CN112574862B - 一种秸秆好氧厌氧交替发酵系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种秸秆好氧厌氧交替发酵系统及工艺，属于现代农业技术领域。发酵系统包括发酵罐体，发酵罐体包括发酵区和沼液收集区；发酵区通过导热隔板分隔为第一发酵空间和第二发酵空间，导热隔板的两侧分别设置一发酵池，发酵池的底板上设置有漏液孔，导热隔板通过转轴安装，转轴连接有驱动电机，转轴能够带动导热隔板转动，以使同一发酵池在两发酵空间之间切换，进而实现秸秆好氧发酵、秸秆厌氧发酵和沼气发酵的交替循环进行。上述秸秆发酵系统及工艺实现了对秸秆好氧发酵过程中热量的充分利用，而且在切换发酵池所在空间的同时，对发酵空间进行发酵条件的切换，从而实现秸秆发酵池好氧发酵和厌氧发酵的交替进行，提高了发酵效率。

Description

一种秸秆好氧厌氧交替发酵系统及工艺

技术领域

本发明属于现代农业技术领域，涉及一种好氧发酵技术，特别是涉及一种秸秆好氧厌氧交替发酵系统及工艺。

背景技术

秸秆沼气是以农作物秸秆为主要发酵原料生产沼气的一种新技术，是符合循环经济要求的清洁生产过程。目前的沼气发酵技术大都是秸秆堆沤腐熟过程和厌氧发酵过程相互独立，沼气池主要起到进行厌氧发酵生产沼气的作用。无论是户用沼气还是大型沼气工程都是先在沼气池外把秸秆堆沤腐熟后再和畜禽粪便一起投入到沼气池中进行厌氧发酵，此过程中，不仅秸秆堆沤腐熟过程中产生的气味和气体容易进入到大气中造成大气污染，同时产生的热量易损失，得不到有效利用，而且费时费力，周期较长。因此，如何提出一种秸秆发酵一体化技术，使其既能够解决能量损失的问题，同时又能够达到省时省力、操作简单易行的效果，是本发明亟待解决的一个问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种秸秆好氧厌氧交替发酵系统及工艺，以解决上述现有技术存在的问题，该秸秆发酵系统及工艺不仅实现了对秸秆好氧发酵过程中热量的充分利用，而且在切换发酵池所在空间的同时，对发酵空间进行厌氧发酵条件和好氧发酵条件的切换，从而实现了秸秆发酵池好氧发酵和厌氧发酵的交替进行，提高了发酵效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种秸秆好氧厌氧交替发酵系统，包括发酵罐体，所述发酵罐体包括发酵区和设置于所述发酵区底部的沼液收集区；所述发酵区通过导热隔板分隔为第一发酵空间和第二发酵空间，所述第一发酵空间和所述第二发酵空间内均设置有曝气装置和发酵液喷洒装置，且所述发酵液喷洒装置与所述沼液收集区通过管道连接；所述导热隔板的两侧分别设置一发酵池，所述发酵池的底板上设置有漏液孔，所述第一发酵空间和所述第二发酵空间的底部均设置有排液管，所述排液管用于将发酵液排入所述沼液收集区内；所述导热隔板通过转轴安装，所述转轴连接有驱动电机，所述转轴能够带动所述导热隔板转动，以使同一所述发酵池在所述第一发酵空间和所述第二发酵空间之间切换，所述第一发酵空间和所述第二发酵空间之间交替循环进行秸秆好氧发酵、秸秆厌氧发酵和沼气发酵；所述第一发酵空间和所述第二发酵空间均设置有沼气排管，所述沼气排管与外部沼气储池连接。

可选的，还包括控制系统，所述曝气装置、所述发酵液喷洒装置和所述驱动电机均由所述控制系统控制启闭。

可选的，各所述排液管和各所述沼气排管上均设置有电磁阀门，各所述电磁阀门均由所述控制系统控制启闭。

可选的，所述发酵罐体上设置有侧开门，所述侧开门位于所述发酵区，开启所述侧开门能够对所述发酵池内的物料进行更换或填补。

可选的，所述发酵池可拆卸安装于所述导热隔板的侧面；所述发酵池为半圆柱形发酵池，且所述发酵池的底板铰接于所述发酵池的底部，便于开启，进行卸料。

可选的，所述发酵池的侧壁设置有搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌轴和安装于所述搅拌轴上的若干搅拌杆，所述搅拌杆内设置有电热丝，用于加热所述搅拌杆，进而实现对物料的加热。

