CN105087655B - 一种简便沼气发酵方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种简便沼气发酵装置，它主要包括底箱、发酵袋、发酵袋底座和管路；所述的底箱是由底面和垂直于底面的四个侧面构成的顶部开放的可拆装箱体；所述的发酵袋为置于底箱内的多层结构，由外到内的各层依次为地袋、天袋和框架；所述的地袋开口向上并于底部设置发酵袋底座；所述的管路包括气管和水管；所述的框架内部用于放置发酵物料；所述的天袋和地袋采用不易腐蚀且易随压力变化产生形变的材料。本发明所述的装置可随时拆装，不长期占用土地，投入成本大幅度降低，并使沼气发酵料的填装和沼渣的拆卸操作和沼气输送更加简单易行，本发明还提供了使用所述装置的沼气发生方法。

Description

一种简便沼气发酵方法和装置

技术领域

本发明涉及一种沼气干法发酵方法及其发酵装置，属于沼气生产技术和沼气发酵装备领域。

背景技术

利用可再生农林废弃物开发生物质能源，是当前新能源产业开发的热点。但在实际生产应用中，遇到的困难是农林废弃物资源高度分散、收集难度大、运输效率低、季节过于集中、投入资金大、运行成本高，导致生物质能源产业无法实现盈利。因此，必须考虑一种降低大规模秸秆收集成本消耗的方法，用好生物质资源转化生物质能源的同时，还能实现盈利，从而维持产业可持续发展。

为了破解这一难题，本研究小组在“一种植物茎叶大型产业化综合处理和利用方法及装置(ZL200910250280.0)”的发明方案中，提出了转变大规模集约化的转化方式，以分散就地处理的原则，将农林废弃物原地转化沼气，采用管网系统，收集、输送需要的沼气至加工厂，沼渣则作为有机肥就地还田，改变大批量低效率的运输原料和废料形式，采用方便高效易行的管道输送半成品气体，从而实现低成本高效率大规模生产车用沼气的分布式管网相连的集成方法。

同时，还在“车载沼气冷冻分离机”(ZL201010281938.7)发明方案中，进一步转变思路，将沼气加工装置转变为移动装置，使之变为流动工厂，开发出一种车载型沼气液化分离装置，能够随车移动，在产地就地冷冻、液化、分离、提纯、灌装，进一步降低大规模沼气转化车用燃料的成本，使上述系列难题迎刃而解。

以上生产模式的组合，可以归纳为“分布联网+流动加工”模式。在这一沼气转化车用燃气系统中，还有一个环节需要完善，就是沼气发酵方式和装备还需在现有成熟的农村沼气生产模式的基础上，还需进一步简化操作，降低成本，为分布联网式大规模沼气转化，创造更多的产业化基础。

沼气发酵工艺有湿法和干法之分。我国农村普及的沼气发酵工艺，主要为湿法发酵。近十几年干法发酵也在逐步推广。两者优缺点如下：

沼气厌氧处理分为常规型、污泥滞留型、附着膜型和干法发酵型四种：

(1)常规型消化器包括常规消化器(也称常规沼气池)、完全混合式消化器(也称高效消化器)和塞流式消化器(也称推流式消化器)。

(2)污泥滞留型消化器包括厌氧接触工艺、升流式固体反应器(USR)、升流式厌氧污泥床反应器(UASB)、折流式反应器等。

(3)附膜型反应器包括厌氧滤器(AF)、流化床(FBR)和膨胀床(EBR)等。

(4)干法发酵型，包括间歇式干法发酵和连续式干法发酵。

目前国内塞流式消化器和UASB两种工艺主要在养殖场应用最多。塞流式消化器工艺可使养殖场粪水全部进行厌氧处理，优点是处理量大，浓度高，产沼气量多，节能降耗，结构简单，便于管理，易起动，运行费用低，适用于高SS的废水处理，特别是猪牛粪的消化。缺点是消化器容积大，投资多，后处理麻烦。一般适宜于以产沼气为主，有使用水肥习惯的地区，出水CODcr一般在1200mg/L，需配合稳定塘等工艺进一步净化处理。UASB是先将粪水进行分离，进水浓度TS为6％左右，发挥UASB反应器的优点，改善运行效果，优点是需消化器容积小，投资少，处理效果好。缺点是产沼气量相对较少，起动慢，管理和结构复杂，运行费用高，一般适宜于要求废水达标排放，减少环境污染之处。

