CN102061255A - 自循环中温二步法发酵的双水压秸秆沼气池及强制出料法 - Google Patents

Abstract

一种自循环中温二步法发酵的双水压秸秆沼气池及强制出料法，特征是：玻璃钢、塑料或钢板制成长方体双水压沼气池，以水压间兼做酸化池、酸化液自动循环、太阳闷晒实现了不结壳的双水压自循环中温发酵，以加料推板的强制加料实现了强制出料，解决了秸秆沼渣出料的困难，实现了高浓度秸秆、粪便的单独产气或混合产气。有益效果是可以将沼气池的适宜户由28％提高至100％，有助于沼气池节能减排的规模扩大及永久坚持，有助于我国农村生活能源的自给自足，并由提高产气效率、缩小池体容积而降低了沼气池的成本，有助于国家为全国农户免费提供沼气池，便于运输，可自行安装，可移动使用。

Description

自循环中温二步法发酵的双水压秸秆沼气池及强制出料法

所属技术领域

本发明属于户用沼气池技术领域，一种能够利用太阳能闷晒加热，可以采用农作物秸秆、粪便单独产生沼气，也可以秸秆、粪便混合产生沼气的自循环中温二步法发酵的双水压秸秆沼气池及强制出料方法。

背景技术

据报道，目前我国已建成4000万台户用沼气池。这4000万台沼气池全部是按照国家标准GB/T4750-2002《户用沼气池标准图集》和农业部行业标准NY/T1699-2009《玻璃纤维增强塑料户用沼气池技术条件》建设、制造，由此，这4000万台沼气池清一色的全部都是标准所规定的地埋的双水压沼气池。双水压式沼气池是我国的独创，由于其进、出料过程粪便原料在沼气池内是以液态方式流动，因此进出料过程连续而简便，因此它的最大优点是结构简单。此类沼气池的发酵池容积一般为6，8，10立方米，另外再在发酵池两侧配置总容积2～4立方米的进料间、出料间，进、出料间通过直径约300mm的进料管、出料管与发酵池连通并共同形成沼气池的双水压结构。此类沼气池每年大约能够产生沼气400立方米，处理粪便6～10吨，秸秆0～1吨(用牛、马粪时不加秸秆)。因此，这些沼气池在治理我国农村粪便污染方面功效尤其卓著，同时也为我国创造了大规模的节能、减排成果。但是，在目前家庭养殖剧减的情况下，这数千万台沼气池的粪便来源已经实实在在的成为了沼气池用户的难题，严重的影响了沼气池的正常使用乃至停用，已经导致了我国这个总造价超出1200亿元的4000万台沼气池的“萎缩”。但是，粪便剧减而秸杆巨多，沼气池用粪便能够自给自足的农户越来越少，但秸杆却家家成堆、成灾。由于粮食/秸杆1∶1上下的产生比例更古不变，农户的秸秆用之不竭，因此秸秆的堆置腐烂、田间滥烧比比皆是。目前，更有政府部门部门专派“秸秆禁烧检查专车”，象出动警车一样遍野巡视，寻烟而至——政府如果将这些费用投入到秸秆利用的研制、推广之中，岂不一举多得！何乐不为呢！因此，国家应该扶持这些能够大量、乃至全部利用秸杆生产沼气的秸秆、粪便二用沼气池，特别提出是户用沼气池，这无疑是人们最经济的低碳生活的永久需求，是国家节能减排的永久需求，而要实现这二个永久就只有继续发展户用沼气池，在中国农村，个体效益历来好于集体效益，一家一户的户用沼气池也必然会比集体的沼气站更永久，更经济。多年前，农业部以我国农村家庭养殖粪便的年产量为基数计算(如户存栏4头肥猪)，粪便总量可满足供给我国农村28％的农户使用现有的双水压沼气池，这就是农业部提出的沼气池“适宜户”为28％的由来，并且，国家依此制定第11、12两个五年计划之间全国完成8000万台沼气池建设的宏伟规划。