可选的，所述导热隔板为氧化铝陶瓷板。

可选的，所述发酵区的内壁由外至内依次设置有保温层和除臭层，所述除臭层由除臭剂涂覆而成。

可选的，所述转轴的顶端贯穿所述发酵罐体的顶部后与所述驱动电机连接；所述发酵罐体的顶部设置有支架，所述驱动电机安装于所述支架上。

同时，本发明提出一种基于上述秸秆好氧厌氧交替发酵系统的秸秆好氧厌氧交替发酵工艺，主要包括如下步骤：

步骤一：在两个发酵池内分别加入粪便和预处理后的秸秆碎，并将两个所述发酵池分别安装在所述导热隔板的两侧；

步骤二：封闭发酵罐体，并通过控制系统启动驱动电机使转轴转动，以使两个所述发酵池分别位于两个发酵空间内；

步骤三：通过控制系统启动秸秆碎所在发酵空间内的曝气装置和发酵液喷洒装置，通过控制系统开启粪便所在发酵空间内的沼气排管和排液管；同时通过控制系统同时启动两个发酵池内的搅拌装置及加热丝；

步骤四：两个发酵池同时分别启动厌氧发酵和好氧发酵，好氧发酵产生的热量通过导热隔板在两个发酵空间同时发散，厌氧发酵产生的沼气排出，沼液收集在沼液收集区，并由发酵液喷洒装置将沼液喷洒在秸秆碎上；

步骤五：秸秆初步有氧发酵完成后，通过控制系统同时关闭两个发酵池内的搅拌装置及加热丝；由控制系统驱动导热隔板转动180°，使两个发酵池更换发酵空间，初步有氧发酵后的秸秆碎进入厌氧空间进行厌氧发酵；同时通过控制系统将另一发酵空间的曝气装置和发酵液喷洒装置关闭，将沼气排管和排液管开启，进行沼气厌氧发酵；

步骤六：秸秆碎厌氧发酵完成后，完成一个发酵周期，进行补料或卸料后，进入下一发酵周期。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的秸秆好氧厌氧交替发酵系统及工艺，通过导热隔板的设置，在实现空间封闭间隔的前提下实现了热量的传导，将秸秆好氧发酵的热量高供给沼气发酵使用，提高了对秸秆好氧发酵过程产生的热量的高效循环利用。此外，通过将导热隔板设置为转动结构，不仅实现了对同一发酵池所在发酵空间的切换，而且各发酵空间内厌氧发酵条件和好氧发酵条件切换自如，秸秆发酵池好氧发酵和厌氧发酵交替进行，且秸秆好氧发酵和秸秆厌氧发酵均伴随沼气厌氧发酵的进行，既保证了秸秆好氧发酵所需酵种的充足，同时秸秆发酵又为沼气发酵提供了充足热量，使沼气源源不断产生，实现了两种发酵模式的优势互补，实用性极强。

另外，本发明的秸秆好氧厌氧交替发酵工艺，有控制系统的设置实现了整个发酵罐的自动化运行，无需人工实时看守。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明秸秆好氧厌氧交替发酵系统的外部结构示意图；

