CN111763106A - 一种绿色能源生态小镇的构建模式 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种绿色能源生态小镇的构建模式，涉及绿色能源生态小镇领域，本发明设计在乡镇规模上建立一种绿色能源生态小镇模式，主要收集畜禽粪便、秸秆等农业废弃物，以及部分蓝藻、污泥等有机物，混合发酵生产沼气，实现一个沼气工程站具有三个功能：就是一个农业废弃物处理场，一个新能源生产场，一个有机肥生产场。通过实验研究原料的预处理方法和新配比提高沼气产气率，设计新的干发酵运行模式达到沼液零排放，实现零污染，并将沼气直接给用户作燃气，或纯化成生物天然气，而沼渣发酵生产成有机肥的一种生态小镇的模式，达到以沼气工程为核心的生态种养结合的目的。

Description

一种绿色能源生态小镇的构建模式
技术领域
本发明涉及绿色能源生态环保领域，尤其涉及一种绿色能源生态小镇的构建模式。
背景技术
目前，随着农村畜禽养殖业的高速发展，农村环境污染问题日益严重。每年我国农村畜禽养殖产生的粪便量约达38亿t左右。畜禽粪便等污染物对环境的危害可以从以下几个方面：一是对大气的污染，主要包括粪便等排出的有害气体、恶臭、病原菌等，影响大气的质量、降低居民生活环境的质量。二是对水体的污染，畜禽粪便有很强的淋溶特点，随意堆放的粪便在雨水的冲刷下可随地表径流流入地表水、地下水中，畜禽的粪便中有大量的有机物、病原微生物、重金属等，进入水体中可导致水体污染、水质变劣。三是对土壤的污染，畜禽粪便中氮、磷含量比较高，其进入土壤并积累到一定程度可导致超出土壤的自净能力，致使其在土壤中不能完全分解，最终导致土壤理化性质的改变，降低土壤的质量。四是传播疾病方面，畜禽粪便中的寄生虫卵、病原微生物含量比较多，其随着粪便排放到环境中可增加环境中病原微生物的基数，增加了人畜共患病发生的几率，危害人类的健康。
而畜禽粪便作为一种应用于农田的有机肥，是其最常见的资源利用方式。畜禽有机肥具有肥效高的特点，为农作物提供了综合营养，改善土壤质量，可有效改善土壤理化性质和生物活性，预防土壤板结酸化。2017年，农业部发布了《关于开展畜禽粪便资源化利用试点工作的通知》和《果蔬茶用有机肥替代化肥行动计划》，强调畜禽粪便的收集和处理，充分利用氮素，畜禽粪便中的磷、钾营养素，减少化肥用量。当前，我国政府对有机肥的补贴逐年增加，2018年的补贴总额达到600多亿元。除此之外，施用有机肥带来的效益日益增加，因此农民更加愿意施用环保的畜禽粪便有机肥，实现土地的良性循环，发展可持续农业。近年来食品安全问题受到越来越多的关注。因此，为了满足人们对绿色有机食品以及农作物优质高产的需求，农用有机肥的比例和用量将大大提高，但我国有机肥的使用率仍低于10％，而有机肥产业刚刚进入小规模生产的增长阶段。因此，我国畜禽粪便中有机肥的生产将呈现逐年递增的趋势，并将很快迎来快速发展期。市场空间巨大，产业发展前景广阔。
畜禽粪便可通过发酵工艺去除其中的有毒有害物质，保留了大量有益物质，包括各种有机物和氮、磷、钾等微量元素。目前常用的畜禽粪便资源化处理技术包括干燥法：畜禽粪便排放后，采用集中处理方式，经光技术或高温干燥处理后储存；能源法：通过厌氧消化工艺获得大量沼气用于生产和生活，满足资源循环利用的要求。
