CN104694386B - 一种地面膜覆盖干法厌氧堆肥发酵系统及使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种地面膜覆盖干法厌氧堆肥发酵系统及使用方法，属于有机固体废弃物资源化利用领域，特别是涉及到一种利用密封硬化地面膜覆盖、水封法密封、覆膜车铺卷膜以及曝气技术，适用于大规模厌氧堆肥制取沼气和生物有机肥。本发明包括有沼气泵、密封硬化地面、立墙、渗液槽、水封槽、锁膜钩、柔性膜、进气管、曝气管、储气管、排空管、挡板、排液池、排液管、水封筒、截止阀Ⅰ、截止阀Ⅱ、截止阀Ⅲ、截止阀Ⅳ、覆膜车和温度传感器。本发明建设成本低；粪便无害化处理能力强；运行操作简单；密封安全可靠；物料传热性、透气性好，有利于产气率的提高。

Description

一种地面膜覆盖干法厌氧堆肥发酵系统及使用方法
技术领域
本发明属于有机固体废弃物资源化利用领域，特别是涉及到一种地面膜覆盖干法厌氧堆肥发酵系统及使用方法。
背景技术
我国每年农业有机固体废弃物产出量巨大，而且大部分都没有得到很好的处理和利用，造成了严重的环境污染，从而导致了自然生态的恶化。同时，我国农村又面临一次性能源短缺的现状，两者之间的矛盾日益显著。应用干法厌氧堆肥技术处理有机固体废弃物，将二者之间的问题有效地转化为可持续发展的产业行为。即将有机固体废弃物转化成清洁能源沼气和优质生物有机肥料，使废弃物得到资源化利用，促进农村节能减排，改善能源消费结构，提高农民生活质量，加快生态农业发展，综合效益显著。
现有的干法厌氧堆肥技术主要是德国的车库式干法厌氧堆肥技术和中国的覆膜槽干法厌氧堆肥技；详见专利号：CN200510082723.1。德国的车库式干法厌氧堆肥技术反应器围墙及顶面采用混凝土结构，入口采用高精密液压密封门，工程建设成本高；产气结束时，反应器内残留沼气难以排空，存在安全隐患。中国的覆膜槽干法厌氧堆肥技术反应器建设在日光温室内，能够直接吸收太阳热能，减少产气耗能，但建设成本也较高，而且反应器受结构限制，单体反应器处理能力有限，物料传热效果不好，池容产气率低。
因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有干法厌氧堆肥技术中存在工程建设成本高、处理能力有限、物料传热效果差等问题，提供一种适于畜禽养殖粪便及农作物秸秆等农业有机固体废弃物干法厌氧堆肥发酵系统。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案提供一种地面膜覆盖干法厌氧堆肥发酵系统，包括沼气泵、密封硬化地面、立墙、渗液槽、水封槽、锁膜钩、柔性膜、进气管、曝气管、储气管、排空管、挡板、排液池、排液管、水封筒、截止阀Ⅰ、截止阀Ⅱ、截止阀Ⅲ、截止阀Ⅳ、覆膜车、温度传感器，所述沼气泵的吸气口与进气管连接，沼气泵的出气口分别与曝气管、储气管和排空管连接；所述密封硬化地面的横截面形状为矩形，密封硬化地面的四个边中的一边上部设置有立墙，另外三个边的边缘内部5cm～15cm处设置有渗液槽，距密封硬化地面的外边缘5cm～15cm处设置有水封槽；所述立墙上设置有温度传感器；所述水封槽的槽口顶部所在平面在密封硬化地面顶部所在平面的下部；所述锁膜钩通过铰链固定在水封槽的内底面上；所述柔性膜包裹在密封硬化地面的外部，柔性膜的边缘设置有孔，且柔性膜与锁膜钩通过孔连接；所述进气管的一端与沼气泵连接，另一端位于立墙的上部，进气管上设置有截止阀Ⅰ；所述曝气管铺设在密封硬化地面上部，且与沼气泵的出气口连接，曝气管上设置有截止阀Ⅱ；所述储气管上设置有截止阀Ⅲ；所述排空管上设置有截止阀Ⅳ；所述挡板活动设置在水封槽的上部；所述排液池位于与立墙相对一侧的密封硬化地面的边缘外部，并且排液池位于水封槽的外部；所述排液管的一端与渗液槽连接，排液管的另一端管口处设置有水封筒，排液管通过水封筒与排液池连接；所述覆膜车跨越在密封硬化地面上。
所述密封硬化地面和水封槽均由三层结构组成，第一层为硬化结构层、第二层为次密封层和第三层为密封层。
