专利名称：一种沼气生产方法
一种沼气生产方法
技术领域：
本发明涉及生物发酵技术领域，特别涉及一种以秸秆或动物粪便或其他生物废料等总固体、悬浮物含量高的有机物料为原料的沼气生产方法。
背景技术：
现有技术中利用总固体、悬浮物含量高的有机物料为原料生产沼气的方法一般需 采取严格的前处理，将物料切碎或粉碎进料，然后在发酵装置内进行厌氧发酵，生产沼气。现有技术中用于沼气生产的发酵装置主要是厌氧池，厌氧池包括池体，池体上方 具有池盖，池体上具有污水管，排泥管和沼气收集的出气管。污染物通过污水管进入池体 内，由池体内的厌氧活性污泥的生化反应，降解、转化有机污染物，污染物中的沉渣经过沉 积后由排泥管排出。但是采用上述方法和装置生产沼气，如果是以悬浮物和总固体浓度高的原料，因 其固体浓度和悬浮物浓度高，无论切碎或粉碎与否，都会导致物料流动性差，进出料比较困 难。物料在厌氧发酵过程中，池内水分会逐步减少，易产生浮渣，导致池内顶部物料易产生 结壳现象，影响物料的降解和产气；且物料发酵浓度较高，不利于沼气的逸出，影响整体装 置的处理效果和产气效果。综上所述，上述现有技术中的生产沼气的方法具有如下缺点1、对物料的发酵降解率和利用率低，产气率少。2、物料切碎或粉碎的加工处理需要相应的机械设备和一定的劳动力，造成投资和 运行成本高。如果物料不切碎或粉碎，会造成厌氧池进料困难，更严重的是在运行过程中堵 塞管道，导致系统瘫痪。3、沼气生产量和供应量不连续、不稳定，影响了后续步骤中对沼气的进一步净化、 贮存等处理，使沼气不能规模化生产和合理利用。高投入和高运行成本也阻碍了利用总固 体、悬浮物含量高的物料为原料生产沼气，在工农业生产和生活上的应用也受到很大的局 限。
发明内容本发明要解决的技术问题，在于提供一种沼气生产方法，可以总固体、悬浮物含量 高的有机物料为原料，防止物料结壳，物料降解率和转化生成沼气产率高。本发明要解决的技术问题是这样实现的一种沼气生产方法，包括下述步骤步 骤100、进料并对物料进行预处理，物料无需切碎或粉碎而直接添加接种物或调理剂并在厌 氧池内进行混合堆怄，直到混合物料的纤维软化，部分分解物料蜡质、果胶，并达到一定温 度；步骤200、注入水或沼液到物料堆怄已经完成的厌氧池内，水位以淹没池内物料为准， 并且控制厌氧池内的总固体含量在10 % 20 %范围内，密封进行发酵；步骤300、发酵过程 中，每隔1 10天回流沼液或补充水分，以控制厌氧池内水位与密封发酵前的水位变化范 围在士5%之内，保证厌氧池内的总固体含量在10% 20%范围内，并且定期搅拌防止物料的大规模结壳，同时收集沼气；步骤400、厌氧池运行结束后，出料。较佳的，所述步骤100至步骤400中，厌氧池设置多个，工程运行设计为循环序批 式，以保证每个工程运行期至少有一厌氧池在运行、产气，在一厌氧池运行结束出料后，再 根据预处理和预定发酵时间控制原料量进行进料、堆怄和发酵产气。且在运行期间能够连 续地、稳定地生产沼气，使产量和供应量稳定。较佳的，所述步骤100中，物料和接种物或调理剂为分层混合，堆怄时间控制在 2 15天，混合物料的水分含量控制在50 % 70 %范围内，总固体含量控制在30 % 50 % 范围内。当所述堆怄物料发酵温度在42°C以上，时间在2 3天，可使混合物料的纤维软化 顺利进行，还可部分分解物料蜡质、果胶，提高了混合物料的温度。较佳的，所述步骤100在添加接种物或调理剂之后，及步骤200补充沼液之后，整 体物料的C/N比控制在6 60范围内。其中，最适宜状态是将整体物料的C/N比控制在 25 30范围内，以提高厌氧发酵产沼气的效果。另外，该步骤中原料为干燥或新鲜的作物 秸秆、动物粪便、生物废料、蓝藻中的至少一种；所述接种物或调理剂为畜禽粪便、沼液、沼 气池污泥、污水厂污泥、微生物菌剂的至少一种，原料来源广。
