本發明涉及可再生能源開發利用與環境保護領域，具體涉及一種牛糞制備沼氣的方法。
背景技術：
隨著我國農業結構的有效調整以及農業產業化的快速推進，禽畜養殖業逐漸趨于規模化、集約化，從而導致禽畜糞便量遠遠超過其周圍環境量所能消納的容量，由于管理的相對滯后，以及自然分解能力有限，嚴重影響了生態環境及景觀、居民的身體健康；其中，在一些地方，牛糞對環境的污染已超過了工業污染的總量，有的甚至高達2倍以上，一頭奶牛每年產生的糞便在7噸以上，一頭黃牛產生的糞便在5～6噸之間，對環境造成了很大的污染，對周邊居民的正常生活造成不良影響，同時牛糞又是多種細菌病原體滋生繁殖的源頭，對養殖群體有著嚴重的影響，因此牛糞便如何處理及利用成了人們關注的焦點。
目前，將牛糞應用制備沼氣是現在研究的熱點，不僅處理成本低，也能減輕環境污染問題，又能獲得沼氣資源，保護環境的廢棄物資源化的相互協調，具有環保、經濟、能源、生態等諸多效益，在分辨處理中得到廣泛的應用；但是由于目前發酵的參數的控制和方法的不完善，導致產氣率較低、運行不穩定、易結殼等問題，因此，為保證禽畜糞便處理制備沼氣的正常運行，篩選合理高效的參數，制定科學有效的發酵方法，在資源化利用禽畜糞便的同時，提高沼氣產氣量，為沼氣工程的優化運行具有重要意義。
技術實現要素：
本發明為解決上述技術問題，提供了一種牛糞制備沼氣的方法。
具體是通過以下技術方案來實現的：
一種牛糞制備沼氣的方法，包括以下步驟：
(1)牛糞預處理：將牛糞與輔劑1按1∶1.5～2的質量比混合，水浴加熱至35～40℃，恒溫攪拌15～20min，轉速1000～1200r/min下離心8～12min，固液分離，將分離后的固體，烘干至含水量為8～10％，粉碎過20～40目篩，得牛糞微粉；在分離后的液體中加入輔料2，加熱至50～60℃，攪拌15～20min，過濾，取得濾液，在0.03～0.05Mpa的壓力下，將濾液濃縮至含水量為30～35％，得濃縮液；
(2)牛糞精處理：將步驟(1)處理得的牛糞微粉和發酵料按1∶0.25～0.3的質量比混合，浸泡于營養劑中24～26h，撈出，瀝干，得混合料；
(3)接種：將步驟(2)中的混合料與接種物按1∶0.1～0.15的質量比混合，拌勻；
(4)發酵：將步驟(3)中的接種后的物料與步驟(1)中的濃縮液混合，用濃縮液調控混合料的含水量為75～81％，放入發酵池中，蓋口處用水封密閉，調節發酵池的溫度25～30℃，發酵3～5h，調節溫度為35.5～36.5℃，發酵25h以上，即產生沼氣。
進一步，所述的輔劑1，是將5～7％的鹽水和0.5～0.8％的氫氧化鈉按1∶0.35～0.4的質量比混合制得。
進一步，所述的輔劑2，是硫化鈉，加入量是步驟(1)中分離后的液體的質量的2～5％。
進一步，所述的發酵料，是將秸稈、城市垃圾和食物殘渣按1∶0.3∶0.5的質量比混合。
進一步，所述的營養劑，由以下按質量份計的原料組成：蔗糖10～15、蛋白胨10～15、硫酸鐵0.2～0.4、硫酸鋅0.5～0.8、硫酸鈷0.1～0.2、谷氨酸1～2、天冬酰胺0.3～0.5、核黃素1～2、尿嘧啶0.8～1.2、0.15～0.2％的鹽水30～35。
進一步，所述的接種物，是將牛圈鋪墊物和水溝底泥按1∶0.6～0.9的質量比混合。