图2为本发明秸秆好氧厌氧交替发酵系统的内部结构示意图；

图3为本发明发酵池的安装示意图；

图4为本发明发酵池的结构示意图；

图5为本发明发酵池底板的结构示意图；

其中，附图标记为：秸秆好氧厌氧交替发酵系统100；发酵罐体1；发酵区2；沼液收集区3；导热隔板4；第一发酵空间5；第二发酵空间6；曝气装置7；发酵液喷洒装置8；发酵池9；底板10；漏液孔11；排液管12；转轴13；驱动电机14；沼气排管15；电磁阀门16；侧开门17；搅拌装置18；搅拌轴19；搅拌杆20；支架21。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种秸秆好氧厌氧交替发酵系统及工艺，以解决上述现有技术存在的问题，该秸秆发酵系统及工艺不仅实现了对秸秆好氧发酵过程中热量的充分利用，而且在切换发酵池所在空间的同时，对发酵空间进行厌氧发酵条件和好氧发酵条件的切换，从而实现了秸秆发酵池好氧发酵和厌氧发酵的交替进行，提高了发酵效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-5所示，本实施例提供一种秸秆好氧厌氧交替发酵系统100，包括发酵罐体1，发酵罐体1包括发酵区2和设置于发酵区2底部的沼液收集区3，上下结构分布，结构更为紧凑；发酵区2内通过导热隔板4分隔为第一发酵空间5和第二发酵空间6，第一发酵空间5和第二发酵空间6左右对称分布，且第一发酵空间5和第二发酵空间6内均设置有曝气装置7和发酵液喷洒装置8，且发酵液喷洒装置8与沼液收集区3通过管道连接；导热隔板4的两侧分别设置一发酵池9，发酵池9的底板10上设置有若干漏液孔11，第一发酵空间5和第二发酵空间6的底部均设置有排液管12，排液管12用于将发酵液排入沼液收集区3内，进行暂存收集；导热隔板4通过转轴13安装，转轴13的底端安装所述导热隔板4，顶端连接驱动电机14，转轴13能够带动导热隔板4转动，以使同一发酵池9在第一发酵空间5和第二发酵空间6之间切换，第一发酵空间5和第二发酵空间6内交替循环进行秸秆好氧发酵、秸秆厌氧发酵和沼气发酵；第一发酵空间5和第二发酵空间6均设置有沼气排管15，沼气排管15与外部沼气储池连接，用于在沼气发酵时将产生的沼气实时排出收集。

本实施例中，秸秆好氧厌氧交替发酵系统100还包括控制系统，曝气装置7、发酵液喷洒装置8和驱动电机14均与控制系统电性连接，并均由控制系统控制启闭，进而实现对发酵空间发酵环境的切换和调节。

本实施例中，如图2所示，各排液管12和各沼气排管15上均设置有电磁阀门16，各电磁阀门16均与控制系统电性连接，并均由控制系统控制启闭。一般情况下，沼气排管15上的电磁阀门仅在沼气发酵时开启；排液管12上的电磁阀门可根据需要随时开启。

本实施例中，如图1所示，发酵罐体1上设置有侧开门17，侧开门17位于发酵区2，开启侧开门17，并通过驱动电机14将对应的发酵池9转至侧开门处，能够将发酵池9拆卸，并对发酵池9内的物料进行更换或填补，操作方便快捷。

本实施例中，如图3所示，发酵池9可拆卸安装于导热隔板4的侧面；发酵池9优选为半圆柱形发酵池，且发酵池9的底板10铰接于发酵池9的底部，便于开启，进行卸料。底板10与发酵池9的侧壁之间通过一种现有锁紧装置锁紧。其中，导热隔板4的四周均设置有密封圈，有利于维持各发酵空间的密封性。

本实施例中，如图4所示，发酵池9的侧壁设置有搅拌装置18，搅拌装置18包括搅拌轴19和安装于搅拌轴19上的若干搅拌杆20，搅拌杆20内设置有电热丝，用于加热搅拌杆20，进而实现对物料的加热。搅拌轴19连接有微型电机，且该微型电机与控制系统电性连接；微型电机以常规的方式安装在发酵池9的内壁，且搅拌轴19垂直于发酵池的纵轴线安装，搅拌轴转动，能够通过搅拌杆20对物料进行搅拌，同时伴有加热丝加热，能够使物料受热均匀。

本实施例中，导热隔板4优选为氧化铝陶瓷板。

本实施例中，发酵区2的内壁由外至内依次设置有保温层和除臭层，除臭层由除臭剂涂覆而成。保温层用于确保发酵区内温度不流失，除臭层用于通过生化反应吸收厌氧发酵过程中产生的臭味，上述除臭剂为一种现有技术，在此不再赘述。

