CN101928664A - 一种软体发酵室及其生产沼气的方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露一种软体发酵室及其生产沼气的方法，其包括：软体发酵室由密封罩(1)和水泥地面(5)两部分组成，密封罩(1)采用柔性密封膜材料制作，其下部边缘为环形充气密封圈(2)。水泥地面(5)上镶嵌有环状凹槽(3)，凹槽的横截面呈口小腔大的倒Ω形(6)。充气密封圈(2)与环状凹槽(3)结合，充气密封圈(2)充气后将密封罩(1)和地面(5)紧密联结在一起，形成密闭的软体发酵室。软体发酵室顶部设有沼气排出管(4)。采用固态发酵工艺，将经过预处理的发酵原料分装在适于搬运的塑料箱(桶)中，预先堆积、码放在软体发酵室内。本发明所述方法沼气产量大，设备结构简单，容易施工，投资少，成本低。

Description

一种软体发酵室及其生产沼气的方法

技术领域

本发明涉及沼气的生产方法，尤其涉及一种软体发酵室，以规模化方式生产沼气的方法，属于生物质能源和环保技术领域。

背景技术

我国的沼气生产技术在国际上处于领先水平，沼气发展规模居世界前列。特别是农村户用沼气池技术，已有多项国家标准。但这种技术仅限于一家一户，不适合大规模沼气生产。

近年来，大中型沼气工程不断涌现，技术日趋成熟，配套设备接近国际水平，但绝大多数项目是出于环保目的，特别是规模化畜禽养殖场为粪污处理而建的沼气工程最多。

我国广大农村幅员辽阔，畜禽养殖场只是呈“点”分布。而具有丰富的农作物秸秆原料的“面”上，却很少见到大中型沼气工程。

建设大中型沼气工程，是国家能源战略的需要。2008年7月国家科技部将《新型高效规模化沼气工程》列为“十一五”国家科技支撑计划，指出：“在全国范围内大力推广并建设大中型沼气工程，是国务院在深刻分析农村农业节能减排和可再生能源发展需求，全面把握我国能源现状基础上所做出的重大战略决策。是在我国户用沼气池建设取得阶段性进展的基础上，对建立环境友好型、能源安全型、资源可持续发展型社会做出的重要宏观规划”。

几年来，国家农业部先后在山东、北京、黑龙江等多个省、市进行以农作物秸秆为主要原料，以提供高品质清洁能源，减少秸秆环境污染为目的的项目示范，取得可喜的成果。实践证明，以农作物秸秆为沼气发酵原料完全可行。

但是，这些示范项目难以大面积推广，其主要原因是投资太大。以最近召开“全国农作物秸秆能源化利用现场经验交流会”示范项目的山东省德州市德城区黄河涯镇前仓秸秆生物气化站为例，该项目总投资280万元，发酵室规模720立方米，日供气400立方米，供气户数375户。很显然，根据目前我国国情，这样高的投资规模除为了示范作用由政府投资外，很难实现产业化。

沼气生产的关键环节是厌氧发酵。沼气工程中投资最大之处是厌氧发酵设备-沼气池或发酵罐。

建设大中型沼气工程，促使秸秆沼气产业化的关键是降低投资，而降低投资的关键是在发酵室上做文章。一个新颖、实用、造价低廉的发酵室在保证产气速率和产气量的前提下，能大大减少投资，降低生产成本，使秸秆沼气产业化成为可能。

本申请的申请人发明一种软体发酵室，以农作物秸秆为主要原料，规模化生产，可为中小城镇集中提供燃气，提供高品质清洁能源的同时，保护环境，也可为沼气发电、沼气甲烷化等产业化发展提供保证。

发明内容

技术问题

本发明的目的在于提供一种软体发酵室和规模化生产沼气的方法，替代传统大中型沼气池和钢板等制作的发酵罐，可以利用农作物秸秆等固态有机废弃物厌氧发酵生产沼气和有机肥料。其优点在于：结构简单、工艺简便、操作灵活、能耗低、占地面积小、投资少。

