一种利用沼渣生产生物肥料的方法

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一种利用沼渣生产生物肥料的方法
申请号	CN201711469306.1	申请日	2017-12-29	公开(公告)号	CN108101645A	公开(公告)日	2018-06-01
申请人	中溶科技股份有限公司;			发明人	李秋园; 代淑梅;
摘要	本发明涉及生物肥料制备技术领域，尤其涉及一种利用沼渣生产生物肥料的方法。通过对不同含水量的沼渣在不同原料组分和工艺条件下制备，得到符合国家农业行业标准(NY 884‑2004)的生物肥料，可有效改善土壤肥力，减少了化学肥料的使用，安全环保，减少污染。同时本发明中的沼渣为秸秆制乙醇得到的废渣液中制取而来，实现了对农作物秸秆的最大化综合利用，且在制备过程中没有添加酸碱等化学物质，达到清洁生产的要求。
权利要求	1.一种利用沼渣生产生物肥料的方法，其特征在于，以沼渣、生物发酵菌剂、辅料为原料制备而成，制备步骤如下：当沼渣含水量在40-70％之间时，加入占沼渣重量0.5-2％的生石灰搅拌，并将生物发酵菌剂激活成菌液，将菌液添加到沼渣中发酵，菌液和沼渣重量比为1:180-200，混合搅拌均匀，搅拌好的发酵物水分控制在50-60％之间，将发酵物进行堆放发酵15-20天；当沼渣含水量大于70％时，将生物发酵菌剂激活成菌液，沼渣和辅料按重量比2-3:1混合，再加入占混合物重量0.5-2％的生石灰搅拌，再将菌液按与混合物1:180-200的重量比添加到混合物内，搅拌好的发酵物水分控制在50-60％之间，将发酵物进行堆放发酵15-20天；其中，所述沼渣为利用农作物秸秆生产乙醇联产沼气时产生的消化渣液压榨得到，沼渣的具体制备过程如下：(1)预处理：将农作物秸秆粉碎后与水按1:5-10的比例混合，在170-230℃温度条件下维持5-60min，之后通过与下一批次冷料进行热交换来冷却降温至50-60℃； (2)酶解：向步骤(1)中预处理后的物料添加纤维素降解酶降解，酶解温度为45-55℃，酶解pH值为4-5.5，酶解时间36-72小时，降解完成后得到秸秆糖和未降解纤维的混合物； (3)发酵制乙醇：向步骤(2)中的混合物添加酵母进行酒精发酵，发酵温度为25-42℃，发酵时间为48-120小时，再进行蒸馏得到乙醇和废渣液； (4)联产沼气：将步骤(3)中废渣液进行高浓度全混式高温厌氧发酵，得到沼气和消化渣液； (5)制备沼渣：将步骤(4)中消化渣液进行压榨得到清液和沼渣。 2.根据权利要求1所述的利用沼渣生产生物肥料的方法，其特征在于，辅料为秸秆粉、稻糠、花生壳粉中的一种或几种，辅料的含水量不大于10％。 3.根据权利要求2所述的利用沼渣生产生物肥料的方法，其特征在于，所述生物发酵菌剂100g激活成9-11kg菌液。 4.根据权利要求3所述的利用沼渣生产生物肥料的方法，其特征在于，发酵物堆放高度为1-1.2m、宽度为1.8-2m、长度不限。 5.根据权利要求1所述的利用沼渣生产生物肥料的方法，其特征在于，纤维素降解酶为纤维素酶、纤维二糖酶、木聚糖酶、果胶酶、漆酶的一种或者几种。 6.根据权利要求1所述的利用沼渣生产生物肥料的方法，其特征在于，发酵制乙醇中所用酵母为毕赤酵母、休哈塔假丝酵母、普通酿酒酵母、基因工程酿酒酵母中的一种或几种。 7.根据权利要求1所述的利用沼渣生产生物肥料的方法，其特征在于，酵母接种量为1- 10％，发酵后酒精浓度为2-8％。 8.根据权利要求1所述的利用沼渣生产生物肥料的方法，其特征在于，联产沼气过程中接种高温活性污泥进行厌氧发酵，污泥接种量为5-25％，发酵温度50-65℃，采用水力循环方式达到全混。
