CN101575564B - 一种沼气池及沼气生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沼气池和沼气的生产方法。该沼气池包括发酵池(1)和预分解池(2)，所述预分解池(2)与发酵池(1)连通。沼气的生产方法是，首先使有机原料在预分解池(2)中初步分解，产生的原料液流入发酵池(1)中发酵产气，固态残渣留在预分解池(2)中。因此发酵池(1)中不会产生结壳现象。预分解池(2)位于发酵池(1)上部或环绕在发酵池(1)周围，对发酵池(1)起到保温、增温作用。沼气池在气温较低时也能正常工作，无需另外安装加热装置。

Description

一种沼气池及沼气生产方法

技术领域

本发明涉及一种沼气池和沼气的生产方法。

背景技术

沼气产业在中国已经发展了几十年，不仅可以对粪便等废弃物进行无害化处理，产生的沼气还可用于供暖、照明、炊事。目前沼气池运行过程中存在的主要问题是：

1、沼气池堵塞的问题，包括上部结壳和底部泥沙沉积两种现象。特别是上部结壳问题。现有的沼气池发酵原料主要是动物粪便、秸秆、农作物加工下脚料等，常常含有大量的比重小于沼液的植物纤维，上浮的纤维性物质无法在沼液中分解发酵，会越积越厚，最终堵塞沼气池，或者进行大出渣或报废，操作和使用十分不便，绝大多数沼气池都存在这类问题。

2、沼气池在低温天气中的保温问题。沼气池在气温低于15℃时几乎就不产气了。特别是北方地区气温低，低温时间长，严重影响沼气池的运行。

这两个问题是制约沼气产业发展的严重障碍。目前关于破壳问题的解决方式主要是采用机械搅拌或类似的机械扰动的方式防止结壳或破壳，这类方法设计制造的沼气池结构复杂、耗能大、设备保养维护难。关于低温条件下沼气池保温增温的方法，目前的方法几乎都是在沼气池外部增加保温层，在保温层内或沼气池内用导热装置给沼气池增温、保温。增温和保温的热能来源主要沼气燃烧后的供热、太阳能、电加热、某些设施的余热或其它如煤、木材、秸秆等燃烧供热。这些方式本身耗能较大，建造和运行成本都比较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种防止结壳堵塞、易维护保养、无需消耗外源能源进行保温增温、产气效率高的新型沼气池和沼气生产方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种沼气池，包括发酵池和预分解池，发酵池是密封的，而预分解池与外部大气环境相通。所述预分解池具有原料液出口，所述原料液出口与发酵池相通。预分解池用于放置生产沼气的有机原料，使有机原料初步分解。富含有机成分的液态分解产物、微生物代谢产物和/或次生产物从原料液出口进入发酵池，在发酵池内发酵产生沼气；大颗粒的固态原料残留在预分解池内。

所述原料液出口处设有过滤装置。所述过滤装置为孔径不同的两层筛网，其中孔径较小的筛网靠近原料液出口。原料液经筛网的分级过滤进入发酵池，而大颗粒的固态原料或沙石被筛网阻隔不能进入发酵池。沙石不进入沼气池中的原因是最后一道滤网离地面有一定的距离，是靠底部的滤框架隔离，沙石沉淀在地面至滤网底端的高度内，因此不能进入沼气发酵池，沙石可通过人工或机械清理掉。

所述预分解池位于发酵池的顶端，预分解池的底部将发酵池完全覆盖，将发酵池与外界环境隔离。预分解池对发酵池能起到保温、增温作用，使发酵池免受外界环境温度的影响，在较低温度下也可正常工作。所述预分解池的底面为一斜面，原料液出口所在的一侧偏低，以便分解液向原料液出口方向流动。所述发酵池和预分解池的周围均设有保温层。作为另一种改进措施，所述预分解池环绕发酵池的周围，将发酵池包覆于其中。这样能达到更好的保温、增温效果。

本发明还包括一种沼气生产方法，将沼气池分为预分解池和发酵池两个部分，沼气生产包括如下步骤：

步骤一、使生产沼气的原料在预分解池中进行预分解，分解为液态的原料液和固态残渣；

步骤二、将原料液集中到发酵池，使原料液在发酵池中发酵产生沼气。

所述发酵池是密封的，而预分解池与外部大气环境相通。因为甲烷菌需要在完全厌氧的条件下才能产沼气，因此在预分解池中处于富氧或低氧状态下的原料会分解为原料液，便于甲烷菌的利用，但并不会直接产生甲烷。分解产生的原料液进入密封的发酵池后，在厌氧条件下发酵产生沼气。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

