CN103740585B - 秸秆沼气发酵系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种秸秆沼气发酵系统，涉及微生物学相关装置技术领域，本发明主要结构包括发酵池，以及发酵池的顶部设有的进料管和沼气管，发酵池底部设有排渣口，发酵池的池体为双层三段式的圆柱体结构，由于设置了送料压料装置，能够有效防止沼渣上浮结块，因此可直接将秸秆等原料投入发酵池）中进行发酵，解决了现有沼气池或沼气系统中存在的秸秆需要配置专门的粉碎设备，且粉碎后秸秆中残留的短纤维在发酵后会聚积缠绕，上浮产生结块，导致沼气聚集受阻，原料利用率低下等缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及沼气发酵技术领域，具体涉及一种秸秆沼气发酵系统。
背景技术
沼气能给社会和个人带来许多好处，是建设社会主义新农村的重要举措。沼气可以变废为宝，解决农村燃料问题；可以保护森林资源，沼气作为一种优质能源，可以解决农民的生活用能，缓解农村能源紧缺局面，减少农民对森林的砍伐和植被的破坏，有利于森林资源的保护和恢复；可以增强农业发展后劲，沼气肥料比一般粪坑的氮、磷、钾元素含量高，作物吸收利用率和增产率均可提高，可以减少农业生产的农药和化肥使用量，还具有增加土壤有机质和疏松土壤的作用；有利于保护生态环境，兴建沼气池在短期内以低投入而改变农村的环境卫生状况，解决养殖业带来的环境污染问题，改变村容村貌，改善人居环境，提高水资源质量，阻断疫病传染源，保障农民的身体健康，增强生态环境保护能力，促进构建和谐生态家园与农村文明进步的发展；节省劳动力和资金，可以减少准备燃料所需大量劳动力，有利于建设经济繁荣的新农村。
农作物的秸秆是沼气发酵的主要原料之一，据农业部统计，中国粮食产量于2007年首次超过5亿吨，2010年粮食总产量达到10928亿斤，在粮食产量实现连续七年增长的同时，农作物秸秆的产出也同步增加，据估算我国农作物秸秆年可收集资源量为6.87亿吨，每年约有三成以上的农作物秸秆被闲置。虽然各地均出台了许多配套措施，但仍然无法解决大量农作物秸秆被闲置、抛弃的现状，造成的资源浪费的同时也对环境产生了严重的污染，要解决闲置农作物秸秆这一问题，必须广泛寻找秸秆的利用途径，秸秆沼气生产就是解决秸秆闲置资源的最佳途径之一，正逐步成为发展生态农业循环经济的关键环节。秸秆沼气是采用秸秆厌氧菌发酵原理, 以秸秆为主要沼气发酵原料, 基本不需改变户用畜禽粪便沼气池的结构。目前 , 秸秆沼气生产具有代表性的技术工艺流程为：农作物秸秆粉碎 →加水润湿→加秸秆发酵处理菌剂、碳酸氢铵、水→堆沤发酵预处理→观察菌丝生长情况→装袋→入池→加接种物( 产甲烷菌液或沼气渣液, 各种污泥, 碳酸氢铵) →加水混合→封池盖启动( 放气) →使用。与传统畜禽粪便为发酵原理的沼气技术相比, 秸秆沼气具有产气率高、 产气持续时间长( 秸秆沼气池一次投料持续产气长达180天) 、 燃烧热值大、 操作方便的优势, 保护环境、 生产优质肥的特点, 突破了畜禽粪便为沼气发酵原理的限制, 开辟了秸秆综合利用的一条最佳途径。
在实际使用过程中存在的主要问题：
第一，由于秸秆中含有大量的纤维素, 发酵过程中难以彻底分解, 现有技术中多使用预切断粉碎工艺，不仅需要配置专门的粉碎设备，增加了成本，而且，即使粉碎后的秸秆在发酵使用后的沼渣中仍会残留短纤维，这些纤维会聚积缠绕，上浮产生结块，导致沼气聚集受阻，原料利用率低下。