农业秸秆虽然种类繁多，数量巨大，但组成较为单一，主要是由纤维素、半纤维素和木质素组成，其中元素碳、氢、氧、氮占到总含量的75％以上，是一种含碳量很高的生物质原料。农业秸杆中残留有大量的农药化肥，若处理不当，会随着降雨或者腐烂渗透到土壤中，造成严重的农业面源污染。其不合理的堆放，除影响环卫外，还会占用大量的土地资源。秸秆旋耕还田，秸秆中的养分可以有效的被土壤吸收，但是隐藏在秸秆中的虫卵会导致农业作物的病虫害。而焚烧还田作为处理秸秆最常用的方式，对环境的危害则更加直接，虽然焚烧后的秸秆施用在土地中，可作为土壤碳氮的主要来源，但是焚烧秸秆会带来严重的大气污染，如秸秆焚烧所产生的二氧化碳和硫化物，其产生的烟尘颗粒物是形成雾霾天气的罪魁祸首。近些年各地政府出台了很多农村秸秆禁烧规定后，农村地区秸秆等固体废弃物的处理方式有所改变，但并没有从根本上解决农村地区内的秸杆废弃物资源化利用问题，兼顾经济效益对农业秸杆进行清洁高效的资源化利用，是目前农业有机固废处理急需解决的问题。
巢湖是我国第五大淡水湖，近年来富营养化严重，每年的5～9月份经常会爆发蓝藻。据测定，巢湖年平均蓝藻质量浓度为6～8mg/L，总蓝藻量可达50～70万t(干生物量)。目前，应对蓝藻爆发的有效手段仍然是组织人力打捞。由于蓝藻含有藻毒素，氮磷含量高，如不有效处理，仍有可能造成二次污染。另一方面，蓝藻中含有丰富的有机质，也是一种生物质资源。厌氧消化是处理蓝藻的一种很好的资源化方式，不仅可以有效利用蓝藻的生物质资源，还能解决蓝藻含水率高、含藻毒素等问题。但是由于蓝藻含氮量高，碳氮比低，不适宜直接用于厌氧消化过程。
厌氧发酵生产沼气是中国绿色农业发展过程处理农业废弃物的重要手段。随着中国沼气工程转型升级工作的深入推进，规模化大型沼气工程和规模化生物天然气工程成为沼气工程建设的主流。目前国内外用秸秆作为沼气原料的立式大型发酵罐，都存在沼气原料上浮、结壳，进出料困难，产气率低等问题。为此，本发明利用畜禽粪便、秸秆、蓝藻、污泥等进行混合发酵，通过不同预处理和配比提高其产沼气效率，产生的沼气可发电或者直接供居民生产生活，沼渣可作为有机肥料再利用，既保护了环境也使资源得到了利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种绿色能源生态小镇的构建模式，以解决上述技术问题。
本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：一种绿色能源生态小镇的构建模式，包括以下具体步骤：
(1)将秸秆等通过打包车收集，蓝藻从藻水分离站中收集，污泥采自污水处理厂等的剩余污泥，畜禽粪便采用吸粪车统一运输至沼气工程地点,原料就地取材，根据当地周边的农业固废种类不同和季节的变化，可将秸秆、蓝藻等与畜禽粪便、污泥按照一定不同比例进行混合；
(2)用粉碎机将秸秆粉碎至1-2cm，与沼液充分混合(初次无沼液情况，用白腐真菌-嗜热侧胞霉复合菌剂预处理)，预处理过程中秸秆表面浸湿，物料中保持无流动水状态，方便进行干发酵配比；
(3)调节原料的进料浓度、原料碳氮比、含水率以及pH值；
(4)将上述原料放置发酵罐中，利用干发酵技术对原料进行生产沼气，针对秸秆特殊的物料特性，结合工业上的空气源物料输送装置的结构原理，研制空气源秸秆输料装置，实现了大颗粒秸秆的大容量输送。首先利用空压机往储气罐内打气，用真空泵抽去上料罐内的空气，使其内部形成一定的真空度，同时打开进料管，外界气压比上料罐内气压大，物料被外界压力压入上料罐内，等上料罐中物料达到适当位置时，关闭进料管上的阀门，打开上料管的阀门，往上料罐里面充气，上料罐内的压力通过压力传感器传给PLC编程控制器，等上料罐内的气压达到PLC编程控制器事先设置好的压力时，物料通过上料管进入发酵罐，厌氧发酵罐内底部为沼渣层，中部为活性层，上部为浮渣层。浮渣层上面沼液回流，增加发酵罐内循环，防止秸秆结壳，上料泵间断加料，从原料入厌氧罐到出沼渣，大约65天；
(5)然后采用地热泵对发酵罐进行加热；
(6)发酵后，对混合液进行固液分离，沼液通过回流管进入发酵罐或对原料进行预处理，实现零排放；