綜上所述，本發明的有益效果在于：本發明原料來源簡便，操作簡單，本發明方法產氣穩定，相對于傳統的方法產氣量提高了9.6～11.56％，產氣持續時間相對于傳統方法延長了45d。
在牛糞預處理步驟，通過輔劑1和輔劑2的處理，有效的將牛糞中的藥物殘留量降到最低，同時，有效的將牛糞中的不利于厭氧菌生長的重金屬含量降到最低。
在精制步驟，將牛糞浸泡于營養液中，使得營養液中的有效成分附著滲入到牛糞中，進一步為厭氧菌類的生長提供基礎，提高產氣量，延長產氣時間，提高厭氧菌的工作時間。
具體實施方式
下面對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明，但本發明并不局限于這些實施方式，任何在本實施例基本精神上的改進或代替，仍屬于本發明權利要求所要求保護的范圍。
實施例1
一種牛糞制備沼氣的方法，包括以下步驟：
(1)牛糞預處理：將牛糞與輔劑1按1∶1.5的質量比混合，水浴加熱至35℃，恒溫攪拌15min，轉速1000r/min下離心8min，固液分離，將分離后的固體，烘干至含水量為8％，粉碎過20目篩，得牛糞微粉；在分離后的液體中加入輔料2，加熱至50℃，攪拌15min，過濾，取得濾液，在0.03Mpa的壓力下，將濾液濃縮至含水量為30％，得濃縮液；
(2)牛糞精處理：將步驟(1)處理得的牛糞微粉和發酵料按1∶0.25的質量比混合，浸泡于營養劑中24h，撈出，瀝于，得混合料；
(3)接種：將步驟(2)中的混合料與接種物按1∶0.1的質量比混合，拌勻；
(4)發酵：將步驟(3)中的接種后的物料與步驟(1)中的濃縮液混合，用濃縮液調控混合料的含水量為75％，放入發酵池中，蓋口處用水封密閉，調節發酵池的溫度25℃，發酵3h，調節溫度為35.5℃，發酵25h以上，即產生沼氣。
所述的輔劑1，是將5％的鹽水和0.5％的氫氧化鈉按1∶0.35的質量比混合制得。
所述的輔劑2，是硫化鈉，加入量是步驟(1)中分離后的液體的質量的2％。
所述的發酵料，是將秸稈、城市垃圾和食物殘渣按1∶0.3∶0.5的質量比混合。
所述的營養劑，由以下按質量份計的原料組成：蔗糖10kg、蛋白胨10kg、硫酸鐵0.2kg、硫酸鋅0.5kg、硫酸鈷0.1kg、谷氨酸1kg、天冬酰胺0.3kg、核黃素1kg、尿嘧啶0.8kg、0.15％的鹽水30kg。
所述的接種物，是將牛圈鋪墊物和水溝底泥按1∶0.6的質量比混合。
實施例2
一種牛糞制備沼氣的方法，包括以下步驟：
(1)牛糞預處理：將牛糞與輔劑1按1∶2的質量比混合，水浴加熱至40℃，恒溫攪拌20min，轉速1200r/min下離心12min，固液分離，將分離后的固體，烘干至含水量為10％，粉碎過40目篩，得牛糞微粉；在分離后的液體中加入輔料2，加熱至60℃，攪拌20min，過濾，取得濾液，在0.05Mpa的壓力下，將濾液濃縮至含水量為35％，得濃縮液；
(2)牛糞精處理：將步驟(1)處理得的牛糞微粉和發酵料按1∶0.3的質量比混合，浸泡于營養劑中26h，撈出，瀝干，得混合料；
(3)接種：將步驟(2)中的混合料與接種物按1∶0.15的質量比混合，拌勻；