还有一个重要的问题，传统的畜禽粪便沼气池所用沼渣出料车为强力抽吸式，如果将其用于秸秆沼气池除渣极易出现堵塞现象，难以适应秸秆沼气池的出换料工作需要，秸秆沼气池的出换料宜用抓掘的方式, 进行纤维沼渣的出料,例如“沼气池自动抓渣机201020225466.9”，该除渣机包括支撑系统、水平移动系统、竖直移动系统和抓渣机构，抓渣器采用申请号为200920111298.8的中国专利公开的除渣器，支撑系统由前支架、后支架、输送轨道、高度调节装置组成；水平移动系统由水平电机、行走小车、定向滑轮以及前行程开关和后行程开关组成；竖直移动系统由竖直电机、下行程开关、外支撑杆、内伸缩杆、固定套筒、安装在外支撑杆上的滑轮组成；抓渣机构由除渣器、除渣器安装架、液压撑杆以及钢缆组成，具有结构简单、移动方便、容易操作、除渣效率高的特点。但是该除渣机结构相对复杂，制作或者采购费用较高，使用能耗大，成本高，无法大面积推广，并且对于数百立方以上的大、中型秸秆沼气池而言，该除渣机仍然无法完成除渣工作，目前只能使用工作范围大、工作效率高的工程机械完成这一作业。
发明内容
本发明的目的在于解决现有沼气池或沼气系统中存在的秸秆需要配置专门的粉碎设备，增加了成本，粉碎后秸秆中残留的短纤维在发酵后会聚积缠绕，上浮产生结块，导致沼气聚集受阻，原料利用率低下，以及现有秸秆沼气池除渣机结构复杂，制作或者采购费用较高，使用能耗大，成本高，无法大面积推广，无法胜任大、中型秸秆沼气池除渣作业的缺陷，提供一种秸秆利用率，方便对沼渣进行处理的秸秆沼气发酵系统。
本发明采用以下技术方案来实现上述目的：秸秆沼气发酵系统，包括发酵池1，所述发酵池1的顶部设有进料管2和沼气管3，发酵池1底部设有排渣口4，其特征在于，所述发酵池1的池体为双层三段式的圆柱体结构，外层为外池壁5，内层为板面均匀分布有引流孔6、并与外池壁5同轴的圆柱形隔板7，隔板7的上端延伸至发酵池1的顶部，并与其连接共用顶部，在内外层之间预留有容纳沼液的空间，隔板7的下端设置有单独的底板8，该底板8与隔板7圆滑过渡连接并延伸至排渣口4，其与排渣口4的连接端低于另一端，呈倾斜设置，底板8为内凹的圆弧板状构件，其上也均匀设置有引流孔6。
所述发酵池1还包括进料压料装置，该装置包括进料管2、圆台形压料罩9、管状连接件10、防溅塞11、密封盖12以及压料伸缩杆13；
进料管2开设在发酵池1顶部，其延伸进发酵池1部分的管件底端内部设置有环状卡扣件14，该环状卡扣件14由固定在进料管2内部的两个圆环141构成，两圆环141之间留有空隙，下侧的圆环141开设有两个缺口142；
管状连接件10固定安装在圆台形压料罩9的上端，其直径小于进料管2，管状连接件10的上沿外侧对称设置有两个挡块15，这两个挡块15与环状卡扣件14上开设的缺口142吻合，两个挡块15嵌进对应缺口142后旋转即可通过管状连接件10将圆台形压料罩9与进料管2连接，同时，管状连接件10的内壁上设有两个对称设置的纵向凹槽16和一个与纵向凹槽16联通的环状凹槽17；
所述压料伸缩杆13的底部设置有一个与管状连接件10同直径的圆盘，并在该圆盘上对称设置有两个凸块，该两个凸块与管状连接件10内壁设置的两个纵向凹槽16和环状凹槽17匹配，压料伸缩杆13下压时，两个凸块沿着两个纵向凹槽16下滑，到达环状凹槽17后转动，即可将压料伸缩杆13、管状连接件10和圆台形压料罩9连成一体，在人力或机械力的驱动下对发酵池1中的物料进行上下挤压，促进液料混合，提高发酵效率；
所述防溅塞11套在压料伸缩杆13上，防止在压料时沼液溅出；
所述密封盖12与进料管2内壁间隙配合，在将压料伸缩杆13取出后置于进料管2最上端。