(7)对沼渣利用秸秆来调节含水率与碳氮比，来达到好氧堆肥的最佳调节；
(8)对沼气的处理，首先通过活性炭和粗过滤器去除硫化氢和一些杂质颗粒，压缩机将沼气加压输送至冷凝器处，使水蒸气从气态冷凝为液态水后去除，剩余气体进入缓冲罐中，缓冲罐是一个低压力容器，用于各种气体混合，避免气相组分不稳定对中空纤维膜分离器引起负载波动冲击，出来的气体通过细颗粒物过滤器除杂，除杂后的沼气加热至适宜温度20℃～30℃后进入膜组件，三级膜分离后的沼气甲烷产气率达97％以上，二氧化碳去除率99％以上，沼气提纯效果很好。
优选的，步骤(2)所述对原材料的前处理实验操作如下：取沼液分层均匀喷洒至粉碎后的秸秆上，保证与秸秆充分混合，搅拌均匀后，表面用塑料膜和草栅覆盖进行堆沤，堆沤不到24h发酵料中心温度即达到50℃，每天翻料保持发酵料温度在45-50℃。堆沤大约5-7天，当发酵料内长出大量均匀分布的白色菌丝时终止堆沤。
优选的，步骤(3)中所述进料浓度调配总固体(TS)含量为25％及以上，研究表明厌氧发酵的最佳碳氮比在(20-30):1，而蓝藻的碳氮比在5:1左右，秸秆的碳氮比在(40-80):1左右，畜禽粪便的碳氮比在(9-10):1左右，污泥碳氮比在(5-6):1左右，所以单一蓝藻或秸秆发酵产气都会出现碳氮比不适的情况而导致产气效果差，碳氮比对厌氧发酵的影响主要是通过对厌氧酸化阶段的影响来实现的，在秸秆与蓝藻混合厌氧发酵的试验中，物料最佳碳氮比为25:1，根据碳氮比的计算公式：C/N＝(1kg蓝藻所含的C+X kg秸秆所含的C)/(1kg蓝藻所含的N+X kg秸秆所含的N)，水分是维持微生物代谢必不可少的物质，当水分小于20％，微生物活动基本停止；水分在40-50％，活性开始下降，活性下降意味着体系热量来源不足；水分在50-60％，最适合微生物新陈代谢，还要注意，含水率会随着时间而下降，因而，如果要保持高效，需要在堆肥过程中进行水分调节，水分的消耗主要两个方面，第一：微生物代谢会消耗水分，第二：通风会使体系水分蒸发。如果物料含水率偏低，一般用粪水调节；如果含水率过高，则用粉煤灰、稻草秸秆或者堆肥产物回流的方式进行调节，调节含水率的方法，具体的调解比例是按(A*84％+B*8.83％+X):(A+B)＝50～60％计算，其中A为1kg蓝藻；B为A为1kg时所加秸秆的量；X为所加调节物的量，可以通过添加石灰水等方式调节反应总底物的pH为6.8-7.4，该pH值下产气效率、沼气产量、底物转化率、过程稳定性等效果较好。
优选的，步骤(4)中所述采用沼液回流进入发酵罐，沼液自循环模式。沼气收集罐上安装了沼气监控装置，实现沼气的稳压收集，收集后的沼气通过沼气外输管外送。
优选的，步骤(5)所述地热泵是利用地下常温土壤和地下水相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统或地下水，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移与建筑物完成热交换。
优选的，步骤(7)所述沼渣含水率≥65％，沼渣的碳氮比约在17:1左右；蓝藻含水率≥95％，蓝藻的碳氮比约在5:1左右，好氧堆肥最佳条件的碳氮比在(20-30)：1，含水率在50％-60％之间，利用秸秆来调节含水率与碳氮比，秸秆的含水率可以忽略不计，碳氮比在(65-85)：1，以75:1计算，若物料总重为10t，沼渣与蓝藻秸秆的湿重比为3：1：1，即沼渣6t，蓝藻2t，秸秆2t，原料配比后，计算出含水率为58％，碳氮比为26:1，满足好氧堆肥的最佳条件。