与上述同理，秸杆、粪便二用沼气池的“适宜户”就当然是100％了！我国沼气池的使用实践已经证明，一个沼气池每年至少可节煤2～3吨、减排二氧化碳6～8吨，减排二氧化硫、氧化氮……如果我国3亿农户都能够以秸秆作为原料供给保障，自行生产沼气来代替煤炭等化石能源，每年就可以为国家节约煤炭6亿吨，减排二氧化碳15亿吨，减排二氧化硫500万吨……“中国10亿农民人人低碳生活，个个节能减排，户户能源自给，国家不用给10亿农民供应煤炭了”，这个美景国家梦寐以求！真若如此，沼气池也就成为了“国家能源安全的基石”之一，10亿农民个个都是国家能源安全的卫士。这就更证明胡锦涛、温家宝等国家领导对沼气池一贯支持的高瞻远瞩，深谋远虑。而目前4000万台“沼气池”的萎缩，除粪便减少和不能以秸秆作为主要原料的原因之外，还有国债补助的独一无二的体制及补助方法的独特性，以及其他等诸多原因，但无论什么原因，这个“萎缩”对我们国家最高领导的颜面“起码”无光——特别是在国家已经投入一百多亿元国债补助、地方农民自行投入超千亿元、总投入已超1200亿元巨资的情况下，由此，我们要防止这种国际笑话，因为中国沼气池建设实际上是政府行为！农户为沼气池忙活一年大约仅能获得1000元的效益，在目前工资高涨的今天这已不具有吸引力，因此，户用沼气池与其他节能减排措施一样，最大的受益者是国家，大力推广、扩大秸秆、粪便二用沼气池的使用规模，是个利国利民，功在千秋，惠及万代的好措施。由此，就提出了现有双水压沼气池不能大量、更不能全部使用秸秆产生沼气的缺点，究其原因如下：①在现有双水压沼气池中，粪便原料是在同一个发酵池内完成水解、酸化、产沼气的三个过程，这就是所谓的“一步法发酵”，其虽然结构简单但发酵的效率最低，对于难于发酵的秸秆来说，35℃发酵温度下的“中温二步法发酵”，即：水解酸化与产气二个过程分别在二个容器内完成才具有真正的实用价值；②现有双水压沼气池的进料间和出料间分置于发酵池两侧，其内部的粪便、沼液各自独立，互不连通，无法循环；而“二步法发酵”必须要在酸化池、发酵池二个容器之间实现料液的循环，用以补充酸化液而维持沼气的产生。现有技术中一般是设置循环泵来实现这个循环；③现有沼气池全部深埋地下，地上阳光明媚，地下“望阳兴叹”，只能是低温发酵。由于低温发酵效率最低，因此要想多产气就只能扩大发酵池容积，这就是农户都愿意建10立方米大池，而6立方玻璃钢沼气池不好卖的原因。池大价高是必然，但又无可奈何；④现有沼气池中的进料过程完全是依靠沼液在发酵池进料口(进料管)向出料口(出料管)的“液态流动”完成，为保证这个流动就要求料液浓度只能在10％以内。而秸秆料液是高浓度的，充满木质纤维的，虽然是轧成5公分长的短节，但它发酵后的沼渣仍然是一团乱麻，因此它无法在现有双水压沼气池中以流动状态实现进、出料。总之，以上种种都是现有双水压沼气池不能利用秸秆产生沼气的原因。在现有技术中有将秸秆粉碎后加入双水压沼气池的，目的显然是为解决出料困难并提高发酵。其缺点是显见的，秸秆粉碎要耗电而提高沼气成本并增加碳排放，而且在磨、运、装、用的全过程之中秸秆飞尘污染更令人厌恶。简言之，秸秆沼气池应满足：①至少35℃的中温发酵；②20％固体含量的高浓度发酵；③秸秆酸化液能够自动循环的二步法发酵；④如若保留双水压的优点就需发明新的进、出料方法，创新双水压结构。本发明人认为，第1个条件的实现只有利用太阳，一劳永逸且最经济；第2、3、4个条件的实现都要依赖进、出料方法以及沼气池结构的创新。