所述秸秆沼气发酵系统还包括沼液外部循环装置，沼液外部循环装置包括排液管18，以及与排液管18联通的储液罐19，同时在发酵池1顶部还设置有沼液回流管20，储液罐19中的沼液通过水泵21输送至回流罐，最终进入发酵池1中内外层之间的空间中，提高沼液的流动性，促进发酵的进行。
所述秸秆沼气发酵系统还包括渣液分离回收装置，由渣液分离池22和沼液输送管23组成，所述渣液分离池22为一倾斜的容器，中间设置有带孔的隔离板24，发酵池1中的沼渣从排渣口4排出后进入渣液分离池22，在隔离板24的阻挡下，固体沼渣截留在较高的一侧，沼液汇集到较低的一侧，通过沼液输送管23送至沼液外部循环装置的储液罐19中，最终再次进入发酵池1中参与发酵。
为提高压料伸缩杆13带动圆台形压料罩9进行压料时液体的流动性，所述发酵池1内层圆柱形隔板7上的引流孔6顶部设置有向外倾斜的引流罩25，压料时，固体原料内部弥漫的沼液在引流罩25的导向作用下流向发酵池1底部，松开时，新的沼液从发酵池1内层的底板8上通过引流孔6右下至上重新填充至固体原料内部，提高了循环渗透效率。
为提高该系统的发酵效率，所述发酵池1底部设置有太阳能加热管，通过集热板收集热量提高发酵温度。
为提高发酵池1工作进程的准确性，在排液管18上设置定时阀门26，同时在储液罐19中设置液位控制器27，二者均与主控制器28相连，到达预定时间，定时阀门26打开，将发酵池1中的沼液排出至储液罐19中，排放特定时间后定时阀门26关闭，储液罐19中的页面达到特定值后，主控制器28控制水泵21工作，将沼液输送至回流管中进入发酵池1。
本发明的有益效果在于：
本发明由于设置了送料压料装置，能够有效防止沼渣上浮结块，因此可直接将秸秆等原料投入发酵池1中进行发酵，简化了原料准备工序，不需要对其进行粉碎，省去了相应设备的的投资，降低了成本。本发明设置了可定时自动工作的沼液外部循环装置，使沼液的流动性加强，提高发酵效率。本发明将发酵池1设置为两侧三段式结构，使得发酵原料全部处于沼液的包围中，有效提高了发酵原料的浓度。本发明在发酵池1内层设置了引流孔6以及引流罩25，增加了沼液流动的指向性，提高了物料与沼液的接触，促进发酵的进行。本发明将发酵池1的内侧结构与排渣口4圆滑过渡连接，使得物料早重力作用下即可沿着阻力较小的内层底板8滑向排渣口4，大大提高了排渣的便利性。
附图说明
图1是本发明所述秸秆沼气发酵系统中发酵池的结构示意图；
图2是本发明所述秸秆沼气发酵系统的工作示意图；
图3是本发明所述秸秆沼气发酵系统中发酵池内层的隔板的局部示意图。
图中，发酵池1、进料管2、沼气管3、排渣口4、外池壁5、引流孔6、隔板7、底板8、圆台形压料罩9、管状连接件10、防溅塞11、密封盖12、压料伸缩杆13、环状卡扣件14、圆环141、缺口142、挡块15、纵向凹槽16、环状凹槽17、排液管18、储液罐19、沼液回流管20、水泵21、渣液分离池22、沼液输送管23、隔离板24、引流罩25、定时阀门26、液位控制器27、主控制器28。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行进一步说明，但本发明不仅限于实施例所述。
实施例1
如图1-3所示，本实施例所述秸秆沼气发酵系统，包括发酵池1，所述发酵池1的顶部设有进料管2和沼气管3，发酵池1底部设有排渣口4，其特征在于，所述发酵池1的池体为双层三段式的圆柱体结构，外层为外池壁5，内层为板面均匀分布有引流孔6、并与外池壁5同轴的圆柱形隔板7，隔板7的上端延伸至发酵池1的顶部，并与其连接共用顶部，在内外层之间预留有容纳沼液的空间，隔板7的下端设置有单独的底板8，该底板8与隔板7圆滑过渡连接并延伸至排渣口4，其与排渣口4的连接端低于另一端，呈倾斜设置，底板8为内凹的圆弧板状构件，其上也均匀设置有引流孔6。