优选的，所述具体调节步骤包括将沼渣与蓝藻和秸秆混合后，添加藻毒素降解菌，可将蓝藻中的藻毒素等有害物质降解，并将其堆成一个一个的发酵体，为便于施工，其高度与宽度不宜过大，同时为了保证发酵效果，其尺寸也不宜过小，发酵过程中控制堆体的温度和湿度，通过翻堆的方式实现通风、供氧以及内部温度控制，前十天的分解作用较多，内部温度较高，需要每天翻一次，之后每两天翻堆一次，在一个月35天左右完全腐熟，转化为有机肥料，实现有机废物的资源化利用。
优选的，步骤(8)所述活性炭过滤器除硫装置以活性炭为载体负载氧化铁后不仅有物理吸附还有化学吸附，吸附效率大大提高，活性炭与氧化铁的质量比为1:1时，真空干燥温度为70℃，干燥时间为36h得到的负载氧化铁吸附效果最好，吸附温度在60℃时，脱硫率可达99.2％。
优选的，步骤(8)所述三级膜工艺流程，进入膜组件的气体成分主要是CO2和CH4，CO2在高压侧受到分压差的驱动，易扩散到渗透侧，以渗透气排出，CH4不易渗透从而达到分离气体的目的，一级膜渗透气通入三级膜组件，三级膜组件的渗透气为最终尾气，CO2含量达到99％以上，剩余气与第二级膜的渗透气和原料气混合循环重新进入系统，产品气中的CH4含量高于97％的生物天然气，膜组件为聚酰亚胺中空纤维膜，中空纤维膜是一种极细的空心膜管，外径为0.2-0.4mm，内径为0.1-0.2mm，这种厚壁的环状体其本身不需要支撑材料即可耐受很高的压力，在高压下不产生性变，中空纤维式膜组件将大量的(几万到几十万根)中空纤维膜装入圆筒形耐压容器内，形成较大的膜面积，纤维束的开口端用环氧树脂浇铸成管板。
本发明的有益效果是：
本发明设计在乡镇规模上建立一种绿色能源生态小镇模式，主要收集畜禽粪便、秸秆等农业废弃物，以及部分蓝藻、污泥等有机物，混合发酵生产沼气，实现一个沼气工程站具有三个功能：就是一个农业废弃物处理场，一个新能源生产场，一个有机肥生产场。通过实验研究原料的预处理方法和新配比提高沼气产气率，设计新的干发酵运行模式达到沼液零排放，实现零污染，并将沼气直接给用户作燃气，或纯化成生物天然气，而沼渣发酵生产成有机肥的一种生态小镇的模式，达到以沼气工程为核心的生态种养结合的目的。
本发明的最大优势是能处理多种工、农业固废、如：秸秆、畜禽粪污、污泥、蓝藻等；并生产沼气和有机肥，实现经济效益。
本发明探索了多种配比及复合菌剂预处理方法来提高沼气产量、钝化污染物中的重金属，实现零污染。
本发明将污染物处理与能源生产相结合，改进发酵工艺和流程，创立一种绿色能源生态小镇的新模式。
附图说明
图1为本发明沼气工程一站三场流程图；
图2为本发明厌氧发酵产沼气流程图；
图3为本发明沼渣生产有机肥流程图；
图4为本发明沼气纯化工艺流程图；
图5为本发明原料收集及预处理流程图；
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。
下面结合附图描述本发明的具体实施例。
实施例1
如图所示，一种绿色能源生态小镇的构建模式，包括以下具体步骤：
(1)将秸秆等通过打包车收集，蓝藻从藻水分离站中收集，污泥采自污水处理厂等的剩余污泥，畜禽粪便采用吸粪车统一运输至沼气工程地点,原料就地取材，根据当地周边的农业固废种类不同和季节的变化，可将秸秆、蓝藻等与畜禽粪便、污泥按照一定不同比例进行混合；
Figure BDA0002584966150000081
表1发酵原料不同配比表
Figure BDA0002584966150000082
表2不同TS、C/N比的原料组合产沼气能力对比
(2)用粉碎机将秸秆粉碎至1-2cm，与沼液充分混合(初次无沼液情况，用白腐真菌-嗜热侧胞霉复合菌剂预处理)，预处理过程中秸秆表面浸湿，物料中保持无流动水状态，方便进行干发酵配比；
(3)调节原料的进料浓度、原料碳氮比、含水率以及pH值；