较佳的，所述步骤300中，同时通过回流泵将沼液及剩余污泥排出，以调整厌氧池 的容积负荷；其回流沼液或补充水分采用自动喷淋装置进行，所述定期搅拌采用回流泵自 动进行，以提高自动化强度。另外还可在厌氧发酵期间，再通过人工或机械补充投放未经或 已经经过前处理的物料，以增加沼气的产量，其补充投放的物料的量必须保证厌氧池内的 总固体含量在10% 25%范围内。本发明的优点在于本方法实现了以秸秆或动物粪便或其他生物废料等总固体、 悬浮物含量高的有机物料为原料生产沼气，在运行期间能够连续地、稳定地生产沼气，物料 降解率和转化生成沼气产率高，还可以很好的防止浮渣的大规模产生，防止物料结壳，为大 规模生产沼气奠定基础。该方法应用范围较广，其可以用于处理各种有机物污染物。
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。图1是本发明所使用的沼气生产发酵装置一较佳实施例的俯视结构示意图。图2是图1的沿A-A方向的剖视示意图。图3是图1的沿B-B方向的剖视示意图。图4是图1的沿C-C方向的剖视示意图。
具体实施方式请参阅图1至图4所示，本发明所使用的沼气生产发酵装置，可包括一个发酵单元 或紧邻设置的二个以上的发酵单元10，图中显示为为四个发酵单元10两两并排相邻布置， 但并不以此为限。任一所述发酵单元10包括一厌氧池1、覆盖在该厌氧池1上方的一柔性覆皮2、一 设置于该厌氧池1上方并处于所述柔性覆皮2内部的沼气出气管(未图示)、一喷淋装置 3，以及一回流单元4。所述厌氧池1用于放置秸秆及畜禽粪便进行发酵，所述厌氧池1的顶部为一大敞口 11，底部为一斜底12，该斜底12处于排泥的一端低于相对的另一端，以利于底泥向一侧 集中，便于排泥。所述厌氧池1的内部对应于预设的限制秸秆高位面间隔地架设复数根横 杆13，以限制秸秆高位面，防止因秸秆过度上浮产生上层秸秆与浸泡液分离现象，保证厌氧 发酵正常进行。所述厌氧池1的顶部并对应于所述柔性覆皮2的边沿处还设有一水封槽 14，以通过水封方式使所述厌氧池1和柔性覆皮2之间形成一密闭的厌氧环境，该水封槽14 还具有一水封槽排空管141及水封槽溢流管142，用于维修时排空水封槽内的清水，恒定水 封槽内液位。所述厌氧池1内还连通一粪污进水管15，所述粪污进水管15用作畜禽粪便的 流入通道，发酵产气量较低时可通过该粪污进水管15加入畜禽粪便以提高厌氧池1内有机 物，增加厌氧发酵产气量。所述柔性覆皮2覆盖于厌氧池1顶部，柔性覆皮2为软体材料所制，如采用红泥塑 料覆皮、其他聚氯乙烯、聚丙乙烯等塑料或改性塑料等。柔性覆皮2利用在发酵过程中产生 的沼气气压作为柔性覆皮2的支撑动力，使柔性覆皮2鼓起，从而实现无骨架设计，以降低 成本。柔性覆皮2与厌氧池1形成厌氧环境，柔性覆皮2还具有良好的吸热性能，充分利用 太阳能、提高发酵温度，有利于厌氧菌的生长、增殖，通过挂钩22固定，易安装、拆卸维修， 清池容易、移动方便。所述沼气出气管与沼气收集总管(未图示)连接，且所述沼气出气管安装有水封 装置(未图示)，水封装置可收集沼气出水管道上的冷凝水，防止沼气出气管道堵塞，保证 出气顺畅。所述沼气收集总管末端安装有恒压装置(未图示)。通过恒压装置来保持处 理装置内的压力恒定，既有利于将软体材料覆皮撑起，又能够保证处理装置的运行安全、稳 定、可靠。恒压装置使厌氧池 的压力保持为恒压装置的水压，当厌氧池的压力大于恒压装置 的水压时，可通过管路将厌氧池体内的压力自动释放。所述喷淋装置3布设于所述厌氧池1的顶部内沿，用于给厌氧池1补充水分，其可 以连接外部水源喷淋，也可以采用沼液回流自动喷淋。