技术方案

本发明提供软体发酵室及其生产沼气的方法。

本发明的软体发酵室包括两种形式：

一种形式是由密封罩和水泥地面两部分组成的软体发酵室。

密封罩采用柔性密封膜材料(或称气囊布)制作，可呈长方体、正方体或圆柱体。密封罩下部边缘是首尾相连的环形充气密封圈(或称环形充气膨胀软管)。

充气密封圈对应的水泥地面上镶嵌有环状凹槽，环状凹槽的横截面为口小腔大的倒Ω形，作用是将充气密封圈包含其中。

充气密封圈与环状凹槽结合，给充气密封圈充气后就将密封罩和水泥地面紧密联结在一起，形成密闭的立体空间，成为与外界隔绝的软体发酵室。

发酵原料经过预处理后分装在容易移动、搬运的塑料箱(桶)中，预先堆积、码放在软体发酵室内的位置。

软体发酵室顶部设有沼气排出管。

这种软体发酵室适于固态发酵(干发酵)工艺。

另一种形式是建在地面之上的敞口沼气池与软体池盖两部分组成的软盖沼气池。

建在地面之上的敞口沼气池上沿镶嵌有环状凹槽，环状凹槽的横截面为口小腔大的倒Ω形。

敞口沼气池的软体池盖采用柔性密封膜材料(或称气囊布)制作，软盖边缘是首尾相连的一个环形充气密封圈(或称环形充气膨胀软管)，其形状和大小与环状凹槽相适应。

软盖边缘的充气密封圈与敞口沼气池上沿镶嵌的环状凹槽结合，充气密封圈充气后使敞口沼气池与软盖紧密联结在一起，形成一个密闭空间。发酵原料在这个密闭的软盖沼气池内发酵。

软盖沼气池壁顶部设有沼气排出管，底部设有出料口。

这种软盖沼气池适于液态发酵工艺。

本发明的软体发酵室或软盖沼气池单体容积可几十立方米至几百、几千立方米，多个软体发酵室或软盖沼气池排列为一组。根据生产需要，可一组或多组同时发酵。由于各发酵室的发酵周期基本相同，因此可以保持沼气的输出量是连续的、稳定的。

本发明的软体发酵室或软盖沼气池宜采用黑颜色，建在太阳能温室内，以提高发酵温度，加快产气速度。

本发明的软体发酵室在发酵结束时可用抽气泵将发酵室中残存的沼气抽空，从而避免残留沼气爆炸事故的发生，提高了沼气生产的安全性。

利用本发明的软体发酵室，采用固态发酵(干发酵)工艺生产沼气的方法是：

1、备料包括各种原料的收集、储存。

2、农作物秸秆的前处理

(1)、秸秆切碎、揉搓；

(2)、加NaOH或石灰水处理，添加氮源；

(3)、接种将活性污泥或已经发酵过后的沼渣等接种物按需要量与秸秆拌和均匀；

(4)、堆沤以破坏秸秆的纤维-木质结构。

3、配料按照生产工艺对总固体浓度(TS％)和C/N的要求将经过预处理的秸秆及其它接种物和添加剂拌和均匀。

4、装箱(桶)将经过前处理、混合均匀的发酵原料分装入塑料箱(桶)。塑料箱(桶)质地应坚固、耐用；形状应易于堆积、码放；其大小应在装料后适于人工或机械搬运；其上部留有孔隙，以利于发酵过程中气体流通。

5、堆积将装好发酵原料的塑料箱(桶)送至软体发酵室内的位置，整齐堆积、码放，根据软体发酵室的体积尽量将室内码满。有条件的可使用叉车等机械作业。

6、封室将密封罩罩在装有发酵原料的塑料箱(桶)堆外，使密封罩边缘的充气密封圈与水泥地面上镶嵌的环状凹槽结合，充气密封圈充气，使密封罩与地面紧密联结在一起，组成软体发酵室。

7、检漏用气泵通过沼气排出管向软体发酵室内充入空气，使其膨胀，检验是否有漏气之处。检验合格后将软体发酵室内的空气排出。

8、发酵、产气发酵原料在密闭的软体发酵室内的塑料箱(桶)中发酵、产生沼气。

9、沼气输送、净化软体发酵室内产生的沼气通过沼气排出管、输气管道进入手风琴风箱式软体储气囊。软体储气囊的升降触动程控开关，该程控开关控制一个与软体储气囊相连的气泵的启动和关停。当沼气进入软体储气囊使其上升到一定高度时触动程控开关，启动气泵，将储气囊中的沼气抽出，使储气囊回落。当储气囊回落到一定位置时触动程控开关的另一个触点，关停气泵，停止抽气。沼气继续进入储气囊使其上升。如此循环往复。

