CN109370885A - 一种养鸡场用厌氧发酵系统及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种养鸡场用厌氧发酵系统，包括进料单元、厌氧消化单元和沼气贮存单元；所述进料单元包括混合器以及安装于混合器内的螺杆泵；所述厌氧消化单元包括立式发酵罐，所述混合器的出料口处通过倾斜设置的输料管道将混合器处理完成的物料输送至进料漏斗I的顶端；所述发酵罐内设有搅拌器，所述发酵罐的顶端设有沼气排气口，所述发酵罐的底端设有沼液排出口和沼渣排出口；沼气贮存单元包括沼气储存柜和沼气锅炉，所述沼气排气口通过沼气输送管道I与沼气储存柜相连，所述沼气储存柜通过沼气输送管道II与沼气锅炉相连。本发明可使企业实现清洁生产，资源多层次利用，使企业提升形象，增加经济收入，实现快速发展，并带动周边产业的良性循环。

Description

一种养鸡场用厌氧发酵系统及其使用方法
技术领域
本发明属于生物废弃能源化利用技术领域，具体涉及一种养鸡场用厌氧发酵系统及其使用方法。
背景技术
我国作为世界最大能源生产国和消费国，传统能源生产和消费模式已难以适应当前形势。在经济增速换挡、资源环境约束趋紧的新常态下，推动能源革命势在必行、刻不容缓。现阶段，由单一清洁能源对传统能源的替代已经不能完全满足实际需求。而且，我国是农业大国，化肥的过量使用和有机肥施用不足造成土壤有机质含量逐年下降，土壤肥力降低且稳定性差，引起地下水和作物中硝酸盐和亚硝酸盐等浓度超标，污染环境，影响食品安全。有机质在土壤中的作用是任何其它元素不能替代的，其对于维持土壤微生物群落结构、密度，涵养水分，保持土壤合理的理化性质，提高氮磷钾和微量元素利用率以及肥效周期，提高作物抗病性、刺激作物生长、提高作物产量和品质具有重要作用。
将畜禽粪便直接还田虽然有利于提高土壤中的有机质含量，但存在脏、臭、影响环境卫生、易引起作物病虫害、污染地下水以及养分吸收率低等问题，畜禽粪便中大量的易降解有机物容易引起土壤酸化、发臭，长期大量使用不利于土壤质量的提高。秸秆直接还田，养分吸收利用缓慢，秸秆附着的病虫卵未得到杀灭，易加重下一季作物病虫害，由于直接还田的秸秆尺寸较大，经常对作物播种和土壤保墒造成不利的影响。无论是秸秆还是畜禽粪便，构成其生物质的主要组分为纤维素、半纤维素、木质素等生物大分子以及一些易降解的小分子化合物，这与优良土壤中大量需要的有机质组分——腐植酸存在很大的差异，作为肥料直接施用，肥效需要较长周期才能显现。
秸秆、畜禽粪便等农业废弃生物质经过较长时间严格厌氧发酵过程，生物质中的易降解组分和部分纤维素、半纤维素转化为沼气，剩余生物质在复杂的微生物群落作用下发生部分降解，有利于向富里酸等水溶性腐植酸转化，同时寄生于生物质上的病虫卵、有害微生物等大部分得到杀灭，发酵过程产生的吲哚、乙酸以及其它类型的抑菌、杀菌物质对于抑制作物病虫害的发生有积极作用。因此以发酵后剩余沼渣为原料可以生产高品质的有机肥产品。北方地区畜禽养殖用能主要采用燃煤锅炉，但由于规模等的限制，使用的燃煤锅炉大都为小型的燃煤锅炉，由于缺少污染治理措施、能耗高等问题，所以均在淘汰目录内。
集约化畜禽养殖场和大规模农业种植区开展能源环境示范工程规划是在国民经济发展新阶段的背景下提出的。我国20多年来经济和社会的快速发展，已给生态环境造成了严重的破坏。随着国家经济发展第一阶段战略目标的实现和人民生活水平的提高，人们普遍要求治理污染，改善生态环境。近年来，农业污染治理已列入重要议事日程。农业面源污染(包含养殖业和种植业污染)是导致环境污染的主要因素之一，因此加强养殖业和种植业的环境管理，实施能源环境工程，提高有机肥施用量，对于治理农业污染、改善生态环境质量、实现可持续发展具有重要意义。