(4)将上述原料放置发酵罐中，利用干发酵技术对原料进行生产沼气，针对秸秆特殊的物料特性，结合工业上的空气源物料输送装置的结构原理，研制空气源秸秆输料装置，实现了大颗粒秸秆的大容量输送。首先利用空压机往储气罐内打气，用真空泵抽去上料罐内的空气，使其内部形成一定的真空度，同时打开进料管，外界气压比上料罐内气压大，物料被外界压力压入上料罐内，等上料罐中物料达到适当位置时，关闭进料管上的阀门，打开上料管的阀门，往上料罐里面充气，上料罐内的压力通过压力传感器传给PLC编程控制器，等上料罐内的气压达到PLC编程控制器事先设置好的压力时，物料通过上料管进入发酵罐，厌氧发酵罐内底部为沼渣层，中部为活性层，上部为浮渣层。浮渣层上面沼液回流，增加发酵罐内循环，防止秸秆结壳，上料泵间断加料，从原料入厌氧罐到出沼渣，大约65天；
(5)然后采用地热泵对发酵罐进行加热；
(6)发酵后，对混合液进行固液分离，沼液通过回流管进入发酵罐或对原料进行预处理，实现零排放；
(7)对沼渣利用秸秆来调节含水率与碳氮比，来达到好氧堆肥的最佳调节；
(8)对沼气的处理，首先通过活性炭和粗过滤器去除硫化氢和一些杂质颗粒，压缩机将沼气加压输送至冷凝器处，使水蒸气从气态冷凝为液态水后去除，剩余气体进入缓冲罐中，缓冲罐是一个低压力容器，用于各种气体混合，避免气相组分不稳定对中空纤维膜分离器引起负载波动冲击，出来的气体通过细颗粒物过滤器除杂，除杂后的沼气加热至适宜温度20℃～30℃后进入膜组件，三级膜分离后的沼气甲烷产气率达97％以上，二氧化碳去除率99％以上，沼气提纯效果很好。
优选的，步骤(2)所述对原材料的前处理实验操作如下：取沼液分层均匀喷洒至粉碎后的秸秆上，保证与秸秆充分混合，搅拌均匀后，表面用塑料膜和草栅覆盖进行堆沤，堆沤不到24h发酵料中心温度即达到50℃，每天翻料保持发酵料温度在45-50℃。堆沤大约5-7天，当发酵料内长出大量均匀分布的白色菌丝时终止堆沤。
优选的，步骤(3)中所述进料浓度本调配总固体(TS)含量为25％及以上，研究表明厌氧发酵的最佳碳氮比在(20-30):1，而蓝藻的碳氮比在5:1左右，秸秆的碳氮比在(40-80):1左右，畜禽粪便的碳氮比在(9-10):1左右，污泥碳氮比在(5-6):1左右，所以单一蓝藻或秸秆发酵产气都会出现碳氮比不适的情况而导致产气效果差，碳氮比对厌氧发酵的影响主要是通过对厌氧酸化阶段的影响来实现的，在秸秆与蓝藻混合厌氧发酵的试验中，物料最佳碳氮比为25:1，根据碳氮比的计算公式：C/N＝(1kg蓝藻所含的C+X kg秸秆所含的C)/(1kg蓝藻所含的N+X kg秸秆所含的N)，水分是维持微生物代谢必不可少的物质，当水分小于20％，微生物活动基本停止；水分在40-50％，活性开始下降，活性下降意味着体系热量来源不足；水分在50-60％，最适合微生物新陈代谢，还要注意，含水率会随着时间而下降，因而，如果要保持高效，需要在堆肥过程中进行水分调节，水分的消耗主要两个方面，第一：微生物代谢会消耗水分，第二：通风会使体系水分蒸发。如果物料含水率偏低，一般用粪水调节；如果含水率过高，则用粉煤灰、稻草秸秆或者堆肥产物回流的方式进行调节，调节含水率的方法，具体的调解比例是按(A*84％+B*8.83％+X):(A+B)＝50～60％计算，其中A为1kg蓝藻；B为A为1kg时所加秸秆的量；X为所加调节物的量，可以通过添加石灰水等方式调节反应总底物的pH为6.8-7.4，该pH值下产气效率、沼气产量、底物转化率、过程稳定性等效果较好。
优选的，步骤(4)中所述采用沼液回流进入发酵罐，沼液自循环模式。沼气收集罐上安装了沼气监控装置，实现沼气的稳压收集，收集后的沼气通过沼气外输管外送。
