CN101338273A - 户用秸秆干式发酵产沼气的装置及方法 - Google Patents

户用秸秆干式发酵产沼气的装置及方法 Download PDF

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常志州
杜静
黄红英
马艳
张建英
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Abstract

本发明涉及一种用于户用秸秆干式发酵产沼气的装置及方法，属于农业环境保护与生物质能源利用领域。将秸秆经切碎，加入氮素肥料，调节C/N，堆腐后放入建于地下一圆柱型沼气池中，接种厌氧发酵产物，用红泥塑料密封，进行厌氧发酵产沼气，当产气量降低时，利用手动抽水装置抽取沼液对秸秆进行淋溶，当产气量明显下降时，及时更换新料。本发明可实现秸秆干式厌氧产沼气，达到了基本替代以畜禽粪便为主要原料产沼气的技术要求，采用的秸秆干发酵技术，可减少了湿式厌氧发酵产沼气中沼液沼渣处理的困难，同时也使沼气池容积产气率提高，降低了沼气池建设成本与减少了沼气池占地面积。设计的沼液回流***解决了秸秆干法发酵中质流与物质交换的困难。

Description

户用秸秆干式发酵产沼气的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种户用秸秆干式发酵产沼气的装置及方法，是一种秸秆能源化的利用技术，属于农业环境保护与生物质能源利用领域。
背景技术：
我国农村的秸秆资源非常丰富，目前仅重要的作物秸秆就有近20种，且产量巨大。据估算，我国每年各类农作物秸秆产生量达7亿t，这其中42％直接或过腹还田，30％作为农用燃料，8％作为工业或其他用途，20％约1.2亿吨剩余未被利用]。这些剩余的农作物秸秆被废弃于田间地头、场院房头，不仅占压了大量的土地，影响了农村环境卫生，特别是在每年的“三夏”、“三秋”季节，农民为了抢收抢种则把这些剩余秸秆绝大部分在田间直接焚烧，大量剩余秸秆的露天焚烧不但造成极大的资源浪费，而且带来严重的大气污染，甚至影响飞机的正常起降和汽车行驶的安全，并频繁引发火灾事故。
而与此同时，世界性的能源危机日趋加重，亟待开发可替代石油、煤炭的新型能源，特别是可再生能源，生物质能作为一种可再生的清洁能源而更受到世界各国的高度重视与关注。农作物秸秆作为粮食或饲料生产中所产生的废弃物，主要为含碳化合物，作为能源利用，不仅数量巨大且可再生，因而开发农作物秸秆能源化利用途径，不仅可解决大量秸秆遗弃而产生的环境污染与经济损失问题，而且可以减缓世界能源危机，尤其是可解决千家万户的农村居民能源供应的难题。
为解决中国千家万户农村居民，特别是居住分散又远离城市或集镇的农村居民的清洁能源供应困难，国家自上世纪七十年代开始，就在农村推广使用以畜禽粪便以及人粪尿等为主要底物的沼气池技术，取得了良好的效果。然而，近年来随着养殖业向规模化小区化发展后，农村户用沼气池赖以产气的原料-畜禽粪便愈来愈少，农村沼气池面临着无米可饮的境地，探索研究户用沼气池替代畜禽粪便原料技术越来越迫切、越来越重要。
利用农作物秸秆作为户用沼气池原料的研究以及示范工作，可追溯到上世纪八十年代，即利用现有的水压式沼气池，将秸秆与粪便混合进行厌氧发酵产沼气，其技术存在着秸秆上浮，容易形成结壳而影响产气，且当发酵结束后，沼渣与沼液处理困难，特别是水网地区。
公开号为CN101020912的专利，提供了一种将甲烷菌回流与粉碎的秸秆原料混合发酵生产沼气的方法，其特征在于，它是将发酵沼气的原料农作物秸秆粉碎成秸秆粉末、秸秆颗粒、秸秆丝后，再入沼气发酵罐，沼气发酵罐底部出料管排出的含甲烷菌渣料，根据实际测定的所含甲烷菌数量，按含甲烷菌渣料与新投入秸秆原料的体积比为0.5～8.0∶1.0的比例混合后输入到沼气发酵罐进行连续发酵生产沼气，剩余部分含甲烷菌渣料排放到渣料池，该专利只涉及到沼液回流接种，且沼渣沼液通过出料管排出，容易接触空气，影响厌氧菌的数量，而且接种前需要对测定所含甲烷菌数量，在农村农户实际应用中难易操作。
公开号为CN1769220的专利，提供了一种用厨余物、秸秆、畜禽粪便和活性污泥为原料的沼气生产技术，涉及沼气生产关键技术和高固形物沼气发酵反应器技术，但该专利所涉及的是湿法厌氧发酵技术，且不适应于农村农户使用。
公开号为CN1403396的专利，提供了一种周期刺激秸秆和城市垃圾进行固态发酵沼气的方法。其特征是将风干秸秆或筛选的有机垃圾经过汽爆处理后放入固态发酵罐体中；然后将汽爆物料与沼气迅速混合，密封于发酵罐体中进行固态发酵；通入发酵的沼气排净罐体中的空气，采用外界周期压力变化以强化固态发酵的速率；迅速排气收集沼气，该方法技术要求高，设备投资大，不适合农村使用。
