TWI638796B

TWI638796B - 可收集沼氣之堆肥裝置

Info

Publication number: TWI638796B
Application number: TW105129640A
Authority: TW
Inventors: 陳智勇; 林閔雯; 黃詩婷; 吳星緯; 廖御呈; 吳昀澤
Original assignee: 樹德科技大學
Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2018-10-21
Also published as: TW201811716A

Abstract

一種可收集沼氣之堆肥裝置，適用於將一有機廢棄物發酵成肥料，並包含一發酵單元、一環境控制單元、一電力單元，及一氣體儲存單元。該發酵單元包括一圍繞界定一發酵空間之發酵槽體，該有機廢棄物放置於該發酵空間中。該環境控制單元包括一控制該發酵空間之溫度的溫控器，及一控制該發酵空間之濕度的濕控器，以使該有機廢棄物於發酵環境中進行發酵並產生一沼氣。該電力單元包括一電力供應器，以提供該溫控器及該濕控器之電力。該氣體儲存單元包括一圍繞界定一氣體儲存空間之氣體儲存槽體，以儲存該沼氣並提供外界使用。

Description

可收集沼氣之堆肥裝置

本發明是有關於一種堆肥裝置，尤其是一種可收集沼氣之堆肥裝置。

台灣畜牧業非常發達，所產生的沼氣大多未經處理直接排放，若將此能源善加利用，不僅合乎環保且能帶來龐大效益。沼氣是有機物質在厭氧環境中，一定的溫度、濕度、酸鹼度的條件下，通過微生物發酵作用，產生的一種可燃燒的氣體沼氣是一種混合氣體，它的主要成分是甲烷(CH4)，其次有二氧化碳、硫化氫、氮及其他一些成分。

厭氧消化(Anaerobic digestion)是微生物在缺乏氧氣的環境中，進行生物降解的一系列過程。它可用於處理工業或生活廢物，並生產燃料。很多用於工業生產的食品和飲料產品的發酵，以及家庭發酵，採用厭氧消化。

厭氧消化用於可生物降解的廢物和污水，作為一個綜合廢物管理系統的一部分，減少垃圾和減少排放氣體到大氣中。一般農作物也可以被送入厭氧沼氣池，產生能量。

厭氧消化被廣泛用作可再生能源的來源，微生物產生的沼氣、甲烷、二氧化碳和其他污染物。這沼氣可直接用於燃料，熱電聯產和電力燃氣發動機，或提煉成天然氣。它可產生出沼氣作為燃料取代化石燃料，也可產生營養豐富的沼渣可以用作肥料。

厭氧菌在新陳代謝過程中，因所產生之能量較低，故細菌之生長緩慢，世代時間(Generation Time) 較長，以葡萄糖之分解為例，好氧性分解每摩爾之葡萄糖可獲得六百八十六卡能量，而厭氧分解僅可得五十二卡，故要獲得相等之能量，厭氧性細菌細胞消化之物質，當為好氧性細菌者之十倍以上，此即為高濃度之有機廢水或污泥常利用厭氧消化法處理之原因所在，且因此厭氧消化所需之營養劑如氮、磷等均較少，而消化後之污泥也相對減少。

參閱圖1，為台灣專利號M527878，一種有機廢棄物處理設備，包含一輸送單元10、一發電單元20、一脫水單元30及一發酵單元40，該輸送單元10係主要由管路構成的輸送裝置，該發電單元20、該脫水單元30及該發酵單元40依序設於該輸送單元10的輸送路徑，據使該輸送單元10依序向該發電單元20、該脫水單元30及該發酵單元40輸送豬、雞等動物的排洩物。

該發電單元20利用有機廢棄物排洩物產出沼氣中的甲烷作為發電機22運轉的燃料，據使該發電單元20產生電力。該脫水單元30是加熱式的脫水裝置，該脫水單元30對有機廢棄物執行加熱，提取有機廢棄物的水份，降低有機廢棄物的含水率。該發酵單元40主要是發酵槽，用於對該脫水單元30處理後的有機廢棄物執行發酵處理，據使有機廢棄物發酵熟成為肥料。