气泵将沼气加压后通过净化装置送入贮气罐。

10、出料产气结束时启动气泵，将软体发酵室内的残余沼气排出。放出充气密封圈中的空气，打开密封罩，将剩有沼渣的塑料箱(桶)由室内移出。至此，完成一个沼气生产周期。

利用本发明的软盖沼气池，采用液态发酵工艺生产沼气的方法是：

1、备料包括各种原料的收集、储存。

2、农作物秸秆的预处理

(1)、秸秆切碎、揉搓；

(2)、加NaOH或石灰水处理，添加氮源；

(3)、接种将活性污泥或已经发酵过后的沼渣等接种物按需用量与秸秆拌和均匀。

3、配料按照生产工艺对总固体浓度(TS％)和C/N的要求，将经过预处理的秸秆及其它接种物和添加剂拌和均匀。

4、入池、堆沤把拌和好的发酵原料输入敞口沼气池内，压实，堆沤。

5、加水、封池待发酵原料堆沤成熟后，向池内加水，经调整PH值后封池。将软体池盖边缘的充气密封圈与敞口沼气池上沿镶嵌的环状凹槽结合，充气密封圈充气后敞口沼气池与软盖紧密联结在一起，密封了软盖沼气池。

6、检漏用气泵通过沼气排出管向软盖沼气池内充入空气，使软盖膨胀，检验是否有漏气之处。检验合格后将软盖沼气池内的空气排出。

7、发酵产气、搅拌发酵原料在密闭的软盖沼气池内发酵，产生沼气。为了促进发酵产气，采用传统的料液回流或沼气回流方式进行搅拌。

8、沼气输送、净化软盖沼气池内产生的沼气通过输气管道进入手风琴风箱式软体储气囊。软体储气囊的升降触动程控开关，该程控开关控制一个与软体储气囊相连的气泵的启动和关停。当沼气进入储气囊使其上升到一定高度时触动程控开关，启动气泵，将储气囊中的沼气抽出，使储气囊回落。当储气囊回落到一定位置时触动程控开关的另一个触点，关停气泵，停止抽气。沼气继续进入储气囊使其上升。如此循环往复。

气泵将沼气加压后通过净化装置送入贮气罐。

本申请的申请人发明的软体发酵室及其生产沼气的方法与农村户用沼气池和其它沼气发酵设备相比有如下有益效果：

1、彻底解决了沼气生产过程中进出料难这一最大难题。

2、产气率高，连续性产气，供气稳定。

3、集中建设，建在地面之上，避免和减少了各地气候、水文地质条件的限制，特别是有利于低洼地区和北方低温地区的沼气发展。

4、充分利用太阳能，提高发酵温度，加快产气速度，缩短发酵周期，提高沼气产量。

5、集中生产，便于操作、维护和管理。有利于沼气净化，提高沼气生产和使用的安全性。

6、发酵室结构简单，容易施工，使用寿命长，建设成本低，投资少。

7、发酵室容积大，沼气产量大。大规模生产有利于沼气能源的开发利用。

8、有利于农作物秸秆的综合利用，减少了焚烧秸秆造成的环境污染。

9、有利于发展以沼气为纽带的生态农业模式，有利于集约化大农业生产和新农村建设。

附图说明

图1是根据本发明提出的软体发酵室的结构示意图。

1-柔性密封膜材料制作的密封罩    2-与密封罩连为一体的充气密封圈  3-镶嵌在水泥地面上的环状凹槽  4-沼气排出管  5-水泥地面6-环状凹槽的横截面(口小腔大的倒Ω型)

具体实施方式

以1,000户人口的小镇生活用沼气工程为例：

以农作物秸秆为主要发酵原料，采用中温发酵工艺，每立方米沼气池年产沼气约200立方米。

以每户3～5口人计算，每户每年平均生活用沼气约500立方米。1,000户年需用沼气50万立方米。软体发酵室总容积应达到2,500立方米。

在太阳能温室内的水泥地面(5)上镶嵌长10米、宽4.2米的圆角矩形环状凹槽(3)；

每个软体发酵室的密封罩(1)长10米、宽4.2米、高3米，底部边缘是圆角矩形的充气密封圈(2)；

充气密封圈(2)与环状凹槽(3)结合，充气密封圈(2)充气后，将密封罩(1)与水泥地面(5)紧密联结在一起，组成一个软体发酵室。

单个软体发酵室容积为126立方米(10米×4.2米×3米)。每个软体发酵室之间相隔2米，10个这样的软体发酵室为一组(合计1,260立方米)。每组软体发酵室之间相隔5米，两组软体发酵室(合计2,520立方米)配以软体储气囊、管道输送系统、沼气净化系统、贮气罐等设施建立的沼气工程即可满足一个1,000户人口的小镇居民生活集中供气的要求。