优选的，步骤(5)所述地热泵是利用地下常温土壤和地下水相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统或地下水，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移与建筑物完成热交换。
优选的，步骤(7)所述沼渣含水率≥65％，沼渣的碳氮比约在17:1左右；蓝藻含水率≥95％，蓝藻的碳氮比约在5:1左右，好氧堆肥最佳条件的碳氮比在(20-30)：1，含水率在50％-60％之间，利用秸秆来调节含水率与碳氮比，秸秆的含水率可以忽略不计，碳氮比在(65-85)：1，以75:1计算，若物料总重为10t，沼渣与蓝藻秸秆的湿重比为3：1：1，即沼渣6t，蓝藻2t，秸秆2t，原料配比后，计算出含水率为58％，碳氮比为26:1，满足好氧堆肥的最佳条件。
优选的，所述具体调节步骤包括将沼渣与蓝藻和秸秆混合后，添加藻毒素降解菌，可将蓝藻中的藻毒素等有害物质降解，并将其堆成一个一个的发酵体，为便于施工，其高度与宽度不宜过大，同时为了保证发酵效果，其尺寸也不宜过小，发酵过程中控制堆体的温度和湿度，通过翻堆的方式实现通风、供氧以及内部温度控制，前十天的分解作用较多，内部温度较高，需要每天翻一次，之后每两天翻堆一次，在一个月35天左右完全腐熟，转化为有机肥料，实现有机废物的资源化利用。
优选的，步骤(8)所述活性炭过滤器除硫装置以活性炭为载体负载氧化铁后不仅有物理吸附还有化学吸附，吸附效率大大提高，活性炭与氧化铁的质量比为1:1时，真空干燥温度为70℃，干燥时间为36h得到的负载氧化铁吸附效果最好，吸附温度在60℃时，脱硫率可达99.2％。
优选的，步骤(8)所述三级膜工艺流程，进入膜组件的气体成分主要是CO2和CH4，CO2在高压侧受到分压差的驱动，易扩散到渗透侧，以渗透气排出，CH4不易渗透从而达到分离气体的目的，一级膜渗透气通入三级膜组件，三级膜组件的渗透气为最终尾气，CO2含量达到99％以上，剩余气与第二级膜的渗透气和原料气混合循环重新进入系统，产品气中的CH4含量高于97％的生物天然气，膜组件为聚酰亚胺中空纤维膜，中空纤维膜是一种极细的空心膜管，外径为0.2-0.4mm，内径为0.1-0.2mm，这种厚壁的环状体其本身不需要支撑材料即可耐受很高的压力，在高压下不产生性变，中空纤维式膜组件将大量的(几万到几十万根)中空纤维膜装入圆筒形耐压容器内，形成较大的膜面积，纤维束的开口端用环氧树脂浇铸成管板
本发明将需要处理的农业固废如秸秆、畜禽粪便、蓝藻以及各种的污泥等用作沼气工程的原料，根据季节和当地原料设计了多种原材料配比来提高沼气产量，发明一种解决了秸秆等由于焚烧产生的环境污染，钝化了畜禽粪便中的重金属，降解了蓝藻腐烂过程中的有害成分，以及处理了污水处理厂或工业中多余的污泥，本发明通过用复合菌剂预处理和控制原料的关键参数的配比，如TS在25％以上，pH值在6.8-7.4，提高厌氧发酵产沼气效率，解决目前能源短缺的问题，实现经济效益。本发明严格控制含水率来调节TS，采用干发酵工艺，实现发酵沼液零排放，对环境零污染，沼渣用于有机肥生产，有机肥肥效较高，能提高农作物产量，并能改善土壤板结等环境问题，畜禽粪便、污泥中的重金属在复合菌剂的作用下富集，钝化了重金属，建立零污染的生态模式，本发明将污染物处理与能源生产相结合，改进发酵工艺和流程，创立一种绿色能源生态小镇的新模式。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种绿色能源生态小镇的构建模式，其特征在于：包括以下具体步骤：
