35份、复合酶剂60‑80份、矿物质促进剂120‑180份、磷酸盐4‑6份、微生物复合菌剂2‑4份、煤泥10‑15份、木屑10‑16份、尿素4‑8份、碳酸氢铵5‑15份、表面活性剂3‑5份、甘薯边角料15‑19份、琼脂2‑4份、硬脂酸3‑5份、蛋白胨2‑3份、半乳糖2‑3份、油酸甲酯1‑3份、蓖麻籽粕5‑10份、葵花籽粕8‑12份、油菜粕5‑10份。本发明的添加剂应用于沼气发酵体系，一方面获得了良好的产气速率，缩短了发酵周期，提高了产量和原料利用率，另一方面补充了沼气发酵所需营养元素，抑制了病原微生物的生长，达到了除臭无害化的效果，同时本发明提供的制备方法采用较多的农业废料，材料成本较低、原料易得、工艺简明，具有较高的使用价值和良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及沼气发酵技术领域，具体涉及一种沼气发酵用高效添加剂及其制备方法。
背景技术
沼气发酵又称为厌氧消化、厌氧发酵或甲烷发酵，是指有机物质(如人畜家禽粪便、秸杆、杂草等)在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大且功能不同的各类微生物分解代谢，最终生成甲烷和二氧化碳等混合性气体(沼气)的复杂生物化学过程。
沼气池通常装入原料和菌种，在沼气池启动使用后，加强日常管理，控制好发酵过程条件，是提高产气率的重要技术措施，要使沼气池经久不衰地产气好、产气旺，必须按照沼气微生物的生长繁殖规律，来加强沼气池的科学管理。沼气发酵条件包括有：充足的沼气发酵原料、质优量多的沼气微生物、严格厌氧的生态环境、尽量高的发酵温度、适宜的酸碱度、合适的负荷、持续的搅拌。加入沼气池的发酵原料，经沼气细菌发酵分解，逐渐地被消耗或转化。如果不及时补充新鲜原料，沼气细菌就会产气量下降。为了保证沼气细菌有充足的食物，并进行正常的新陈代谢，使产气正常而持久，就要不断地补充新鲜原料，做到勤加料和勤出料。
产甲烷菌是沼气发酵微生物的核心，它们严格厌氧，适宜在中性环境中繁殖，依靠乙酸、二氧化碳和氢生长，并以废物的形式排出甲烷。生物和生命活动以新陈代谢为基础，沼气发酵微生物的生长和代谢过程分为适应期、对数生长期、平衡期、衰亡期四个时期。
现今在沼气发酵工程实践中存在一些普遍性的问题。(1)寒冷季节沼气产量明显减少，同样数量的沼气原料产气量常常不及夏季的三分之一；(2)沼气发酵原料在池内得不到充分的分解和利用，实际沼气转换率( 原料产气率) 较低。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种沼气发酵用高效添加剂，该高效添加剂应用于沼气发酵体系，一方面获得了良好的产气速率，缩短了发酵周期，提高了产量和原料利用率，另一方面补充了沼气发酵所需营养元素，抑制了病原微生物的生长，达到了除臭无害化的效果，同时本发明提供的制备方法采用较多的农业废料，材料成本较低、原料易得、工艺简明，具有较高的使用价值和良好的应用前景。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明提供了一种沼气发酵用高效添加剂，包括以下重量份的原料：
有机酸腐果渣25-35份、复合酶剂60-80份、矿物质促进剂120-180份、磷酸盐4-6份、微生物复合菌剂2-4份、煤泥10-15份、木屑10-16份、尿素4-8份、碳酸氢铵5-15份、表面活性剂3-5份、甘薯边角料15-19份、琼脂2-4份、硬脂酸3-5份、蛋白胨2-3份、半乳糖2-3份、油酸甲酯1-3份、蓖麻籽粕5-10份、葵花籽粕8-12份、油菜粕5-10份、活性炭4-6份。
优选地，所述沼气发酵用高效添加剂包括以下重量份的原料：
有机酸腐果渣30份、复合酶剂70份、矿物质促进剂150份、磷酸盐5份、微生物复合菌剂3份、煤泥13份、木屑13份、尿素6份、碳酸氢铵10份、表面活性剂4份、甘薯边角料17份、琼脂3份、硬脂酸4份、蛋白胨2.5份、半乳糖2.5份、油酸甲酯2份、蓖麻籽粕7份、葵花籽粕10份、油菜籽粕7份、活性炭4份。
优选地，所述复合酶剂为糖化酶、淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶按照重量比5:3:2:1组成的混合物。
优选地，所述矿物质促进剂为微晶化磷矿粉、微晶化沸石粉、微晶化碳酸钙粉、膨润土按照重量比10:1:3:20组成的混合物。
