[发明专利]一种利用瘤胃微生物提高干式厌氧发酵有机固体废物资源化利用率的方法

说明书

技术领域

本发明属于有机固体废物资源化处理领域，涉及一种利用瘤胃微生物体外 驯化培养，以及作为接种菌剂进行干式厌氧发酵的集成工艺方法。针对纤维素 类生物质和禽畜养殖废弃物，进行干式厌氧发酵，在消除厌氧发酵沼液消纳问 题的基础上，提高了干式发酵产气效率和发酵剩余物的肥效。

背景技术

我国是农业大国，目前我国秸秆年产量约8-9亿吨，综合利用率较低，大量 的剩余秸秆堆弃及任意焚烧，造成了严重的空气环境污染。另外，我国农业养 殖业发展迅速，禽畜养殖废弃物年产量约38-40亿吨，堆弃的禽畜养殖废弃物不 仅容易造成地下水污染，还影响周围的生态环境。我国在“十二五”规划中已 将《农村环境连片整治》列入环境保护重点治理项目，其中农村秸秆、禽畜养 殖废弃物是农村环境治理的重点任务。另外，住建部等部门推出的《关于全面 推进农村垃圾治理的指导意见》中要求到十三五末禽畜废弃物基本实现有效治 理。

厌氧发酵技术是一种可以实现秸秆等生物质、禽畜养殖废弃物综合利用的 方法。以总固体浓度为界，厌氧发酵技术可分为湿式发酵和干式发酵。干式厌 氧发酵是指原料总固体浓度在20％-40％之间，几乎无自由流动水的条件下进行 厌氧发酵的一种工艺。发酵产生的沼气是一种清洁能源，发酵剩余物沼渣可以 直接用作有机肥料或人工基质。与湿式厌氧发酵技术相比，干式厌氧消化技术 具有很多优势：(1)原料需水量低，节省用水，发酵后产生的沼液较少，无沼 液消纳问题；(2)发酵后的剩余物可直接作为有机肥或土壤调节剂；(3)容积 产气率高；(4)体积小，自身能耗低；(5)后续处理简单，占地小，成本较低。

干式厌氧发酵技术由于原料固体浓度高，传质效果差，利用纤维素类生物 质作为发酵底物，其水解过程较慢，限制了整体的发酵效率。另外，干式厌氧 发酵产生的中间代谢产物易积累，在发酵初期产生大量挥发性脂肪酸和氨，容 易产生酸抑制和氨抑制，导致启动时间较长，甚至出现启动失败的情况，这些 都是传统干式厌氧发酵技术存在的问题。

本发明针对干式厌氧发酵技术的缺点，利用具有高效水解和产甲烷性能的 瘤胃微生物，对瘤胃微生物进行体外驯化培养，接种在以纤维素类生物质和禽 畜养殖废弃物为底物的干式厌氧发酵系统当中，优化系统参数，提高发酵系统 的转化效率，解决了干式厌氧发酵启动慢、效率低等问题，发酵几乎无沼液产 生，沼渣可以直接作用有机肥料或土壤调节剂。

发明内容

本发明的目的是为了解决干式厌氧发酵效率低、启动慢等问题。提供了一 种首先利用沼液等氨化剂对底物预处理，再利用驯化后的瘤胃微生物作为接种 菌剂，提高干式厌氧发酵资源化利用率的方法。

本发明的技术方案：

一种利用瘤胃微生物提高干式厌氧发酵有机固体废物资源化利用率的方 法，步骤如下：

(1)纤维素类生物质废弃物预处理

将纤维素类生物质废弃物粉碎，喷洒氨化剂至纤维素类生物质废弃物的含 水率30％-60％并密封，室温条件6～15天，得到预处理后纤维素类生物质；所述 的氨化剂为发酵沼液、尿素或氨盐溶液；通过氨化预处理可以破坏秸秆中木质 纤维素间的结构，从而提高秸秆的可降解性。

(2)瘤胃微生物的体外驯化培养

将反刍动物瘤胃内的液体以10％-30％的体积比接种于厌氧系统中，添加预 处理后纤维素类生物质，预处理后纤维素类生物质占厌氧系统总质量的1％-5％ (干重计)；添加厌氧系统体积的70％-90％的缓冲溶液，调节pH6.5-7.5，温度 35-40℃，搅拌转速100-200r/min，水力停留时间10-30天，驯化25-35天，瘤 胃微生物获得了稳定较好的酶活性以及产气效率，体外驯化完成；然后，在无 氧条件下过滤脱水，作为干式厌氧发酵的接种菌剂；

所述的缓冲溶液组成：NaHCO₃浓度为2-6g/L；Na₂HPO₄浓度为3-6g/L， NaH₂PO₄浓度为2-5g/L；尿素浓度为0.1-0.3g/L；NaCl浓度为0.2-0.4g/L，KCl 浓度为0.3-0.5g/L，MgCl₂浓度为0.03-0.05g/L，CaCl₂浓度为0.02-0.03g/L。

(3)启动干式厌氧发酵系统