公开号为CN2863807的专利，提供了一种新型免清秸秆粪便综合使用保温沼气池，涉及沼气池的修建技术领域，主要技术特征在于水压间和进料管和为一体，发酵料进入进料口(压水间)经过浸泡液化产酸后自动进入沼气池发酵。沼气池内设有出料管利用沼气池的内部产气压力可将沼渣从出料管压出流向积肥坑。而不用人工清池。并在沼气池内部装有破壳搅拌气。使沼气池在日常管理更方便，提高产气率，产气稳定。该技术及涉及的是一种湿法厌氧产沼气技术，且因秸秆为漂浮物由压水间难以进入消化池，技术上不可行。
综上所述，现有的专利技术难以解决秸秆干法发酵的技术难题，且所述技术或投资大成本高或不适合农村农户使用，而难以推广应用。
发明内容：
技术问题本发明的目的在于：针对现推广应用的户用水压式沼气池秸秆湿法产沼气在水网地区存在的沼液处理困难，以秸秆为主要原料在水压式沼气池发酵结束后，秸秆残渣清理不便，现有的水压式沼气池无沼液回流***，无法进行沼液回液等困难，提供一种户用秸秆干法厌氧产沼气的新池型与方法。
技术方案  本发明的目的是这样实现的：
1、一种户用秸秆干发酵产沼气的装置，其特征在于：沼气池(1)是用砖沏或混凝土浇铸并可防水的池子，沼气池身为圆柱型，池子底部呈向下圆锥形，在圆锥形与圆柱形连接处有一个多孔的垫板(2)，在圆锥形的锥底有连接到沼气池外部的管道(3)，管道与建在沼气池一侧的收集池(4)相连，通过管道(3)可以将由沼气池淋溶出来的水排进收集池，该收集池低于沼气池，收集池上方有竖井(5)，在竖井中安装一抽水装置(6)，可以将收集池中的沼液通过回流用塑料管(7)抽到沼气池中，形成沼液回流***，在沼气池的上部有一个可水封的盖子(8)，盖子上有沼气出孔(9)，通过该出孔可将沼气池所产沼气引入沼气灶、沼气灯。
2、一种户用秸秆干式发酵产沼气的方法，其特征在于：将秸秆切碎，加入氮素肥料，调节C/N，即添加肥料中氮素与秸秆中含氮量总和与秸秆中含碳量之比为1∶25，混合后进行堆腐，将经堆腐后的秸秆，放入建于地下的上述圆柱型沼气池中，接种厌氧发酵产物，发酵原料重量与接种物重量之比为1∶0.3-0.4，边加秸秆边加入厌氧发酵产品，用红泥塑料密封，进行厌氧发酵产沼气，当产气量降低时，利用手动抽水装置抽取沼液对秸秆进行淋溶，当淋溶后仍不能使产气量提高时，及时更换新料。
所述切碎是指将秸秆人工或机械切碎到10cm以下，所述的氮素肥料是指含氮化学肥料，如尿素、硫酸铵、磷铵或碳铵；所述的堆腐是指将切碎并调节好C/N后的秸秆，按秸秆重与水重比为1∶2.5-3.5，用水淋湿秸秆后堆制50cm以上高度并用塑料布或其它可减少水分散失的材料覆盖，堆温达45℃以上堆制3-6天；所述秸秆是指玉米、稻草、麦秸或牧草；所述厌氧发酵产物是指污泥、沼渣沼液、牛粪、或塘泥。
所述更换新料是指将沼气池盖揭开后，将秸秆残体从沼气池中取出，加入经预先处理过的秸秆原料，同时，从集水池中抽取的沼液沼渣作为接种物对新加入的原料进行接种。
有益效果  本发明的技术总体性能指标与同类技术比较的优势在于：它可实现秸秆干式厌氧产沼气，达到了基本替代以畜禽粪便为主要原料产沼气的技术要求，采用的秸秆干发酵技术，可减少了湿式厌氧发酵产沼气中沼液沼渣处理的困难，同时也使沼气池容积产气率提高，降低了沼气池建设成本与减少了沼气池占地面积。设计的沼液回流***解决了秸秆干法发酵中质流与物质的困难。
附图说明
图1产沼气装置结构图
1沼气池；2多孔的垫板；3管道；4收集池；5竖井；6抽水装置；7回流用塑料管；8盖子；9沼气出孔
具体实施方式
以一个三口之家为例，按秸秆干法厌氧发酵产沼气的技术性能以及该居民烧饭与烧水对沼气量的需要，设计建设一口6m3沼气池(设计图详见附图1)。沼气池1是用砖沏或混凝土浇铸并可防水的池子，沼气池身为圆柱型，池子底部呈向下圆锥形，在圆锥形与圆柱形连接处有一个多孔的垫板2，在圆锥形的锥底有连接到沼气池外部的管道3，管道与建在沼气池一侧的收集池4相连，通过管道3可以将由沼气池淋溶出来的水排进收集池，该收集池低于沼气池，收集池上方有竖井5，在竖井中安装一抽水装置6，可以将收集池中的沼液通过回流用塑料管7抽到沼气池中，形成沼液回流***，在沼气池的上部有一个可水封的盖子8，盖子上有沼气出孔9，通过该出孔可将沼气池所产沼气引入沼气灶、沼气灯。
称2.0-2.5吨稻草，将稻草切碎至10cm，用约6-7吨水将秸秆淋湿，然后添加约50公斤尿素，混合，堆制成1.5米高的堆，用塑料薄膜覆盖，堆温达45℃以上堆制4天，摊开、风干半天，然后放入建好的沼气池中，第一次进料时，用约500公斤沼渣作接种物，边加入稻草，边加入沼渣，堆完后，再用约200公斤沼液进行淋溶，将回流用塑料管与抽水装置的出水口接上，盖好盖子并进行密封，即可，发酵约一个月后，用抽水装置抽取集水池中的沼液进行回液，回液时间约一个小时。如此反复，持续半年左右，沼气池产气量明显下降，即打开沼气池盖，用带爪子的工具将秸秆残渣取出，然后将预先堆腐后的秸秆重新加入到沼气池中，用抽水装置直接抽取沼液作为接种物，然后加盖密封进行厌氧发酵产沼气。