发明内容

本发明提供一种自循环中温二步法发酵的双水压秸秆沼气池及强制出料法，解决了现有技术的上述一系列问题，能够实现农作物秸秆在户用沼气池中的大量乃至全部的应用。

一种自循环中温二步法发酵的双水压秸秆沼气池，由发酵池(1)，进料口(2)，出料口(8)构成，其特征是：长方体的、底部带有大圆角(12)的发酵池(1)的池口处扣接有上开口的水压间(6)，在这个扣接处通过螺栓(9)、密封料(10)以及各自的法兰(11)将发酵池(1)和水压间(6)密封连接成一个上开口的长方形池体并将其放置于地面之上，长方体的储气室(4)在水压间(6)的下部分隔而出，储气室(4)的左、右竖直壁与水压间(6)的左、右竖直壁之间具有20cm的间距并由此间距在左侧构成进料口(2)，右侧构成出料口(8)，而且在这个间距中推板(3)能够自由的上下推、拉移动，储气室(4)的顶盖上均部有3个高度为5cm的筋板(5)，储气室(4)的底部左低右高相差12cm，低的一侧位于进料口(2)侧，高的一侧位于出料口(8)侧，储气室(4)的底部由一块弧顶朝上的弧形隔板(7)构成，在隔板(7)的平面上钻有很多通孔(13)，并且，上述各结构之间的衔接部位全部牢固密封连接。

在本发明中，自循环中温二步法发酵的双水压秸秆沼气池的进出料方法是强制出料法，其特征是：将轧制成5公分长且已沤制好的秸秆、粪便、沼液、水，按18∶2∶20∶60的含量由左侧的进料口(2)和右侧的出料口(8)将发酵池(1)装满，之后再装满水压间(6)，在发酵池(1)需要进、出料时，由人工用推板(3)由右向左将水压间(6)内储存的秸秆由右侧推向左侧，并继续将秸秆顺着进料口(2)由上向下地顺着左端的大圆角(12)强行推入发酵池(1)，利用这个新推入发酵池(1)内的秸秆将发酵池(1)内的乱麻状沼渣由左向右推移，强迫其顺着右端的大圆角(12)、隔板(7)的斜面进入出料口(8)，并由此被强行推出发酵池(1)而进入水压间(6)的右侧捞出。从而完成了强制进出料的全过程。

综上所述，本发明通过以下3个技术措施实现了“自循环中温二步法发酵”并保留了“双水压结构”：①中温发酵：沼气池放置地面接受太阳闷晒，春、夏、秋三季的温度都可提高至35℃，由此实现中温发酵；②自循环的二步法发酵：在水压间(6)中放入秸杆，让其在水压间内实现水解、酸化的第一步发酵；发酵池(1)内产生的沼气沿着隔板(7)弧顶及通孔(13)上升进入储气室(4)，其与储气室(4)内沼液产生的沼气同时积聚在储气室上部并同时将原来充满在储气室内的沼液排挤而出，而被排出的沼液必然首先由右侧的高处、即出料口(8)处进入水压间(6)，而左侧的低处则由于沼液的排出的流量很小而没有沼液外排，由此，储气室内由产气而被排出来的沼液就全部由出料口(8)而进入水压间(6)的右侧，此时，水压间内原存在的酸化液则要由右向左侧进料口(2)处移动并升高液面；在使用沼气时储气室(4)内的沼气外排，水压间内的液体回流发酵池，此时，进、出料口必然等量回流，于是，就形成了出料口的“出多回少”和进料口的‘出少回多”的流量差，而进料口的“出少回多”就将水压间(6)内的酸化液带进了发酵池(1)而产生沼气，由此实现了水压间酸化液与发酵池沼液之间的自动循环的二步法发酵。随着每天二次的产气和用气，每天可以形成二次“小”的循环，按此每周大约可完成一个全部的“大”循环；③实现双水压：水压间(6)实际上就是联通在一起的进料间和出料间，在实现循环的同时实现了现有双水压结构的技术实质。综上所述，本发明实现了“自循环中温二步法发酵”及“双水压”结构，产气率比现有沼气池提高一倍以上，由此使本发明的3立方米的发酵池容积代替现有8、10立方米沼气池产气，池容的减小必然降低沼气池的造价，使沼气池的售价降低到国债补助的金额范围之内，这有助于促进国家为农户免费提供沼气池，有助于实现永久的、更大规模的节能减排，利国利民。储气室(4)顶盖上均部的3个筋板(5)，作用之一是增加储气室顶盖的强度，其更大的功效是将由秸秆带入水压间(6)的泥土、沙石被沉淀并阻挡在发酵池外，从而可以轻易掏出，避免了泥土、沙石进入发酵池。弧形隔板(7)使秸秆永远浸泡在沼液中从而彻底防止了秸秆的结壳，结壳的弊病在现有沼气池中是经常发生的。沼气池放置地面而不承受土壤压力，因此只考虑内部承压即可，由此可以降低池壁厚度以进一步降低成本。本发明可以采用高浓度秸秆或粪便单独产气，也可以二者混合产气，使用方法是一样的，由此实现了秸秆、粪便的二用，这是显而易见的。