本项目采用间歇式干法发酵。该工艺和装备，上世纪90年代末，在德国通过中试。2002年生产出工业级装备并投入实际运行。新型的间歇式干法沼气发酵技术比起传统的湿法技术有下述优点：

自耗能低 冬季仅耗用自身产生的能量10-15％。而湿法要耗用30％左右的能量，在北方寒冷地区冬季甚至会达到45％，因而大大限制了沼气技术在北方寒冷地区的推广。

节省成本 可以直接处理农作物秸秆和城市垃圾等固体可发酵有机物，大大节省了预处理成本。

省力省工 由于没有搅拌器和管道，发酵不受干扰物质如塑料、木块、沙石等的影响，因而不需花费人力和设备将其在发酵前检出。

可靠性高 在发酵罐/室中没有搅拌器等运动部件，因此系统的可靠性很高。

出气率高 沼气质量高(含硫量远低于湿法沼气，只有50-300ppm，可以不经洗气直接供沼气发动机使用)，发酵物出气率高。

建筑费低 发酵室为地面车库型不透气混凝土结构，底部管道暖气供热，因而土建费用很低。

操作简易 发酵室为模块化结构，易扩展。

适用大型 建设和运营成本随规模增长很慢，占地省，适于建设年处理可发酵垃圾一万吨以上、年产沼气100万立方米以上大型沼气工程。

通用性强 进料出料可使用通用的装载机等工程机械，设备效率高，通用性强。

方便产后处理 因为发酵剩余物无湿法发酵的沼液，所以不用脱水处理，发酵剩余物经简单的过筛和短时间的堆肥即可用作园林肥料或农作物肥料，因而存储和后处理费用低，价值高。

无污水排放 耗水量比起湿法大大降低，几乎没有污水排放，大大节省了水费和污水处理费。

由于上述的原因，间歇式干法沼气是一项新型高技术。但用于分布联网式沼气生产模式，意味着需要在广阔的田野上建若干发酵室。而现有干法发酵室一般采用敞开的水泥池做室底，上加密封盖建成，一般要长期占用土地供使用。如此一方面在大片基本农田上占用土地建长期建筑物不符合基本农田保护国策，无法报批，另一方面设施投入成本大，也不方便随时随地就地拆装。因此，我们希望有一种更加简便的操作方案和发酵装置，以大幅度降低设施建设成本，且不长期占用土地，可根据农业生产季节更替随时拆装。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种简易的沼气发生操作方式和简便的沼气发酵装置，从而使沼气干法发酵装置可随时拆装，不长期占用土地，投入成本大幅度降低，并使沼气发酵料的填装和沼渣的拆卸操作和沼气输送更加简单易行，从而为农林废弃物车用沼气产业可持续发展提供高效盈利的新模式。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

首先，提供一种简便的沼气发酵装置，它主要包括底箱、发酵袋、发酵袋底座和管路；所述的底箱是由底面和垂直于底面的四个侧面构成的顶部开放的可拆装箱体，底面和四个侧面之间非固定连接；所述的发酵袋为置于底箱内的多层结构，由外到内的各层依次为地袋、天袋和框架；所述的地袋与天袋均为有一开口的袋状物；所述的地袋开口向上并于底部设置发酵袋底座，所述的发酵袋底座包括顶板和底板，顶板和底板间通过立柱连接并留有空隙，顶板上表面边缘开有若干盲孔和两个通孔；所述的天袋开口向下倒扣在地袋内部，且袋口与发酵袋底座的顶板边缘连接；所述的框架设置在天袋内，由若干竖直支柱和水平连杆构成，所述的竖直支柱底部插接在所述的发酵袋底座顶板上表面的盲孔内，所述的水平连杆将竖直支柱连接，共同构成纵横交错的围栏式框架，框架内部空间用于盛放发酵物料；所述的管路包括气管和水管，所述的气管大体呈“U”形，一部分在天袋与地袋之间竖直向上设置且端头与地袋高度相同，另一部分经发酵袋底座的顶、底板间的空隙穿入顶板的某一通孔后进入天袋内部并竖直向上到达天袋顶部；所述的水管一部分在天袋与地袋之间竖直向上设置且端头与地袋高度相同，另一部分经发酵袋底座的顶、底板间的空隙穿入顶板的另一通孔后进入天袋内部且端头位于发酵袋底座上方附近；所述的天袋和地袋采用不易腐蚀且易随压力变化产生形变的材料。

