一种厌氧发酵产生沼气的方法与流程

1.本发明属于沼气发酵技术领域，涉及一种岩舒
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复方苦参注射液中药渣联合牛粪厌氧发酵产生沼气的生产技术。


背景技术：

2.我国是中药研发和使用的发源地，也是盛产中药的资源大国，其中大部分中药材为植物类药材，约占总量的87%以上。
3.随着中医药运用的日益广泛，熬（炮、炼）制中药产生的药渣（简称中药渣）量也逐年增加。如医院及药房对中药饮片的加工炮制、中药企业的中成药生产、原料药生产、中药材加工及含中药的轻化工产品生产等，其中中成药生产产生的中药渣量最大，约占中药渣总量的70%。
4.中药渣一般为湿性物料，含水率70%以上，且含有大量粗纤维、淀粉、粗脂肪、粗蛋白、氨基酸和微量元素等营养成分，因而极易腐败。如果只简单地采用堆放、填埋、焚烧等传统方法处理中药渣，不仅会造成严重的环境污染，还会极大的浪费各种资源。更为严重的是，如果这些中药渣被不法分子收回，用于制造假药等，将会给药品生产企业和消费者带来不可估量的损失。
5.对中药渣进行资源化利用，不仅可以防止其污染环境，还能创造附加价值。厌氧消化生产沼气是当前有机废弃物无害化、资源化、能源化处理的一条有效途径。
6.厌氧发酵是普遍存在于自然界的一种微生物降解有机质的过程。厌氧消化处理是指厌氧微生物菌群在厌氧条件下使固体废物中的有机物转化为ch4、co2和自身物质能量的过程，可用于生产以ch4为主要成分的可燃沼气。
7.岩舒
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复方苦参注射液中药渣干物质中，木质纤维素总量超过物料干重的80%，其中纤维素含量又占木质纤维素总量的一半以上，因此岩舒
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复方苦参注射液中药渣中蕴藏着丰富的生物质能源。
8.但是，由于中药渣中的木质素、纤维素等成分难以降解，以其直接厌氧发酵产生沼气的原料利用率低，产气效率低，故而往往需要先对其进行预处理。
9.常用的预处理方式主要包括物理法、化学法和生物法，物理法主要以粉碎为主，但没有从根本上改变木质纤维素的结构，直接发酵产气效率低；化学法以酸碱处理为主，产气量高，但是添加的化学试剂残留于沼渣沼液中，存在二次污染；生物法因环境友好，效率高而成为近年来研究的热点，但由于其菌种和酶的成本高，且技术难度大，因此在实际应用中难以大面积推广。目前，尚未有较为经济、环保的预处理技术应用于中药渣以提高其的产气能力。
10.近年来，我国畜禽养殖业迅猛发展，规模化养殖水平显著提高，畜禽养殖量每10年增加1～2倍，由此畜禽粪污每年的总排放量达到了38亿吨。然而，畜禽粪便的资源化利用程度普遍较低，产生的大量畜禽粪便没有得到及时合理的处置和利用，其中20%未经处理直接施入农田，15%通过堆肥或化粪池处理后施入农田，65%长期露天堆放直至施入农田，成为我
国当前农业污染治理的一大难题。
11.畜禽粪便如果施用不当，不仅无法达到应有的效果，还会导致土壤中硝态氮、磷、重金属等含量过高，污染地下水。在降解过程中，畜禽粪便还会释放出nh3、h2s等有害气体，威胁作物和人类的健康，再次给生态环境带来严重威胁。
12.畜禽粪便虽然是农业环境的主要污染源，但也是蕴含巨大能量的可再生能源，若能进行合理开发利用，可以创造出巨大的经济效益。
13.畜禽粪便中含有大量的有机物，通过厌氧发酵，可以将有机物分解成有机酸，进一步转化为ch4和co2。研究发现，在保持相同的发酵浓度、同等温度条件下，发酵气体中的ch4含量从大到小依次为牛粪＞羊粪＞猪粪。猪粪在厌氧发酵过程中还容易发生酸化，而羊粪、牛粪则不易酸化，基本上不影响产气量。
14.随着新农村建设的快速发展，使用畜禽粪便进行沼气发酵的比例明显降低，秸秆、杂草、中药渣等纤维质农业有机固体废弃物成为主要材料。虽然这类农业有机废弃物是富碳原料，具有较高的碳氮比和木质素含量，但单独消化存在周期长、产气率低等问题。