但是目前所使用的有機廢棄物處理設備具有下列缺點：

一、發酵效率不佳

目前所使用之發酵裝置只是單純的容置槽，易受外界溫度所影響，也無法有效控制濕度，讓容置槽之厭氧性細菌無法快速地分解有機物，發酵效率不佳。

二、發酵程度不均

當有機物置入容置槽後，以層疊置放之有機物無法均勻地接觸厭氧性細菌，導致有機物的發酵程度不均。

三、產生之沼氣無法有效使用

由有機物自然產生之沼氣含有多種成分，其中，具有許多無法燃燒之氣體，導致該有機物燃燒不佳，無法有效使用。

因此，如何提升有機物之發酵反應，並使所產生之沼氣具有較高的價值，是相關技術人員亟需努力的目標。

有鑑於此，本發明之目的是在提供一種可收集沼氣之堆肥裝置，適用於將一有機廢棄物發酵成肥料，並包含一發酵單元、一環境控制單元、一電力單元，及一氣體儲存單元。

該發酵單元包括一圍繞界定一發酵空間之發酵槽體，該有機廢棄物放置於該發酵空間中並與外界隔絕，以使該有機廢棄物於無氧狀態下發酵成肥料。

該環境控制單元包括一控制該發酵空間之溫度的溫控器，及一控制該發酵空間之濕度的濕控器，以使該有機廢棄物於發酵環境中進行發酵並產生一沼氣。

該電力單元包括一電力供應器，以提供該溫控器及該濕控器之電力。

該氣體儲存單元包括一與該發酵槽體連接之空氣管體，及一與該空氣管體連接並圍繞界定一氣體儲存空間之氣體儲存槽體，該空氣管體將該發酵空間所產生之沼氣輸送至該氣體儲存空間，以儲存該沼氣並提供外界使用。

本發明的又一技術手段，是在於上述之電力供應器具有一太陽能發電板，及一與該太陽能發電板電連接之蓄電池。

本發明的另一技術手段，是在於上述之發酵單元更包括一與該電力供應器電連接之攪拌器，以攪拌該發酵空間之有機廢棄物。

本發明的再一技術手段，是在於上述之溫控器具有一與該電力供應器電連接之溫度控制件、一與該溫度控制件電連接之溫度偵測件、一與該溫度控制件電連接之升溫件，及一與該溫度控制件電連接之降溫件。

本發明的又一技術手段，是在於上述之濕控器具有一與該電力供應器電連接之濕度控制件、一與該濕度控制件電連接之濕度偵測件，及一與該濕度控制件電連接之加濕件。

本發明之另一技術手段，是在於上述之氣體儲存單元更包括一與該電力供應器電連接並設置於該空氣管體之氣體流向控制器，以將該發酵空間中之沼氣抽至該氣體儲存空間。

本發明之再一技術手段，是在於上述之氣體儲存單元更包括一與該氣體流向控制器電連接並設置於該發酵槽體之沼氣濃度偵測器，以偵測該發酵空間之沼氣的濃度。

本發明的又一技術手段，是在於上述之氣體儲存單元更包括一設置於該空氣管體之氣體逆止閥，以防止該氣體儲存空間之氣體回流至該發酵空間。

本發明之另一技術手段，是在於上述之發酵單元更包括一設置於該發酵槽體內之液體過濾層，以將該有機廢棄物之液體分離出來。

本發明之再一技術手段，是在於上述之氣體儲存單元更包括一與該氣體儲存空間連接之沼氣純化器。

本發明之有益功效在於當該發酵槽體儲存有機廢棄物時，利用該溫控器及該濕控器控制該發酵空間之溫濕度，以符合厭氧性細菌分解該有機廢棄物，並產生肥料及沼氣，該氣體儲存單元將該發酵空間之沼氣抽離，並存放置該氣體儲存空間，以提供外界使用。