本发明优选的沼气发酵装置中，所述的底箱底面和四个侧面之间采用活动栓扣或插销结构连接。

本发明优选的沼气发酵装置中，所述的天袋开口边缘间隔开孔，所述的发酵袋底座顶板边缘间隔设有凸起结构分别对应穿入天袋开口边缘的开孔，实现天袋在发酵袋底座上的固定。

本发明优选的沼气发酵装置中，所述的地袋开口边缘设有扎紧结构；例如可以在地袋开口边缘间隔开孔，并在圆孔间穿行绳索，用以扎紧地袋开口，实现发酵袋的固定。

本发明优选的沼气发酵装置中，所述的发酵袋底座顶板上的两个通孔处于某一盲孔两侧，所述的气管和水管处于天袋内部的部分与框架的竖直支柱绑定以增加稳定性。

本发明优选的沼气发酵装置中，所述的气管和水管处于天袋外部的部分，在端头设置球阀，分别用来控制天袋内沼气的排放和天袋和地袋之间密封水面高度。

所述的气管和水管处于天袋外部的部分，进一步设有与外部沼气输排管道和输水管相连接的弯头结构。

本发明优选的沼气发酵装置中，所述的天袋材质采用厚0.5mm至1.8mm的红泥PVC夹网复合膜或者厚0.8mm至1.4mm的高强工业聚酯夹网布；所述的地袋采用厚0.8mm至1.8mm的红泥PVC夹网复合膜或者厚1.0mm至1.4mm的高强工业聚酯夹网布。

本发明优选的沼气发酵装置中，进一步包括一个包裹在底箱和发酵袋外面的可拆式帆布保护罩，主要起到防护作用，避免发酵袋遭受风吹日晒，延迟设备使用年限。

本发明优选的沼气发酵装置中，进一步外设体积为发酵袋的1至3倍的气包，用于临时储存沼气；所述的气包一侧安装1个软管用于进气和排气，并在软管上安装1个阀门用于控制气包内沼气的进出，软管远离气包的一端分出两支，一支与所述的发酵装置气管相连，另一支通过一个阀门与分布式管网输气管道相连。所述的气包材质所述的地袋和天袋类似或相同。

在此基础上，本发明进一步提供一种简便的沼气发生方法，运用上述简便沼气发酵装置，主要包括以下步骤：

1)将植物性有机质来源粉碎、堆放至开始腐烂、发热后掺入可提供发酵微生物的物料、氮-磷-钾复合肥料和pH调节剂，得到发酵料；将发酵料加水调节至水含量65～70％，混合均匀堆放数日，直至pH达到7后装入网袋中，得到网袋包裹的发酵物料；

2)将步骤1)得到的网袋包裹的发酵物料放入本发明所述的简便沼气发酵装置内部框架内，将安装好的简便沼气发酵装置放置在平整地面，关闭所述的气管，开通所述的水管向发酵装置内注水，直到水面达到地袋口边缘停止注水，开始发酵；

3)发酵60～90天，其间始终保持装置中水面处于地袋口高度的2/3以上；当天袋开始鼓胀时打开通气管试火，试火成功后将气体通过连接管道排入外部输送或储存装置作为能源利用。

本发明优选的沼气发生方法中，步骤1)所述的植物性有机质来源是散布在广阔田野上和森林下的秸秆、杂草、枝桠、落叶等农林废弃物，优选就地取材后将各种农林废弃物粉碎至2cm至5cm以下的丝状，堆放成2m×3m×5m的料堆。

本发明优选的沼气发生方法中，步骤1)所述的可提供发酵微生物的物料是牛粪、塘泥或者是发酵产生沼气后的沼渣；氮-磷-钾复合肥料由尿素和磷酸二氢钾以2～6:1的重量比组成；所述的pH调节剂为石灰。

