[发明专利]一种电化学耦合厌氧发酵处理奶牛养殖废物的方法

说明书

本发明公开了一种电化学耦合厌氧发酵处理奶牛养殖废物的方法，该方法是利用电化学和Fe‑C微电解促进奶牛养殖废物产甲烷的方法，同时还能高效利用多金属铁尾矿；本发明不仅解决了现有牛粪厌氧发酵产沼气存在发酵启动慢、效率低、周期长、底物不能完全处理且甲烷产量低的问题，而且通过电化学加Fe‑C微电解的双重作用进一步提升对于难降解纤维素底物的利用，具有明显的社会、经济和生态效益。

技术领域

本发明涉及环境、生物质能源和电化学领域，具体涉及一种电化学耦合厌氧发酵在Fe-C微电解辅助作用下高效利用奶牛养殖废物产甲烷的方法。

背景技术

农村奶牛养殖发展日益蓬勃，但是发展的同时也带来一定的环境污染问题。现今农村个体养殖户和散养户大都人牛混居，奶牛粪便随意堆放，产生恶臭气味，并导致滋生病菌与蚊蝇；且在雨季来临时，未经处理的养殖废水流入附近流域，其中含有的大量有机质、氮、磷等营养物质以及致病菌和病害虫卵，很容易随暴雨或者地表径流进入附近河流及流域，造成奶牛养殖废物氮磷流失，严重时会造成水体富营养污染，而近年来，养殖业的迅速发展产生的大量养殖废物已经成为我国地下水以及地表水体污染的主要来源之一。

养殖废物能源化处理是现今世界经济、环境与资源共同发展的一个契机，养殖废物资源化不仅能解决其带来的面源污染问题，同时也能产生较大的经济效益并为当前能源紧张提供一条解决路径。养殖废物能源化利用在解决农村能源短缺和环境污染方面有重要价值。鉴于养殖废物含水率偏高的特点，发展厌氧发酵制沼气是最具发展前途的一种方法。将养殖废物进行厌氧发酵工艺处理，不仅能提供清洁能源---沼气，也能解决养殖废物污染问题，同时产生的沼液能作液体肥，沼渣制作有机肥。

但当前对于奶牛养殖废物的能源化处理面对的问题有（1）厌氧发酵系统启动很慢；（2）整个处理周期过长；（3）产甲烷效率很低；（4）牛粪中含量很高的木质纤维素很难降解造成了生物质能的浪费，导致原料转化率低。这些问题严重的限制该技术的进一步发展。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种电化学耦合厌氧发酵处理奶牛养殖废物的方法，通过电化学耦合厌氧发酵的方法，利用外电场对于微生物的强化作用，通过直接供能刺激微生物代谢活动促进产甲烷菌群生长，加快厌氧发酵系统的启动，同时加入铁尾矿或铁粉与C的混合物，在系统中形成微电解反应不仅可以加速整个反应的进行，还可以大幅促进木质纤维素的降解，铁尾矿中所含有的其他金属元素可以大幅促进相关微生物的生长，提升对底物的利用率且加速甲烷产率，具体实施方式如下:

（1）对新鲜牛粪或干牛粪进行粉碎处理，将其用水稀释成发酵料液；

所述以绝干牛粪的质量计，发酵料液中牛粪质量浓度为8%-20%；

（2）在牛粪中添加来自沼气池的沼液，在30-40℃条件下进行厌氧发酵3-5天后，将发酵液添加到新的牛粪中在30-40℃条件下再厌氧发酵3-5天，收集发酵液再重复上述过程一次，得到接种物，其中沼液的添加量为牛粪质量的10-20%；

（3）将发酵料液、接种物、40-60目铁尾矿粉或铁粉、碳粉混合充分搅拌均匀后，置于反应器中密封，使反应物处于中温的严格厌氧环境中，反应物在低电压作用下进行厌氧发酵，收集发酵产物；

所述发酵料液、接种物、40-60目铁尾矿粉或铁粉、碳粉质量比为（100-200）:（10-20）:（3-15）:（15-20）；

所述铁尾矿是铁矿石经选出精矿后剩余的固体废弃物。

所述中温为25-35℃；

所述低电压为0.3-0.8V。