CN114196515B - 废弃生物质双干式发酵装置及双干式发酵工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种废弃生物质双干式发酵装置及其双干式发酵工艺，涉及废弃生物质发酵技术领域，该双干式发酵装置包括太阳能大棚和安装在太阳能大棚内的半干式沼气池和若干个干式发酵池，干式发酵池并联设于半干式沼气池的周围，且利用半干式沼气池产生的菌种发酵，分解废弃生物质的同时产生沼气。本发明将半干式沼气池和干式发酵池联合使用进行处理秸秆，充分利用太阳能，降低成本，提高秸秆利用率，同时也克服了采用秸秆田间直接粉碎还田导致的病虫蔓延、影响当季作物生长以及产生甲烷气体的缺陷。

Description

废弃生物质双干式发酵装置及双干式发酵工艺
技术领域
本发明涉及废弃生物质发酵技术领域，尤其是涉及一种废弃生物质双干式发酵装置及其双干式发酵工艺。
背景技术
我国是世界上最大的农业生产国之一，种植业每年产生各类作物秸秆约7亿多吨；同时我国也是一个养殖大国，每年产生约40亿吨畜禽粪便。
几十年来，我国建造的大中型沼气工程99%以上都采用传统的湿式沼气发酵技术，其存在以下缺陷：发酵浓度低、产气率低、沼液处理难、成本高且不能处理秸秆。为了引进先进的秸秆处理技术，农业部南京农机研究所等单位曾于2014年引进国外干式沼气发酵技术。该技术虽然可以大量利用作物秸秆，且不需要粉碎，但存在启动时需要购买大量菌种且启动时间较长，不能实现连续进、出料的问题。每次进、出料及沼气池启动初期一般需要半个月且无法产气供气，因此，引进的项目运行时间不长就停产。
近二十年来，我国研究推广半干式秸秆太阳能沼气技术，虽然发酵浓度高、产气率高，能够连续进、出料，但要求秸秆粉碎5厘米以内，处理秸秆成本较高，利用秸秆率也较低。由于现有技术都无法解决新农村秸秆高效大量利用难题，全国绝大部分地区仍采取秸秆田间直接粉碎还田的方式。由此也带来如下问题：一是病虫害蔓延；二是直接影响当季作物生长；三是产生甲烷气体，对环境产生不良影响。因此采用新技术提升秸秆等有机废弃物产生清洁能源沼气和沼渣仍是未来发展的方向。高效且大量利用作物秸秆和人畜粪便、有机垃圾厌氧发酵生产沼气，改善农村人居环境、减少碳排放，减少化肥过度使用培肥土壤，改善土壤结构是当前的重大难题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种废弃生物质双干式发酵装置，以解决现有技术中采用半干式秸秆太阳能沼气技术处理秸秆，成本较高，秸秆利用率较低和采用干式发酵技术处理秸秆需要购买菌种成本高和每次大换料期间无法产气供气；以及采用秸秆田间直接粉碎还田导致的病虫蔓延、影响当季作物生长以及产生甲烷气体的技术问题。
本发明的目的之二在于提供一种废弃生物质双干式发酵工艺。
为了实现上述目的之一，本发明提供了一种废弃生物质双干式发酵装置，包括太阳能大棚和安装在所述太阳能大棚内的半干式沼气池和若干个干式发酵池，所述干式发酵池并联设于所述半干式沼气池的周围，且利用所述半干式沼气池产生的菌种发酵，分解废弃生物质的同时产生沼气。
根据一种可选实施方式，所述半干式沼气池和所述干式发酵池之间设有半干式进料泵，所述半干式进料泵与所述半干式沼气池接通，所述半干式进料泵用于为所述半干式沼气池和所述干式发酵池进料。
根据一种可选实施方式，还包括半干菌种储存池，所述半干菌种储存池与所述半干式进料泵和所述半干式沼气池接通。
根据一种可选实施方式，还包括脱硫脱水器，若干个所述干式发酵池的出气口与所述脱硫脱水器同时接通。
根据一种可选实施方式，所述太阳能大棚外设有沼气储气柜和有机肥生产机械，所述沼气储气柜与所述脱硫脱水器接通，所述有机肥生产机械与所述干式发酵池的出料出料机械连接。