本发明优选的沼气发生方法中，步骤1)所述的网袋是耐腐蚀的尼龙网袋。

对本发明的沼气发酵装置工作基本原理阐述如下：

沼气发酵为厌氧发酵。因此，沼气发酵装置的关键是发酵装置的密封，为厌氧发酵创造条件。本发明采用水密封原理实现装置的密封，但关键是问题是发酵袋天袋和地袋之间并无焊接。其密封仅依靠水密封，还不够稳妥。本发明的优选方案中运用了PVC袋等柔软特性和水压作用的原理，实现了发酵袋的密封。主要原理是，发酵袋地袋的底为密封底，可以承载向地袋注入的水。其所承载的水面没过天袋下敞口时，已经对天袋内的空间已起到隔绝空气的作用。当向天袋内注水后，随着水面升高，水体对天袋内侧的膜水压逐渐增大。在内侧水压的挤压下，天袋的膜向外扩张，同时也推挤地袋膜扩张。但地袋膜外侧受到框架护栏或护板的限制，不能向外继续扩张，因此天袋外侧与地袋内侧贴合。当天袋内的发酵料发酵产生沼气后，袋内气压增大，更加强这种贴合作用。天袋和地袋膜的贴合，关闭了外界空气进入发酵袋内的通道。为发酵袋内厌氧发酵，创造了条件。

本发明提出的农林废弃物沼气生产简便方法和装置，具有以下优越性：

1、便于携带和随时随地拆装。一个5m³的发酵袋，所有材料才分整理后，只需0.5m³的存放体积，不占空间，便于携带，使用灵活方便。与水泥池和钢制罐相比，其灵活便利的优越性十分明显。

2、使用本发明的简便发酵装置，无需占用农田，建永久性的建筑物，可在广阔的田野上和林下，根据农林生产的季节更替，随地搭建，随时拆移。为农林废弃物大规模转化沼气，提供了十分便利的基础设施条件。

3、发酵袋材质采用红泥加网PVC材料和高强工业聚酯夹网布焊接而成，材料的密闭性足以满足沼气生产需要。同时，这些材料经久耐用，稍加保护，可使用5至10年。材料容易获得，稍有损伤，可以及时修补，延长使用年限。

5、网袋包装的袋装发酵料装载操作十分简便，可大幅度降低人工劳动强度，节省劳动成本。

4、设施成本造价低廉，相同体积的发酵装置，近为水泥或钢制罐的1/5到1/10，大幅度降低了沼气生产设施成本。

总之，本发明所述的沼气发生方法简便易行，使用的沼气发酵装置可以比现有技术中的沼气发酵室、发酵池等设施小很多，而且易拆易建而不必拘泥于固定建筑形式，因此最大限度地降低了土地的占用，非常适合在农业、畜牧业或林业生产的地区推广应用。例如可以在广阔的田野上或者林下，分割成的多个区域内分布若干管网相连的本发明的沼气发酵装置。每一区域的沼气发酵装置既可以和一个临时储气袋相连，也可以让各沼气发酵装置通过管网与管网系统总的储气柜连接。将管网系统中已充满沼气的储气袋与输气管道相连的阀门打开，同时打开输气官网中储气柜的输气泵，将储气袋的沼气输送到入储气柜。这样最终可以将从多个区域的沼气发酵装置收集来的沼气能源集中输送，实现农村清洁能源的利用。

附图说明

图1是实施例1所述的沼气发酵装置的底箱结构示意图。

图2是实施例1所述的沼气发酵装置的天袋结构示意图。

图3是实施例1所述的沼气发酵装置的地袋结构示意图。

图4是实施例1所述的沼气发酵装置的发酵袋底座结构示意图。

图5是实施例1所述的沼气发酵装置的整体结构剖开示意图。

图6是实施例1所述的沼气发酵装置的气包结构示意图。

图7是实施例1所述的沼气发酵装置的保护罩结构示意图。

图中标记说明如下：1-底箱，2-底板，3-四围，4-栓扣，5-天袋，6-圆孔，7-地袋，8-绳索，9-发酵袋底座，10-挂钉，11-盲孔，12-水管通孔，13-气管通孔，14-框架，15-水平连杆，16-竖直支柱，17-U形管，18-气管弯头，19-气管球阀，21-勾形管，22-水管球阀，23-水管弯头，24-网袋，25-气包，26-软管，27-软管阀门，28-分支阀门，29-保护罩，30-粘扣。