技术实现要素：

15.本发明的目的是提供一种厌氧发酵产生沼气的方法，以利用岩舒
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复方苦参注射液中药渣高效产生沼气。
16.本发明所述的厌氧发酵产生沼气的方法是以经干燥、粗粉碎处理后的岩舒
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复方苦参注射液中药渣和牛粪为原料，按照岩舒
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复方苦参注射液中药渣与牛粪的质量比为1～3.5∶1混合，进行堆沤预发酵5～7天后，转入厌氧发酵罐中，加入原料总质量20～35wt.%的沼液，稀释后进行厌氧发酵产生沼气。
17.岩舒
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复方苦参注射液是由山西振东制药股份有限公司独家生产的处方中成药。所述岩舒
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复方苦参注射液中药渣是在制备岩舒
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复方苦参注射液的生产过程中对中药原料进行提取时产生的药渣。
18.所述沼液取自运行一年以上、稳定发酵的厌氧发酵沼气池。
19.进一步地，是在加入原料总质量20～35wt.%的沼液后，再加水稀释至总固体含量为8～12wt.%进行厌氧发酵。
20.本发明厌氧发酵产生沼气的方法中，优选的岩舒
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复方苦参注射液中药渣与牛粪的质量比为2∶1。
21.更进一步地，所述厌氧发酵优选是在ph=6.8～7.5，温度35～40℃下进行的。
22.本发明还在厌氧发酵产生沼气的过程中施以搅拌，优选的搅拌速率为40～50r/min。
23.本发明厌氧发酵的时间为30～40天。
24.经本发明上述方法厌氧发酵产生的沼气被收集至集气罐中储存使用，厌氧发酵后剩余的沼渣可以收集用作生产生物有机肥的原料。
25.牛粪中含有多种微生物，其中便包含产甲烷过程所需要的微生物，如芽孢杆菌、大肠杆菌、乳酸菌、纤维素菌、产甲烷菌等。在总固体含量(ts)相同时，以中药渣联合牛粪堆沤预处理后进行厌氧发酵具有明显优势，产气能力远优于单一中药渣或单一牛粪的厌氧发酵，产气量提高13～55%，甲烷浓度提高20～40%。
26.厌氧发酵是实现农业废弃物资源化利用的重要途径之一，同时可以有效解决因中药渣堆置、焚烧带来的环境问题，以及禽畜粪便未经处理随意排放给人类居住环境造成的危害问题。
27.本发明以中药渣联合牛粪堆沤预发酵后厌氧发酵，不仅提高了沼气产气的稳定性，混合后原料的产气过程稳定，产气高峰明显提前，还减少了发生酸败和氨中毒的现象，在一定程度上加速了沼气发酵。
具体实施方式
28.下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，从而使本领域技术人员能很好地理解和利用本发明，而不是限制本发明的保护范围。
29.本发明实施例和对照例中涉及到的实验方法、生产工艺、仪器以及设备，其名称和简称均属于本领域内常规的名称，在相关用途领域内均非常清楚明确，本领域内技术人员能够根据该名称理解常规工艺步骤并应用相应的设备，按照常规条件或制造商建议的条件进行实施。
30.本发明实施例和对照例中使用的各种原料或试剂，并没有来源上的特殊限制，均为可以通过市售购买获得的常规产品。也可以按照本领域技术人员熟知的常规方法进行制备。
31.本发明实施例中使用的原料岩舒
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复方苦参注射液中药渣，产自山西振东制药股份有限公司提取车间。
32.于渗漉罐中装入苦参饮片1400kg，白土苓饮片600kg，加入1wt.%醋酸溶液8000kg，20
±
2℃下浸泡30h，以1wt.%醋酸溶液4000kg进行渗漉。渗漉24h后，收集渗漉罐中的所有药液。
33.药渣倒入煎煮罐中，加入2.5倍药材量的纯化水，95℃煎煮60min，同样条件再煎煮一次，两次煎煮液过200目筛网后收集至集液罐中。
