CN115926947A - 一种草原牧业转型循环有机生态资源循环利用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种草原牧业转型循环有机生态资源循环利用系统，包括厌氧消化系统、沼气发电系统、换热系统、电解水系统和第二厌氧消化产气罐，厌氧消化系的产生沼气，进入沼气发电系统以燃烧沼气进行发电，沼气发电系统中沼气燃烧发电后产生带有热量的二氧化碳，经过泵14进入换热系统释放热量，其释放的热量用于第一厌氧消化产气罐的恒温控制，换热后的二氧化碳尾气和来自电解水系统的氢气经预混装置后，进入第二厌氧消化产气罐反应生产天然气送往第二生物质天然气负荷系统，来自电解水系统的氧气进入沼气发电系统作为助燃剂，实现生态循环和能源利用。本发明适用于建立草原畜牧业养殖循环体系。
Description
技术领域
本发明属于资源循环利用系统技术领域，更具体而言，涉及一种草原牧业转型循环有机生态资源循环利用系统。
背景技术
改良草原土壤环境，提高土壤地力，提高植被覆盖率，改善环境，迫在眉睫。但草原生态脆弱，土壤不能随意翻动，常规农机对土壤翻动太大，对植被破坏严重，不能在草原使用。同时，在草原畜牧领域，草原上会产生大量牲畜粪便，此类粪便除了少数一部分为牧民作为燃料收集起来外，其余绝大多数粪便靠自然分解处理。其弊端一是影响牲畜食草，二是作为有机肥不能充分被利用，造成资源浪费。如何将种植、养殖、粪便处理，建立草原畜牧业养殖循环体系，产出天然气、固态有机肥、液态有机肥等，用作生活燃料和种植肥料，实现生态循环。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种草原牧业转型循环有机生态资源循环利用系统，能将牧草和粪便发酵生产有机肥和沼气，并回收沼气燃烧的二氧化碳尾气和通过太阳能分解的氢气反应生产天然气，实现能源的回收利用。
根据本发明的第一方面，提供了一种草原牧业转型循环有机生态资源循环利用系统，包括：
厌氧消化系统，所述厌氧消化系统包括第一厌氧消化产气罐，所述第一厌氧消化产气罐接收牧草以及来自养殖产生的粪便以发酵产生沼气，
沼气发电系统，所述沼气发电系统接收来自第一厌氧消化产气罐的沼气以燃烧沼气进行发电；
换热系统，所述换热系统接收来自沼气发电系统的二氧化碳，所述换热系统通过管路与第一厌氧消化产气罐连接，换热系统用以实现第一厌氧消化产气罐的恒温控制；
电解水系统，所述电解水系统具有输氧管路和输氢管路，所述输氧管路连通至沼气发电系统；
第二厌氧消化产气罐，所述第二厌氧消化产气罐的入口端设置有预混装置，所述预混装置的设置接收二氧化碳的第一入口和接收氢气的第二入口，所述第一入口通过管路与换热系统连通，第二入口与输氢管路连通，所述第二厌氧消化产气罐的出口连通至第二生物质天然气负荷系统。
本发明的一个特定的实施例中，所述第二厌氧消化产气罐内填充有厌氧菌，所述第二厌氧消化产气罐内设置有曝气头以及磁力搅拌器，所述预混装置通过进气管与曝气头连通。
本发明的一个特定的实施例中，所述进气管从所述第二厌氧消化产气罐的底部伸入所述第二厌氧消化产气罐内。
本发明的一个特定的实施例中，所述进气管上设置有多个曝气头，多个所述曝气头间隔设置在第二厌氧消化产气罐内。
本发明的一个特定的实施例中，所述第二厌氧消化产气罐设置有加热盘管，所述加热盘管螺旋盘绕在第二厌氧消化产气罐的侧壁，所述加热盘管设置有热水进水管和冷水出水管。
本发明的一个特定的实施例中，所述厌氧消化系统包括用于储存牧草的青贮池和用于储存粪便的存污池，所述青贮池和存污池连接至第一厌氧消化产气罐，所述第一厌氧消化产气罐通过净化装置和沼气储气柜连接至沼气发电系统。
本发明的一个特定的实施例中，所述沼气储气柜上依次连接有提纯装置、压缩装置和第一生物质天然气负荷系统。
本发明的一个特定的实施例中，所述存污池与舍饲连接，存污池接收来自舍饲的粪便，换热系统通过管路分别连通至舍饲和屠宰与肉品加工车间，以实现舍饲和屠宰与肉品加工车间的恒温控制。