我国自加入WTO以后，我国的肉、蛋、奶、果、菜等农副产品多次遭遇绿色壁垒。造成这种现象的原因是方方面面的，其中主要原因之一就是我们的养殖环境条件太差和农业施肥不当。要想彻底地攻克这个关系着我国农业发展质量有的大问题，就必须从源头遏制住农业企业不合理用肥、养殖环境脏、乱、差的问题。畜禽粪便、农业秸秆废弃物既是污染源，又是宝贵的资源。只有对畜禽粪便、农业废弃秸秆进行资源化、无害化、综合化处理，即大力发展以沼气工程为纽带的生态工程，才能真正做到既减少污染，保护农业生态环境，又可实现资源的再生利用，从而达到社会、经济、生态三效益的统一。
发明内容
针对现有技术的缺陷和不足，本发明通过提供一种养鸡场用厌氧发酵系统，以有效解决上述技术问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种养鸡场用厌氧发酵系统，包括进料单元、厌氧消化单元和沼气贮存单元；所述进料单元包括物料混合器以及安装于物料混合器内的螺杆泵，所述物料混合器的顶端设有进料口I，所述物料混合器的后端设有与厌氧消化单元相连通的出料口；所述厌氧消化单元包括立式发酵罐，所述发酵罐的顶端设有与进料单元相连通的进料口II，所述发酵罐的进料口II处设有进料漏斗II，所述物料混合器的出料口处通过倾斜设置的输料管道将物料混合器处理完成的物料输送至进料漏斗II处；所述发酵罐内设有搅拌器，所述发酵罐的顶端设有沼气排气口，所述发酵罐的底端设有沼液排出口和沼渣排出口，所述沼液排出口处设有过滤网；所述沼气贮存单元包括沼气储存柜和沼气锅炉，所述沼气排气口通过沼气输送管道I与沼气储存柜相连，所述沼气储存柜通过沼气输送管道II与沼气锅炉相连，所述沼气锅炉通过输水管道连接有外接水源；所述发酵罐的管壁内设有内、外两层夹套，其中，外层夹套内设有保温层，所述内层夹套的底端和顶端分别设有与沼气锅炉相连通的进水管道和出水管道，所述出水管道上设有将内层夹套内的水流泵回沼气锅炉的循环水泵。
优选的，所述物料混合器的进料口I处设有进料漏斗I；所述进料口II处设有进料开关；所述出水管道和进水管道上分别设有水流控制开关I和水流控制开关II；所述沼气输送管道I上设有沼气输送控制阀I，所述沼气输送管道II上设有沼气输送控制阀II；所述沼液排出口处连接有沼液排出管道，所述沼液排出管道上设有沼液收集控制阀；所述沼渣排出口处连接有沼渣排出管道，所述沼渣排出管道上设有沼渣收集控制阀。
优选的，所述厌氧消化单元还包括控制器，所述控制器与搅拌器相连从而控制搅拌器的启闭和搅拌速度；所述发酵罐内还设有分别与控制器相连的pH计、氧化还原电位测定仪、液位测定仪、正负压保护器以及温度计。
优选的，所述保温层采用岩棉保温层或高密度挤塑板。
本发明还提供了所述的养鸡场用厌氧发酵系统的使用方法，包括以下步骤：
(1)将经过高温灭菌后秸秆、鸡粪作为发酵底物通过进料口I进入物料混合器内搅拌混匀，再通过螺杆泵输送至发酵罐内；
(2)关闭发酵罐的进料开关，进行厌氧发酵；
(3)发酵完成后，打开沼液收集控制阀和沼渣收集控制阀收集沼液和沼渣；
(4)将步骤(3)收集的部分沼液、沼渣与新的鸡粪、秸秆置入物料混合器内进行混合搅拌，然后输送至发酵罐进行新一轮发酵，重复步骤(2)-(4)。
优选的，步骤(1)中，所述秸秆为经粉碎机粉碎后的秸秆；所述秸秆与鸡粪的重量比为9-12:1。
优选的，步骤(2)中，厌氧发酵前向发酵罐内接种组合菌剂，所述组合菌剂占发酵底物总重量的0.12～0.19％；所述组合菌剂由地衣芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌：解淀粉芽孢杆菌：啤酒酵母：乳酸菌：纳豆芽孢杆菌按照2：11：5：9：4：1的重量比组成。
优选的，步骤(2)中，发酵底物在发酵罐内发酵的时间为20天，发酵温度为35-38℃，pH为6.5；发酵过程中，沼气输送控制阀处于打开状态，沼液收集控制阀和沼渣收集控制阀处于关闭状态。
优选的，步骤(2)中，当发酵罐内温度偏高时，通过沼气锅炉向发酵罐的内层夹套内输送冷水对发酵罐进行降温；当发酵罐内温度偏低时，利用发酵罐产生的沼气在沼气锅炉内燃烧对水体加热，然后将加热后的水体输送至内层夹套内对发酵罐进行升温。