所述预分解池内堆放生产沼气的原料，原料的堆放厚度为50-1000厘米，最适厚度在80-250厘米。这样的厚度有利于原料的发酵分解，也能对发酵池起到较好的保温、增温效果。在夏天天气较热的情况下堆层可以薄些，而在天气较冷的天气条件下如冬天，如果堆层太薄发酵产生的热很容易散发到冷空气中，堆层本身的温度也不会高，就无法达到保温、增温的效果了，因此在冷天需要增加堆层的厚度，让表层的原料层成为保温层以免原料发酵产生的热量散失掉。

根据沼气池甲烷菌产气条件的变化适时用沼液或水淋洗、浸提有机原料发酵层，促进原料的预分解。为达到更好的效果，可使用沼液或水多次循环淋洗、浸提原料。必要时，向浸提原料的水或沼液中加入调整酸碱度、C/N比的物质，以及促进原料分解的微生物菌群。调整酸碱度的物质有盐酸、醋酸、生石灰、烧碱等；调整C/N比的物质有淀粉、糖类、蛋白质、尿素、氨水等；促进原料分解的微生物菌群有酵母菌、根霉菌、米霉菌、芽孢杆菌、鬼伞菌、纤维单胞菌等。这样可使预分解池中的原料充分降解，营养成分被充分利用。

进一步，将预分解池分解生物质原料所产生的热能用于发酵池的保温和增温。对发酵池的保温和增温可分别或同时通过如下两种途径实现：使预分解池覆盖在沼气池的周围、或利用液体热传导介质将预分解池中的热能传导到发酵池。

本发明的有益效果是：1)在预分解池中原料经初步分解，实现固液分离，由于过滤装置的阻隔，沙石和能造成结壳的纤维性物质不会进入沼气池中，杜绝了结壳和沙石堵塞的问题，因此无需搅拌破壳。2)在预分解池中，有机原料可进行多次微生物分解发酵，降解程度高，废渣产生少。有机原料预分解后，其分解产物、微生物代谢产物、次生代谢产物等更利于沼气池中甲烷发酵菌群的发酵产气。3)由于预分解池设置于发酵池上部或/和周围，发酵池的增温、保温主要依靠预分解池内有机原料分解产生的生物热能。无需另设加热装置消耗其它能源以增温、保温。4)结构简单，造价低，维护保养方便。

附图说明

图1为本发明一种实施例的结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、发酵池，2、预分解池，3、原料液出口，4、沼气液出口，5、沼气出口，6、粗筛网，7、细筛网，8、保温层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

图1所示为本发明实施例的沼气池。其中，发酵池1为一个半径3米、容积100立方米的水压式圆形池体，发酵池1具有原料液进口、沼气液出口4、以及沼气出口5。发酵池1正上方是一个10米×10米的固态原料预分解池2，预分解池2的底部将发酵池1完全覆盖，使发酵池1与外界环境隔离，预分解池2的底部可与发酵池1进行热交换，对发酵池1起到保温、增温作用。预分解池2底部设有原料液出口3，预分解池2的原料液出口3与发酵池1的原料液进口相通。预分解池2具有硬化、防渗的底面。预分解池2的底面为一斜面，斜面的倾斜度为5度左右，原料液出口3所在的一侧偏低，便于分解液向原料液出口3方向流动。原料液出口3前方设有两道孔径不同的筛网6、7，其目数分别为2目和20目，其中孔径较小的20目筛网7靠近原料液出口3，其底部离地20厘米，以免沙石进入发酵池1。发酵池1的四周和底部、以及预分解池2的四周设有15厘米厚的中空保温层8。发酵池1的原料液进口和沼气液出口4处均设一个可移动式保温箱。

作为另一种实施方式，预分解池2环绕在发酵池1的周围，将发酵池1包覆于其中，使发酵池1与外界环境隔离，预分解池2与发酵池1可进行热交换。预分解池2环绕在发酵池1的周围，能发挥更好的保温、增温作用。

在发酵池1的顶端或周边可建造一个或多个可堆放有机原料的预分解池2，一个预分解池2也可以给一个或多个发酵池1供料，一个发酵池1也可以与一个或多个预分解池2联用。预分解池适用于任何方式建造的沼气池，最好是地下式或半地下式的沼气池。