本发明的有益效果是：由提高产气效率缩小了沼气池的体积，降低了沼气池的造价，有助于国家为农户免费提供沼气池的实行，实现了秸秆在户用沼气池上的大量乃至全部应用，可将我国沼气池适宜率由原来的28％提高到100％，有利于保障沼气池的永久使用，有助于国家永久的、大规模的、最经济的节能减排的实现。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1是本发明自循环中温二步法发酵的双水压秸秆沼气池的结构图。

图2是图1中A部的局部放大图。

图3是图1中B部的局部放大图。

图4是图1的俯视图

图5是图1中推板(3)的主视图

图6是推板(3)的侧图

图中：1.发酵池，2.进料口，3.推板，4.储气室，5.筋板，6.水压间，7.隔板，8.出料口，9.螺栓，10.密封料，11.法兰，12.大圆角，13.通孔。

具体实施方式

图1是本发明的实施例：一种自循环中温二步法发酵的双水压秸秆沼气池，由发酵池(1)，进料口(2)，出料口(8)构成，其特征是：长方体的、底部带有大圆角(12)的发酵池(1)的池口处扣接有上开口的水压间(6)，在这个扣接处通过螺栓(9)、密封料(10)以及各自的法兰(11)将发酵池(1)和水压间(6)密封连接成一个上开口的长方形池体并将其放置于地面之上，长方体的储气室(4)在水压间(6)的下部分隔而出，储气室(4)的左、右竖直壁与水压间(6)的左、右竖直壁之间具有20cm的间距并由此间距在左侧构成进料口(2)，右侧构成出料口(8)，而且在这个间距中推板(3)能够自由的上下推、拉移动，储气室(4)的顶盖上均部有3个高度为5cm的筋板(5)，储气室(4)的底部左低右高相差12cm，低的一侧位于进料口(2)侧，高的一侧位于出料口(8)侧，储气室(4)的底部由一块弧顶朝上的弧形隔板(7)构成，在隔板(7)的平面上钻有很多通孔(13)，并且，上述各结构之间的衔接部位全部牢固密封连接。

在本发明中，自循环中温二步法发酵的双水压秸秆沼气池的进出料方法是强制出料法，其特征是：将轧制成5公分长且已沤制好的秸秆、粪便、沼液、水，按18∶2∶20∶60的含量由左侧的进料口(2)和右侧的出料口(8)将发酵池(1)装满，之后再装满水压间(6)，在发酵池(1)需要进、出料时，由人工用推板(3)由右向左将水压间(6)内储存的秸秆由右侧推向左侧，并继续将秸秆顺着进料口(2)由上向下地顺着左端的大圆角(12)强行推入发酵池(1)，利用这个新推入发酵池(1)内的秸秆将发酵池(1)内的乱麻状沼渣由左向右推移，强迫其顺着右端的大圆角(12)、隔板(7)的斜面进入出料口(8)，并由此被强行推出发酵池(1)而进入水压间(6)的右侧捞出。从而完成了强制进出料的全过程。

图5、图6给出了推板(3)的主视图和侧视图，可用木棍和木板制作，并可以依据使用情况进行改进。将推板插入进料口并上下推拉可实现对池内料液的搅拌，并可人为的加大酸化液的入池量，从而人为的提高产气量。在平时推板可以挂置在进料口的下部，利用其形成的斜面将进料口处产生的沼气导引进入储气室，防止沼气沿进料口的外泄，以进一步提高池体容积效率。