根据一种可选实施方式，所述半干式沼气池设为密封罐体，所述密封罐体的上部设有人孔、进料管、出料管和出气管，所述密封罐体的下部基础设为钢筋混凝土结构，所述密封罐体的内部安装有搅拌机。
根据一种可选实施方式，所述干式发酵池包括池墙和密封膜，所述密封膜覆盖于所述池墙上。
为了实现上述目的之二，本发明提供了一种废弃生物质双干式发酵工艺，包括以下步骤：
启动半干式沼气池，半干式沼气池置入粪便和湿式沼气发酵液，一段时间后，再置入粪便和粉碎后的废弃生物质，培养菌种；
启动干式发酵池，把废弃生物质分层送入干式发酵池，按比例置入半干式沼气池培养的菌种，密封后产生沼气。
根据一种可选实施方式，所述干式发酵池每隔一段时间大换料一次，若干个所述干式发酵池循环往复进料和出料。
根据一种可选实施方式，所述半干式沼气池和所述干式发酵池开始启动后产生的不能使用的沼气及时排放；当沼气中甲烷含量达到40%左右时要通过调节沼气炉具风门及时燃烧使用；当沼气中甲烷含量达到50%以上时要经过脱硫脱水器进入沼气储气柜储存。
本发明提供的废弃生物质双干式发酵装置和双干式发酵工艺，具有以下技术效果：
该种废弃生物质双干式发酵装置，主要由太阳能大棚、半干式沼气池和干式发酵池构成，半干式沼气池和干式发酵池安装在太阳能大棚内，干式发酵池包括若干个，其并联安装在干式沼气池周围，干式发酵池利用半干式沼气池培养的菌种发酵，分解秸秆的同时产生沼气，与单独使用半干式秸秆太阳能沼气技术和单独使用干式发酵处理秸秆相比，本发明将半干式沼气池和干式发酵池联合使用进行培养菌种处理秸秆，实现充分利用太阳能，降低成本，保证均衡产气，提高秸秆利用率，同时也克服了采用秸秆田间直接粉碎还田导致的病虫蔓延、影响当季作物生长以及产生甲烷气体的缺陷。
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，下面将对实施例或现有技术描述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是本发明一实施例废弃生物质双干式发酵装置的平面布置图。
其中，图1：
1、太阳能大棚；2、半干式沼气池；3、干式发酵池；4、半干式进料泵；5、半干菌种储存池；6、脱硫脱水器；7、沼气储气柜；8、有机肥生产机械。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
正如背景技术所述，现有技术中采用的半干式秸秆太阳能沼气技术，虽然发酵浓度高、产气率高，能够连续进、出料，但要求秸秆粉碎5厘米以内，处理秸秆成本较高，利用秸秆率也较低。由于现有技术都无法解决新农村秸秆高效大量利用难题，全国绝大部分地区仍采取秸秆田间直接粉碎还田的方式。由此也带来如下问题：一是病虫害蔓延；二是直接影响当季作物生长；三是产生甲烷气体，对环境产生不良影响。因此采用新技术提升秸秆等有机废弃物产生清洁能源沼气和沼渣仍是未来发展的方向。高效且大量利用作物秸秆和人畜粪便、有机垃圾厌氧发酵生产沼气，改善农村人居环境、减少碳排放，减少化肥过度使用培肥土壤，改善土壤结构是当前的重大难题。
基于此，本发明提供了一种废弃生物质双干式发酵装置，主要由太阳能大棚、半干式沼气池和干式发酵池构成，半干式沼气池和干式发酵池安装在太阳能大棚内，干式发酵池包括若干个，其并联安装在干式沼气池周围，干式发酵池利用半干式沼气池培养的菌种发酵，分解秸秆的同时产生沼气，与单独使用半干式秸秆太阳能沼气技术处理秸秆相比，本发明将半干式沼气池和干式发酵池联合使用进行处理秸秆，充分利用太阳能，降低成本，提高秸秆利用率，保证均衡产气，同时也克服了采用秸秆田间直接粉碎还田导致的病虫蔓延、影响当季作物生长以及产生甲烷气体的缺陷。
下面结合具体的附图1对本发明的技术方案进行详细的说明。
本发明提到的废弃生物质，包括但不限于秸秆。