本实施例中，如图2所示，转轴13的顶端贯穿发酵罐体1的顶部后与驱动电机14连接；发酵罐体1的顶部设置有支架21，驱动电机14安装于支架21上。转轴13与发酵罐体1之间设置有轴套。

下面基于上述秸秆好氧厌氧交替发酵系统对秸秆好氧厌氧交替发酵工艺作具体说明。秸秆好氧厌氧交替发酵工艺主要包括如下步骤：

步骤一：在两个发酵池9内分别加入粪便和预处理后的秸秆碎，并将两个发酵池分别安装在导热隔板4的两侧；

步骤二：关闭侧开门17，封闭发酵罐体1，并通过控制系统启动驱动电机14使转轴13转动，以使两个发酵池9分别位于两个发酵空间，即第一发酵空间5和第二发酵空间6内；本实施例优选此时盛放秸秆碎的发酵池位于第一发酵空间5内，而粪便发酵池位于第二发酵空间6内；

步骤三：通过控制系统仅启动第一发酵空间5内的曝气装置7和发酵液喷洒装置8，同时通过控制系统仅开启第二发酵空间6内的沼气排管15和排液管12；最后通过控制系统同时启动两个发酵池9内的搅拌装置18及其加热丝；

步骤四：两个发酵池9同时分别启动厌氧发酵和好氧发酵，好氧发酵产生的热量通过导热隔板4在两个发酵空间同时发散，厌氧发酵产生的沼气排出，沼液收集在沼液收集区3供秸秆发酵使用，并由发酵液喷洒装置8将沼液喷洒在秸秆碎上；发酵液喷洒装置8优选为一种现有花洒喷头结构，具有足够的负压吸力，并与控制系统电性连接，由控制系统控制启闭。

步骤五：秸秆初步有氧发酵完成后，通过控制系统同时关闭两个发酵池9内的搅拌装置18及加热丝；由控制系统驱动导热隔板4转动180°，使两个发酵池9更换发酵空间，初步有氧发酵后的秸秆碎进入第二发酵空间6的厌氧环境进行厌氧发酵，而沼气发酵池进入第一发酵空间5；由于第一发酵空间5内为有氧环境，所以需通过控制系统将第一发酵空间5的曝气装置7和发酵液喷洒装置8关闭，并将其沼气排管15和排液管12开启，进行沼气厌氧发酵；

步骤六：秸秆碎厌氧发酵完成后，完成一个发酵周期，进行补料或卸料后，进入下一发酵周期。

由此可见，本实施例提供的秸秆好氧厌氧交替发酵系统及工艺，通过导热隔板的设置，在实现空间封闭间隔的前提下实现了热量的传导，将秸秆好氧发酵的热量高供给沼气发酵使用，提高了对秸秆好氧发酵过程产生的热量的高效循环利用。此外，通过将导热隔板设置为转动结构，不仅实现了对同一发酵池所在发酵空间的切换，而且各发酵空间内厌氧发酵条件和好氧发酵条件切换自如，秸秆发酵池好氧发酵和厌氧发酵交替进行，且秸秆好氧发酵和秸秆厌氧发酵均伴随沼气厌氧发酵的进行，既保证了秸秆好氧发酵所需酵种的充足，同时秸秆发酵又为沼气发酵提供了充足热量，使沼气源源不断产生，实现了两种发酵模式的优势互补，实用性极强。

另外，本发明的秸秆好氧厌氧一体化发酵工艺，有控制系统的设置实现了整个发酵罐的自动化运行，无需人工实时看守。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种秸秆好氧厌氧交替发酵系统，其特征在于，包括发酵罐体，所述发酵罐体包括发酵区和设置于所述发酵区底部的沼液收集区；所述发酵区通过导热隔板分隔为第一发酵空间和第二发酵空间，所述第一发酵空间和所述第二发酵空间内均设置有曝气装置和发酵液喷洒装置，且所述发酵液喷洒装置与所述沼液收集区通过管道连接；所述导热隔板的两侧分别设置一发酵池，所述发酵池的底板上设置有漏液孔，所述第一发酵空间和所述第二发酵空间的底部均设置有排液管，所述排液管用于将发酵液排入所述沼液收集区内；所述导热隔板通过转轴安装，所述转轴连接有驱动电机，所述转轴能够带动所述导热隔板转动，以使同一所述发酵池在所述第一发酵空间和所述第二发酵空间之间切换，所述第一发酵空间和所述第二发酵空间之间交替循环进行秸秆好氧发酵、秸秆厌氧发酵和沼气发酵；所述第一发酵空间和所述第二发酵空间均设置有沼气排管，所述沼气排管与外部沼气储池连接；