(4)發酵：將步驟(3)中的接種后的物料與步驟(1)中的濃縮液混合，用濃縮液調控混合料的含水量為81％，放入發酵池中，蓋口處用水封密閉，調節發酵池的溫度30℃，發酵5h，調節溫度為36.5℃，發酵25h以上，即產生沼氣。
所述的輔劑1，是將5～7％的鹽水和0.5～0.8％的氫氧化鈉按1∶0.35～0.4的質量比混合制得。
所述的輔劑2，是硫化鈉，加入量是步驟(1)中分離后的液體的質量的5％。
所述的發酵料，是將秸稈、城市垃圾和食物殘渣按1∶0.3∶0.5的質量比混合。
所述的營養劑，由以下按質量份計的原料組成：蔗糖15kg、蛋白胨15kg、硫酸鐵0.4kg、硫酸鋅0.8kg、硫酸鈷0.2kg、谷氨2kg、天冬酰胺0.5kg、核黃素2kg、尿嘧啶1.2kg、0.2％的鹽水35kg。
所述的接種物，是將牛圈鋪墊物和水溝底泥按1∶0.9的質量比混合。
實施例3
一種牛糞制備沼氣的方法，包括以下步驟：
(1)牛糞預處理：將牛糞與輔劑1按1∶1.8的質量比混合，水浴加熱至38℃，恒溫攪拌18min，轉速1100r/min下離心10min，固液分離，將分離后的固體，烘干至含水量為9％，粉碎過30目篩，得牛糞微粉；在分離后的液體中加入輔料2，加熱至55℃，攪拌18min，過濾，取得濾液，在0.04Mpa的壓力下，將濾液濃縮至含水量為33％，得濃縮液；
(2)牛糞精處理：將步驟(1)處理得的牛糞微粉和發酵料按1∶0.28的質量比混合，浸泡于營養劑中25h，撈出，瀝干，得混合料；
(3)接種：將步驟(2)中的混合料與接種物按1∶0.13的質量比混合，拌勻；
(4)發酵：將步驟(3)中的接種后的物料與步驟(1)中的濃縮液混合，用濃縮液調控混合料的含水量為79％，放入發酵池中，蓋口處用水封密閉，調節發酵池的溫度28℃，發酵4h，調節溫度為36℃，發酵25h以上，即產生沼氣。
所述的輔劑1，是將6％的鹽水和0.7％的氫氧化鈉按1∶0.38的質量比混合制得。
所述的輔劑2，是硫化鈉，加入量是步驟(1)中分離后的液體的質量的3％。
所述的發酵料，是將秸稈、城市垃圾和食物殘渣按1∶0.3∶0.5的質量比混合。
所述的營養劑，由以下按質量份計的原料組成：蔗糖13kg、蛋白胨13kg、硫酸鐵0.3kg、硫酸鋅0.7kg、硫酸鈷0.15kg、谷氨酸1.5kg、天冬酰胺0.4kg、核黃素1.5kg、尿嘧啶1kg、0.18％的鹽水33kg。
所述的接種物，是將牛圈鋪墊物和水溝底泥按1∶0.8的質量比混合。
實施例4
一種牛糞制備沼氣的方法，包括以下步驟：
(1)牛糞預處理：將牛糞與輔劑1按1∶2的質量比混合，水浴加熱至40℃，恒溫攪拌15min，轉速1200r/min下離心8min，固液分離，將分離后的固體，烘干至含水量為10％，粉碎過20目篩，得牛糞微粉；在分離后的液體中加入輔料2，加熱至50℃，攪拌15min，過濾，取得濾液，在0.05Mpa的壓力下，將濾液濃縮至含水量為30％，得濃縮液；
(2)牛糞精處理：將步驟(1)處理得的牛糞微粉和發酵料按1∶0.3的質量比混合，浸泡于營養劑中24h，撈出，瀝干，得混合料；
(3)接種：將步驟(2)中的混合料與接種物按1∶0.1的質量比混合，拌勻；