34.将排放出的药渣自然晾晒干燥后，置于摇摆式粉碎机中进行粗粉碎，处理至药渣块直径为1cm左右，得到干燥的岩舒
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复方苦参注射液中药渣。
35.使用元素分析仪测定岩舒
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复方苦参注射液中药渣的碳、氮元素；烘干法测定中药渣水分；灼烧重量法测定中药渣灰分；ph计法测定中药渣酸碱度。检测结果见表1。
36.本发明实施例中采用的原料牛粪取自山西省长治市某奶牛养殖场新鲜牛粪，40℃低温烘干，检测其相关指标如表2。
37.实施例1。
38.称取岩舒
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复方苦参注射液中药渣5000g，新鲜牛粪5000g，混合均匀后，在35
±
2℃环境下于处理池中堆沤预发酵7天，第3天时翻堆1次。
39.将预发酵好的原料转入厌氧发酵罐中，加入取自运行一年以上、以牛粪为底物稳定发酵的厌氧发酵沼气池沼液2000g，加水稀释至发酵原料ts为8wt.%。
40.控制厌氧发酵反应条件为ph值7.0～7.4，温度38℃，搅拌速率50r/min，使其持续稳定地厌氧发酵反应40天。
41.发酵第5天开始产气，累计产出沼气3240l，沼气中甲烷浓度达到58vol.%。
42.实施例2。
43.称取岩舒
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复方苦参注射液中药渣8000g，新鲜牛粪4000g，混合均匀后，在35
±
2℃环境下于处理池中堆沤预发酵7天，第3天时翻堆1次。
44.将预发酵好的原料转入厌氧发酵罐中，加入取自运行一年以上、以牛粪为底物稳定发酵的厌氧发酵沼气池沼液3600g，加水稀释至发酵原料ts为10wt.%。
45.控制厌氧发酵反应条件为ph值6.8～7.3，温度40℃，搅拌速率50r/min，使其持续稳定地厌氧发酵反应30天。
46.发酵第3天开始产气，累计产出沼气5340l，沼气中甲烷浓度达到63vol.%。
47.实施例3。
48.称取岩舒
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复方苦参注射液中药渣6000g，新鲜牛粪1800g，混合均匀后，在35
±
2℃环境下于处理池中堆沤预发酵5天，第3天时翻堆1次。
49.将预发酵好的原料转入厌氧发酵罐中，加入取自运行一年以上、以牛粪为底物稳定发酵的厌氧发酵沼气池沼液2730g，加水稀释至发酵原料ts为12wt.%。
50.控制厌氧发酵反应条件为ph值6.8～7.4，温度36℃，搅拌速率40r/min，使其持续稳定地厌氧发酵反应35天。
51.发酵第5天开始产气，累计产出沼气2737l，沼气中甲烷浓度达到55vol.%。
52.对照例1。
53.在厌氧发酵罐中投入岩舒
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复方苦参注射液中药渣5000g，加入取自运行一年以上、以牛粪为底物稳定发酵的厌氧发酵沼气池沼液1000g，加水稀释至ts为10wt.%。
54.控制厌氧发酵反应条件为ph值7.0～7.4，温度38℃，搅拌速率50r/min，厌氧发酵反应40天。
55.发酵第5天开始产气，累计产出沼气1435l，沼气中甲烷浓度45vol.%。
56.对照例2。
57.在厌氧发酵罐中投入牛粪5000g，加入取自运行一年以上、以牛粪为底物稳定发酵的厌氧发酵沼气池沼液1000g，加水稀释至ts为10wt.%。
58.控制厌氧发酵反应条件为ph值6.9～7.3，温度38℃，搅拌速率50r/min，厌氧发酵反应40天。
59.发酵第3天开始产气，累计产出沼气1455l，沼气中甲烷浓度48vol.%。
60.本发明以上实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制本发明仅为以上所述实施例。本领域普通技术人员在不脱离本发明原理和宗旨的情况下，针对这些实施例进行的各种变化、修改、替换和变型，均应包含在本发明的保护范围之内。