本发明所述的沼气生产方法是利用上述沼气池来实现的。

沼气池工作时，先将用于生产沼气的有机原料堆放在预分解池2中，使原料在预分解池2中进行预分解。根据物料的不同选用不同的微生物菌群，采用相应的发酵条件如温度、通气度等，使有机原料初步分解、发酵，生成液态的原料液和固态残渣。原料液经预分解池2的过滤筛网6、7流入发酵池1，在发酵池1内进一步发酵，产生沼气。通过固液分离和两层过滤筛网6、7的分级过滤，沙石和植物纤维都不能进入发酵池1中，可产生结壳的固态物料不直接进入发酵池1中就不需机械搅拌，这样也就不需在池中加装搅拌装置。预分解池2中的固态残渣可定期清理。过滤筛网6、7表面的植物纤维性堵塞，可采用微生物分解的方式自动清除，也可用物理、化学的方法清理。

根据试验结果可知，预分解池2中有机原料的堆放厚度可在50-1000厘米，最适厚度在80-250厘米。实际运行时一般控制在150厘米左右。原料的预分解可直接利用有机原料中自身含有的天然分解菌群，也可人为添加可分解有机原料的微生物菌群。根据沼气池甲烷菌产气条件的变化适时用沼液或水淋洗、浸提预分解池2中的有机原料发酵层，促进原料的预分解。必要时，向浸提原料的水或沼液中加入调整酸碱度、C/N比的物质，以及促进原料分解的微生物菌群。调整酸碱度的物质有盐酸、醋酸、生石灰、烧碱等；调整C/N比的物质有淀粉、糖类、蛋白质、尿素、氨水等；促进原料分解的微生物菌群有酵母菌、根霉菌、米霉菌、芽孢杆菌、鬼伞菌、纤维单胞菌等。预分解后的小颗粒有机固态原料、营养成分溶于水中，经分级过滤后流入发酵池1。为达到更好的效果，可使沼液或水多次循环浸提原料。用沼液或水浸提原料，既可增加发酵池中甲烷菌发酵所需的营养成分，又可以给沼气液增温，还可以降低预分解池中有机原料发酵层中过高的温度，促进有机原料的再次分解发酵。通过比较充分的预分解后，这些分解产物更利于发酵池中产甲烷菌群的发酵产气。

在上述过程中，预分解池2中生物质原料分解所产生的热能可用于发酵池1的保温和增温。使预分解池2覆盖在发酵池1的顶端、或环绕在发酵池1的周围，从而预分解池2中的有机原料层既可对发酵池1起到保温作用，同时其发酵产生的热量直接传到发酵池1，可增加发酵池1内的温度。另外，用沼液或水浸提原料，浸提液流入发酵池1，也可以将预分解池2中的热能传导到发酵池1。因此无需再另行安装加热装置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种沼气池，包括密封的发酵池（1），其特征在于，还包括预分解池（2），所述预分解池（2）覆盖在发酵池（1）的顶端，所述预分解池设有硬化、防渗底面，所述发酵池的四周和底部、以及预分解池的四周设有中空保温层；所述预分解池（2）具有原料液出口（3），所述原料液出口（3）与发酵池（1）相通，所述原料液出口（3）处设有过滤装置，所述过滤装置为孔径不同的两层筛网，其中孔径较小的筛网（7）靠近所述原料液出口（3）处，该靠近原料液出口（3）的筛网（7）的底部具有用于隔离沙石的滤框架，从而使该筛网（7）的底部离预分解池底面有一定的距离。

2.一种以权利要求1所述的沼气池生产沼气的方法，其特征在于，沼气池分为预分解池（2）和发酵池（1）两个部分，沼气生产包括如下步骤：

步骤一、使生产沼气的原料在预分解池（2）中根据物料的不同选用不同的微生物菌群进行预分解，分解为液态的原料液和固态残渣；预分解池（2）中原料分解所产生的热能用于发酵池（1）的保温和增温；

步骤二、将原料液集中到发酵池（1），使原料液在发酵池（1）中发酵产生沼气。

3.根据权利要求2所述的生产沼气的方法，其特征在于，预分解池（2）中，原料的堆放厚度为50～1000厘米。

4.根据权利要求2所述的生产沼气的方法，其特征在于，在原料预分解阶段，用水或沼液浸提原料，促进原料的预分解。

5.根据权利要求4所述的生产沼气的方法，其特征在于，使用沼液或水多次循环浸提原料。

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