A‧‧‧有機廢棄物

B‧‧‧沼氣

3‧‧‧發酵單元

31‧‧‧發酵空間

32‧‧‧發酵槽體

33‧‧‧攪拌器

34‧‧‧液體過濾層

4‧‧‧環境控制單元

41‧‧‧溫控器

411‧‧‧溫度控制件

412‧‧‧溫度偵測件

413‧‧‧升溫件

414‧‧‧降溫件

42‧‧‧濕控器

421‧‧‧濕度控制件

422‧‧‧濕度偵測件

423‧‧‧加濕件

5‧‧‧電力單元

51‧‧‧電力供應器

511‧‧‧太陽能發電板

512‧‧‧蓄電池

6‧‧‧氣體儲存單元

61‧‧‧空氣管體

62‧‧‧氣體儲存空間

63‧‧‧氣體儲存槽體

64‧‧‧氣體流向控制器

65‧‧‧沼氣濃度偵測器

66‧‧‧氣體逆止閥

67‧‧‧沼氣純化器

圖1是一裝置示意圖，說明台灣專利號M527878一種有機廢棄物處理設備；圖2是一裝置示意圖，說明本發明可收集沼氣之堆肥裝置之一第一較佳實施例；圖3是一方塊示意圖，說明該第一較佳實施例之一溫控器；圖4是一方塊示意圖，說明該第一較佳實施例之一濕控器；及圖5是一裝置示意圖，說明本發明可收集沼氣之堆肥裝置之一第二較佳實施例。

有關本發明之相關申請專利特色與技術內容，在以下配合參考圖式之兩個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚地呈現。

在進行詳細說明前應注意的是，類似的元件是以相同的編號來做表示。

參閱圖2、3、4，為本發明可收集沼氣之堆肥裝置的一第一較佳實施例，適用於將一有機廢棄物發酵成肥料，並包含一發酵單元3、一環境控制單元4、一電力單元5，及一氣體儲存單元6。

該發酵單元3包括一圍繞界定一發酵空間31之發酵槽體32，及一設置於該發酵槽體32之攪拌器33，該有機廢棄物放置於該發酵空間31中並與外界隔絕，以使該有機廢棄物於無氧狀態下發酵，並成為肥料。

該發酵槽體32具有至少一閘門，以將該有機廢棄物放入該發酵空間31，或將肥料由該發酵空間31取出，該閘門具有較佳之密封效果，當該閘門關閉時，該發酵空間31與外界隔絕且空氣無法流通，避免外界之氧氣流入該發酵空間31。

該攪拌器33具有一與該電力單元5電連接之轉動馬達，及一與該轉動馬達連接並設置於該發酵空間31中之攪拌件，當該發酵空間31放置該有機廢棄物進行發酵時，該攪拌器33可以攪拌該發酵空間31之有機廢棄物，以使該發酵空間31之有機廢棄物可以均勻地進行無氧發酵(以厭氧性細菌進行分解)。

該環境控制單元4包括一控制該發酵空間31之溫度的溫控器41，及一控制該發酵空間31之濕度的濕控器42，以使該有機廢棄物於適當的發酵環境中進行發酵並產生一沼氣。本發明是以厭氧消化來分解該有機廢棄物，其厭氧性細菌合適的分解溫度約為35℃~55℃，且環境濕度不能太過乾燥，避免厭氧性細菌存活於不適合的環境中而造成死亡。

該電力單元5包括一電力供應器51，以提供該攪拌器33、該溫控器41、該濕控器42，及該氣體儲存單元6中之電力用品的電力使用。該電力供應器51具有一太陽能發電板511，及一與該太陽能發電板511電連接之蓄電池512。

發明人鑑於堆肥裝置所設置之場地較為空曠，可設置太陽能發電系統進行綠電的生產，並提供電力設備的使用，以避免連接市電的建構設施，及增加電費的支出。

該溫控器41具有一與該電力供應器51電連接之溫度控制件411、一與該溫度控制件411電連接之溫度偵測件412、一與該溫度控制件411電連接之升溫件413，及一與該溫度控制件411電連接之降溫件414。該溫度偵測件412感測該發酵空間31之環境溫度，並將溫度資訊傳輸至該溫度控制件411，該溫度控制件411控制該升溫件413及該降溫件414，以使該發酵空間31之環境溫度維持於厭氧性細菌存活的區間溫度。較佳地，該升溫件413為電阻式加熱器，該降溫件414為風扇，用以加熱或降溫該發酵槽體32，並控制該發酵空間31的溫度。