具体实施方式

实施例1

一种简便的沼气发酵装置，基本构造包括底箱、发酵袋、发酵袋底座和管路；

所述的底箱是置于沼气发酵装置底部，用于承载和保护发酵袋的可拆装的箱状部件，如图1所示，底箱1由底板2和四围3拼装而成。底的形状和大小与发酵袋地袋一致，用铁板、木板和工程塑料板凳板材做成，要求表面光洁，确保不划伤铺设其上的发酵袋。四围可用板材或栅栏组成，高约为发酵袋高度的1/2。其下边采用栓扣4与底板连接；侧边也采用栓扣与其他四围连接。采用栓扣连接便于装置随时拆装。

所述的发酵袋为置于底箱内的多层结构，由外到内的各层依次为地袋、天袋和框架；

所述的天袋为沼气发酵袋上覆袋，系采用厚0.5mm至1.8mm红泥PVC夹网复合膜或者厚0.8mm至1.4mm高强工业聚酯夹网布焊接而成的立方形或圆柱形敞口袋。如图2所示，所述的天袋5敞口朝下，并在开口边缘间距15cm至50cm打1.5cm至2.0cm的圆孔6，并用304不锈钢翻边锁边。所述的天袋还可以是上覆罐，为沼气发酵规模较小时，如发酵料10m³以内，也可采用2mm至3,mm碳钢板制造的圆柱形敞口罐，敞口朝下。

所述的地袋为沼气发酵袋下包袋，系采用厚0.8mm至1.8mm红泥PVC夹网复合膜或者厚1.0mm至1.4mm高强工业聚酯夹网布焊接而成的立方形或圆柱形敞口袋。如图3所示，地袋7敞口朝上，并在开口边缘，间距15cm至50cm打1.5cm至2.0cm圆孔，并用304不锈钢翻边锁边。圆孔穿行1.0cm绳索8，用以扎紧敞口，固定发酵袋。地袋为主要承受压力外袋，制作材料需适当加厚。所述的地袋还可以是或下包罐，为小规模沼气发酵时，如发酵料10m³以下，亦可采用2mm至3mm碳钢板制造的圆柱形敞口罐，敞口朝上。

所述的发酵袋底座为形状与地袋的底部一致，但尺寸比地袋底部稍小且与天袋底部一致的台架式底座，如果4所示，发酵袋底座9高约25cm，分底板和顶板。顶、底板之间为立柱。若底座较小，则制成完整一个底座。若底座较大，可制作成四等分、八等份、十六等分积木式拼装模式，以便实际应用操作。底座顶底板需光滑平整，以免划伤、划破垫在其底部的地袋。底座顶板的下部边缘安装朝下的挂钉10，间距15cm至50cm，与天袋下敞口的圆孔6一致，用于固着天袋的下敞口。底座顶板的边缘按50cm至80cm间距开设40mm的盲孔11，用于在发酵袋底座上部安装框架。另外，在其中一个盲孔11两旁，再分别开设两个30mm的水管通孔12和气管通孔13，用于安装水管和气管。

所述的框架为形状和尺寸与天袋底部一致，高度约为天袋2/3的可拆装式框架，用于固定堆垛在其中的发酵料，以免发酵料滑动、垮塌。如果5所示，所述的框架14四周采用直径40mm竖直支柱16插入发酵袋底座顶板预留的盲孔11中，形成垂直向上的篱桩；竖直支柱16之间用水平连杆15连接加固，形成篱笆；支柱间距以堆垛其中的发酵料不外流为佳。所述的框架内部用于放置发酵物料；发酵物料使用网袋24包装，所述的网袋采用耐腐蚀的尼龙网袋制成。网袋装料便于发酵料紧密堆垛，且可堆垛较大的高度，并有利于发酵沼气排除。尼龙网袋的规格可大可小。如果大型沼气发酵装置内，有机械手装卸料，则可按每袋200kg至300kg设置；对于小型沼气发酵装置内，没有机械，靠人工装卸料的，则每袋30kg至50kg为宜。