一种地面膜覆盖干法厌氧堆肥发酵系统的使用方法，包括以下操作步骤：
步骤一、将挡板盖于水封槽上面，利用工程机械将发酵物料在密封硬化地面上堆放成条垛，进行好氧发酵，其中发酵物料的干物质浓度为20％～40％；
步骤二、关闭截止阀Ⅲ和截止阀Ⅳ，打开截止阀Ⅰ和截止阀Ⅱ，每隔7～8个小时启动/关闭沼气泵对发酵物料进行曝气，每次曝气时间25～30分钟，在曝气过程中，空气通过进气管吸入，经沼气泵输出到曝气管内，输出压力为60kPa，空气经曝气管通入发酵物料内，空气穿透料层，利用温度传感器测量料层温度，物料温度增至45℃～50℃后喷入沼液进行接种；
步骤三、利用覆膜车将柔性膜覆盖在料堆及密封硬化地面上，并挂好锁膜钩，将水封槽内注满水，进行厌氧堆肥生产沼气和生物肥料；
步骤四、厌氧发酵初期，利用沼气泵将每天产生的杂气通过排空管排空，直到产生沼气中甲烷含量达到55％或55％以上；
步骤五、利用沼气泵将所述步骤四结束后产生的沼气抽出并储存在储气柜中；
步骤六、所述步骤五结束后，将由密封硬化地面及柔性膜构成的封闭空间内的沼气抽空，关闭截止阀Ⅲ，将水封槽内的水排出，使空气自然进入由密封硬化地面及柔性膜构成的封闭空间内，利用沼气报警仪测试封闭空间，当甲烷含量小于0.4％时为测量值达到安全值，利用覆膜车将柔性膜卷起；
步骤七、对沼气发酵残余物重复所述步骤二操作流程，利用沼气泵通过进气管吸入空气，经曝气管从发酵物料底部通入进行曝气，曝气管内输入压力为60kPa，直至有机物降解率达到70％以上出料。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：
第一，采用上述设计的地面膜覆盖干法厌氧堆肥发酵系统只有密封硬化地面及水封槽为钢筋混凝土结构，并需要做“三灰四浆”及高分子密封材料涂刷防渗漏密封处理外，其它墙体为红砖砌成，建造容易，建设成本低。
第二，采用覆膜车铺卷膜，按钮操作，铺膜、卷膜容易，单体密封硬化地面扩大容易，并且覆膜车可以供多场地使用，工程规模扩大容易。
第三，水封法密封，用覆膜车将柔性膜覆盖在密封硬化地面上，用锁膜钩将柔性膜锁好，水封槽注满水即可实现密封，密封操作简单。
第四，柔性膜与密封硬化地面构成的密封空间可直观判断密封空间内气体的产生及排出情况，避免安全事故发生。
第五，密封硬化地面上面铺设曝气管，利用沼气泵增压，可促进物料传热、透气。
第六，密封硬化地面膜覆盖方式便于采用条垛干法厌氧堆肥，可利用工程机械进出料，进出料方便。
第七，沼气泵可以实现曝气、储气、排气一机多项工作，设备投资少。
第八，密封硬化地面前侧的渗液槽通过排液管、水封筒与排液池连通，便于渗出的液体排出，防止渗液溢出造成水封槽内水污染。
第九，立墙上安装的温度传感器便于测量料层温度，时时观察料层温度变化。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
图1为本发明地面膜覆盖干法厌氧堆肥发酵系统结构示意图。
图2为本发明地面膜覆盖干法厌氧堆肥发酵系统结构局部放大图。
图3为本发明地面膜覆盖干法厌氧堆肥发酵系统结构投影图。
图4为本发明地面膜覆盖干法厌氧堆肥发酵系统结构局部剖视图。
图中1-沼气泵、2-密封硬化地面、3-立墙、4-渗液槽、5-水封槽、6-锁膜钩、7-柔性膜、8-进气管、9-曝气管、10-储气管、11-排空管、12-挡板、13-排液池、14-排液管、15-水封筒、16-截止阀Ⅰ、17-截止阀Ⅱ、18-截止阀Ⅲ、19-截止阀Ⅳ、20-覆膜车、21-温度传感器、22-硬化结构层、23-次密封层、24-密封层。
具体实施方式
