CN112097312A - 一种可持续从堆肥体系中取热的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可持续从堆肥体系中取热的装置和方法，属于取暖设备技术领域。可持续从堆肥体系中取热的装置，将空地划分为若干个区域，每两个区域之间被分割开；区域用于堆肥发酵产热；在区域的土壤下方铺设管道；管道一端依次通过进水阀门和总进水阀门与进水箱连通，管道另一端延伸依次通过出水阀门和总出水阀门与出水箱连通；出水箱终端连接到供热系统；同时出水箱与进水箱之间保证定向水循环。采用该装置的取热方法，每个区域进行间歇堆肥发酵，保证至少一个区域堆体温度≥45℃，打开相应区域阀门，同时关闭其他区域的阀门。该装置保证持续供应热量，具有较高的应用价值。同时该方法易于控制，热量易于回收，节能环保。

Description

一种可持续从堆肥体系中取热的装置和方法
技术领域
本发明属于取暖设备技术领域，具体涉及一种可持续从堆肥体系中取热的装置和方法。
背景技术
中国是一个农业大国，随着农业生产水平的不断提高，农业废弃物越来越多。农业废弃物一般分为种植废弃物、养殖废弃物和农产品加工废弃物等，如秸秆、残株杂草、畜禽粪便等。我国已经成为世界上农业废弃物产出量最大的国家，其中农作物秸秆年产量达数亿万吨，畜禽粪便排放量达数百亿吨。由于农业废弃物资源量大，处理起来较为困难，大量秸秆的焚烧、丢弃，造成资源的浪费和环境污染。因此，如何合理利用农业废弃物资源，真正实现农业废弃物变“废”为“宝”，对缓解我国能源压力、保护生态环境、促进农业的可持续发展具有重大意义。众所周知，堆肥是一种有效处理固体废弃物的手段，堆肥后产物可作为肥料，所含营养物质丰富，且肥效长而稳定，同时有利于促进土壤固粒结构的形成，能增加土壤保水、保温、透气、保肥能力。堆肥化处理技术已成为农业废弃物资源化利用技术之一，该方法能够实现农业废弃物循环利用，既可取得良好的经济效益，又可实现清洁生产，防止环境污染。然而，堆肥过程中会产生许多能量，这些热量一直以来被忽视，得不到有效地利用。目前，已经开发出一种新模式可有效利用这些能量。
由于能源、经济条件限制，集中供暖事业发展缓慢，农村地区更是没有供暖条件，许多家庭使用污染严重的燃煤火炉取暖。农业废弃物好氧堆肥能将有机物分解，并释放大量能量。农民可以就近回收农业废弃物，通过堆肥处理既可以无害化处理这些废弃物，使之转化为肥力很高的腐殖酸，回归农田，又可以回收废弃物中的生物质能，用于日常的采暖和生活热水的制备。这有效地解决了收集运输的高成本，减少带来的环境污染，回收了生物质能，十分具有节能和环保意义。然而，堆肥分为升温期，高温期，降温期，腐熟期四个时期，可产热的升温期和高温期维持时间较短，所以这只能作为一个间断的产热源，不能保证持续供应热量，在实际应用中会受限。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可持续从堆肥体系中取热的装置和方法，具有减少资源消耗和资源合理化利用的特点，实现持续采暖和制备生活热水。
本发明提供了一种可持续从堆肥体系中取热的装置，在一片空地上等面积划分为若干个区域，每两个区域之间被分割开；所述区域用于堆肥发酵产热；
所述区域的土壤下方铺设管道；所述管道的一端延伸至地面上方依次通过进水阀门和总进水阀门与进水箱连通，所述管道的另一端延伸至地面上方依次通过出水阀门和总出水阀门与出水箱连通；所述出水箱的终端连接到供热系统；同时出水箱与进水箱之间保证定向水循环；
所述进水阀门控制所在区域管道的进水；所述总进水阀门控制所有区域管道的进水；所述出水阀门控制所在区域管道的出水；所述总出水阀门控制所有区域管道的出水。
优选的，所述管道的铺设深度为0.3～1m。
优选的，所述区域的土壤下方铺设管道的长度为10～1000m。
优选的，所述区域的面积为4～200m2。