本发明的一个特定的实施例中，所述电解水系统连接至光伏发电系统或/和风力发电系统，所述输氧管路通过氧气储罐和升压装置后连通至沼气发电系统。
本发明的一个特定的实施例中，第二厌氧消化产气罐的出口通过提纯装置和压缩装置连通至第二生物质天然气负荷系统。
本发明上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：本发明通过厌氧消化系统将牧草和粪便发酵成沼气和有机肥料，有机肥料用于草原牧场等施肥，沼气送至沼气发电系统进行燃烧发电，电能应用于电负荷系统，沼气发电系统中沼气燃烧发电后产生带有热量的二氧化碳，经过换热系统释放热量，其释放的热量用于第一厌氧消化产气罐的恒温控制，换热后的二氧化碳尾气和来自电解水系统的氢气经预混装置后，进入第二厌氧消化产气罐反应生产天然气送往第二生物质天然气负荷系统，实现生态循环和能源利用。本发明适用于建立草原畜牧业养殖循环体系。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；
图1是本发明一个实施例的结构示意图；
图2是本发明一个实施例中第二厌氧消化产气罐的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”以及“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接或活动连接，也可以是可拆卸连接或不可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通、间接连通或两个元件的相互作用关系。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同方案。
参照图1至图2所示，一种草原牧业转型循环有机生态资源循环利用系统，包括厌氧消化系统、沼气发电系统13、换热系统15、电解水系统18和第二厌氧消化产气罐24，所述厌氧消化系统包括第一厌氧消化产气罐5，所述第一厌氧消化产气罐5接收牧草以及来自养殖产生的粪便以发酵产生沼气，所述沼气发电系统13接收来自第一厌氧消化产气罐5的沼气以燃烧沼气进行发电；所述换热系统15接收来自沼气发电系统13的二氧化碳，所述换热系统15通过管路与第一厌氧消化产气罐5连接，换热系统15用以实现第一厌氧消化产气罐5的恒温控制；所述电解水系统18具有输氧管路和输氢管路，所述输氧管路连通至沼气发电系统13；所述第二厌氧消化产气罐24的入口端设置有预混装置23，所述预混装置23的设置接收二氧化碳的第一入口和接收氢气的第二入口，所述第一入口通过管路与换热系统15连通，第二入口与输氢管路连通，所述第二厌氧消化产气罐24的出口连通至第二生物质天然气负荷系统26。
本发明通过厌氧消化系统将牧草和粪便发酵成沼气和沼液沼渣肥料6，沼液沼渣肥料6送至肥料加工厂制成固态有机肥料、液态有机肥料和尾水，固态有机肥料、液态有机肥料和尾水分别用于果蔬大朋土壤施肥、经济花卉叶面施肥与草原牧场施地，草原牧场所长牧草循环喂养牛羊，实现生态循环，沼气送至沼气发电系统13进行燃烧发电，电能应用于电负荷系统，沼气发电系统13中沼气燃烧发电后产生带有热量的二氧化碳，经过泵14进入换热系统15释放热量，其释放的热量用于第一厌氧消化产气罐5的恒温控制，换热后的二氧化碳尾气和来自电解水系统18的氢气经预混装置23后，进入第二厌氧消化产气罐24反应生产天然气送往第二生物质天然气负荷系统26，来自电解水系统18的氧气进入沼气发电系统13作为助燃剂，实现生态循环和能源利用。本发明适用于建立草原畜牧业养殖循环体系。
需要说明的是，尾水是沼液经膜提纯后，除去浓缩的液态肥后的水质。