优选的，步骤(4)中，沼液：沼渣：鸡粪：秸秆按照重量比2:0.5：9-12:1进行混合。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明能够发展可再生能源，实现循环经济。本发明将养殖场的畜禽粪尿等废弃物和周边稻杆、玉米杆等充分利用起来，一方面发展沼气可再生能源，实现废弃物的资源化利用，另一方面避免了污染物的排放，通过本发明的实施，能够实现沼气工程的双向清洁功能。
(2)本发明能够实现清洁生产、保护生态环境。本发明根据可持续发展战略和《全国生态环境建设规划》，畜禽养殖粪便污染严重问题必须得到彻底治理，有效地解决畜禽养殖场固体、液体废弃物以及气体恶臭等环境污染问题。
(3)本发明发挥项目示范作用，尤其是在我国寒冷的北方地区，通过工艺创新和工程优化设计，提高沼气工程能量产出、降低工程能耗，降低寒冷地区沼气工程运行费用，在自身取得环境效益和经济效益的同时，推动我国沼气工程水平快速提高，形成寒冷地区沼气工程建设与运行模式。
(4)本发明能够带动现代农业的协调发展，通过该工程的建设，沼渣为原料的有机肥可使种植业增产增收，可实现粮食和绿色食品的安全生产，同时也可为养殖提供足够的饲料来源，确保养殖业的规模化良性发展。
(5)本发明适合高浓度、杂质含量高、不易产生过度酸化等性质物料的厌氧发酵，本发明的工艺技术不需要对含沙类物料进行复杂的除沙处理，工艺技术较简单，杂质不易形成管道堵塞，高浓度物料发酵过程能耗较低。
综上，通过本发明的实施，能够使企业实现清洁生产，资源多层次利用，使企业提升形象，增加经济收入，实现快速发展，并带动周边产业的良性循环。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的养鸡场用厌氧发酵系统的示意图；
附图标记：A、进料单元；B、厌氧消化单元；C、沼气贮存单元；1、物料混合器；2、进料漏斗I；3、螺杆泵；4、发酵罐；5、进料漏斗II；6、输料管道；7、搅拌器；8、沼液排出管道；9、沼液收集控制阀；10、沼渣排出管道；11、沼渣收集控制阀；12、外层夹套；13、内层夹套；14、出水管道；15、进水管道；16、水流控制开关I；17、水流控制开关II；18、循环水泵；19、沼气储存柜；20、沼气锅炉；21、沼气输送管道I；22、沼气输送管道II；23、沼气输送控制阀I；24、沼气输送控制阀II；25、过滤网。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示，一种养鸡场用厌氧发酵系统，包括用于粉碎和输送物料的进料单元(A)、用于进行连续式厌氧发酵的厌氧消化单元(B)，以及用于沼气储存的沼气贮存单元(C)。
所述进料单元(A)包括物料混合器1，所述物料混合器1的顶端设有进料口I(图中未示出)，所述物料混合器1的进料口I处设有方便物料进入的进料漏斗I2，所述物料混合器1的后端设有与厌氧消化单元相连通的出料口(图中未示出)。所述物料混合器1内安装有螺杆泵3，在搅拌过程中，物料以塞流式向物料混合器1后端不断推动。
所述厌氧消化单元(B)包括控制器(图中未示出)和立式发酵罐4，所述发酵罐4的顶端设有与进料单元相连通的进料口II(图中未示出)，所述发酵罐4的进料口II处设有进料开关以及用于方便物料进入发酵罐4的进料漏斗II5，所述物料混合器1的出料口处通过倾斜设置的输料管道6将物料混合器1处理完成的物料输送至进料漏斗II5的顶端，所述输料管道6与水平面的夹角优选为30°-60°。所述发酵罐4内设有搅拌器7，所述控制器与搅拌器7相连从而控制搅拌器7的启闭和搅拌速度，搅拌器7能够使进料均匀分布，并使发酵底物充分与厌氧微生物(即接种的组合菌剂)接触，并使厌氧罐内料液温度均匀，有利于提高产气率，而且，还可以破除浮渣，防止结壳。所述发酵罐4内还设有分别与控制器相连的pH计、氧化还原电位测定仪、液位测定仪、正负压保护器以及温度计等辅助设备(图中未示出)，以保障发酵罐安全、可靠运行。