CN104529120B - U型沼气发酵系统产生沼气的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了U型沼气发酵系统产生沼气的方法，其步骤包括：通过进料管将发酵原料倒入U型发酵管道内并发酵产生沼气，沼气集聚于U型发酵管道内的进料管挡气板和出料管挡气板之间的空间内，沼气占据发酵管道内的空间并挤压发酵管道内的沼液流向进料管和出料管中，并通过出料管排水孔单向流入水压间以及通过进料管排水孔流入水压间内；通过集气管向外部输出发酵管道内存储的沼气时，发酵管道内的沼气气压下降，水压间内存储的沼液通过进料管排水孔回流至发酵管道内，完成沼液的循环流动。

Description

U型沼气发酵系统产生沼气的方法

技术领域

本发明涉及沼气技术领域，特别涉及一种沼气发酵系统。

背景技术

中国沼气起源于20世纪70年代，已有近40年的发展史，经历了三起三落阶段，1971年至1981年为高速发展与回落阶段；1981年至1991为调整与重视科技阶段；1991年至2000年为回升与效益凸显阶段；2001年至2009年为全面提升与快速发展阶段；2009年后又趋于回落。

回顾中国沼气走过起起伏伏的发展历程，我们充分分析了中国沼气（户用）现有存在的问题：1、沼气发酵部分结构不合理，现推广的还是上世纪80年代的池型发酵系统，其进料难、出料难、产气慢；2、农户养殖的逐渐减少，现推广的户用沼气池是针对牲畜粪便设计的，缺少沼气发酵原料后不使用，空池多；3、建池工艺落后，建池难，建池慢，没有发挥产业化效益。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是沼气发酵系统中发酵路线短，沼液自循环效果差，沼液中菌种分布不均匀影响产气率。

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明采用的技术方案是。

U型沼气发酵系统，其包括：进料管、出料管、U型发酵管道，U型发酵管道水平放置，进料管和出料管竖直连接U型发酵管道两端侧，Ｕ型发酵管道上部放置水压间，水压间与进料管连接位置为进料管排水孔，水压间与出料管连接位置为出料管排水孔，U型发酵管道与进料管连接位置处设置一进料管挡气板，U型发酵管道与出料管连接位置处设置一出料管挡气板；Ｕ型发酵管道上设置有集气管，出料管排水孔位置设置有控制发酵管道内的沼液单向流入水压间的单向阀。

上述技术方案相对于现有技术取得的进步和优点在于：不需要手动的搅动沼液，既可以实现沼液的循环流动，并且可以将出料管中富含菌种的沼液流入进料管中，提高系统中的发酵效率，提高产气率。

进一步改进的方案。

水压间顶部采用密封结构，并且水压间顶部连接一排气孔。

进一步改进的方案。

发酵管道上连接有多个集气管，各个集气管之间相互连通；防止其中一个集气管堵塞时，还可以继续向外部输出沼气。

U型沼气发酵系统产生沼气的方法，其步骤包括：

A、通过进料管将发酵原料倒入U型发酵管道内并发酵产生沼气，沼气集聚于U型发酵管道内的进料管挡气板和出料管挡气板之间的空间内，沼气占据发酵管道内的空间并挤压发酵管道内的沼液流向进料管和出料管中，并通过出料管排水孔单向流入水压间以及通过进料管排水孔流入水压间内；

B、通过集气管向外部输出发酵管道内存储的沼气时，发酵管道内的沼气气压下降，水压间内存储的沼液通过进料管排水孔回流至发酵管道内，完成沼液的循环流动；

C、按照上述A、B的方法反复的产生沼气以及使用沼气。

上述的发酵原料可以为动物粪便、秸秆等。

本发明的相对于现有技术取得的优点在于，采用Ｕ型通道式发酵装置，发酵路线长，利用水压差和单向阀的控制，实现沼液在系统内充分流动，并带动菌种的均匀分布，有效防止结壳现象，产气率高，适合规模化生产。

说明书附图

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明的U型发酵池剖面结构示意图。

图3为本发明的进料管与出料管剖面结构示意图。

图4为本发明的布菌管结构示意图。

图中标示为：11、进料管；12、出料管；20、U型发酵管道；22、进料管挡气板；26、出料管挡气板；28、出料管排水孔；30、水压间；32、排气孔；40、集气管；50、排水管；52、布菌管；54、布菌孔。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