说明书全文	一种利用沼渣生产生物肥料的方法技术领域 [0001] 本发明涉及生物肥料制备技术领域，尤其涉及一种利用沼渣生产生物肥料的方法。背景技术 [0002] 沼渣中除了含有丰富的氮、磷、钾和大量元素外，还含有对作物生长起重要作用的硼、铜、铁、锰、锌等微量元素。随着生态农业的持续性发展，沼渣的用途逐渐被开发利用。沼渣在综合利用过程中，具有速效、迟效两种功能，可做基肥和追肥，既可减少化肥、农药的施用量，降低成本，又能有效地提高农作物的产量和品质。沼渣主要用于农作物生产或苗木生产的基肥，还可用于生产食用菌、养鱼、养蚯蚓等。但是目前沼渣生产肥料过程中，由于沼渣含水率高，长期储存会产生臭气；且大部分沼渣分离时还未完全腐熟发酵，直接施于土壤中会对土壤造成伤害。因此，如何有效的利用沼渣制备生物肥料是本领域亟待解决的一项技术问题。发明内容 [0003] 本发明的目的就是克服现有技术的缺陷，提供一种利用沼渣生产生物肥料的方法。 [0004] 本发明采用以下技术方案： [0005] 一种利用沼渣生产生物肥料的方法，以沼渣、生物发酵菌剂、辅料为原料制备而成，制备步骤如下： [0006] 当沼渣含水量在40-70％之间时，加入占沼渣重量0.5-2％的生石灰搅拌，并将生物发酵菌剂激活成菌液，将菌液添加到沼渣中发酵，菌液和沼渣重量比为1:180-200，混合搅拌均匀，搅拌好的发酵物水分控制在50-60％之间，将发酵物进行堆放发酵15-20天； [0007] 当沼渣含水量大于70％时，将生物发酵菌剂激活成菌液，沼渣和辅料按重量比2-3:1混合，再加入占混合物重量0.5-2％的生石灰搅拌，再将菌液按与混合物1:180-200的重量比添加到混合物内，搅拌好的发酵物水分控制在50-60％之间，将发酵物进行堆放发酵 15-20天； [0008] 其中，所述沼渣为利用农作物秸秆生产乙醇联产沼气时产生的消化渣液压榨得到，沼渣的具体制备过程如下： [0009] (1)预处理：将农作物秸秆粉碎后与水按1:5-10的比例混合，在170-230℃温度条件下维持5-60min，之后通过与下一批次冷料进行热交换来冷却降温至50-60℃； [0010] (2)酶解：向步骤(1)中预处理后的物料添加纤维素降解酶降解，酶解温度为45-55℃，酶解pH值为4-5.5，酶解时间36-72小时，降解完成后得到秸秆糖和未降解纤维的混合物； [0011] (3)发酵制乙醇：向步骤(2)中的混合物添加酵母进行酒精发酵，发酵温度为25-42℃，发酵时间为48-120小时，再进行蒸馏得到乙醇和废渣液； [0012] (4)联产沼气：将步骤(3)中废渣液进行高浓度全混式高温厌氧发酵，得到沼气和消化渣液； [0013] (5)制备沼渣：将步骤(4)中消化渣液进行压榨得到清液和沼渣。 [0014] 进一步的，辅料为秸秆粉、稻糠、花生壳粉中的一种或几种，辅料的含水量不大于10％。 [0015] 进一步的，生物发酵菌剂100g激活成9-11kg菌液。 [0016] 进一步的，发酵物堆放高度为1-1.2m、宽度为1.8-2m、长度不限。 [0017] 进一步的，纤维素降解酶为纤维素酶、纤维二糖酶、木聚糖酶、果胶酶、漆酶的一种或者几种。 [0018] 进一步的，发酵制乙醇中所用酵母为毕赤酵母、休哈塔假丝酵母、普通酿酒酵母、基因工程酿酒酵母中的一种或几种。 [0019] 进一步的，酵母接种量为0.1-10％，发酵后乙醇浓度为2-8％。 [0020] 进一步的，联产沼气过程中接种高温活性污泥进行厌氧发酵，污泥接种量为5-30％，发酵温度50-65℃，采用水力循环方式达到全混。 [0021] 本发明的利用沼渣生产生物肥料的方法，具有以下有益效果： [0022] (1)本发明利用沼渣生产生物肥料，通过对不同含水量的沼渣添加不同含量的辅料及生物菌剂进行发酵制备，生产的生物肥料可有效改善土壤肥力，且原料采用秸秆制乙醇联产沼气后的沼渣，成本低廉，实现了对资源的合理利用，减少了化学肥料的使用，安全环保，减少污染，制得的生物材料中有机质含量在30％以上，水分在15％以下，pH值在6.5-7.5之间，符合国家农业行业标准(NY884-2004)。 [0023] (2)本发明中的沼渣为秸秆制乙醇得到的废渣液中制取而来，在乙醇制备过程中，采用高温高压预处理工艺，通过热量耦合，可以将热量充分利用起来，有效地降低了能耗和生产成本，同时在联产沼气过程中采用高温发酵工艺，有机物降解效率高，降解彻底，通过制乙醇联产沼气和生物肥料，实现了对农作物秸秆的最大化综合利用，且在制备过程中没有添加酸碱等化学物质，达到清洁生产的要求。具体实施方式 [0024] 下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，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，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。 [0025] 一种利用沼渣生产生物肥料的方法，以沼渣、生物发酵菌剂、辅料为原料制备而成，制备步骤如下： [0026] 当沼渣含水量在40-70％之间时，加入占沼渣重量0.5-2％的生石灰搅拌，并将生物发酵菌剂激活成菌液，将菌液添加到沼渣中发酵，菌液和沼渣重量比为1:180-200，混合搅拌均匀，搅拌好的发酵物水分控制在50-60％之间，将发酵物进行堆放，堆放高度为1-1.2m、宽度为1.8-2m、长度不限，堆放发酵15-20天。 [0027] 当沼渣含水量大于70％时，将生物发酵菌剂激活成菌液，沼渣和辅料按重量比2-3:1混合，再加入占混合物重量1-2％的生石灰搅拌，再将菌液按与混合物1:180-200的重量比添加到混合物内，搅拌好的发酵物水分控制在50-60％之间，将发酵物进行堆放，堆放高度为1-1.2m、宽度为1.8-2m、长度不限，堆放发酵15-20天。 [0028] 在堆放发酵完成后，还包括造粒、烘干和装袋过程，将发酵后肥料利用造粒机造成粒径为3-6mm的颗粒，烘干后装袋。 [0029] 具体的，辅料的添加主要是用来调节沼渣在发酵时的透气性，辅料可以为秸秆粉、稻糠、花生壳粉中的一种或几种。发酵过程中，水分过低，发酵慢；水分过高会导致通气差、升温慢并产生臭味。因此，针对不同的沼渣含水量，通过添加不同含量的辅料和菌液来对水分进行有效调节，达到适宜发酵的条件。发酵物水分的控制，简单的确认方式为：将搅拌好的发酵物用手轻握成团，松开可以裂开三五条缝，至少保证用手使劲握不会从指缝间滴水。将沼渣、菌液和辅料搅拌发酵堆沤过程中，在开始发酵的24-48小时内，发酵物温度可达到 55℃以上，升温三天后可达到除臭的效果。 [0030] 其中，所述沼渣为利用农作物秸秆生产乙醇联产沼气时产生的消化渣液压榨得到，沼渣的具体制备过程如下： [0031] (1)预处理：将农作物秸秆粉碎后与水按1:5-10的比例混合，在170-230℃温度条件下维持5-60min，之后通过与下一批次冷料进行热交换来冷却降温至50-60℃。采用高温高压预处理工艺，通过热量耦合，可以将热量充分利用起来，有效地降低了能耗和生产成本。不同于常规的蒸汽爆破，爆破时损失的热量不能重复利用。同时，由于预处理过程中没有添加酸、碱等化学物质，预处理后的物料毒性很小，颜色也浅，比较有利于后续的产酒发酵。