该喷淋装置3进一步包括架设于所 述厌氧池1的顶部内沿的环状的喷淋管31，该喷淋管31上均勻分布多个喷淋头32。所述回流单元4设置于所述厌氧池1的一端部位置，图中显示为四个发酵单元10 两两并排相邻布置后的整体左、右外端，但并不以此为限，所述回流单元4并可与所述喷淋 装置3连通。所述回流单元4进一步包括设置在厌氧池1内部的一角的至少一过水洞41、 一设置于所述厌氧池1外部的回流槽42、一沼液回流出水管43，以及一沼液回流进水管44， 所述厌氧池1、过水洞41、回流槽42、沼液回流出水管43、沼液回流进水管44，以及所述喷淋 装置3依次连通，以形成一沼液回流通道，如此，在发酵过程中即可利用产生的沼液进行喷 淋，以维持厌氧池1水位，使物料与发酵菌充分接触，并防止物料浮起结壳，从而提高物料 的降解率及沼气产率，所述沼液回流出水管43可通过预设于厌氧池1上边缘的管沟16来 架设。所述回流单元4还包括设置于所述厌氧池底部的一回流泵45，通过沼液回流阀门 (未图示)和排泥阀门(未图示)的分别控制，定期用于沼液回流和底泥排放。所述回流泵 45还具有一泵提升装置46，用于提升与下放回流泵45，便于回流泵45的安装与维修。所述 回流单元4还包括设置于所述过水洞41前端的一花墙47、设置于所述花墙47顶部的一漏 粪板48、以及至少一设置在所述回流槽42内的滤网49，以截留截面积较大的秸秆或畜禽粪 便等物质，防止堵塞回流泵45，加长原料在厌氧池1的停留时间充分反应产气，同时减轻后续工作负荷。本发明利用上述发酵装置进行沼气生产时，包括如下实施例进行实施例一步骤100、通过所述厌氧池1的大敞口 11进行进料，并对物料进行预处理，原料为 干燥或新鲜的作物秸秆、动物粪便、生物废料中的至少一种，物料无需切碎或粉碎而直接添 加接种物或调理剂并在厌氧池1内进行混合堆怄，直到混合物料的纤维软化，部分分解物 料蜡质、果胶，并达到一定温度；物料和接种物或调理剂为分层混合，堆怄时间控制在7天， 混合物料的水分含量控制在60% 65%范围内，总固体含量控制在35% 40%范围内，使 混合物料的纤维软化顺利进行，还可部分分解物料蜡质、果胶，提高了混合物料的温度。所 述接种物或调理剂为畜禽粪便、沼液、沼气池污泥、污水厂污泥、微生物菌剂的至少一种，原 料来源广。在添加接种物或调理剂之后，整体物料的C/N比控制在30 40范围内，以提高 厌氧发酵产沼气的效果。步骤200、通过所述喷淋装置3注入水或沼液到物料堆怄已经完成的厌氧池1内， 水位以淹没池内物料为准，并且控制厌氧池1内的总固体含量在12% 15%范围内，用柔 性覆皮2覆盖于厌氧反应室顶部，密封进行发酵；补充沼液之后，整体物料的C/N比控制在 25 30范围内，以提高厌氧发酵产沼气的效果。步骤300、发酵过程中，每隔4天回流沼液或补充水分，以控制厌氧池1内水位与 密封发酵前的水位变化范围在士5%之内，保证厌氧池1内的总固体含量在10% 15%范 围内，并且定期搅拌防止物料的大规模结壳，同时收集沼气；同时通过回流泵45将沼液及 剩余污泥排出，以调整厌氧池1的容积负荷；其回流沼液或补充水分采用喷淋装置3自动 进行，所述定期搅拌采用回流泵45自动进行，以提高自动化强度。另外还可在厌氧发酵期 间，再通过人工或机械补充投放未经或已经经过前处理的物料，以增加沼气的产量，其补充 投放的物料的量必须保证厌氧池内的总固体含量在10% 20%范围内。步骤400、厌氧池1运行结束后，出料。