优选地，所述磷酸盐为磷酸氢二铵或磷酸二氢钾中的一种。
优选地，所述表面活性剂为山梨糖醇酐脂肪酸酯、三乙醇胺、乙二醇按照重量比2:1:1组成的混合物。
优选地，所述微生物复合菌剂包括产甲烷菌、纤维素分解菌、酵母菌、解磷菌、乳酸菌或光合菌。
本发明还提供了一种沼气发酵用高效添加剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将有机酸腐果渣、蓖麻籽粕、葵花籽粕、油菜籽粕、甘薯边角料加入高速搅拌机中粉碎，加入磷酸盐、适量的水，加热至46-50℃、保温3-4小时，冷却至室温，将混合溶液通过板框压滤机进行过滤后，得到滤液A；
步骤二，向步骤一制得的滤液A中加入琼脂、硬脂酸、蛋白胨、半乳糖搅拌均匀，升温至46-48℃ ，保温20-30分钟，再加入油酸甲酯、表面活性剂、碳酸氢铵、尿素搅拌均匀，降温至36-38℃，保温20-30分钟，自然冷却至室温，得到混合溶液B；
步骤三，向步骤二制得的混合溶液B中加入煤泥、木屑、矿物质促进剂、活性炭，升温至55-60℃，以搅拌转速为150-250r/min搅拌1-2小时，自然冷却至室温，加入复合酶剂、微生物复合菌剂，以搅拌转速为50-80r/min搅拌40-80分钟，制得发明的沼气发酵用高效添加剂。
优选地，所述沼气发酵用高效添加剂的制备步骤为：
步骤一，将有机酸腐果渣、蓖麻籽粕、葵花籽粕、油菜籽粕、甘薯边角料加入高速搅拌机中粉碎，加入磷酸盐、适量的水，加热至48℃、保温3.5小时，冷却至室温，将混合溶液通过板框压滤机进行过滤后，得到滤液A；
步骤二，向步骤一制得的滤液A中加入琼脂、硬脂酸、蛋白胨、半乳糖搅拌均匀，升温至47℃ ，保温25分钟，再加入油酸甲酯、表面活性剂、碳酸氢铵、尿素搅拌均匀，降温至37℃，保温25分钟，自然冷却至室温，得到混合溶液B；
步骤三，向步骤二制得的混合溶液B中加入煤泥、木屑、矿物质促进剂、活性炭，升温至58℃，以搅拌转速为200r/min搅拌1.5小时，自然冷却至室温，加入复合酶剂、微生物复合菌剂，以搅拌转速为70r/min搅拌60分钟，制得发明的沼气发酵用高效添加剂。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明的一种沼气发酵用高效添加剂中加入了矿物质促进剂，主要为微晶化磷矿粉、微晶化沸石粉、微晶化碳酸钙粉，微晶化矿粉有利于微生物的增殖，提高发酵系统生物量，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；另一方面添加的微晶化矿粉还可以去除水中有机污染物和重金属离子污染物，达到除臭和抑制病原微生物的目的。
（2）本发明的一种沼气发酵用高效添加剂采用了果渣、蓖麻籽粕、葵花籽粕、油菜籽粕等大量的农业废料，一方面降低了材料的成本，最大限度的利用了资源，实现了可持续发展，另一方面减少了农业废料对环境的污染，保护了环境。
（3）本发明的一种沼气发酵用高效添加剂添加的有机酸腐果渣的含糖量很高，发酵快，很容易产生大量的有机酸，用来给产甲烷菌补充营养；煤泥在沼气发酵中为甲烷菌每天提供大量的碳素原料；木屑采用锯沫，一方面提高碳素的成份，另一方面吸收有机酸腐果中的糖分，便于加工；碳酸氢铵能够防止有机酸腐果渣在存放过程中生虫；尿素提供发酵过程中的碳氮元素，对所需营养元素含量进行调整；这些物质的综合使用不仅补充了沼气发酵所需营养元素，而且大大增加了沼气发酵体系的产气速率，缩短了发酵周期，提高了产量和原料利用率。
（4）本发明的一种沼气发酵用高效添加剂添加了活性炭和膨润土，其吸附性较好，能够有效减少发酵底物中的重金属，减少了重金属对微生物的生长繁殖的影响。
（5）本发明的一种沼气发酵用高效添加剂采用了微生物复合菌剂和复合酶剂，微生物复合菌剂能够提高产甲烷阶段的微生物量，能缩短发酵启动时间，使产甲烷菌在高酸环境下活性更强；复合酶剂能够提高水解阶段的反应速率，一方面充分利用了发酵底物，提高了沼气发酵的原料的利用率和产气效率，另一方面也增加了沼气原料的选择范围，扩大了沼气的应用前景。
（6）本发明的一种沼气发酵用高效添加剂的制备方法简单、工艺简明、材料成本较低、原料易得、适合大规模工业生产，具有较高的实用价值和广泛的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1.