实施例2
如图1-3所示，本实施例所述秸秆沼气发酵系统，包括实施例1中所述部件及结构，还包括进料压料装置，该装置包括进料管2、圆台形压料罩9、管状连接件10、防溅塞11、密封盖12以及压料伸缩杆13；进料管2开设在发酵池1顶部，其延伸进发酵池1部分的管件底端内部设置有环状卡扣件14，该环状卡扣件14由固定在进料管2内部的两个圆环141构成，两圆环141之间留有空隙，下侧的圆环141开设有两个缺口142；管状连接件10固定安装在圆台形压料罩9的上端，其直径小于进料管2，管状连接件10的上沿外侧对称设置有两个挡块15，这两个挡块15与环状卡扣件14上开设的缺口142吻合，两个挡块15嵌进对应缺口142后旋转即可通过管状连接件10将圆台形压料罩9与进料管2连接，同时，管状连接件10的内壁上设有两个对称设置的纵向凹槽16和一个与纵向凹槽16联通的环状凹槽17；所述压料伸缩杆13的底部设置有一个与管状连接件10同直径的圆盘，并在该圆盘上对称设置有两个凸块，该两个凸块与管状连接件10内壁设置的两个纵向凹槽16和环状凹槽17匹配，压料伸缩杆13下压时，两个凸块沿着两个纵向凹槽16下滑，到达环状凹槽17后转动，即可将压料伸缩杆13、管状连接件10和圆台形压料罩9连成一体，在人力或机械力的驱动下对发酵池1中的物料进行上下挤压，促进液料混合，提高发酵效率；所述防溅塞11套在压料伸缩杆13上，防止在压料时沼液溅出；所述密封盖12与进料管2内壁间隙配合，在将压料伸缩杆13取出后置于进料管2最上端。
实施例3
如图1-3所示，本实施例所述秸秆沼气发酵系统，包括实施例2中所述部件及结构，还包括沼液外部循环装置，沼液外部循环装置包括排液管18，以及与排液管18联通的储液罐19，同时在发酵池1顶部还设置有沼液回流管20，储液罐19中的沼液通过水泵21输送至回流罐，最终进入发酵池1中内外层之间的空间中，提高沼液的流动性，促进发酵的进行。所述秸秆沼气发酵系统还包括渣液分离回收装置，由渣液分离池22和沼液输送管23组成，所述渣液分离池22为一倾斜的容器，中间设置有带孔的隔离板24，发酵池1中的沼渣从排渣口4排出后进入渣液分离池22，在隔离板24的阻挡下，固体沼渣截留在较高的一侧，沼液汇集到较低的一侧，通过沼液输送管23送至沼液外部循环装置的储液罐19中，最终再次进入发酵池1中参与发酵。
同时，为了提高液体的流动性，所述发酵池1内层圆柱形隔板7上的引流孔6顶部设置有向外倾斜的引流罩25，压料时，固体原料内部弥漫的沼液在引流罩25的导向作用下流向发酵池1底部，松开时，新的沼液从发酵池1内层的底板8上通过引流孔6右下至上重新填充至固体原料内部，提高了循环渗透效率。
另外，本实施例在排液管18上设置定时阀门26，同时在储液罐19中设置液位控制器27，二者均与主控制器28相连，到达预定时间，定时阀门26打开，将发酵池1中的沼液排出至储液罐19中，排放特定时间后定时阀门26关闭，储液罐19中的页面达到特定值后，主控制器28控制水泵21工作，将沼液输送至回流管中进入发酵池1。
Claims (5)
1.秸秆沼气发酵系统，包括发酵池（1），所述发酵池（1）的顶部设有进料管（2）和沼气管（3），发酵池（1）底部设有排渣口（4），其特征在于，所述发酵池（1）的池体为双层三段式的圆柱体结构，外层为外池壁（5），内层为板面均匀分布有引流孔（6）、并与外池壁（5）同轴的圆柱形隔板（7），隔板（7）的上端延伸至发酵池（1）的顶部，并与其连接共用顶部，在内外层之间预留有容纳沼液的空间，隔板（7）的下端设置有单独的底板（8），该底板（8）与隔板（7）圆滑过渡连接并延伸至排渣口（4），其与排渣口（4）的连接端低于另一端，呈倾斜设置，底板（8）为内凹的圆弧板状构件，其上也均匀设置有引流孔（6）；