本发明的沼气池中可一次装入600kg秸秆，在控制发酵温度的情况下，可以与现有沼气池一样，一年二次的大进、出料即可。受制于太阳的有无是利用太阳能的通病，在闷晒温度过高，产气过多时可以将发酵池部分掩盖以降低发酵温度，阴雨天要防雨保温以保持池内温度及浓度。如欲冬季产气可以与现有沼气池一样对沼气池实施保温，并且适当加大粪便用量。本发明可以比现有地埋沼气池更容易达到同样温度并同样产气。在冬季需取暖的广大农村，取暖煤炉整个冬季长燃不熄，用煤炉做饭是自然而然，也是提高煤炉效率的有效措施，若此时再追求沼气池的冬季产气，再外加保温等材料费用及劳动付出之后，其每天的产气量一般也就仅仅够烧一顿饭而已，只为追求一个形式而劳民伤财，得不偿失。

秸秆原料或鲜粪原料的配制方法，以及发酵池内的温度、酸度的测试，都可以参考现有技术实施。使用时可以随时把家中的人粪便、有机垃圾等投入水压间内进行酸化发酵，可以在彻底消除家庭粪便污染的同时长期的、永久的使用秸秆产生沼气。在全部使用秸秆产生沼气时，可以按炭氮比的需要计算加入适量的尿素即可。显然，本发明可以实现了秸秆、粪便的随意二用是毫无疑问的。

在本发明中，沼气池池体的制造材料包括：玻璃钢，热塑性塑料，钢板。采用玻璃钢制造时最好采用透光型玻璃钢并必须做好抗紫外线处理，如果为了降低成本而大量加入填料则要将池体做成绿色，绿色有利于吸热且夜间放热较小。采用热塑性塑料时这些问题要予以同样考虑。采用钢板制造可大幅度的提高沼气池的制造效率，但要内抗腐、外吸热兼顾。密封料(10)可以采用好多种材料，甚至可以采用混凝土沼气池常用的胶泥密封。对沼气池不经常拆卸和移动的用户可以采用各种粘接剂、密封剂密封，但要注意粘接剂成分对沼液的毒害性，以免在使用初期影响发酵和产气。对沼气池经常拆卸、移动的用户可以采用聚氨酯，橡胶等弹性密封垫密封，例如采用吸水橡胶垫，具有越水泡越严密的优点，密封效果较好，而且价格也不高。

Claims (3)

1.一种自循环中温二步法发酵的双水压秸秆沼气池，由发酵池(1)，进料口(2)，出料口(8)构成，其特征是：长方体的、底部带有大圆角(12)的发酵池(1)的池口处扣接有上开口的水压间(6)，在这个扣接处通过螺栓(9)、密封料(10)以及各自的法兰(11)将发酵池(1)和水压间(6)密封连接成一个上开口的长方形池体并将其放置于地面之上，长方体的储气室(4)在水压间(6)的下部分隔而出，储气室(4)的左、右竖直壁与水压间(6)的左、右竖直壁之间具有20cm的间距并由此间距在左侧构成进料口(2)，右侧构成出料口(8)，而且在这个间距中推板(3)能够自由的上下推、拉移动，储气室(4)的顶盖上均部有3个高度为5cm的筋板(5)，储气室(4)的底部左低右高相差12cm，低的一侧位于进料口(2)侧，高的一侧位于出料口(8)侧，储气室(4)的底部由一块弧顶朝上的弧形隔板(7)构成，在隔板(7)的平面上钻有很多通孔(13)，并且，上述各结构之间的衔接部位全部牢固密封连接。

2.权利要求1所述的自循环中温二步法发酵的双水压秸秆沼气池的进出料方法是强制出料法，其特征是：将轧制成5公分长且已沤制好的秸秆、粪便、沼液、水，按18∶2∶20∶60的含量由左侧的进料口(2)和右侧的出料口(8)将发酵池(1)装满，之后再装满水压间(6)，在发酵池(1)需要进、出料时，由人工用推板(3)由右向左将水压间(6)内储存的秸秆由右侧推向左侧，并继续将秸秆顺着进料口(2)由上向下地顺着左端的大圆角(12)强行推入发酵池(1)，利用这个新推入发酵池(1)内的秸秆将发酵池(1)内的乱麻状沼渣由左向右推移，强迫其顺着右端的大圆角(12)、隔板(7)的斜面进入出料口(8)，并由此被强行推出发酵池(1)而进入水压间(6)的右侧捞出。

3.权利要求1所述的自循环中温二步法发酵的双水压秸秆沼气池，其特征还包括：沼气池池体的制造材料包括玻璃钢，热塑性塑料，钢板。

Images