該濕控器42具有一與該電力供應器51電連接之濕度控制件421、一與該濕度控制件421電連接之濕度偵測件422，及一與該濕度控制件421電連接之加濕件423。該濕度偵測件422感測該發酵空間31之濕度，並將濕度資訊傳輸至該濕度控制件421，以控制該加濕件423增加該發酵空間31中的濕度，避免該發酵空間31太過乾燥而造成厭氧性細菌死亡，較佳地，該加濕件423為具有電磁閥之噴霧器，以噴霧的方式增加該發酵空間31中的濕度。

該氣體儲存單元6包括一與該發酵槽體32連接之空氣管體61、一與該空氣管體61之另一端連接並圍繞界定一氣體儲存空間62之氣體儲存槽體63、一與該電力供應器51電連接並設置於該空氣管體61之氣體流向控制器64、一與該氣體流向控制器64電連接並設置於該發酵槽體32之沼氣濃度偵測器65、一設置於該空氣管體61之氣體逆止閥66，及一與該氣體儲存空間62連接之沼氣純化器67。

該空氣管體61將該發酵空間31所產生之沼氣輸送至該氣體儲存空間62，以使該氣體儲存空間62儲存該沼氣並提供外界使用，該沼氣中具有許多可燃性氣體，可做為燃料使用。

該氣體流向控制器64為一般的抽氣加壓設備，以將該發酵空間31中之沼氣抽至該氣體儲存空間62，較佳地，該氣體儲存槽體63可儲存高壓氣體，以使該沼氣於該氣體儲存空間62加壓儲存。

該沼氣濃度偵測器65偵測該發酵空間31之沼氣的濃度，並將沼氣的濃度之資訊傳輸至該氣體流向控制器64，以控制該氣體流向控制器64作動與否。因為厭氧性細菌需要時間分解有機廢棄物，而不同種類之有機廢棄物分解成肥料並產生沼氣的時間並不相同，因此該沼氣濃度偵測器65先偵測該發酵空間31之沼氣的濃度到達標準後，再開啟氣體流向控制器64將該發酵空間31之沼氣抽至該氣體儲存空間62儲存，較佳地，該沼氣濃度偵測器65是偵測沼氣中甲烷的濃度(CH4)。

此外，該氣體儲存單元6更包括一設置於該空氣管體61之氣體逆止閥66，以防止該氣體儲存空間62之氣體回流至該發酵空間31，有效避免當該氣體流向控制器64故障時，儲存於該氣體儲存空間62的沼氣，回流至該發酵空間31，並保持該氣體儲存空間62的氣體壓力。

該沼氣純化器67可將儲存於該氣體儲存空間62的沼氣純化，較佳地，該沼氣純化器67為洗滌塔設備，可以利用水洗的技術將沼氣中之二氧化碳(CO₂)，及硫化氫(H₂S)排除，以避免具有硫化物之沼氣腐蝕金屬，並使沼氣壓縮儲存，實際實施時，該沼氣純化器67也可利用石灰石、乙醇胺、碳酸鉀、氧化鐵、活性碳、分子過濾薄膜、光合菌等純化技術，來增加沼氣中可燃氣體之含量。

參閱圖5，為本發明可收集沼氣之堆肥裝置之第二較佳實施例，該第二較佳實施例與該第一較佳實施例大致相同，相同之處於此不再贅述，不同之處在於該發酵單元3更包括一設置於該發酵槽體32內之液體過濾層34，以將該有機廢棄物A之液體分離出來。

該液體過濾層34可阻擋固體成分，並使液體之成分通過，當厭氧性細菌分解有機廢棄物A時，會產生含有碳、氫、氧、氮、磷、硫等物質，以及其它無機鹽類與微量元素的液體，其液體可另外收集以成為液體肥料。較佳地，該液體過濾層34為大量的砂石，以使液體通過，實際實施時，該液體過濾層34可以使用沉澱池、分離柵、離心機、過濾裝置、固液分離機等技術，不應以此為限。

發明人要強調的是，一般小型養殖場，或是社區所產生之有機廢棄物A，直接丟棄或於開放空間中進行肥料反應，不僅會汙染環境，也觸犯相關法令，本發明於封閉之發酵空間31將有機廢棄物A進行無氧分解，並將產生之肥料及沼氣B收集，避免汙染環境，更可創造商業契機。