优选的，所述区域的个数包括4～10个。
本发明提供了一种基于所述装置可持续从堆肥体系中取热的方法，包括以下步骤：
向每个区域内间歇添加农业废弃物进行堆肥发酵，保证至少一个区域的堆体进入升温期，保持相应区域的出水阀门和进水阀门处于开放状态，当所述区域的堆体处于降温期、腐熟期或刚填料期，则使所述区域的出水阀门和进水阀门处于关闭状态；
所述升温期为所述堆体的温度≥45℃。
优选的，当所述区域为4个时，向每个区域添加农业废弃物的间隔时间为5～7d。
优选的，每个区域添加农业废弃物的质量为8～400kg。
优选的，所述堆肥发酵将所述农业废弃物与微生物混合后密闭发酵；所述微生物的接种量为3％～15％。
优选的，所述农业废弃物包括畜禽粪便、作物秸秆、糠壳饼麸或果园残留物。
本发明提供了一种可持续从堆肥体系中取热的装置，在一片空地上等面积划分为若干个区域，每两个区域之间被分割开；所述区域用于堆肥发酵产热；所述区域的土壤下方铺设管道；所述管道的一端延伸至地面上方依次通过进水阀门和总进水阀门与进水箱连通，所述管道的另一端延伸至地面上方依次通过出水阀门和总出水阀门与出水箱连通；所述出水箱的终端连接到供热系统；所述供热系统与进水箱之间保证定向水循环；所述进水阀门控制所在区域管道的进水；所述总进水阀门控制所有区域管道的进水；所述出水阀门控制所在区域管道的出水；所述总出水阀门控制所有区域管道的出水。本发明区域内堆肥的热量通过传递给管道中的水进行能量传递，具体为利用农业废弃物在区域内堆肥产生的热量被区域下方铺设的管道中的水吸收，并转运至出水箱进入供热系统中，当某个区域堆肥的阶段不产热或产热量较低时则关闭该区域内管道的进水阀门和出水阀门。该装置通过设置若干个堆肥区域，克服了堆肥发酵产热量间歇的问题，为供热系统提供一个连续不断的热源，保证持续供应热量，具有较高的实际应用价值。
本发明提供的可持续从堆肥体系中取热的方法，能够持续地为居民供热，减少能源消耗，合理资源化利用农业废弃物，真正实现农业废弃物变“废”为“宝”，对缓解我国能源压力、保护生态环境、促进农业的可持续发展具有重大意义。同时本发明方法过程易于控制，热量易于回收，节能环保。
附图说明
图1为本发明所述用于可持续取热的整体结构示意图；1#区域1；2#区域2；3#区域3；4#区域4；1阀门1；2阀门2；3阀门3；4阀门4；5阀门5；6阀门6；7阀门7；8阀门8；9阀门9；10阀门10；
图2为各区域水管管道的结构示意图；
图3为小型简易装置结构示意图；
图4为各区域堆肥状态及具体操作的示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种可持续从堆肥体系中取热的装置，在一片空地上等面积划分为若干个区域，每两个区域之间被分割开；所述区域用于堆肥发酵产热；
所述区域的土壤下方铺设管道；所述管道的一端延伸至地面上方依次通过进水阀门和总进水阀门与进水箱连通，所述管道的另一端延伸至地面上方依次通过出水阀门和总出水阀门与出水箱连通；所述出水箱的终端连接到供热系统；同时出水箱与进水箱之间保证定向水循环；
所述进水阀门控制所在区域管道的进水；所述总进水阀门控制所有区域管道的进水；所述出水阀门控制所在区域管道的出水；所述总出水阀门控制所有区域管道的出水。
在本发明中，所述区域的面积优选为4～200m2，更优选为50m2。所述区域的个数优选包括4～10个，更优选为5～7个。所述管道的铺设深度优选为0.3～1m。管道铺设的方法优选水平蛇形铺设或垂直螺旋铺设。所述区域的土壤下方铺设管道的长度优选为0.4～0.6m。所述管道的材质没有特殊限制，采用本领域所熟知的取暖管道即可。所述管道的内直径优选为6～12cm，更优选为8～10cm。