如图1-3所示，U型沼气发酵系统，其包括U型发酵管道20、进料管11、出料管12，进料管11和出料管12设置于U型发酵管道20的两端并且相邻放置，U型发酵管道20上部放置水压间30，水压间30与进料管11连接位置为进料管排水孔24，水压间30与出料管12连接位置为出料管排水孔28，U型发酵管道20与进料管11连接位置处设置一进料管挡气板22，U型发酵管道20与出料管12连接位置处设置一出料管挡气板26；牲畜粪便从进料管11倒入U型发酵管道20中进行发酵，沼液须溢过进料管挡气板22和出料管挡气板26，进料管11和出料管12都是敞口设置，所以U型发酵管道20两端侧的液面高度相同；U型发酵管道20内产生沼气时，由于进料管挡气板22和出料管挡气板26的限制作用，沼气不断在进料管挡气板22、出料管挡气板26、沼液液面和U型发酵管道20顶部围合的空间之间集聚，随着沼气气压不断增大并大于室外气压时，沼液会从进料管11和出料管12中上升，并通过进料管排水孔24和出料管排水孔26流入水压间30中。

水压间30的顶部密封并且连接有排气孔32，保持水压间30内气压与外部气压一致，U型发酵管道20两侧直线管道上部分别设置有集气管40，集气管40上设置有阀体，在不使用沼气时关闭阀体；在使用沼气时，打开阀体，U型发酵管道20内的气压降低，水压间30中的沼液回落至U型发酵管道20中。

进料管、出料管、发酵管道以及水压机均可以采用混泥土浇筑或者采用PVC管道连接制成或者采用玻璃钢材料制成。

本发明采用的是U型发酵系统，其发酵路线长，产气效率高，但是上述的基本方案存在一定的弊端，由于发酵路线长，导致U型发酵系统中的菌种分布不均匀，影响产气效率，并且U型管道中沼液流动性差，容易在沼液上层结壳；现有技术中采用增加沼液流动的技术方案是采用手动的方式解决，使得用户使用沼气不方便。

为解决上述存在的技术问题，本发明进一步的改进，提供一种不需要人工操作既可以实现U型发酵系统的沼液充分流动的技术方案，并且提高U型发酵管道内的布菌效果，具体改进的方案如下。

第一种提高沼液流动并促进菌种均匀分布的方案。

出料管排水孔28位置设置有控制发酵管道20内的沼液单向流入水压间30的单向阀，当沼气大量聚集时，进料管11和出料管12中的沼液液面上升，沼液从进料管排水孔24和出料管排水孔28流入水压间30中，出料管12附近含有较多的菌种的沼液流入水压间30中并与从进料管排水孔24流入的只有较少菌种的沼液混合；当沼气从集气管40中排出，使得U型发酵管道20中气压下降时，水压间30中的沼液回流至U型发酵管道20中，由于单向阀的限制，使得水压间30中沼液只能流入进料管11中，完成沼液的循环流动，在此过程中，将含菌量较多的沼液流入了进料管11中，促进菌种的分布均匀，并利用沼液的流动促进发酵原料流入发酵系统内。

上述的促进沼液流动，带动菌种分布均匀的方案，局限于将出料管附近含量较多的菌种流入进料管附近，并且进料管中的发酵原料容易流入水压间内造成堵塞，由于本发明采用的是U型发酵系统，整体沼液流动搅拌效果不明显。

第二种提高沼液流动并促进菌种均匀分布的方案。

在第一种提高沼液流动并促进菌种均匀分布的方案的基础上进行改进，进料管排水孔24上设置有控制水压间中沼液单向流入进料管的单向阀；通过在进料管排水管上增加单向阀，放置发酵原料等杂物流入水压间内，并且发酵管道内的沼液只能通过出料管排水孔单向流入水压间内，可以将更多的富含菌种的沼液带入水压间内，促进菌种均匀分布的效果更加明显。

第三种提高沼液流动并促进菌种均匀分布的方案。

进料管排水孔上设置有控制水压间中沼液单向流入进料管的单向阀，进料管排水孔与水压间的连接位置低于出料管排水孔与水压间的连接位置。

发酵管道内发酵产生沼气并且气压逐步增大，推动发酵管道内的沼液流向进料管和出料管，进料管和出料管中的沼液液面先达到进料管排水孔的最低位置，由于单向阀的控制，使得进料管中的沼液不能流入水压间内，使得进料管和出料管中的沼液液面继续上升并达到出料孔排水孔的最低位置时，并通过出料管排水孔流入水压间内；使用发酵管道内的沼气时，发酵管道内的沼气气压下降，水压间内存储的沼液通过进料管排水孔单向流入进料管以及通过出料管排水孔回流至出料管内，由于进料管排水孔的位置低于出料管排水孔，促使水压间内存储的沼液大部分通过进料管排水管流入进料管，完成沼液的循环流动，并促进菌种的均匀分布。