(1)将秸秆等通过打包车收集，蓝藻从藻水分离站中收集，污泥采自污水处理厂等的剩余污泥，畜禽粪便采用吸粪车统一运输至沼气工程地点,原料就地取材，根据当地周边的农业固废种类不同和季节的变化，可将秸秆、蓝藻等与畜禽粪便、污泥按照一定不同比例进行混合；
(2)用粉碎机将秸秆粉碎至1-2cm，与沼液充分混合(初次无沼液情况，用白腐真菌-嗜热侧胞霉复合菌剂预处理)，预处理过程中秸秆表面浸湿，物料中保持无流动水状态，方便进行干发酵配比；
(3)调节原料的进料浓度、原料碳氮比、含水率以及pH值；
(4)将上述原料放置发酵罐中，利用干发酵技术对原料进行生产沼气，针对秸秆特殊的物料特性，结合工业上的空气源物料输送装置的结构原理，研制空气源秸秆输料装置，实现了大颗粒秸秆的大容量输送。首先利用空压机往储气罐内打气，用真空泵抽去上料罐内的空气，使其内部形成一定的真空度，同时打开进料管，外界气压比上料罐内气压大，物料被外界压力压入上料罐内，等上料罐中物料达到适当位置时，关闭进料管上的阀门，打开上料管的阀门，往上料罐里面充气，上料罐内的压力通过压力传感器传给PLC编程控制器，等上料罐内的气压达到PLC编程控制器事先设置好的压力时，物料通过上料管进入发酵罐，厌氧发酵罐内底部为沼渣层，中部为活性层，上部为浮渣层。浮渣层上面沼液回流，增加发酵罐内循环，防止秸秆结壳，上料泵间断加料，从原料入厌氧罐到出沼渣，大约65天；
(5)然后采用地热泵对发酵罐进行加热；
(6)发酵后，对混合液进行固液分离，沼液通过回流管进入发酵罐或对原料进行预处理，实现零排放；
(7)对沼渣利用秸秆来调节含水率与碳氮比，来达到好氧堆肥的最佳调节；
(8)对沼气的处理，首先通过活性炭和粗过滤器去除硫化氢和一些杂质颗粒，压缩机将沼气加压输送至冷凝器处，使水蒸气从气态冷凝为液态水后去除，剩余气体进入缓冲罐中，缓冲罐是一个低压力容器，用于各种气体混合，避免气相组分不稳定对中空纤维膜分离器引起负载波动冲击，出来的气体通过细颗粒物过滤器除杂，除杂后的沼气加热至适宜温度20℃～30℃后进入膜组件，三级膜分离后的沼气甲烷产气率达97％以上，二氧化碳去除率99％以上，沼气提纯效果很好。
2.根据权利要求1所述的一种绿色能源生态小镇的构建模式，其特征在于：步骤(2)所述对原材料的前处理实验操作如下：取沼液分层均匀喷洒至粉碎后的秸秆上，保证与秸秆充分混合，搅拌均匀后，表面用塑料膜和草栅覆盖进行堆沤，堆沤不到24h发酵料中心温度即达到50℃，每天翻料保持发酵料温度在45-50℃。堆沤大约5-7天，当发酵料内长出大量均匀分布的白色菌丝时终止堆沤。
3.根据权利要求1所述的一种绿色能源生态小镇的构建模式，其特征在于：步骤(3)中所述进料浓度本调配总固体(TS)含量为25％及以上，研究表明厌氧发酵的最佳碳氮比在(20-30):1，而蓝藻的碳氮比在5:1左右，秸秆的碳氮比在(40-80):1左右，畜禽粪便的碳氮比在(9-10):1左右，污泥碳氮比在(5-6):1左右，所以单一蓝藻或秸秆发酵产气都会出现碳氮比不适的情况而导致产气效果差，碳氮比对厌氧发酵的影响主要是通过对厌氧酸化阶段的影响来实现的，在秸秆与蓝藻混合厌氧发酵的试验中，物料最佳碳氮比为25:1，根据碳氮比的计算公式：C/N＝(1kg蓝藻所含的C+X kg秸秆所含的C)/(1kg蓝藻所含的N+X kg秸秆所含的N)，水分是维持微生物代谢必不可少的物质，当水分小于20％，微生物活动基本停止；水分在40-50％，活性开始下降，活性下降意味着体系热量来源不足；水分在50-60％，最适合微生物新陈代谢，还要注意，含水率会随着时间而下降，因而，如果要保持高效，需要在堆肥过程中进行水分调节，水分的消耗主要两个方面，第一：微生物代谢会消耗水分，第二：通风会使体系水分蒸发。如果物料含水率偏低，一般用粪水调节；如果含水率过高，则用粉煤灰、稻草秸秆或者堆肥产物回流的方式进行调节，调节含水率的方法，具体的调解比例是按(A*84％+B*8.83％+X):(A+B)＝50～60％计算，其中A为1kg蓝藻；B为A为1kg时所加秸秆的量；X为所加调节物的量，可以通过添加石灰水等方式调节反应总底物的pH为6.8-7.4，该pH值下产气效率、沼气产量、底物转化率、过程稳定性等效果较好。