所述发酵池（1）还包括进料压料装置，该装置包括进料管（2）、圆台形压料罩（9）、管状连接件（10）、防溅塞（11）、密封盖（12）以及压料伸缩杆（13）；
所述进料管（2）开设在发酵池（1）顶部，其延伸进发酵池（1）部分的管件底端内部设置有环状卡扣件（14），该环状卡扣件（14）由固定在进料管（2）内部的两个圆环（141）构成，两圆环（141）之间留有空隙，下侧的圆环（141）开设有两个缺口（142）；
所述管状连接件（10）固定安装在圆台形压料罩（9）的上端，其直径小于进料管（2），管状连接件（10）的上沿外侧对称设置有两个挡块（15），这两个挡块（15）与环状卡扣件（14）上开设的缺口（142）吻合，两个挡块（15）嵌进对应缺口（142）后旋转即可通过管状连接件（10）将圆台形压料罩（9）与进料管（2）连接，同时，管状连接件（10）的内壁上设有两个对称设置的纵向凹槽（16）和一个与纵向凹槽（16）联通的环状凹槽（17）；
所述压料伸缩杆（13）的底部设置有一个与管状连接件（10）同直径的圆盘，并在该圆盘上对称设置有两个凸块，该两个凸块与管状连接件（10）内壁设置的两个纵向凹槽（16）和环状凹槽（17）匹配，压料伸缩杆（13）下压时，两个凸块沿着两个纵向凹槽（16）下滑，到达环状凹槽（17）后转动，即可将压料伸缩杆（13）、管状连接件（10）和圆台形压料罩（9）连成一体，在人力或机械力的驱动下对发酵池（1）中的物料进行上下挤压，促进液料混合，提高发酵效率；
所述防溅塞（11）套在压料伸缩杆（13）上，防止在压料时沼液溅出；
所述密封盖（12）与进料管（2）内壁间隙配合，在将压料伸缩杆（13）取出后置于进料管（2）最上端；
还包括有沼液外部循环装置，沼液外部循环装置包括排液管（18），以及与排液管（18）联通的储液罐（19），同时在发酵池（1）顶部还设置有沼液回流管（20），储液罐（19）中的沼液通过水泵（21）输送至回流罐，最终进入发酵池（1）中内外层之间的空间中。
2.根据权利要求1所述的秸秆沼气发酵系统，其特征在于，还包括渣液分离回收装置，由渣液分离池（22）和沼液输送管（23）组成，所述渣液分离池（22）为一倾斜的容器，中间设置有带孔的隔离板（24），发酵池（1）中的沼渣从排渣口（4）排出后进入渣液分离池（22），在隔离板（24）的阻挡下，固体沼渣截留在较高的一侧，沼液汇集到较低的一侧，通过沼液输送管（23）送至沼液外部循环装置的储液罐（19）中。
3.根据权利要求1所述的秸秆沼气发酵系统，其特征在于，所述发酵池（1）内层圆柱形隔板（7）上的引流孔（6）顶部设置有向外倾斜的引流罩（25）。
4.根据权利要求1所述的秸秆沼气发酵系统，其特征在于，所述发酵池（1）底部设置有太阳能加热管，通过集热板收集热量提高发酵温度。
5.根据权利要求1所述的秸秆沼气发酵系统，其特征在于，在排液管（18）上设置定时阀门（26），同时在储液罐（19）中设置液位控制器（27），二者均与主控制器（28）相连，到达预定时间，定时阀门（26）打开，将发酵池（1）中的沼液排出至储液罐（19）中，排放特定时间后定时阀门（26）关闭，储液罐（19）中的页面达到特定值后，主控制器（28）控制水泵（21）工作，将沼液输送至回流管中进入发酵池（1）。
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