在本发明中，在每个管道的进水口安装进水阀门。若干个管道的进水口通过三通汇总连通到进水箱的出水口上，所述进水箱的出水口处设置所述总进水阀门，用于控制所有管道的进水情况。在每个管道的出水口安装出水阀门。若干个管道的出水口通过三通汇总连通到出水箱的进水口上，所述出水箱的进水口处设置所述总出水阀门，用于控制所有管道的出水情况。
在本发明中，当区域内堆肥时，堆体温度≥45℃时，打开相应区域内管道的进水阀门和出水阀门以及总进水阀门和总出水阀门，使出水箱的水流经区域时，将堆肥热量转运至出水箱输送给供热系统，满足日常取暖和生活热水的需求；当堆体的温度低于阈值时，则关闭相应区域管道的进水阀门和出水阀门，保证不同区域中至少一个区域处于供热状态。
本发明提供了一种基于所述装置可持续从堆肥体系中取热的方法，包括以下步骤：
向每个区域内间歇添加农业废弃物进行堆肥发酵，保证至少一个区域的堆体进入升温期，保持相应区域的出水阀门和进水阀门处于开放状态，当所述区域的堆体处于降温期、腐熟期或刚填料期，则使所述区域的出水阀门和进水阀门处于关闭状态；
所述升温期为所述堆体的温度≥45℃。
在本发明中，不同个数的区域，堆料发酵的方法会有所差异。当所述区域为4个时，向每个区域添加农业废弃物的间隔时间优选为5～7d，更优选为6d。每个区域添加农业废弃物的质量优选为8～400kg。
在本发明中，所述堆肥发酵将所述农业废弃物与微生物混合后密闭发酵；所述微生物的接种量优选为3％～15％，更优选为8％。本发明对所述农业废弃物的种类没有特殊限制，采用本领域所熟知的农业废弃物的种类即可，例如玉米秸秆、花生壳、玉米芯、稻壳、菌渣、畜禽粪便等。
下面结合实施例对本发明提供的一种可持续从堆肥体系中取热的装置和方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
装置的示意图见图1。将空地等面积划分为4个区域，每个区域下水平蛇形铺设管道，铺设的管道的长度为50m，管道的埋藏深度为0.3m。先向4m2区域1填加30kg左右的农业废弃物，包括畜禽粪便、作物秸秆等，为了保证堆肥的顺利进行，添加稻壳来调节物料C/N比为19左右，为了加速秸秆降解、缩短堆肥时间，以倾注培养法接种纤维素降解菌剂(菌剂为Streptomyces sp.FXJ3.003(JN683658.1)H菌株和Actinobacteria bacteriumYWYKDS1016S(KP053722.1)菌株，两种菌株的菌落数比例为1:1)，并在堆肥过程中插入温度计用于实时测定堆体温度。堆肥初期，堆体温度与环境温度相近，经过中温菌1～3天的作用，堆肥温度能够逐步升高。在区域1中堆体发酵三天后，堆体产生大量热气、温度开始升高至45℃(即为升温期)，打开阀门4、阀门7为水管里的水输送热量，为居民供热(其他阀门均关闭)。堆肥高温期会维持在50～65℃，持续了六天。
据报道，国外学者E.Klejment等对小规模实验得到持续5天(≥60℃)好氧分解阶段平均产热1136KJ/kg，如果按照100kg废弃物计算，将产生113600KJ的热量，这些热量能够使至少1吨的水增温25℃，完全满足居民供水要求，而实际通过上述方法，附近居民生活用水的水温均在30℃以上。在区域1的堆肥体系用于取热的三天后，同样地向区域2填加30kg的农业废弃物用于堆肥产热，当区域1中堆肥高温期持续6天后，温度开始下降时(即为降温期)，当堆肥温度低于45℃，关闭阀门4、阀门7，此时区域2中堆肥刚好达到升温期或高温期，打开阀门2、阀门8向水管里的水输送热量，为居民供热(其他阀门均关闭)，在区域2的堆肥体系用于取热的三天后，同样地向区域3填加30kg左右的农业废弃物用于堆肥产热；当区域2中堆肥温度低于45℃时，关闭阀门2、阀门8，此时区域3中堆肥达到升温期或高温期，打开阀门5、阀门10向水管里的水输送热量，为居民供热(其他阀门均关闭)，在区域3的堆肥体系用于取热的三天后，同样地向区域4填加30kg左右的农业废弃物用于堆肥产热；当区域3中