所述发酵罐4的顶端设有沼气排气口(图中未示出)，所述发酵罐4的底端设有沼液排出口(图中未示出)和沼渣排出口(图中未示出)。所述沼液排出口处连接有沼液排出管道8，所述沼液排出口处设有过滤沼渣的过滤网25，所述沼液排出管道8上设有沼液收集控制阀9。所述沼渣排出口处连接有沼渣排出管道10，所述沼渣排出管道10上设有沼渣收集控制阀11。所述发酵罐4的管壁内设有内、外两层夹套，其中，外层夹套12内设有保温层(图中未示出)，所述保温层采用岩棉保温层或高密度挤塑板等材料进行强化保温。内层夹套13内通过循环水控制发酵罐4内的温度，所述内层夹套13的顶端和底端分别设有与沼气锅炉20相连通的出水管道14和进水管道15，所述出水管道14和进水管道15上分别设有水流控制开关I16和水流控制开关II17，所述出水管道14上设有将内层夹套13内的水流泵回沼气锅炉20的循环水泵18。
所述沼气贮存单元(C)包括沼气储存柜19和沼气锅炉20，所述沼气排气口通过沼气输送管道I21与沼气储存柜19相连，所述沼气输送管道I21上设有沼气输送控制阀I23。所述沼气储存柜19通过沼气输送管道II22与沼气锅炉20相连，所述沼气输送管道II22上设有沼气输送控制阀II24。所述沼气锅炉20通过输水管道(图中未示出)连接有外接水源(图中未示出)，所述沼气锅炉20的底端还设有排水管道(图中未示出)。
实施例2
一种养鸡场用厌氧发酵系统的使用方法，包括以下步骤：
(1)将经过高温灭菌后秸秆、鸡粪作为发酵底物通过进料口I进入物料混合器1内搅拌混匀，再通过螺杆泵3输送至发酵罐4内。所述秸秆为经粉碎机粉碎后的秸秆，所述秸秆与鸡粪的重量比为9-12:1。
(2)向发酵罐内接种组合菌剂，所述组合菌剂占发酵底物总重量的0.12～0.19％，所述组合菌剂由地衣芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌：解淀粉芽孢杆菌：啤酒酵母：乳酸菌：纳豆芽孢杆菌按照2：11：5：9：4：1的重量比组成。
关闭发酵罐4的进料开关，组合菌剂利用发酵罐4内残余的氧气进行快速繁殖，待氧气耗尽后即进行厌氧发酵阶段。发酵底物在发酵罐4内发酵的时间为20天，发酵温度为35-38℃，pH为6.5。发酵过程中，沼气输送控制阀处于打开状态，从而持续收集发酵过程中产生的沼气。沼液收集控制阀9和沼渣收集控制阀11处于关闭状态，以使发酵底物进行充分发酵。
由于厌氧消化反应过程受温度影响很大，随着发酵过程的进行，发酵罐4内会产生较多的热量，因此，当发酵罐4内温度偏高时，通过沼气锅炉20向发酵罐4的内层夹套13内输送冷水(即输送的水体不进行加热)对发酵罐4进行降温。当发酵罐4内温度偏低时，打开沼气输送控制阀II24，利用发酵罐4产生并储存在沼气储存柜19内的沼气，对沼气锅炉20内燃烧对水体加热，然后将加热后的水体输送至内层夹套13内对物料和罐体进行升温，以保证厌氧反应在冬季仍可正常运行。
(3)发酵完成后，打开沼液收集控制阀9和沼渣收集控制阀11收集沼液和沼渣。本发明的主要产品为沼气和沼肥。收集时，先收集沼液，然后再收集沼渣，从而完成沼液和沼渣的分离。若无需进行分离，可直接收集含有沼液和沼渣的沼肥。并且通过调节沼液的收集量，从而控制沼肥的湿度。其中，收集的沼气储存在沼气储存柜19内作为户用燃气，并可通过沼气锅炉20对发酵罐4进行增温。产生的发酵残余物(沼肥)经过滤进行固液分离后，沼渣作为沼渣肥使用，沼液作为沼液肥使用(可根据其水分和理化性质，最终确定其是否需要经过固液分离处理)。
(4)将步骤(3)收集的部分沼液、沼渣与新的鸡粪、秸秆置入物料混合器1内进行混合搅拌，输送至发酵罐4进行新一轮发酵，重复步骤(2)-(4)。其中，沼液：沼渣：鸡粪：秸秆按照重量比2:0.5：9-12:1进行混合。