还包括控制系统，所述曝气装置、所述发酵液喷洒装置和所述驱动电机均由所述控制系统控制启闭。

2.根据权利要求1所述的秸秆好氧厌氧交替发酵系统，其特征在于，各所述排液管和各所述沼气排管上均设置有电磁阀门，各所述电磁阀门均由所述控制系统控制启闭。

3.根据权利要求1所述的秸秆好氧厌氧交替发酵系统，其特征在于，所述发酵罐体上设置有侧开门，所述侧开门位于所述发酵区，开启所述侧开门能够对所述发酵池内的物料进行更换或填补。

4.根据权利要求1所述的秸秆好氧厌氧交替发酵系统，其特征在于，所述发酵池可拆卸安装于所述导热隔板的侧面；所述发酵池为半圆柱形发酵池，且所述发酵池的底板铰接于所述发酵池的底部，便于开启，进行卸料。

5.根据权利要求1所述的秸秆好氧厌氧交替发酵系统，其特征在于，所述发酵池的侧壁设置有搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌轴和安装于所述搅拌轴上的若干搅拌杆，所述搅拌杆内设置有电热丝，用于加热所述搅拌杆，进而实现对物料的加热。

6.根据权利要求1所述的秸秆好氧厌氧交替发酵系统，其特征在于，所述导热隔板为氧化铝陶瓷板。

7.根据权利要求1所述的秸秆好氧厌氧交替发酵系统，其特征在于，所述发酵区的内壁由外至内依次设置有保温层和除臭层，所述除臭层由除臭剂涂覆而成。

8.根据权利要求1所述的秸秆好氧厌氧交替发酵系统，其特征在于，所述转轴的顶端贯穿所述发酵罐体的顶部后与所述驱动电机连接；所述发酵罐体的顶部设置有支架，所述驱动电机安装于所述支架上。

9.一种基于权利要求1-8任意一项所述秸秆好氧厌氧交替发酵系统的秸秆好氧厌氧交替发酵工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：在两个发酵池内分别加入粪便和预处理后的秸秆碎，并将两个所述发酵池分别安装在所述导热隔板的两侧；

步骤二：封闭发酵罐体，并通过控制系统启动驱动电机使转轴转动，以使两个所述发酵池分别位于两个发酵空间内；

步骤三：通过控制系统启动秸秆碎所在发酵空间内的曝气装置和发酵液喷洒装置，通过控制系统开启粪便所在发酵空间内的沼气排管和排液管；同时通过控制系统同时启动两个发酵池内的搅拌装置及加热丝；

步骤四：两个发酵池同时分别启动厌氧发酵和好氧发酵，好氧发酵产生的热量通过导热隔板在两个发酵空间同时发散，厌氧发酵产生的沼气排出，沼液收集在沼液收集区，并由发酵液喷洒装置将沼液喷洒在秸秆碎上；

步骤五：秸秆初步有氧发酵完成后，通过控制系统同时关闭两个发酵池内的搅拌装置及加热丝；由控制系统驱动导热隔板转动180°，使两个发酵池更换发酵空间，初步有氧发酵后的秸秆碎进入厌氧空间进行厌氧发酵；同时通过控制系统将另一发酵空间的曝气装置和发酵液喷洒装置关闭，将沼气排管和排液管开启，进行沼气厌氧发酵；

步骤六：秸秆碎厌氧发酵完成后，完成一个发酵周期，进行补料或卸料后，进入下一发酵周期。

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