(4)發酵：將步驟(3)中的接種后的物料與步驟(1)中的濃縮液混合，用濃縮液調控混合料的含水量為75％，放入發酵池中，蓋口處用水封密閉，調節發酵池的溫度25℃，發酵5h，調節溫度為36.5℃，發酵25h以上，即產生沼氣。
所述的輔劑1，是將7％的鹽水和0.5％的氫氧化鈉按1∶0.4的質量比混合制得。
所述的輔劑2，是硫化鈉，加入量是步驟(1)中分離后的液體的質量的2％。
所述的發酵料，是將秸稈、城市垃圾和食物殘渣按1∶0.3∶0.5的質量比混合。
所述的營養劑，由以下按質量份計的原料組成：蔗糖15kg、蛋白胨10kg、硫酸鐵0.4kg、硫酸鋅0.5kg、硫酸鈷0.2kg、谷氨酸1kg、天冬酰胺0.5kg、核黃素1kg、尿嘧啶1.2kg、0.15％的鹽水35kg。
所述的接種物，是將牛圈鋪墊物和水溝底泥按1∶0.9的質量比混合。
實施例5
一種牛糞制備沼氣的方法，包括以下步驟：
(1)牛糞預處理：將牛糞與輔劑1按1∶1.5的質量比混合，水浴加熱至35℃，恒溫攪拌15min，轉速1000r/min下離心8min，固液分離，將分離后的固體，烘干至含水量為10％，粉碎過40目篩，得牛糞微粉；在分離后的液體中加入輔料2，加熱至60℃，攪拌20min，過濾，取得濾液，在0.05Mpa的壓力下，將濾液濃縮至含水量為30％，得濃縮液；
(2)牛糞精處理：將步驟(1)處理得的牛糞微粉和發酵料按1∶0.3的質量比混合，浸泡于營養劑中24h，撈出，瀝干，得混合料；
(3)接種：將步驟(2)中的混合料與接種物按1∶0.15的質量比混合，拌勻；
(4)發酵：將步驟(3)中的接種后的物料與步驟(1)中的濃縮液混合，用濃縮液調控混合料的含水量為75％，放入發酵池中，蓋口處用水封密閉，調節發酵池的溫度25℃，發酵3h，調節溫度為36.5℃，發酵25h以上，即產生沼氣。
所述的輔劑1，是將7％的鹽水和0.5％的氫氧化鈉按1∶0.4的質量比混合制得。
所述的輔劑2，是硫化鈉，加入量是步驟(1)中分離后的液體的質量的2％。
所述的發酵料，是將秸稈、城市垃圾和食物殘渣按1∶0.3∶0.5的質量比混合。
所述的營養劑，由以下按質量份計的原料組成：蔗糖10kg、蛋白胨13kg、硫酸鐵0.4kg、硫酸鋅0.5kg、硫酸鈷0.2kg、谷氨酸2kg、天冬酰胺0.3kg、核黃素2kg、尿嘧啶1.2kg、0.15％的鹽水30kg。
所述的接種物，是將牛圈鋪墊物和水溝底泥按1∶0.7的質量比混合。
實驗例
對實施例1～5的沼氣產量等進行統計，以傳統的沼氣制備作為對照組，其中發酵池的大小固定，發酵中的總物料總量以為300kg計，結果如表1所示：
表1
說明：發酵20d后，本發明方法相對于傳統的方法產氣量提高了9.6～11.56％，其中表1所描述的產氣時間是指在傳統方法上延長的時間，延長時間高達45d，期間，本發明方法的發酵池發酵穩定，而傳統方法在第22d就開始產酸，發酵不穩定。
前述對本發明的具體示例性實施方案的描述是為了說明和例證的目的。這些描述并非想將本發明限定為所公開的精確形式，并且很顯然，根據上述教導，可以進行很多改變和變化。對示例性實施例進行選擇和描述的目的在于解釋本發明的特定原理及其實際應用，從而使得本領域的技術人員能夠實現并利用本發明的各種不同的示例性實施方案以及各種不同的選擇和改變。本發明的范圍意在由權利要求書及其等同形式所限定。