本实施例的沼气发酵用高效添加剂，包括以下重量份的原料：
有机酸腐果渣25份、复合酶剂60份、矿物质促进剂120份、磷酸盐4份、微生物复合菌剂2份、煤泥10份、木屑10份、尿素4份、碳酸氢铵5份、表面活性剂3份、甘薯边角料15份、琼脂2份、硬脂酸3份、蛋白胨2份、半乳糖2份、油酸甲酯1份、蓖麻籽粕5份、葵花籽粕8份、油菜籽粕5份、活性炭4份。
本实施例中复合酶剂为糖化酶、淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶按照重量比5:3:2:1组成的混合物。
本实施例中矿物质促进剂为微晶化磷矿粉、微晶化沸石粉、微晶化碳酸钙粉、膨润土按照重量比10:1:3:20组成的混合物。
本实施例中磷酸盐为磷酸氢二铵或磷酸二氢钾中的一种。
本实施例中表面活性剂为山梨糖醇酐脂肪酸酯、三乙醇胺、乙二醇按照重量比2:1:1组成的混合物。
本实施例中微生物复合菌剂包括产甲烷菌、纤维素分解菌、酵母菌、解磷菌、乳酸菌或光合菌。
本实施例的沼气发酵用高效添加剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将有机酸腐果渣、蓖麻籽粕、葵花籽粕、油菜籽粕、甘薯边角料加入高速搅拌机中粉碎，加入磷酸盐、适量的水，加热至46℃、保温3小时，冷却至室温，将混合溶液通过板框压滤机进行过滤后，得到滤液A；
步骤二，向步骤一制得的滤液A中加入琼脂、硬脂酸、蛋白胨、半乳糖搅拌均匀，升温至46℃ ，保温20分钟，再加入油酸甲酯、表面活性剂、碳酸氢铵、尿素搅拌均匀，降温至36℃，保温20分钟，自然冷却至室温，得到混合溶液B；
步骤三，向步骤二制得的混合溶液B中加入煤泥、木屑、矿物质促进剂、活性炭，升温至55℃，以搅拌转速为150r/min搅拌2小时，自然冷却至室温，加入复合酶剂、微生物复合菌剂，以搅拌转速为50r/min搅拌80分钟，制得发明的沼气发酵用高效添加剂。
实施例2.
本实施例的沼气发酵用高效添加剂，包括以下重量份的原料：
有机酸腐果渣35份、复合酶剂80份、矿物质促进剂180份、磷酸盐6份、微生物复合菌剂4份、煤泥15份、木屑16份、尿素8份、碳酸氢铵15份、表面活性剂5份、甘薯边角料19份、琼脂4份、硬脂酸5份、蛋白胨3份、半乳糖3份、油酸甲酯3份、蓖麻籽粕10份、葵花籽粕12份、油菜籽粕10份、活性炭6份。
本实施例中复合酶剂为糖化酶、淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶按照重量比5:3:2:1组成的混合物。
本实施例中矿物质促进剂为微晶化磷矿粉、微晶化沸石粉、微晶化碳酸钙粉、膨润土按照重量比10:1:3:20组成的混合物。
本实施例中磷酸盐为磷酸氢二铵或磷酸二氢钾中的一种。
本实施例中表面活性剂为山梨糖醇酐脂肪酸酯、三乙醇胺、乙二醇按照重量比2:1:1组成的混合物。
本实施例中微生物复合菌剂包括产甲烷菌、纤维素分解菌、酵母菌、解磷菌、乳酸菌或光合菌。
本实施例的沼气发酵用高效添加剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将有机酸腐果渣、蓖麻籽粕、葵花籽粕、油菜籽粕、甘薯边角料加入高速搅拌机中粉碎，加入磷酸盐、适量的水，加热至50℃、保温3小时，冷却至室温，将混合溶液通过板框压滤机进行过滤后，得到滤液A；
步骤二，向步骤一制得的滤液A中加入琼脂、硬脂酸、蛋白胨、半乳糖搅拌均匀，升温至48℃ ，保温20分钟，再加入油酸甲酯、表面活性剂、碳酸氢铵、尿素搅拌均匀，降温至38℃，保温20分钟，自然冷却至室温，得到混合溶液B；
步骤三，向步骤二制得的混合溶液B中加入煤泥、木屑、矿物质促进剂、活性炭，升温至60℃，以搅拌转速为250r/min搅拌1小时，自然冷却至室温，加入复合酶剂、微生物复合菌剂，以搅拌转速为80r/min搅拌40分钟，制得发明的沼气发酵用高效添加剂。
实施例3.