所述的水管为外部向发酵袋内注水的管道。该管采用PVC或不锈钢等材质，直径40mm，呈勾形管，其勾形管相连弯曲部分安装在发酵袋底座顶板上的通孔12上。如图5所示，勾形管21的其中较短的一支管从发酵袋底座顶板通孔12向上延伸15至30cm，并固定在框架14竖直支柱16一侧；另一支经发酵袋底座顶板通孔12穿出后朝天袋5外弯曲，并在天袋5外侧向上延伸，高度与地袋7高度一致，顶部装水管球阀22用于控制天袋和地袋之间密封水面高度，水管球阀22上再装一水管弯头23，朝外开口，用于与附近水源相连的管道。

所述的气管为发酵袋内沼气向外输出的管道。所述的气管采用PVC或不锈钢等材质，直径40mm，呈U形管，如图5所示，U形管17相连弯曲部分安装在底座通孔13上。U形管的其中一支管从发酵袋底座通孔13向上延伸，并贴近框架14的竖直支柱16，从天袋5内侧延伸至天袋5的顶端，顶端安有气管弯头18，开口朝里；另一支从发酵袋底座通孔13穿出后朝天袋5外部弯曲，并在天袋5外侧竖直向上延伸，高度与地袋7高度一致，顶部装有气管球阀19用于控制天袋内沼气的排放和输送，气管球阀19上再装气管弯头18，朝外开口，通过沼气输气管道与气包相连。

所述的气包是用于临时储存沼气的储气包，是采用0.8mm至1.8mm红泥PVC夹网复合膜或者厚1.0mm至1.4mm高强工业聚酯夹网布焊接而成的布袋状密封气包。气包体积为发酵袋的1至3倍为宜。考虑到安放在田间地头以不影响农业生产为原则，气包的体积不宜太大，以减少设施侵占农业用地。如图6所示，所述的气包25的一端安装1个软管26用于进气和排气，并在距气包20cm至30cm处，在软管26上安装1个软管阀门27，用于控制气包内沼气的进出。软管26的另一端分出两支，一支与所述的天袋外侧的气管弯头18相连，另一支通过分支阀门28与分布式管网输气管道相连。

本实施例所述的简便沼气发酵装置，中还可以进一步采用五块可拆装的帆布制成保护罩用于包裹在地袋和底箱外部，主要起到防护作用，避免发酵袋遭受风吹日晒，延迟设备使用年限。如图7所示，保护罩29是五块帆布之间采用粘扣30连接而成。连成一体后，其形状与天袋相同，尺寸略大，开口朝下的敞口袋。

大型沼气发酵装置中，场地许可时，还可以在发酵装置上安装起重装置，用于装卸装载量较大的网袋，以及采用钢板制作的开启式发酵罐。

本实施例的沼气发酵装置安装步骤包括：

1.建场

在田间或林下按照不少于沼气发酵袋底箱展开后的面积，平整一块平地，用细软沙土将地基铺平，确保底箱摆放后保持水平状态。

2.铺箱

再将底箱铺放在该平地上，并将四边护栏展开。然后将发酵袋的地袋铺设在备好的底箱上。

3.设地

再将底座摆放在平塘在平地的地袋的上面。同时将底座上面一侧的框架支柱，插入底座的圆孔上。

4.堆料

将事先装好的袋装发酵料，从未安装支柱的方向，逐层堆垛在基座上方，并压实，并在料袋之间不留空隙。发酵料堆垛的高度与天袋高度一致。待发酵料堆垛完成后，再将另一侧未安装的支柱，插入未安装支柱的圆孔，然后用横杆将支柱加固，并连成篱笆状。

5.安装

步骤4完成后，再将U形气管和勾形水管分别安装在两侧开有小孔的支柱两侧，并将其固定在支柱两侧。

6.盖天

然后，将天袋的下敞口朝下，从料袋的上方套在料堆的框架外。再将天袋下敞口周缘的空洞挂在基座的挂钉上，将天袋牢牢地固定在基座上。

7.密封

步骤6完成后，将地袋的上敞口从下向上拉起，套在套有天袋的料堆外，然后将栓在地袋敞口周缘空洞上的绳索拉紧，将地袋牢牢地绑在料堆外。再将水管接通在外接水管上，将气管接到储气袋和输气管上，关闭阀门。最后，打开水管阀门，通过水管向发酵袋内注水，直到水面达到地袋上敞口的边缘，关闭水管阀门。