堆肥温度低于45℃时，关闭阀门5、阀门10，此时区域4中堆体达到升温期或高温期，打开阀门3、阀门9向水管里的水输送热量，为居民供热，在区域4的堆肥体系用于取热的三天后，区域1中堆肥已经经历30天左右，堆肥基本达到腐熟(堆体颜色加深呈深褐色，且发芽率达70％以上)，继续向区域1中填加农业废弃物用于堆肥产热；当区域4中堆肥温度低于45℃时，关闭阀门3、阀门9，此时区域1中堆肥又达到升温期或高温期，打开阀门4、阀门7，在区域1的堆肥体系用于取热的三天后向区域2填加废弃物用于堆肥产热，以此循环，循环取热、循环填料，保证了持续供热，附近居民生活用水持续在30℃以上。
实施例2
在实施例1的基础上，本发明提供了一种改进的小型简易装置结构(见说明书附图3)，此装置的特点在于将水管直接制成旋转状，并且方便直接取出，可用于较小面积的堆肥体系取热。阀门位置、取热原理及流程等特点与实例1的装置(图1和图2)一致。此装置应用在4平米的土地上，分为4个区域，每个区域1平方米，管道呈螺旋形垂直埋藏区域土壤下方，埋藏深度为1m，管道的长度为10m。各区域添加8kg左右的农业废弃物，按照实施例1的操作流程循环，可持续供附近区民生活用水，温度可达28℃以上。同时，该装置方便取出、方便使用，可达到循环利用的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可持续从堆肥体系中取热的装置，其特征在于，在一片空地上等面积划分为若干个区域，每两个区域之间被分割开；所述区域用于堆肥发酵产热；
所述区域的土壤下方铺设管道；所述管道的一端延伸至地面上方依次通过进水阀门和总进水阀门与进水箱连通，所述管道的另一端延伸至地面上方依次通过出水阀门和总出水阀门与出水箱连通；所述出水箱的终端连接到供热系统；所述出水箱与进水箱之间保证定向水循环；
所述进水阀门控制所在区域管道的进水；所述总进水阀门控制所有区域管道的进水；所述出水阀门控制所在区域管道的出水；所述总出水阀门控制所有区域管道的出水。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述管道的铺设深度为0.3～1m。
3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述区域的土壤下方铺设管道的长度为10～1000m。
4.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述区域的面积为4～200m2。
5.根据权利要求1～4任意一项所述装置，其特征在于，所述区域的个数包括4～10个。
6.一种基于权利要求1～5任意一项所述装置可持续从堆肥体系中取热的方法，其特征在于，包括以下步骤：
向每个区域内间歇添加农业废弃物进行堆肥发酵，保证至少一个区域的堆体进入升温期，保持相应区域的出水阀门和进水阀门处于开放状态，当所述区域的堆体处于降温期、腐熟期或刚填料期，则使所述区域的出水阀门和进水阀门处于关闭状态；
所述升温期为所述堆体的温度≥45℃。
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，当所述区域为4个时，向每个区域添加农业废弃物的间隔时间为5～7d。
8.根据权利要求6所述方法，其特征在于，每个区域添加农业废弃物的质量为8～400kg。
9.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述堆肥发酵将所述农业废弃物与微生物混合后密闭发酵；所述微生物的接种量为3％～15％。
10.根据权利要求5～9任意一项所述方法，其特征在于，所述农业废弃物包括畜禽粪便、作物秸秆、糠壳饼麸或果园残留物。
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