本发明的一个实施例中，所述第二厌氧消化产气罐24内填充有厌氧菌，所述第二厌氧消化产气罐24内设置有曝气头242以及磁力搅拌器246，所述预混装置23通过进气管241与曝气头242连通。氢气与二氧化碳的混合气体通过进气管241和曝气头242进入第二厌氧消化产气罐24内部，第二厌氧消化产气罐24内部有厌氧菌，经过磁力搅拌器246搅拌后与混合气体反应产出天然气。
厌氧发酵最重要的一个部分，产甲烷阶段决定着厌氧发酵效率的高低。目前发现的产甲烷途径有三种，分别是乙酸型途径，甲基型途径和还原CO2途径，参与菌种及相应底物如下表所示：
厌氧发酵三途径菌种及底物表
从表中可以看出自然界中大部分的产甲烷菌都能以H2为电子供体还原CO2产甲烷，本发明创造通光伏发电系统16和风力发电系统17发电为电解水系统18提供能源电解出氢气，氢气和换热后的二氧化碳尾气通入第二厌氧消化产气罐24，在厌氧菌的作用下，产甲烷。其中，厌氧菌为上表中中至少一种菌种。还原CO2型的化学如下：
还原CO2型：
4H2+CO2→CH4+2H2O
其中H2与CO2的消耗比例为4比1，该过程也是整个厌氧消化工艺中的重要环节，经国内外学者研究，沼气工程中的甲烷产生过程中，有30％-35％的甲烷是通过H2与CO2的微生物反应得到的。
本发明的一个实施例中，所述进气管241从所述第二厌氧消化产气罐24的底部伸入所述第二厌氧消化产气罐24内，氢气与二氧化碳的混合气体从第二厌氧消化产气罐24的底部进入，配合磁力搅拌器246，方便氢气与二氧化碳的混合气体和厌氧菌混合。
本发明的一个实施例中，所述进气管241上设置有多个曝气头242，多个所述曝气头242间隔设置在第二厌氧消化产气罐24内，实现氢气与二氧化碳的混合气体多方位多角度进入第二厌氧消化产气罐24。
本发明的一个实施例中，厌氧菌与混合气体的反应需要恒温环境，所述第二厌氧消化产气罐24设置有加热盘管244，所述加热盘管244螺旋盘绕在第二厌氧消化产气罐24的侧壁，所述加热盘管244设置有热水进水管243和冷水出水管245，热水通过热水进水管243进入加热盘管244，在第二厌氧消化产气罐24内释放热量后通过冷水出水管245流出。
本发明的一个实施例中，所述厌氧消化系统包括用于储存牧草的青贮池2和用于储存粪便的存污池4，所述青贮池2和存污池4连接至第一厌氧消化产气罐5，所述第一厌氧消化产气罐5通过净化装置7和沼气储气柜8连接至沼气发电系统13，第一厌氧消化产气罐5产生的沼气经净化装置7脱硫后进入沼气储气柜8。
本发明的一个实施例中，所述沼气储气柜8上依次连接有提纯装置9、压缩装置10和第一生物质天然气负荷系统11。部分沼气进入沼气发电系统13，部分沼气进提纯装置9提纯和压缩装置10压缩成压缩天然气后，送往第一生物质天然气负荷系统11。
本发明的一个实施例中，所述存污池4与舍饲3连接，存污池4接收来自舍饲3的粪便，换热系统15通过管路分别连通至舍饲和屠宰与肉品加工车间12，以实现舍饲3和屠宰与肉品加工车间12的恒温控制。
本发明的一个实施例中，所述电解水系统18连接至光伏发电系统16或/和风力发电系统17，所述输氧管路通过氧气储罐和升压装置后连通至沼气发电系统13。具体的，本发明中利用光伏发电系统16或/和风力发电系统17等自然能源为电解水系统18提供能源，电解水系统18将水电解呈氢气和氧气，实现自然能源的利用。
本发明的一个实施例中，第二厌氧消化产气罐24的出口通过提纯装置9和压缩装置10连通至第二生物质天然气负荷系统26。沼气进提纯装置9提纯和压缩装置10压缩成压缩天然气后，送往第二生物质天然气负荷系统26。
以下为本发明优选的一个实施例。