在热交换器中与冷料进行热交换，不仅实现了物料的降温，还能对未预处理的秸秆与水的混合物料进行升温，回收热能，降低了能耗，防止热能的损失。 [0032] (2)酶解：向步骤(1)中预处理后的物料添加纤维素降解酶降解，酶解温度为45-55℃，酶解pH值为4-5.5，酶解时间36-72小时，降解完成后得到秸秆糖和未降解纤维的混合物。酶解后物料不进行固液分离，料液直接用来发酵，可以更多地将纤维原料分解为糖类，提高了秸秆的转化率。 [0033] (3)发酵制乙醇：向步骤(2)中的混合物添加酵母进行酒精发酵，发酵温度为25-42℃，发酵时间为48-120小时，酵母接种量为1-10％，再进行蒸馏得到乙醇和废渣液，发酵后的乙醇浓度为2-8％。 [0034] (4)联产沼气：将步骤(3)中废渣液接种高温活性污泥进行高浓度全混式高温厌氧发酵，污泥接种量为5-25％，发酵温度50-65℃，采用水力循环方式达到全混，得到沼气和消化渣液，沼气排入沼气柜中存储，用于燃烧产气或制氢气原料。采用高浓度厌氧发酵，不需要先经过固液分离，可以利用更多的有机质来产沼气，并且采用高温发酵工艺，有机物降解效率高，降解彻底；采用水力循环方式达到全混，避免了机械搅拌费能且装置复杂等弊端。 [0035] (5)制备沼渣：将步骤(4)中消化渣液进行压榨得到清液和沼渣。 [0036] 下面将结合具体实施例对本发明的利用沼渣制备生物肥料的方案进行进一步说明。 [0037] 实施例1 [0038] 一种利用沼渣生产生物肥料的方法，以沼渣、生物发酵菌剂为原料制备而成，制备步骤如下：沼渣含水量为65％，加入占沼渣重量1-2％的生石灰搅拌，将生物发酵菌剂激活成菌液，将菌液添加到沼渣中发酵，菌液和沼渣重量比为1:200，混合搅拌均匀，搅拌好的发酵物水分控制在55-60％之间，将发酵物进行堆放，堆放高度为1m、宽度为2m、长度不限，堆放发酵20天。堆放发酵完成后，将发酵后肥料利用造粒机造成粒径为3-5mm的颗粒，烘干后装袋。 [0039] 其中，所述沼渣为利用农作物秸秆生产乙醇联产沼气时产生的消化渣液压榨得到，沼渣的具体制备过程如下： [0040] (1)预处理：将农作物秸秆粉碎后与水按1:5的比例混合，在170℃温度条件下维持60min，之后通过与下一批次冷料进行热交换来冷却降温至50℃。 [0041] (2)酶解：向步骤(1)中预处理后的物料添加纤维素酶降解，酶解温度为50℃，酶解pH值为4.8，酶解时间72小时，降解完成后得到秸秆糖和未降解纤维的混合物。 [0042] (3)发酵制乙醇：向步骤(2)中的混合物添加基因工程酿酒酵母进行酒精发酵，发酵温度为42℃，发酵时间为84小时，酵母接种量为5％，再进行蒸馏得到乙醇和废渣液。 [0043] (4)联产沼气：将步骤(3)中废渣液接种高温活性污泥进行高浓度全混式高温厌氧发酵，污泥接种量为10％，发酵温度60℃，采用水力循环方式达到全混，得到沼气和消化渣液，沼气排入沼气柜中存储，用于燃烧产气或制氢气原料。 [0044] (5)制备沼渣：将步骤(4)中消化渣液进行压榨得到清液和沼渣。 [0045] 实施例2 [0046] 一种利用沼渣生产生物肥料的方法，以沼渣、生物发酵菌剂、花生壳粉为原料制备而成，制备步骤如下：沼渣含水量为75％，将生物发酵菌剂激活成菌液，沼渣和花生壳粉按重量比3:1混合，再加入占混合物重量1％的生石灰搅拌，再将菌液按与混合物1:180的重量比添加到混合物内，搅拌好的发酵物水分控制在55-60％之间，将发酵物进行堆放，堆放高度为1.2m、宽度为1.8m、长度不限，堆放发酵15天。堆放发酵完成后，将发酵后肥料利用造粒机造成粒径为3-5mm的颗粒，烘干后装袋。 [0047] 其中，所述沼渣为利用农作物秸秆生产乙醇联产沼气时产生的消化渣液压榨得到，沼渣的具体制备过程如下： [0048] (1)预处理：将农作物秸秆粉碎后与水按1:6的比例混合，在210℃温度条件下维持30min，之后通过与下一批次冷料进行热交换来冷却降温至55℃。 [0049] (2)酶解：向步骤(1)中预处理后的物料添加纤维素酶、纤维二糖酶降解，酶解温度为52℃，酶解pH值为4.6，酶解时间48小时，降解完成后得到秸秆糖和未降解纤维的混合物。 [0050] (3)发酵制乙醇：向步骤(2)中的混合物添加普通酿酒酵母进行酒精发酵，发酵温度为35℃，发酵时间为120小时，酵母接种量为1％，再进行蒸馏得到乙醇和废渣液。 [0051] (4)联产沼气：将步骤(3)中废渣液接种高温活性污泥进行高浓度全混式高温厌氧发酵，污泥接种量为25％，发酵温度60℃，采用水力循环方式达到全混，得到沼气和消化渣液，沼气排入沼气柜中存储，用于燃烧产气或制氢气原料。 [0052] (5)制备沼渣：将步骤(4)中消化渣液进行压榨得到清液和沼渣。 [0053] 实施例3 [0054] 一种利用沼渣生产生物肥料的方法，以沼渣、生物发酵菌剂为原料制备而成，制备步骤如下：沼渣含水量为50％，加入占沼渣重量1-2％的生石灰搅拌，将生物发酵菌剂激活成菌液，将菌液添加到沼渣中发酵，菌液和沼渣重量比为1:180，混合搅拌均匀，搅拌好的发酵物水分控制在55-60％之间，将发酵物进行堆放，堆放高度为1.1m、宽度为1.9m、长度不限，堆放发酵15-20天。堆放发酵完成后，将发酵后肥料利用造粒机造成粒径为3-5mm的颗粒，烘干后装袋。 [0055] 其中，所述沼渣为利用农作物秸秆生产乙醇联产沼气时产生的消化渣液压榨得到，沼渣的具体制备过程如下： [0056] (1)预处理：将农作物秸秆粉碎后与水按1:10的比例混合，在230℃温度条件下维持5min，之后通过与下一批次冷料进行热交换来冷却降温至55℃。 [0057] (2)酶解：向步骤(1)中预处理后的物料添加纤维素酶、木聚糖酶降解，酶解温度为55℃，酶解pH值为5.5，酶解时间36小时，降解完成后得到秸秆糖和未降解纤维的混合物。 [0058] (3)发酵制乙醇：向步骤(2)中的混合物添加普通酿酒酵母进行酒精发酵，发酵温度为36℃，发酵时间为48小时，酵母接种量为10％，再进行蒸馏得到乙醇和废渣液。 [0059] (4)联产沼气：将步骤(3)中废渣液接种高温活性污泥进行高浓度全混式高温厌氧发酵，污泥接种量为5％，发酵温度50℃，采用水力循环方式达到全混，得到沼气和消化渣液，沼气排入沼气柜中存储，用于燃烧产气或制氢气原料。 [0060] (5)制备沼渣：将步骤(4)中消化渣液进行压榨得到清液和沼渣。 [0061] 将本发明的实施例1-3中制得的生物肥料的主要技术指标进行测试，结果如表1所示。 [0062] 表1 生物肥料性能测试结果 [0063]组别有机质含量％水分％ pH值实施例1 33 12 6.5 实施例2 35 15 7.0 实施例3 40 14 7.2 [0064] 由表1可知，本发明各实施例中制得的生物肥料的性能均符合国家农业行业标准(NY 884-2004)：有机质(以干基计)，％≥25.0；水分，％≤15.0；pH值5.5-8.5。本发明利用沼渣生产生物肥料，通过对不同含水量的沼渣添加不同含量的辅料及生物菌剂进行发酵制备，生产的生物肥料可有效改善土壤肥力，且原料采用秸秆制乙醇联产沼气后的沼渣，成本低廉，实现了对资源的合理利用，减少了化学肥料的使用，安全环保，减少污染。 [0065] 以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。