Claims (5)

1.一种软体发酵室，其特征在于：

软体发酵室由密封罩(1)和水泥地面(5)两部分组成。

密封罩(1)采用柔性密封膜材料制作，密封罩(1)下部边缘是首尾相连的环状充气密封圈(2)；

充气密封圈(2)对应的水泥地面(5)上镶嵌有环状凹槽(3)，凹槽(3)的横截面呈口小腔大的倒Ω形(6)；

充气密封圈(2)与环状凹槽(3)结合，充气密封圈(2)充气后，将密封罩(1)和水泥地面(5)紧密联结在一起，形成密闭的立体空间，成为与外界隔绝的软体发酵室。

软体发酵室顶部设有沼气排出管(4)。

2.根据权利要求1所述软体发酵室生产沼气的方法，其包括：

把经过前处理、堆沤好、配制、混合均匀的发酵原料分装入塑料箱(桶)；

将装好发酵原料的塑料箱(桶)整齐地堆积、码放在软体发酵室内的位置，按软体发酵室的体积尽量码满；

将密封罩罩在装有发酵原料的塑料箱(桶)堆外，把密封罩下部边缘的充气密封圈与水泥地面上镶嵌的环状凹槽结合，充气密封圈充气后，密封罩与地面紧密联结在一起，组成软体发酵室并把发酵原料置入其中；

经检漏，确认软体发酵室密封不漏气；

软体发酵室产生的沼气经排出管和输气管进入手风琴风箱式软体储气囊，再经气泵加压后通过净化装置送入储气罐；

产气结束后，用气泵抽出软体发酵室中残余沼气，放出充气密封圈中的气体，打开密封罩，移出剩有沼渣的塑料箱(桶)，完成一个沼气生产周期。

3.根据权利要求1所述软体发酵室的另一种形式——建在地面上的软盖沼气池，其特征在于：

软盖沼气池由建在地面之上的敞口沼气池和软体池盖两部分组成。

建在地面之上的敞口沼气池的上沿镶嵌环状凹槽；

软体池盖采用柔性密封膜制作，软盖边缘是首尾相连的一个环形充气密封圈，充气密封圈的形状、大小与环状凹槽相匹配；

软盖边缘的充气密封圈与敞口沼气池上沿镶嵌的环状凹槽结合，充气密封圈充气后，将敞口沼气池与软盖紧密联结成为密闭空间，发酵原料在软盖沼气池中发酵、产气。

软盖沼气池壁的顶部设有沼气排出管，底部设有出料口。

4.根据权利要求3所述软盖沼气池生产沼气的方法，其包括：

经过预处理、配制好的发酵原料由敞开的沼气池上口投入池内，压实；

发酵原料在敞口沼气池内堆沤成熟后加水；

调整PH值后封池，使软盖边缘的充气密封圈与敞口沼气池上沿镶嵌的环状凹槽结合，充气密封圈充气后将软盖与敞口沼气池紧密联结在一起，组成软盖沼气池；

经检漏合格后，发酵原料在软盖沼气池中发酵、产生沼气；

采用传统的料液回流或沼气回流方式搅拌；

软盖沼气池中产生的沼气经排出管和输气管进入手风琴风箱式软体储气囊，再经气泵加压后通过净化装置送入储气罐。

5.根据权利要求2、4所述的方法，一种手风琴风箱式自动控制软体储气囊，其特征在于：

通过手风琴风箱式软体储气囊的升降触动程控开关，该程控开关控制一个与软体储气囊相连的气泵的启动和关停；

当沼气进入软体储气囊并使其上升到一定高度时，触动程控开关，启动气泵，将软体储气囊中的沼气抽出，同时软体储气囊回落；

当软体储气囊回落到一定位置时，触动程控开关的另一个触点，关停气泵，停止抽气；

沼气继续进入软体储气囊并使其上升。

如此循环往复，使软体发酵室或软盖沼气池在一个极低的压力下生产沼气。