第四种提高沼液流动并促进菌种均匀分布的方案。

为此，本发明提供更为优化的实施方案，水压间30连接布菌装置，布菌装置由排水管50、U型布菌管52、布菌孔54组成，具体地，水压间30偏离进料管和出料管一端侧连接布菌装置的排水管50，排水管50的另一端侧连接固定于发酵管道内的U型布菌管52，U型布菌管52与发酵管道的形状相适应并延伸至发酵管道内，U型布菌管52上设置有多个竖直方向上的布菌孔54，优选地，布菌孔54在竖直方向上贯穿，可以利用沼液的对流防止发酵管道内的杂物进入管道内造成阻塞。

布菌装置的排水管50可以为多个，并且多个排水管分别安装于发酵管道的多个位置，促进沼液的流动更加显著。

发酵管道内发酵产生沼气，挤压发酵管道管道内的沼液流向进料管、出料管以及布菌装置内，随着发酵管道内的沼气气压增大，进料管、出料管以及布菌装置中的沼液液面不断上升，并通过进料管排水孔、出料管排水孔以及布菌装置的排水管流入水压间内，沼液的流动搅拌性能强，促进菌种的均匀分布效果明显。

第五种提高沼液流动并促进菌种均匀分布的方案。

在第四种提高沼液流动并促进菌种均匀分布的方案的基础上进行改进，进料管排水孔上设置有控制水压间内的沼液单向流入进料管的单向阀，出料管排水孔上设置有控制出料管内的沼液单向流入水压间的单向阀。

发酵管道内发酵产生沼气，随着沼气气压的逐步增大，挤压发酵管道内的沼液分别流向进料管、出料管以及布菌装置内，并从出料管排水孔单向流入水压间以及通过布菌装置的排水管流入水压间内，沼液的流向范围大，对流搅拌效果显著，在流动过程中促进菌种的均匀分布以及促进进料；使用发酵管道内存储的沼气时，发酵管道内的沼气气压下降，水压间内存储的沼液通过进料管排水孔单向流入进料管内以及通过布菌装置的排水管回流至发酵管道内。

其优点在于：发酵管道内的沼液流入水压间内，流动范围大，并且可以将出料管附近富含菌种的沼液均匀分布于发酵系统内,并且水压间内存储的沼液流入进料管中,可以促进发酵原料流入发酵系统内。

第六种提高沼液流动并促进菌种均匀分布的方案。

在第四种提高沼液流动并促进菌种均匀分布的方案基础上进行改进，进料管排水孔上设置有控制水压间内沼液单向流入进料管的单向阀，布菌装置的排水管上设置有控制水压间内沼液单向流入发酵管道的单向阀，出料管排水孔的最低点所在的水平面高于布菌装置的排水管最低点所在的水平面，进料管排水孔位于水压间的最低点位置。

发酵管道内发酵产生沼气并且在发酵管道内积聚，挤压发酵管道内的沼液流向进料管、出料管以及布菌装置内，进料管、出料管以及布菌装置内的沼液液面不断上升并首先达到进料管排水孔的最低位置，在单向阀的控制下，进料管中的沼液不能流入水压间内，使得进料管、出料管以及布菌装置内的沼液液面继续上升，达到出料管排水孔的最低位置时，通过出料管排水孔将出料管中富含菌种的沼液流入水压间内；使用发酵管道内的沼气时，发酵管道内的沼气气压下降，水压间内的沼液通过进料管排水孔以及布菌装置的排水管单向流入发酵管道内，将富含菌种的沼液均匀的分布于发酵系统内，有效促进菌种均匀分布。

第七种提高沼液流动并促进菌种均匀分布的方案。

在第四种提高沼液流动并促进菌种均匀分布的方案基础上进行改进，进料管排水孔上设置有控制水压间内沼液单向流入进料管的单向阀，出料管排水孔上设置有控制出料管中沼液单向流入水压间的单向阀，布菌装置的排水管上设置有控制发酵管道内的沼液单向流入水压间的单向阀；出料管排水孔最低点所在的水平面高于布菌装置的排水管最低点所在的水平面。