本实施例的沼气发酵用高效添加剂，包括以下重量份的原料：
有机酸腐果渣30份、复合酶剂70份、矿物质促进剂150份、磷酸盐5份、微生物复合菌剂3份、煤泥13份、木屑13份、尿素6份、碳酸氢铵10份、表面活性剂4份、甘薯边角料17份、琼脂3份、硬脂酸4份、蛋白胨2.5份、半乳糖2.5份、油酸甲酯2份、蓖麻籽粕7份、葵花籽粕10份、油菜籽粕7份、活性炭4份。
本实施例中复合酶剂为糖化酶、淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶按照重量比5:3:2:1组成的混合物。
本实施例中矿物质促进剂为微晶化磷矿粉、微晶化沸石粉、微晶化碳酸钙粉、膨润土按照重量比10:1:3:20组成的混合物。
本实施例中磷酸盐为磷酸氢二铵或磷酸二氢钾中的一种。
本实施例中表面活性剂为山梨糖醇酐脂肪酸酯、三乙醇胺、乙二醇按照重量比2:1:1组成的混合物。
本实施例中微生物复合菌剂包括产甲烷菌、纤维素分解菌、酵母菌、解磷菌、乳酸菌或光合菌。
本实施例的沼气发酵用高效添加剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将有机酸腐果渣、蓖麻籽粕、葵花籽粕、油菜籽粕、甘薯边角料加入高速搅拌机中粉碎，加入磷酸盐、适量的水，加热至48℃、保温3.5小时，冷却至室温，将混合溶液通过板框压滤机进行过滤后，得到滤液A；
步骤二，向步骤一制得的滤液A中加入琼脂、硬脂酸、蛋白胨、半乳糖搅拌均匀，升温至47℃ ，保温25分钟，再加入油酸甲酯、表面活性剂、碳酸氢铵、尿素搅拌均匀，降温至37℃，保温25分钟，自然冷却至室温，得到混合溶液B；
步骤三，向步骤二制得的混合溶液B中加入煤泥、木屑、矿物质促进剂、活性炭，升温至58℃，以搅拌转速为200r/min搅拌1.5小时，自然冷却至室温，加入复合酶剂、微生物复合菌剂，以搅拌转速为70r/min搅拌60分钟，制得发明的沼气发酵用高效添加剂。
对上述各实施例制备的添加剂进行性能测试，采用沼气池的大小约为100 立方米，以农作物秸秆为发酵原料，其中沼气池料液有机物百分比浓度在5 ﹪左右，在沼气池中投放上述的添加剂约8 Kg，室外气温约在25-30℃左右，以未添加有添加剂的沼气发酵罐作为对照。试验结果如下表所示：
| 实验项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例 |
| 每m3料液平静产气量（m3） | 0.21 | 0.22 | 0.19 | 0.13 |
| 料液PH值 | 6.8-7.1 | 6.9-7.3 | 6.8-7.2 | 6.5-7.9 |
| 发酵启动时间（天） | 5 | 5 | 5 | 8 |
本发明的沼气发酵用高效添加剂应用于沼气发酵体系，一方面获得了良好的产气速率，缩短了发酵周期，提高了产量和原料利用率，另一方面补充了沼气发酵所需营养元素，抑制了病原微生物的生长，达到了除臭无害化的效果，同时本发明提供的制备方法采用较多的农业废料，材料成本较低、原料易得、工艺简明，具有较高的使用价值和良好的应用前景。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种沼气发酵用高效添加剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：
有机酸腐果渣25-35份、复合酶剂60-80份、矿物质促进剂120-180份、磷酸盐4-6份、微生物复合菌剂2-4份、煤泥10-15份、木屑10-16份、尿素4-8份、碳酸氢铵5-15份、表面活性剂3-5份、甘薯边角料15-19份、琼脂2-4份、硬脂酸3-5份、蛋白胨2-3份、半乳糖2-3份、油酸甲酯1-3份、蓖麻籽粕5-10份、葵花籽粕8-12份、油菜籽粕5-10份、活性炭4-6份。