如图1所示，为本发明的双干式发酵装置，包括太阳能大棚1、半干式沼气池2、干式发酵池3、半干式进料泵4、半干菌种储存池5、脱硫脱水器6、沼气储气柜7和有机肥生产机械8，半干式沼气池2、干式发酵池3、半干式进料泵4、半干菌种储存池5、脱硫脱水器6安装在太阳能大棚1内，沼气储气柜7和有机肥生产机械8安装在太阳能大棚1外。
太阳能大棚1，其是一个能够为半干式沼气池2和干式发酵池3加温、保温的钢制大棚，且能够满足秸秆进出大型机械工作的需要，上部预留排气口；
半干式沼气池2，其为埋在地下的圆柱形卧式密封罐体，密封罐体的上部设有人孔、进料管、出料管和出气管，密封罐体的下部基础设为钢筋混凝土结构，密封罐体的内部安装有搅拌机。
所述半干式沼气池2为钢结构，圆柱型卧式建造，三分之一在地下，三分之二在地上，地上部分要每两年喷涂一遍太阳能吸热涂料，上部还要搭建日光温室，以保证在寒冷的冬季能够正常培养秸秆干式厌氧发酵菌种和正常产气，且多年不需要大换料。
半干式沼气池2的中下部设有半干式进料泵4，通过半干式进料泵4把半干式秸秆粪便打入半干式沼气池2，再通过设在半干式沼气池2内部的搅拌机搅拌均匀，以生产高浓度、高粘度的秸秆半干式发酵菌种。
干式发酵池3，包括若干个，建造在半干式沼气池2的周围，四周由砖混结构的池墙和上部密封膜组成，能够利用半干式沼气池2发酵的高效菌种接种，分解处理大量秸秆的同时产生沼气。
所述干式发酵池3为长方形砖混结构，二分之一在地下，二分之一在地上；产生的沼气需要用泵抽送到沼气储气柜7；多个干式沼气池均应3个多月进行一次大换料，且适时轮流大换料，以满足不影响供气的要求。
干式发酵池3的个数是根据供气规模大小，合理设计个数和池容，一般设计干式发酵池3个数为3-5个，单个池容在1000m³左右，每个干式发酵池3周边由砖混结构的池墙、混凝土池底和上部的密封膜组成，且能够利用半干式沼气池2产生的菌种，发酵池上部设有出气管。
半干式进料泵4，由泵体和料斗两大部分组成，不仅能够给半干式沼气池2进料，也能够给干式发酵池3大换料时泵入高浓度菌种和封池后泵入菌种和粪污。
所述半干式进料泵4将粉碎后的秸秆混合粪便泵入半干式沼气池2，达到高浓度发酵，从而在多种微生物的作用下培养一组适合秸秆干式发酵的菌种，解决秸秆干式发酵池3启动、发酵缺少菌种的难题。
其中，半干式、干式沼气池启动粪便优选为牛粪。
半干菌种储存池5，其与半干式进料泵4和半干式沼气池2接通，为半地上圆柱型钢筋混凝土结构。
脱硫脱水器6，若干个干式发酵池3的出气口与脱硫脱水器6同时接通，是用于脱除半干式沼气池2和干式发酵池3产生的沼气中携带的硫化氢和水分的设备。
沼气储气柜7，沼气储气柜7与脱硫脱水器6接通，为湿式钢结构气柜或双膜气柜，下部以钢筋混凝土为基础，并设有进气、出气口和配套沼气加压设备。
有机肥生产机械8，有机肥生产机械8与干式发酵池3的出料机械连接，能够利用干式发酵池3处理后的秸秆废渣生产有机肥料。
本发明的双干式发酵工艺，步骤如下：
1. 启动半干式沼气池2
1.1 半干式沼气池2建好后，用半干式进料泵4泵入半干式沼气池2总容积2%的鲜牛粪（包括但不局限于鲜牛粪）和2%的湿式沼气发酵液；
1.2 接种启动10天后，再每天泵入半干式沼气池2总容积分别为1-2%的牛、猪粪和粉碎后的秸秆调节碳氮比和酸碱度，至正常产气，完成半干式沼气池2的启动；
其中，开始启动产生的不能使用的沼气要及时排放；当沼气中甲烷含量达到40%左右时要通过调节沼气炉具风门及时燃烧使用；当沼气中甲烷含量达到50%以上要经过脱水脱硫进入沼气储气柜7储存；
半干式沼气池2每天培养的菌种可以满足多个干式发酵池3接种使用，因此干式发酵池3菌种不需要额外花费，节约了成本，且多年不需要大出料。
2. 启动干式发酵池3
2.1 干式发酵池3建好后，用铲车等机械把秸秆分层送入干式发酵池3内，每层厚度不超过50公分；