实施例2

一种简便的沼气发生方法，其工艺流程如下所述：

1、备料

将散布在广阔田野上和森林下的秸秆、杂草、枝桠、落叶等农林废弃物，按照就近发酵产气的原则，以满足每一个装置周年产气的原料所需，划分原料收集面积，将其粉碎至2cm至5cm以下的丝状，堆放成2m×3m×5m的料堆，进行腐熟预处理。待材料堆放2至3周，开始腐烂，发热，即可利用。

2、配料

然后采集牛粪、塘泥，按照30％比例，再加1％至3％的尿素、0.5％磷酸二氢钾、石灰，掺入步骤1已备好的材料中，加水，将发酵料水分调至65％至70％，混匀。首次发酵采用牛粪、塘泥。如果已有沼气生产，则可利用前期生产所得的沼渣替代牛粪、塘泥。将以上材料混合均匀，再堆放5至7日，用试纸检测PH值，以PH值为7为宜。入PH值小于6，则继续加石灰混匀，将PH至调至7，备用。

3、装料

将步骤2已备好的发酵料，用尼龙网袋，按一定的重量，打包成发酵料袋。大型沼气场，一般有起重装置，则将发酵料按每袋200kg至300kg，打包成料袋；小型沼气场，如果没有起重装置，靠人工装卸，则将发酵料按每袋30kg至50kg的规格，打包成料袋。

4、安装密封

步骤3)得到的网袋包裹的发酵物料放入本发明实施例1所述的简便沼气发酵装置内部框架内，按照实施例1的安装方法在平整地面上安装好简便沼气发酵装置，关闭所述的气管球阀19，开通所述的水管球阀22向发酵装置内注水，直到水面达到地袋口边缘停止注水，开始发酵；

5、发酵

步骤4完成后，发酵袋内的发酵料，实际上是采用水封法被密封在发酵料内。在沼气发酵过程中，需经常检查发酵袋内密封水面高度，一旦水面低于地袋高度2/3，需打开水管开关向里注水。

经过60至90天的发酵，发酵袋内的发酵料逐步腐烂发酵，在大量微生物菌群的作用下，发酵料逐步降解，并产生沼气。在发酵产气过程中，随着沼气量增加，发酵袋鼓胀，气压增大；发酵袋内的发酵料逐步向发酵袋底部塌陷。产气越多，塌陷越多，直至产气结束，塌陷停止。

6、储气

沼气袋内的发酵料经过60天左右发酵，天袋开始鼓胀。此时打开气管阀门，用打火机试火。如果试火成功，表明袋内鼓胀的气体甲烷的含量充足，可以排入储气袋储存。如果试火不正常，表面发酵袋内的气体甲烷气的含量不足，可以将气体排放，然后关闭阀门，待下一次试火，直至试火成功。

一旦试火成功，即可将储气袋平地摊开，关闭储气袋与输气管联通的阀门，同时打开气管和储气袋的阀门，沼气袋发酵的沼气在压力差的作用下，自动排入储气袋，储存备用。

7、输气

一旦储气袋的沼气灌满沼气，储气袋被撑开，鼓胀成圆柱形，表明储气袋已经充满沼气。

8、联网

广阔的田野上或者林下，分布若干管网相连的沼气发酵袋。各发酵袋通过管网与管网系统总的储气柜连接。将管网系统中，经步骤7已充满沼气的储气袋与输气管道相连的阀门打开，同时打开输气官网中储气柜的输气泵，将储气袋的沼气输送到入储气柜，储存备用。

9、卸料

发酵袋内的发酵料经过90天发酵后，产气量逐渐减低，天袋不在鼓胀，甚至下榻，表明袋内的发酵料产沼气的周期结束。即可将外罩解开，再把地袋松开，向下剥离，然后把天袋向上除去。最后把装在网袋内的沼渣搬走，按照下一批发酵料30％的比例，留一部分用于下一批发酵料的接种物。其他直接用于就近肥田。沼渣卸载后，即可按以上流程装载下一批次发酵料，开展下一周期的沼气生产。

Claims (10)