2.根据权利要求1所述的一种沼气发酵用高效添加剂，其特征在于，所述沼气发酵用高效添加剂包括以下重量份的原料：
有机酸腐果渣30份、复合酶剂70份、矿物质促进剂150份、磷酸盐5份、微生物复合菌剂3份、煤泥13份、木屑13份、尿素6份、碳酸氢铵10份、表面活性剂4份、甘薯边角料17份、琼脂3份、硬脂酸4份、蛋白胨2.5份、半乳糖2.5份、油酸甲酯2份、蓖麻籽粕7份、葵花籽粕10份、油菜籽粕7份、活性炭4份。
3.根据权利要求1或2所述的一种沼气发酵用高效添加剂，其特征在于，所述复合酶剂为糖化酶、淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶按照重量比5:3:2:1组成的混合物。
4.根据权利要求1或2所述的一种沼气发酵用高效添加剂，其特征在于，所述矿物质促进剂为微晶化磷矿粉、微晶化沸石粉、微晶化碳酸钙粉、膨润土按照重量比10:1:3:20组成的混合物。
5.根据权利要求1或2所述的一种沼气发酵用高效添加剂，其特征在于，所述磷酸盐为磷酸氢二铵或磷酸二氢钾中的一种。
6.根据权利要求1或2所述的一种沼气发酵用高效添加剂，其特征在于，所述表面活性剂为山梨糖醇酐脂肪酸酯、三乙醇胺、乙二醇按照重量比2:1:1组成的混合物。
7.根据权利要求1或2所述的一种沼气发酵用高效添加剂，其特征在于，所述微生物复合菌剂包括产甲烷菌、纤维素分解菌、酵母菌、解磷菌、乳酸菌或光合菌。
8.一种制备如权利要求1或2所述的沼气发酵用高效添加剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将有机酸腐果渣、蓖麻籽粕、葵花籽粕、油菜籽粕、甘薯边角料加入高速搅拌机中粉碎，加入磷酸盐、适量的水，加热至46-50℃、保温3-4小时，冷却至室温，将混合溶液通过板框压滤机进行过滤后，得到滤液A；
步骤二，向步骤一制得的滤液A中加入琼脂、硬脂酸、蛋白胨、半乳糖搅拌均匀，升温至46-48℃ ，保温20-30分钟，再加入油酸甲酯、表面活性剂、碳酸氢铵、尿素搅拌均匀，降温至36-38℃，保温20-30分钟，自然冷却至室温，得到混合溶液B；
步骤三，向步骤二制得的混合溶液B中加入煤泥、木屑、矿物质促进剂、活性炭，升温至55-60℃，以搅拌转速为150-250r/min搅拌1-2小时，自然冷却至室温，加入复合酶剂、微生物复合菌剂，以搅拌转速为50-80r/min搅拌40-80分钟，制得发明的沼气发酵用高效添加剂。
9.根据权利要求8所述的沼气发酵用高效添加剂的制备方法，其特征在于，所述制备步骤为：
步骤一，将有机酸腐果渣、蓖麻籽粕、葵花籽粕、油菜籽粕、甘薯边角料加入高速搅拌机中粉碎，加入磷酸盐、适量的水，加热至48℃、保温3.5小时，冷却至室温，将混合溶液通过板框压滤机进行过滤后，得到滤液A；
步骤二，向步骤一制得的滤液A中加入琼脂、硬脂酸、蛋白胨、半乳糖搅拌均匀，升温至47℃ ，保温25分钟，再加入油酸甲酯、表面活性剂、碳酸氢铵、尿素搅拌均匀，降温至37℃，保温25分钟，自然冷却至室温，得到混合溶液B；
步骤三，向步骤二制得的混合溶液B中加入煤泥、木屑、矿物质促进剂、活性炭，升温至58℃，以搅拌转速为200r/min搅拌1.5小时，自然冷却至室温，加入复合酶剂、微生物复合菌剂，以搅拌转速为70r/min搅拌60分钟，制得发明的沼气发酵用高效添加剂。
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20170818 |