以上所述仅为发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种养鸡场用厌氧发酵系统，其特征在于：包括进料单元、厌氧消化单元和沼气贮存单元；所述进料单元包括混合器以及安装于混合器内的螺杆泵，所述混合器的顶端设有进料口I，所述混合器的后端设有与厌氧消化单元相连通的出料口；所述厌氧消化单元包括立式发酵罐，所述发酵罐的顶端设有与进料单元相连通的进料口II，所述发酵罐的进料口II处设有进料漏斗II，所述混合器的出料口处通过倾斜设置的输料管道将混合器处理完成的物料输送至进料漏斗II处；所述发酵罐内设有搅拌器，所述发酵罐的顶端设有沼气排气口，所述发酵罐的底端设有沼液排出口和沼渣排出口，所述沼液排出口处设有过滤网；所述沼气贮存单元包括沼气储存柜和沼气锅炉，所述沼气排气口通过沼气输送管道I与沼气储存柜相连，所述沼气储存柜通过沼气输送管道II与沼气锅炉相连，所述沼气锅炉通过输水管道连接有外接水源；所述发酵罐的管壁内设有内、外两层夹套，其中，外层夹套内设有保温层，所述内层夹套的底端和顶端分别设有与沼气锅炉相连通的进水管道和出水管道，所述出水管道上设有将内层夹套内的水流泵回沼气锅炉的循环水泵。
2.根据权利要求1所述的厌氧发酵系统，其特征在于：所述混合器的进料口I处设有进料漏斗I；所述进料口II处设有进料开关；所述出水管道和进水管道上分别设有水流控制开关I和水流控制开关II；所述沼气输送管道I上设有沼气输送控制阀I，所述沼气输送管道II上设有沼气输送控制阀II；所述沼液排出口处连接有沼液排出管道，所述沼液排出管道上设有沼液收集控制阀；所述沼渣排出口处连接有沼渣排出管道，所述沼渣排出管道上设有沼渣收集控制阀。
3.根据权利要求2所述的厌氧发酵系统，其特征在于：所述厌氧消化单元还包括控制器，所述控制器与搅拌器相连从而控制搅拌器的启闭和搅拌速度；所述发酵罐内还设有分别与控制器相连的pH计、氧化还原电位测定仪、液位测定仪、正负压保护器以及温度计。
4.根据权利要求3所述的厌氧发酵系统，其特征在于：所述保温层采用岩棉保温层或高密度挤塑板。
5.根据权利要求3所述的厌氧发酵系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将经过高温灭菌后秸秆、鸡粪作为发酵底物通过进料口I进入混合器内搅拌混匀，再通过螺杆泵输送至发酵罐内；
(2)关闭发酵罐的进料开关，进行厌氧发酵；
(3)发酵完成后，打开沼液收集控制阀和沼渣收集控制阀收集沼液和沼渣；
(4)将步骤(3)收集的部分沼液、沼渣与新的鸡粪、秸秆置入混合器内进行混合搅拌，然后输送至发酵罐进行新一轮发酵，重复步骤(2)-(4)。
6.根据权利要5所述的厌氧发酵系统的使用方法，其特征在于：步骤(1)中，所述秸秆为经粉碎机粉碎后的秸秆；所述秸秆与鸡粪的重量比为9-12:1。
7.根据权利要5所述的厌氧发酵系统的使用方法，其特征在于：步骤(2)中，厌氧发酵前向发酵罐内接种组合菌剂，所述组合菌剂占发酵底物总重量的0.12～0.19％；所述组合菌剂由地衣芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌：解淀粉芽孢杆菌：啤酒酵母：乳酸菌：纳豆芽孢杆菌按照2：11：5：9：4：1的重量比组成。
8.根据权利要5所述的厌氧发酵系统的使用方法，其特征在于：步骤(2)中，发酵底物在发酵罐内发酵的时间为20天，发酵温度为35-38℃，pH为6.5；发酵过程中，沼气输送控制阀处于打开状态，沼液收集控制阀和沼渣收集控制阀处于关闭状态。
9.根据权利要5所述的厌氧发酵系统的使用方法，其特征在于：步骤(2)中，当发酵罐内温度偏高时，通过沼气锅炉向发酵罐的内层夹套内输送冷水对发酵罐进行降温；当发酵罐内温度偏低时，利用发酵罐产生的沼气在沼气锅炉内燃烧对水体加热，然后将加热后的水体输送至内层夹套内对发酵罐进行升温。
10.根据权利要5所述的厌氧发酵系统的使用方法，其特征在于：步骤(4)中，沼液：沼渣：鸡粪：秸秆按照重量比2:0.5：9-12:1进行混合。
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