4.根据权利要求1所述的一种绿色能源生态小镇的构建模式，其特征在于：步骤(4)中所述采用沼液回流进入发酵罐，沼液自循环模式。沼气收集罐上安装了沼气监控装置，实现沼气的稳压收集，收集后的沼气通过沼气外输管外送。
5.根据权利要求1所述的一种绿色能源生态小镇的构建模式，其特征在于：步骤(5)所述地热泵是利用地下常温土壤和地下水相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统或地下水，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移与建筑物完成热交换。
6.根据权利要求1所述的一种绿色能源生态小镇的构建模式，其特征在于：步骤(7)所述沼渣含水率≥65％，沼渣的碳氮比约在17:1左右；蓝藻含水率≥95％，蓝藻的碳氮比约在5:1左右，好氧堆肥最佳条件的碳氮比在(20-30)：1，含水率在50％-60％之间，利用秸秆来调节含水率与碳氮比，秸秆的含水率可以忽略不计，碳氮比在(65-85)：1，以75:1计算，若物料总重为10t，沼渣与蓝藻秸秆的湿重比为3：1：1，即沼渣6t，蓝藻2t，秸秆2t，原料配比后，计算出含水率为58％，碳氮比为26:1，满足好氧堆肥的最佳条件。
7.根据权利要求6所述的一种绿色能源生态小镇的构建模式，其特征在于：所述具体调节步骤包括将沼渣与蓝藻和秸秆混合后，添加藻毒素降解菌，可将蓝藻中的藻毒素等有害物质降解，并将其堆成一个一个的发酵体，为便于施工，其高度与宽度不宜过大，同时为了保证发酵效果，其尺寸也不宜过小，发酵过程中控制堆体的温度和湿度，通过翻堆的方式实现通风、供氧以及内部温度控制，前十天的分解作用较多，内部温度较高，需要每天翻一次，之后每两天翻堆一次，在一个月35天左右完全腐熟，转化为有机肥料，实现有机废物的资源化利用。
8.根据权利要求1所述的一种绿色能源生态小镇的构建模式，其特征在于：步骤(8)所述活性炭过滤器除硫装置以活性炭为载体负载氧化铁后不仅有物理吸附还有化学吸附，吸附效率大大提高，活性炭与氧化铁的质量比为1:1时，真空干燥温度为70℃，干燥时间为36h得到的负载氧化铁吸附效果最好，吸附温度在60℃时，脱硫率可达99.2％。
9.根据权利要求1所述的一种绿色能源生态小镇的构建模式，其特征在于：步骤(8)所述三级膜工艺流程，进入膜组件的气体成分主要是CO2和CH4， CO2在高压侧受到分压差的驱动，易扩散到渗透侧，以渗透气排出，CH4不易渗透从而达到分离气体的目的，一级膜渗透气通入三级膜组件，三级膜组件的渗透气为最终尾气，CO2含量达到99％以上，剩余气与第二级膜的渗透气和原料气混合循环重新进入系统，产品气中的CH4含量高于97％的生物天然气，膜组件为聚酰亚胺中空纤维膜，中空纤维膜是一种极细的空心膜管，外径为0.2-0.4mm，内径为0.1-0.2mm，这种厚壁的环状体其本身不需要支撑材料即可耐受很高的压力，在高压下不产生性变，中空纤维式膜组件将大量的(几万到几十万根)中空纤维膜装入圆筒形耐压容器内，形成较大的膜面积，纤维束的开口端用环氧树脂浇铸成管板。
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