2.2 铺好一层秸秆后按照秸秆：秸秆半干菌种=1：2-3的比例用秸秆泵泵入秸秆上部，并用机械压实，这样层层加入直至加满干式发酵池3为止；
2.3 然后在秸秆上部补充菌种、粪便管道和密封软体拱膜即可，并安装沼气抽气机械。
其中，开始启动产生的不能使用的沼气要及时排放；当沼气中甲烷含量达到40%左右时要通过调节沼气炉具风门及时燃烧使用；当沼气中甲烷含量达到50%以上时要经过脱水脱硫进入储气柜储存待供气。
干式发酵池3需要每三至四个月大换料一次，这样多个干式发酵池3循环往复进、出料，在满足新农村集中供气的同时，实现大量处理新农村产生的秸秆等废弃生物质。
大换料换出的厌氧发酵后的秸秆可以作为生产菇类的基质，也可以通过机械加工成有机肥出售。
需要说明的是，本发明对于鲜牛粪和湿式沼气发酵液的接种体积分数，干式发酵池3的菌种接种比例不作限定，只要能够达到发酵目的，均在本发明的保护范围之内。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种废弃生物质双干式发酵装置，其特征在于，包括太阳能大棚和安装在所述太阳能大棚内的半干式沼气池和若干个干式发酵池，所述干式发酵池并联设于所述半干式沼气池的周向，且利用所述半干式沼气池产生的菌种发酵，分解废弃生物质的同时产生沼气；
所述双干式发酵装置包括太阳能大棚、半干式沼气池、干式发酵池、半干式进料泵、半干菌种储存池和脱硫脱水器，所述太阳能大棚上部预留排气口以排除废气，所述半干式沼气池、所述干式发酵池、所述半干式进料泵、所述半干菌种储存池、所述脱硫脱水器安装在所述太阳能大棚内；
所述半干式沼气池为钢结构，三分之一在地下，三分之二在地上，埋在地下的为圆柱形卧式密封罐体，密封罐体的上部设有人孔、进料管、出料管和出气管，密封罐体的下部基础设为钢筋混凝土结构，密封罐体的内部安装有搅拌机，所述半干式沼气池的中下部设有所述半干式进料泵，通过所述半干式进料泵把半干式秸秆粪便打入所述半干式沼气池，再通过设在所述半干式沼气池内部的搅拌机搅拌均匀；
所述干式发酵池四周由砖混结构的池墙和上部密封膜组成；
所述半干式进料泵，由泵体和料斗两大部分组成，用于将粉碎后的秸秆混合粪便泵入所述半干式沼气池；
所述半干菌种储存池与所述半干式进料泵和所述半干式沼气池接通。
所述脱硫脱水器同时与若干个所述干式发酵池的出气口接通；
所述太阳能大棚外设有沼气储气柜和有机肥生产机械，所述沼气储气柜与所述脱硫脱水器接通，所述有机肥生产机械与所述干式发酵池的出料机械连接。
2.一种利用权利要求1所述的废弃生物质双干式发酵装置的发酵工艺，其特征在于，包括以下步骤：
启动半干式沼气池，半干式沼气池建好后，用半干式进料泵泵入半干式沼气池总容积2％的鲜牛粪和2％的湿式沼气发酵液，接种启动10天后，再每天泵入半干式沼气池分别为总容积1-2％的牛粪、猪粪和粉碎后的秸秆调节碳氮比和酸碱度，至正常产气，完成半干式沼气池的启动；
启动干式发酵池，干式发酵池建好后，用机械把秸秆分层送入干式发酵池内，每层厚度不超过50公分，铺好一层秸秆后按照秸秆：秸秆半干菌种＝1：2-3的比例用秸秆泵泵入秸秆上部，并用机械压实，这样层层加入直至加满干式发酵池为止，然后在秸秆上部补充菌种、粪便管道和密封软体拱膜即可，并安装沼气抽气机械。
3.根据权利要求2所述的废弃生物质双干式发酵工艺，其特征在于，所述干式发酵池每三至四个月大换料一次，若干个所述干式发酵池循环往复进料和出料。
4.根据权利要求2或3所述的废弃生物质双干式发酵工艺，其特征在于，所述半干式沼气池和所述干式发酵池开始启动后产生的不能使用的沼气及时排放；当沼气中甲烷含量达到40％时要通过调节沼气炉具风门及时燃烧使用；当沼气中甲烷含量达到50％以上时要经过脱硫脱水器进入沼气储气柜储存。
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