如图所示，本发明一种地面膜覆盖干法厌氧堆肥发酵系统，包括沼气泵1、密封硬化地面2、立墙3、渗液槽4、水封槽5、锁膜钩6、柔性膜7、进气管8、曝气管9、储气管10、排空管11、挡板12、排液池13、排液管14、水封筒15、截止阀Ⅰ16、截止阀Ⅱ17、截止阀Ⅲ18、截止阀Ⅳ19、覆膜车20、温度传感器21，所述沼气泵1的吸气口与进气管8连接，沼气泵1的出气口分别与曝气管9、储气管10和排空管11连接；所述密封硬化地面2的横截面形状为矩形，密封硬化地面2的四个边中的一边上部设置有立墙3，另外三个边的边缘内部5cm～15cm处设置有渗液槽4，距密封硬化地面2的外边缘5cm～15cm处设置有水封槽5；所述立墙3上设置有温度传感器21；所述水封槽5的槽口顶部所在平面在密封硬化地面2顶部所在平面的下部；所述锁膜钩6通过铰链固定在水封槽5的内底面上；所述柔性膜7包裹在密封硬化地面2的外部，柔性膜7的边缘设置有孔，且柔性膜7与锁膜钩6通过孔连接；所述进气管8的一端与沼气泵1连接，另一端位于立墙3的上部，进气管8上设置有截止阀Ⅰ16；所述曝气管9铺设在密封硬化地面2上部，且与沼气泵1的出气口连接，曝气管9上设置有截止阀Ⅱ17；所述储气管10上设置有截止阀Ⅲ18；所述排空管11上设置有截止阀Ⅳ19；所述挡板12活动设置在水封槽5的上部；所述排液池13位于与立墙3相对一侧的密封硬化地面2的边缘外部，并且排液池13位于水封槽5的外部；所述排液管14的一端与渗液槽4连接，排液管14的另一端管口处设置有水封筒15，排液管14通过水封筒15与排液池13连接；所述覆膜车20跨越在密封硬化地面2上。
所述密封硬化地面2和水封槽5均由三层结构组成，第一层为硬化结构层22、第二层为次密封层23和第三层为密封层24，所述硬化结构层22由钢筋混凝土基板构成；所述次密封层23由按GB4752-84“三灰四浆”工作法施工的水泥砂浆层构成；所述密封层24由高分子密封材料涂刷构成。
一种地面膜覆盖干法厌氧堆肥发酵系统的使用方法，其特征是：
包括以下操作步骤
步骤一、将挡板12盖于水封槽5上面，利用工程机械将发酵物料在密封硬化地面2上堆放成条垛，进行好氧发酵，其中发酵物料的干物质浓度为20％～40％；
步骤二、关闭截止阀Ⅲ18和截止阀Ⅳ19，打开截止阀Ⅰ16和截止阀Ⅱ17，每隔7～8个小时启动/关闭沼气泵1对发酵物料进行曝气，每次曝气时间25～30分钟，在曝气过程中，空气通过进气管8吸入，经沼气泵1输出到曝气管9内，输出压力为60kPa，空气经曝气管9通入发酵物料内，空气穿透料层，利用温度传感器测量料层温度，物料温度增至45℃～50℃后喷入沼液进行接种；
步骤三、利用覆膜车20将柔性膜7覆盖在料堆及密封硬化地面2上，并挂好锁膜钩6，将水封槽5内注满水，进行厌氧堆肥生产沼气和生物肥料；
步骤四、厌氧发酵初期，利用沼气泵1将每天产生的杂气通过排空管11排空，直到产生沼气中甲烷含量达到55％或55％以上；
步骤五、利用沼气泵1将所述步骤四结束后产生的沼气抽出并储存在储气柜中；
步骤六、所述步骤五结束后，将由密封硬化地面2及柔性膜7构成的封闭空间内的沼气抽空，关闭截止阀Ⅲ18，将水封槽5内的水排出，使空气自然进入由密封硬化地面2及柔性膜7构成的封闭空间内，利用沼气报警仪测试封闭空间，当甲烷含量小于0.4％时为测量值达到安全值，利用覆膜车20将柔性膜7卷起；
步骤七、对沼气发酵残余物重复所述步骤二操作流程，利用沼气泵1通过进气管8吸入空气，经曝气管9从发酵物料底部通入进行曝气，曝气管9内输入压力为60kPa，直至有机物降解率达到70％以上出料。
社会效益：
本发明可以很好地处理畜禽粪便和农作物秸秆等农业有机物固体废弃物，同时生产沼气和绿色有机肥。沼气可作为生产和生活用能，即可节约燃煤，又可减少排入大气污染物SO2、烟尘等；绿色有机肥出售给周边农民，用来种菜、种粮食，既可减少病虫害，改良土壤，又可生产绿色有机食品，为农民带来很好的经济效益；畜禽粪便、农作物秸秆等有机固体废弃物经有效处理后可大大减少其对地表水、地下水、大气环境的污染以及微生物污染等，提高农村及城市环境质量。
总之，利用本发明即能无害化处理畜禽粪便及农作物秸秆，又可实现废弃物资源化利用，对保护农村环境，改善能源结构，有效利用资源，延伸产业链条，增加农民收入具有现实意义，是建设社会主义新农村的一项重要举措，社会效益显著。

Claims (3)