由上述說明可知，本發明確實具有下列功效：

一、提高分解效率

該環境控制單元4將該發酵空間31之溫濕度，控制於厭氧性細菌的生長環境，以提高厭氧性細菌分解有機廢棄物A的效率。

二、增加沼氣儲存效率

該沼氣純化器67可將沼氣B中之硫化物排除，避免沼氣B腐蝕氣體儲存容器，並減少無法提供燃料之氣體，且以該氣裡流向控制器以高壓將沼氣B儲存於該氣體儲存空間62中，有效增加沼氣B儲存效率。

三、增加產業利用

動物所產生之有機廢棄物A，及廚餘並沒有任何幫助植物生長的肥料成分，必須依靠細菌之分解，使肥料中具有硫化物及易生菌來提供植物養分，且收集細菌分解時所產生之沼氣B，以替代天然氣的使用，可有效增加產業的可利用性。

綜上所述，本發明利用該發酵槽體32儲存有機廢棄物A，避免該有機廢棄物A對環境造成汙染，利用該溫控器41及該濕控器42控制該發酵空間31之溫濕度，以符合厭氧性細菌生長環境，以提高分解有機廢棄物A之效率，再利用該氣體儲存單元6將產生之沼氣B純化，並以高壓儲存，有效提高沼氣B儲存的效率，以提供做為燃料使用，故確實可以達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之兩個較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims

一種可收集沼氣之堆肥裝置，適用於將一有機廢棄物發酵成肥料，並包含：一發酵單元，包括一圍繞界定一發酵空間之發酵槽體，該有機廢棄物放置於該發酵空間中並與外界隔絕，以使該有機廢棄物於無氧狀態下發酵成肥料；一環境控制單元，包括一控制該發酵空間之溫度的溫控器，及一控制該發酵空間之濕度的濕控器，以使該有機廢棄物於發酵環境中進行發酵並產生一沼氣，其中，該濕控器具有一濕度控制件、一與該濕度控制件電連接之濕度偵測件，及一與該濕度控制件電連接之加濕件；一電力單元，包括一電力供應器，以提供該溫控器及該濕控器之電力；及一氣體儲存單元，包括一與該發酵槽體連接之空氣管體，及一與該空氣管體連接並圍繞界定一氣體儲存空間之氣體儲存槽體，及一與該電力供應器電連接並設置於該空氣管體之氣體流向控制器，該空氣管體將該發酵空間所產生之沼氣輸送至該氣體儲存空間，以儲存該沼氣並提供外界使用，該氣體流向控制器用以將該發酵空間中之沼氣抽至該氣體儲存空間。
依據申請專利範圍第1項所述之可收集沼氣之堆肥裝置，其中，該電力供應器具有一太陽能發電板，及一與該太陽能發電板電連接之蓄電池。
依據申請專利範圍第2項所述之可收集沼氣之堆肥裝置，其中，該發酵單元更包括一與該電力供應器電連接之攪拌器，以攪拌該發酵空間之有機廢棄物。
依據申請專利範圍第3項所述之可收集沼氣之堆肥裝置，其中，該溫控器具有一與該電力供應器電連接之溫度控制件、一與該溫度控制件電連接之溫度偵測件、一與該溫度控制件電連接之升溫件，及一與該溫度控制件電連接之降溫件。
依據申請專利範圍第4項所述之可收集沼氣之堆肥裝置，其中，該氣體儲存單元更包括一與該氣體流向控制器電連接並設置於該發酵槽體之沼氣濃度偵測器，以偵測該發酵空間之沼氣的濃度。
依據申請專利範圍第5項所述之可收集沼氣之堆肥裝置，其中，該氣體儲存單元更包括一設置於該空氣管體之氣體逆止閥，以防止該氣體儲存空間之氣體回流至該發酵空間。
依據申請專利範圍第6項所述之可收集沼氣之堆肥裝置，其中，該發酵單元更包括一設置於該發酵槽體內之液體過濾層，以將該有機廢棄物之液體分離出來。
依據申請專利範圍第7項所述之可收集沼氣之堆肥裝置，其中，該氣體儲存單元更包括一與該氣體儲存空間連接之沼氣純化器。