[发明专利]农林剩余物固态厌氧发酵联产甲烷有机肥和蚯蚓动物蛋白的方法

说明书

农林剩余物固态厌氧发酵联产甲烷有机肥和蚯蚓动物蛋白的方法，先松解木质纤维素结构，再进行粉碎过20目筛获得预处理原料，然后进行固态厌氧发酵并耦合蚯蚓饲养，最终获得甲烷，有机肥和动物蛋白。本发明采用双螺杆挤压预处理后的木质纤维素原料与简单粉碎相比具有疏松的结构，对固态厌氧发酵产甲烷率具有增效作用。本发明所提供的方法能够减少传统湿法厌氧发酵所造成的废水污染问题，与5%固含量下进行的传统湿法厌氧发酵相比，废水量减少63.7%‑82.2%。

技术领域

本发明属于固废能源化、肥料化和资源化领域的环境保护技术，具体涉及一种农林剩余物固态厌氧发酵联产甲烷有机肥和蚯蚓动物蛋白的方法。

背景技术

随着全球人口数量的迅速增长，煤炭、石油等常规化石能源正在加速耗竭，对我国的能源安全带来威胁。同时化石能源提炼燃烧后所排放的大量温室气体，使得全球气候问题日益加剧，危及全球的生态环境安全。据统计，2019年我国年均农业废弃物资源量可达9.7亿吨，而我国森林抚育采伐、城市园林修剪枝丫和木材加工废弃等林业剩余物可达约9亿吨。经测算，仅农业废弃物的生物甲烷年产量潜力可达822.5亿m³，约1.06亿吨标准煤，每年可减排温室气体潜力为1.97亿吨二氧化碳。除了堆弃填埋、还田以及焚烧等不当处理方法外，通过生物质厌氧发酵获得甲烷是目前我国农林剩余物无害化资源化处理的主要手段之一。

大部分农林剩余物属于木质纤维原料，由纤维素、半纤维素和木质素三种大分子物质通过氢键或共价键联结成形成复杂而致密的结构体系。在厌氧条件下木质纤维素降解缓慢，无法为厌氧发酵系统中功能性微生物生长提供充足养分，从而导致甲烷产量降低。通过碱处理或酸处理等化学手段，部分或全部脱除木质纤维素中的木质素和半纤维素可以有效的破坏木质纤维结构，提高其水解效率，但易造成了严重的碳水化合物损失，对农林剩余物生物质资源造成浪费，而且酸处理和碱处理使用的酸、碱及处理后的废液易造成环境污染。另一方面，普通湿法厌氧发酵的固含量较低，通常为2％-8％。发酵过程产生大量废水，需无害化处理，随意排放更会造成生态环境的污染。这些问题也成为了制约我国厌氧发酵处理农林剩余物大规模推广应用的瓶颈。

由此可见，开发快速简便且碳水化合物损失少的预处理方法，建立高固含量木质纤维原料厌氧发酵系统，达到破坏木质纤维素结构，提高厌氧发酵效，降低厌氧发酵废水处理成本的目的，是解决目前农林剩余物生物质厌氧发酵难以大规模推广的瓶颈问题的可选途径之一。

除此之外，我国优质蛋白饲料资源供应及其有限，据统计2021年我国饲用大豆进口量达9652万吨，鱼粉进口量为172.94万吨。蚯蚓蛋白的氨基酸组成接近鱼粉，且蚯蚓具有食性杂、生长快等特点。厌氧发酵剩余的固态渣用于蚯蚓的饲喂，可获得优质动物蛋白和有机肥。

发明内容

解决的技术问题：本发明针对目前农林剩余物木质纤维素原料结构坚固紧密，在厌氧发酵过程中难以被快速水解作为碳源，导致厌氧发酵系统中微生物生长代谢缓慢，最终影响了厌氧发酵体系的产甲烷效率的问题。本发明提供了一种农林剩余物固态厌氧发酵联产甲烷有机肥和蚯蚓动物蛋白的方法，进而实现从源头上解决目前传统木质纤维原料湿法厌氧发酵固含量低，发酵结束后废水多且难处理的问题。

技术方案：农林剩余物固态厌氧发酵联产甲烷有机肥和蚯蚓动物蛋白的方法，先松解木质纤维素结构，再进行粉碎过20目筛获得预处理原料，然后进行固态厌氧发酵并耦合蚯蚓饲养，最终获得甲烷，有机肥和动物蛋白。

上述松解木质纤维素结构的方法为，将木质纤维素经双螺杆挤压处理。

上述固态厌氧发酵的工艺为：将预处理原料与干牛粪和接种物充分混合，固含量范围在5％-50％，发酵温度在25℃-55℃，进固态厌氧发酵产生甲烷。

上述固态厌氧发酵结束后，所得固态渣与水混合制成蚯蚓饲养基料。

上述蚯蚓饲养的温度为25℃。