1.一种地面膜覆盖干法厌氧堆肥发酵系统，其特征是：包括沼气泵(1)、密封硬化地面(2)、立墙(3)、渗液槽(4)、水封槽(5)、锁膜钩(6)、柔性膜(7)、进气管(8)、曝气管(9)、储气管(10)、排空管(11)、挡板(12)、排液池(13)、排液管(14)、水封筒(15)、截止阀Ⅰ(16)、截止阀Ⅱ(17)、截止阀Ⅲ(18)、截止阀Ⅳ(19)、覆膜车(20)、温度传感器(21)，所述沼气泵(1)的吸气口与进气管(8)连接，沼气泵(1)的出气口分别与曝气管(9)、储气管(10)和排空管(11)连接；所述密封硬化地面(2)的横截面形状为矩形，密封硬化地面(2)的四个边中的一边上部设置有立墙(3)，另外三个边的边缘内部5cm～15cm处设置有渗液槽(4)，距密封硬化地面(2)的外边缘5cm～15cm处设置有水封槽(5)；所述立墙(3)上设置有温度传感器(21)；所述水封槽(5)的槽口顶部所在平面在密封硬化地面(2)顶部所在平面的下部；所述锁膜钩(6)通过铰链固定在水封槽(5)的内底面上；所述柔性膜(7)包裹在密封硬化地面(2)的外部，柔性膜(7)的边缘设置有孔，且柔性膜(7)与锁膜钩(6)通过孔连接；所述进气管(8)的一端与沼气泵(1)连接，另一端位于立墙(3)的上部，进气管(8)上设置有截止阀Ⅰ(16)；所述曝气管(9)铺设在密封硬化地面(2)上部，且与沼气泵(1)的出气口连接，曝气管(9)上设置有截止阀Ⅱ(17)；所述储气管(10)上设置有截止阀Ⅲ(18)；所述排空管(11)上设置有截止阀Ⅳ(19)；所述挡板(12)活动设置在水封槽(5)的上部；所述排液池(13)位于与立墙(3)相对一侧的密封硬化地面(2)的边缘外部，并且排液池(13)位于水封槽(5)的外部；所述排液管(14)的一端与渗液槽(4)连接，排液管(14)的另一端管口处设置有水封筒(15)，排液管(14)通过水封筒(15)与排液池(13)连接；所述覆膜车(20)跨越在密封硬化地面(2)上。
2.根据权利要求1所述的一种地面膜覆盖干法厌氧堆肥发酵系统，其特征是：所述密封硬化地面(2)和水封槽(5)均由三层结构组成，第一层为硬化结构层(22)、第二层为次密封层(23)和第三层为密封层(24)。
3.一种地面膜覆盖干法厌氧堆肥发酵系统的使用方法，该使用方法采用如权利要求1或2所述的地面膜覆盖干法厌氧堆肥发酵系统，其特征是：包括以下操作步骤
步骤一、将挡板(12)盖于水封槽(5)上面，利用工程机械将发酵物料在密封硬化地面(2)上堆放成条垛，进行好氧发酵，其中发酵物料的干物质浓度为20％～40％；
步骤二、关闭截止阀Ⅲ(18)和截止阀Ⅳ(19)，打开截止阀Ⅰ(16)和截止阀Ⅱ(17)，每隔7～8个小时启动/关闭沼气泵(1)对发酵物料进行曝气，每次曝气时间25～30分钟，在曝气过程中，空气通过进气管(8)吸入，经沼气泵(1)输出到曝气管(9)内，输出压力为60kPa，空气经曝气管(9)通入发酵物料内，空气穿透料层，利用温度传感器测量料层温度，物料温度增至45℃～50℃后喷入沼液进行接种；
步骤三、利用覆膜车(20)将柔性膜(7)覆盖在料堆及密封硬化地面(2)上，并挂好锁膜钩(6)，将水封槽(5)内注满水，进行厌氧堆肥生产沼气和生物肥料；
步骤四、厌氧发酵初期，利用沼气泵(1)将每天产生的杂气通过排空管(11)排空，直到产生沼气中甲烷含量达到55％或55％以上；
步骤五、利用沼气泵(1)将所述步骤四结束后产生的沼气抽出并储存在储气柜中；
步骤六、所述步骤五结束后，将由密封硬化地面(2)及柔性膜(7)构成的封闭空间内的沼气抽空，关闭截止阀Ⅲ(18)，将水封槽(5)内的水排出，使空气自然进入由密封硬化地面(2)及柔性膜(7)构成的封闭空间内，利用沼气报警仪测试封闭空间，当甲烷含量小于0.4％时为测量值达到安全值，利用覆膜车(20)将柔性膜(7)卷起；
步骤七、对沼气发酵残余物重复所述步骤二操作流程，利用沼气泵(1)通过进气管(8)吸入空气，经曝气管(9)从发酵物料底部通入进行曝气，曝气管(9)内输入压力为60kPa，直至有机物降解率达到70％以上出料。
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