Claims (4)

1、一种户用秸秆干发酵产沼气的装置，其特征在于：沼气池(1)是用砖沏或混凝土浇铸并可防水的池子，沼气池身为圆柱型，池子底部呈向下圆锥形，在圆锥形与圆柱形连接处有一个多孔的垫板(2)，在圆锥形的锥底有连接到沼气池外部的管道(3)，管道与建在沼气池一侧的收集池(4)相连，通过管道(3)可以将由沼气池淋溶出来的水排进收集池，该收集池低于沼气池，收集池上方有竖井(5)，在竖井中安装一抽水装置(6)，可以将收集池中的沼液通过回流用塑料管(7)抽到沼气池中，形成沼液回流***，在沼气池的上部有一个可水封的盖子(8)，盖子上有沼气出孔(9)，通过该出孔可将沼气池所产沼气引入沼气灶、沼气灯。
2、一种户用秸秆干式发酵产沼气的方法，其特征在于：将秸秆切碎，加入氮素肥料，调节C/N，即添加肥料中氮素与秸秆中含氮量总和与秸秆中含碳量之比为1∶25，混合后进行堆腐，将经堆腐后的秸秆，放入建于地下的权利要求1所述装置的圆柱型沼气池中，接种厌氧发酵产物，发酵原料重量与接种物重量之比为1∶0.3-0.4，边加秸秆边加入厌氧发酵产品，用红泥塑料密封，进行厌氧发酵产沼气，当产气量降低时，利用手动抽水装置抽取沼液对秸秆进行淋溶，当淋溶后仍不能使产气量提高时，及时更换新料。
3、根据权利2所述一种户用秸秆干发酵产沼气的方法，其特征在于：所述切碎是指将秸秆人工或机械切碎到10cm以下，所述的氮素肥料是指含氮化学肥料，如尿素、硫酸铵、磷铵或碳铵；所述的堆腐是指将切碎并调节好C/N后的秸秆，按秸秆重与水重比为1∶2.5-3.5，用水淋湿秸秆后堆制50cm以上高度并用塑料布或其它可减少水分散失的材料覆盖，堆温达45℃以上堆制3-6天；所述秸秆是指玉米、稻草、麦秸或牧草；所述厌氧发酵产物是指污泥、沼渣沼液、牛粪、或塘泥。
4、根据权利要求2或3所述一种户用秸秆干发酵产沼气的方法，其特征在于：所述更换新料是指将沼气池盖揭开后，将秸秆残体从沼气池中取出，加入经预先处理过的秸秆原料，同时，从集水池中抽取的沼液沼渣作为接种物对新加入的原料进行接种。
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