在种植区1种植牧草，牧草收割后送入青贮池2储存并作为饲料供给舍饲3中养殖的牛羊食用，舍饲3中养殖的牛羊送入屠宰与肉品加工车间12进行屠宰和加工，产生的肉制品送入肉制品市场27，舍饲3中养殖产生的粪便经过存污池4后与种植区1和青贮池2中富余的牧草共同作为沼气工程的原材料进入第一厌氧消化产气罐5发酵生成沼气，沼气经过净化装置7脱硫后进入沼气储气柜8，沼气储气柜8中部分沼气经过提纯装置9提纯和压缩装置10压缩后变为压缩天然气送往第一生物质天然气负荷系统11，沼气储气柜8中其余的沼气送往沼气发电系统13进行燃烧发电，电能应用于电负荷系统25，沼气发电系统13中沼气燃烧发电后产生带有热量的二氧化碳，经过泵14进入换热系统15释放热量，其释放的热量用于舍饲3、屠宰与肉品加工车间12、第一厌氧消化产气罐5的恒温控制，光伏发电系统16和风力发电系统17发电用于电解水系统18生产氢气和氧气，氧气经过氧气储罐19和升压装置20后进入沼气发电系统13作为助燃剂，氢气经过氢气储罐21后与换热系统15释放热量后的二氧化碳尾气22进入预混装置23，混合后的气体进入第二厌氧消化产气罐24反应生产天然气送往第二生物质天然气负荷系统26。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种草原牧业转型循环有机生态资源循环利用系统，其特征在于，包括：
厌氧消化系统，所述厌氧消化系统包括第一厌氧消化产气罐，所述第一厌氧消化产气罐接收牧草以及来自养殖产生的粪便以发酵产生沼气，
沼气发电系统，所述沼气发电系统接收来自第一厌氧消化产气罐的沼气以燃烧沼气进行发电；
换热系统，所述换热系统接收来自沼气发电系统的二氧化碳，所述换热系统通过管路与第一厌氧消化产气罐连接，换热系统用以实现第一厌氧消化产气罐的恒温控制；
电解水系统，所述电解水系统具有输氧管路和输氢管路，所述输氧管路连通至沼气发电系统；
第二厌氧消化产气罐，所述第二厌氧消化产气罐的入口端设置有预混装置，所述预混装置的设置接收二氧化碳的第一入口和接收氢气的第二入口，所述第一入口通过管路与换热系统连通，第二入口与输氢管路连通，所述第二厌氧消化产气罐的出口连通至第二生物质天然气负荷系统。
2.根据权利要求1所述的草原牧业转型循环有机生态资源循环利用系统，其特征在于，所述第二厌氧消化产气罐内填充有厌氧菌，所述第二厌氧消化产气罐内设置有曝气头以及磁力搅拌器，所述预混装置通过进气管与曝气头连通。
3.根据权利要求2所述的草原牧业转型循环有机生态资源循环利用系统，其特征在于，所述进气管从所述第二厌氧消化产气罐的底部伸入所述第二厌氧消化产气罐内。
4.根据权利要求2所述的草原牧业转型循环有机生态资源循环利用系统，其特征在于，所述进气管上设置有多个曝气头，多个所述曝气头间隔设置在第二厌氧消化产气罐内。
5.根据权利要求2所述的草原牧业转型循环有机生态资源循环利用系统，其特征在于，所述第二厌氧消化产气罐设置有加热盘管，所述加热盘管螺旋盘绕在第二厌氧消化产气罐的侧壁，所述加热盘管设置有热水进水管和冷水出水管。
6.根据权利要求1至5任一项所述的草原牧业转型循环有机生态资源循环利用系统，其特征在于，所述厌氧消化系统包括用于储存牧草的青贮池和用于储存粪便的存污池，所述青贮池和存污池连接至第一厌氧消化产气罐，所述第一厌氧消化产气罐通过净化装置和沼气储气柜连接至沼气发电系统。
7.根据权利要求6所述的草原牧业转型循环有机生态资源循环利用系统，其特征在于，所述沼气储气柜上依次连接有提纯装置、压缩装置和第一生物质天然气负荷系统。
8.根据权利要求6所述的草原牧业转型循环有机生态资源循环利用系统，其特征在于，所述存污池与舍饲连接，存污池接收来自舍饲的粪便，换热系统通过管路分别连通至舍饲和屠宰与肉品加工车间，以实现舍饲和屠宰与肉品加工车间的恒温控制。
9.根据权利要求1至5任一项所述的草原牧业转型循环有机生态资源循环利用系统，其特征在于，所述电解水系统连接至光伏发电系统或/和风力发电系统，所述输氢管路通过氢气储罐后与预混装置连通，所述输氧管路通过氧气储罐和升压装置后连通至沼气发电系统。
10.根据权利要求1所述的草原牧业转型循环有机生态资源循环利用系统，其特征在于，第二厌氧消化产气罐的出口通过提纯装置和压缩装置连通至第二生物质天然气负荷系统。
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