发酵管道内发酵产生沼气并在发酵管道内积聚，随着沼气气压的增大，挤压发酵管道内的沼液流向进料管、出料管以及布菌装置内，在单向阀的控制下，发酵管道内的沼液先通过布菌装置的排水管单向流入水压间内，待水压间内的沼液液面达到出料管排水孔的最低位置时，出料管中的沼液再通过出料管排水孔单向流入水压间内；使用发酵管道内的存储的沼气时，发酵管道内的沼气气压下降，水压间内存储的沼液通过进料管排水孔单向流入进料管内，完成沼液的循环流动，水压间内的沼液回流至进料管过程中，将富含菌种的沼液带入进料管内并且流动的沼液促进发酵原料流入发酵系统内，达到促进进料的效果。

第八种提高沼液流动并促进菌种均匀分布的方案。

在第四种提高沼液流动并促进菌种均匀分布的方案基础上进行改进，进料管排水孔上设置有控制水压间内沼液单向流入进料管的单向阀，出料管排水孔上设置有控制出料管中沼液单向流入水压间的单向阀，布菌装置的排水管上设置有控制发酵管道内的沼液单向流入水压间的单向阀；出料管排水孔最低点所在的水平面低于布菌装置的排水管最低点所在的水平面。

发酵管道内发酵产生沼气并在发酵系统内积聚，挤压发酵系统内的沼液流向进料管、出料管以及布菌装置，在单向阀的控制下，发酵管道内的沼液首先通过出料管排水孔单向流入水压间，水压间内的沼液液面不断上升并达到布菌装置的排水管最低位置时，发酵管道内的沼液再通过布菌装置的排水管单向流入水压间内；使用发酵管道内存储的沼气时，发酵管道内的沼气气压下降，水压间内存储的沼液通过进料管排水孔单向流入进料管内，完成沼液的循环流动，将富含菌种的沼液带入进料管内并且流动的沼液促进发酵原料流入发酵系统内，达到促进进料的效果。

第七种提高沼液流动并促进菌种均匀分布的方案（以下简称第七种方案）与第八种提高沼液流动并促进菌种均匀分布的方案（以下简称第八种方案）的侧重点不同，第七种方案侧重于沼液的流动搅拌，通过沼液的流动搅拌促进菌种的均匀分布以及进料，第八种方案侧重于将进料管附近富含菌种的沼液带入水压间内，水压间内的沼液回流过程中，将富含菌种的沼液带入进料管内，提高整个系统的发酵效率。

第九种提高沼液流动并促进菌种均匀分布的方案。

在第四种提高沼液流动并促进菌种均匀分布的方案基础上进行改进，进料管排水孔上设置有控制水压间内沼液单向流入进料管的单向阀，出料管排水孔上设置有控制出料管中沼液单向流入水压间的单向阀，布菌装置的排水管上设置有控制水压间内沼液单向流入发酵管道的单向阀。

发酵管道内发酵产生沼气并在发酵系统内积聚，挤压发酵系统内的沼液流向进料管、出料管以及布菌装置，在单向阀的控制下，发酵管道内的沼液只能通过出料管排水管单向流入水压间内，并将出料管附近富含菌种的沼液带入水压间内；使用发酵管道内存储的沼气时，发酵管道内沼气气压下降，水压间内存储的沼液分别通过进料管排水孔以及通过布菌装置的排水管单向流入至发酵管道内，从而完成沼液的循环流动；在沼液的循环流动过程中，促进了菌种的均匀分布以及促进进料管附近的发酵原料深入发酵系统内，提高整个发酵系统的发酵效率。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本发明中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或者范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限定于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.U型沼气发酵系统产生沼气的方法，其步骤包括：

A、通过进料管将发酵原料倒入U型发酵管道内并发酵产生沼气，沼气集聚于U型发酵管道内的进料管挡气板和出料管挡气板之间的空间内，沼气占据发酵管道内的空间并挤压发酵管道内的沼液流向进料管、出料管、布菌装置，所述的布菌装置连接于水压间，布菌装置由排水管、U型布菌管、布菌孔组成，水压间偏离进料管和出料管一端侧连接布菌装置的排水管，排水管的另一端侧连接固定于发酵管道内的U型布菌管，U型布菌管与发酵管道的形状相适应并延伸至发酵管道内，U型布菌管上设置有多个竖直方向上的布菌孔；使得发酵管道内沼液通过出料管排水孔单向流入水压间以及通过进料管排水孔、布菌装置的排水管流入水压间内；

B、通过集气管向外部输出发酵管道内存储的沼气时，发酵管道内的沼气气压下降，水压间内存储的沼液通过进料管排水孔、布菌装置的排水管回流至发酵管道内，完成沼液的循环流动；

C、按照上述A、B的方法反复的产生沼气以及使用沼气。

2.根据权利要求1所述的U型沼气发酵系统产生沼气的方法，发酵原料为动物粪便或秸秆。