1.一种简便沼气发酵装置，其特征在于：它主要包括底箱、发酵袋、发酵袋底座和管路；所述的底箱是由底面和垂直于底面的四个侧面构成的顶部开放的可拆装箱体，底面和四个侧面之间非固定连接；所述的发酵袋为置于底箱内的多层结构，由外到内的各层依次为地袋、天袋和框架；所述的地袋与天袋均为有一开口的袋状物；所述的地袋开口向上并于底部设置发酵袋底座，所述的发酵袋底座包括顶板和底板，顶板和底板间通过立柱连接并留有空隙，顶板上表面边缘开有若干盲孔和两个通孔；所述的天袋开口向下倒扣在地袋内部，且袋口与发酵袋底座的顶板边缘连接；所述的框架设置在天袋内，由若干竖直支柱和水平连杆构成，所述的竖直支柱底部插接在所述的发酵袋底座顶板上表面的盲孔内，所述的水平连杆将竖直支柱连接，共同构成纵横交错的围栏式框架，框架内部空间用于盛放发酵物料；所述的管路包括气管和水管，所述的气管大体呈“U”形，一部分在天袋与地袋之间竖直向上设置且端头与地袋高度相同，另一部分经发酵袋底座的顶、底板间的空隙穿入顶板的某一通孔后进入天袋内部并竖直向上到达天袋顶部；所述的水管一部分在天袋与地袋之间竖直向上设置且端头与地袋高度相同，另一部分经发酵袋底座的顶、底板间的空隙穿入顶板的另一通孔后进入天袋内部且端头位于发酵袋底座上方附近；所述的天袋和地袋采用不易腐蚀且易随压力变化产生形变的材料。

2.权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的底箱底面和四个侧面之间采用活动栓扣或插销结构连接。

3.权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的天袋开口边缘间隔开孔，所述的发酵袋底座顶板边缘间隔设有凸起结构分别对应穿入天袋开口边缘的开孔，实现天袋在发酵袋底座上的固定。

4.权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的地袋开口边缘间隔开孔，并在圆孔间穿行绳索。

5.权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的发酵袋底座顶板上的两个通孔处于某一盲孔两侧，所述的气管和水管处于天袋内部的部分与框架的竖直支柱绑定。

6.权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的气管和水管处于天袋外部的部分，在端头设置球阀，分别用来控制天袋内沼气的排放和天袋和地袋之间密封水面高度，并且进一步设有与外部沼气输排管道和输水管相连接的弯头结构。

7.权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的天袋材质采用厚0.5mm至1.8mm的红泥PVC夹网复合膜或者厚0.8mm至1.4mm的高强工业聚酯夹网布；所述的地袋采用厚0.8mm至1.8mm的红泥PVC夹网复合膜或者厚1.0mm至1.4mm的高强工业聚酯夹网布。

8.权利要求1所述的装置，其特征在于：进一步外设体积为发酵袋的1至3倍的气包，用于临时储存沼气；所述的气包一侧安装1个软管用于进气和排气，并在软管上安装1个阀门用于控制气包内沼气的进出，软管远离气包的一端分出两支，一支与所述的发酵装置气管相连，另一支通过一个阀门与分布式管网输气管道相连。

9.一种简便的沼气发生方法，运用权利要求1所述的装置，主要包括以下步骤：

1)将植物性有机质来源粉碎、堆放至开始腐烂、发热后掺入可提供发酵微生物的物料、氮-磷-钾复合肥料和pH调节剂，得到发酵料；将发酵料加水调节至水含量65～70％，混合均匀堆放数日，直至pH达到7后装入网袋中，得到网袋包裹的发酵物料；

2)将步骤1)得到的网袋包裹的发酵物料放入权利要求1所述的简便沼气发酵装置内部框架内，将安装好的简便沼气发酵装置放置在平整地面，关闭所述的气管，开通所述的水管向发酵装置内注水，直到水面达到地袋口边缘停止注水，开始发酵；

3)发酵60～90天，其间始终保持装置中水面处于地袋口高度的2/3以上；当天袋开始鼓胀时打开通气管试火，试火成功后将气体通过连接管道排入外部输送或储存装置作为能源利用。

10.权利要求9所述的方法，其特征在于：步骤1)所述的可提供发酵微生物的物料是牛粪、塘泥或者是发酵产生沼气后的沼渣；氮-磷-钾复合肥料由尿素和磷酸二氢钾以2～6:1的重量比组成；所述的pH调节剂为石灰。