实施例二步骤100、通过所述厌氧池1的大敞口 11进行进料，并对物料进行预处理，原料为 干燥或新鲜的作物秸秆、动物粪便、生物废料中的至少一种，物料无需切碎或粉碎而直接添 加接种物或调理剂并在厌氧池1内进行混合堆怄，直到混合物料的纤维软化，部分分解物 料蜡质、果胶，并达到一定温度；物料和接种物或调理剂为分层混合，堆怄时间为15天，混 合物料的水分含量控制在65 % 70 %范围内，总固体含量控制在30 % 35 %范围内，可使 混合物料的纤维软化顺利进行，还可部分分解物料蜡质、果胶，提高了混合物料的温度。所 述接种物或调理剂为畜禽粪便、沼液、沼气池污泥、污水厂污泥、微生物菌剂的至少一种，原 料来源广。在添加接种物或调理剂之后，整体物料的C/N比控制在40 60范围内，以提高 厌氧发酵产沼气的效果。步骤200、通过所述喷淋装置3注入水或沼液到物料堆怄已经完成的厌氧池1内， 水位以淹没池内物料为准，并且控制厌氧池1内的总固体含量在10% 12%范围内，用柔 性覆皮2覆盖于厌氧反应室顶部，密封进行发酵；补充沼液之后，整体物料的C/N比控制在 30 60范围内。步骤300、发酵过程中，每隔1天回流沼液或补充水分，以控制厌氧池1内水位与密封发酵前的水位变化范围在士5%之内，保证厌氧池1内的总固体含量在10% 20%范 围内，并且定期搅拌防止物料的大规模结壳，同时收集沼气；同时通过回流泵45将沼液及 剩余污泥排出，以调整厌氧池1的容积负荷；其回流沼液或补充水分采用喷淋装置3自动 进行，所述定期搅拌采用回流泵45自动进行，以提高自动化强度。另外还可在厌氧发酵期 间，再通过人工或机械补充投放未经或已经经过前处理的物料，以增加沼气的产量，其补充 投放的物料的量必须保证厌氧池内的总固体含量在10% 25%范围内。步骤400、厌氧池1运行结束后，出料。实施例三步骤100、通过所述厌氧池1的大敞口 11进行进料，并对物料进行预处理，原料为 干燥或新鲜的蓝藻，无需切碎或粉碎而直接添加接种物或调理剂并在厌氧池1内进行混合 堆怄，直到混合物料的纤维软化，部分分解物料蜡质、果胶，并达到一定温度；物料和接种物 或调理剂为分层混合，所述堆怄物料发酵温度在42°c以上，堆怄时间控制在2天，混合物料 的水分含量控制在50 % 60 %范围内，总固体含量控制在40 % 50 %范围内，可使混合物 料的纤维软化顺利进行，还可部分分解物料蜡质、果胶，提高了混合物料的温度。所述接种 物或调理剂为畜禽粪便、沼液、沼气池污泥、污水厂污泥、微生物菌剂的至少一种，原料来源 广。在添加接种物或调理剂之后，整体物料的C/N比控制在6 30范围内。步骤200、通过所述喷淋装置3注入水或沼液到物料堆怄已经完成的厌氧池1内， 水位以淹没池内物料为准，并且控制厌氧池1内的总固体含量在15% 20%范围内，用柔 性覆皮2覆盖于厌氧反应室顶部，密封进行发酵；补充沼液之后，整体物料的C/N比控制在 6 25范围内，以提高厌氧发酵产沼气的效果。步骤300、发酵过程中，每隔10天回流沼液或补充水分，以控制厌氧池1内水位与 密封发酵前的水位变化范围在士5%之内，保证厌氧池1内的总固体含量在10% 20%范 围内，并且定期搅拌防止物料的大规模结壳，同时收集沼气；同时通过回流泵45将沼液及 剩余污泥排出，以调整厌氧池1的容积负荷；其回流沼液或补充水分采用喷淋装置3自动 进行，所述定期搅拌采用回流泵45自动进行，以提高自动化强度。另外还可在厌氧发酵期 间，再通过人工或机械补充投放未经或已经经过前处理的物料，以增加沼气的产量，其补充 投放的物料的量必须保证厌氧池内的总固体含量在10% 25%范围内。步骤400、厌氧池1运行结束后，出料。由于上述发酵装置的中厌氧池1设置多个，工程运行设计为循环序批式，以保证每个工程运行期至少有一厌氧池在运行、产气，在一厌氧池运行结束出料后，再根据预处理 和预定发酵时间控制原料量进行进料、堆怄和发酵产气。且在运行期间能够连续地、稳定地 生产沼气，使产量和供应量稳定。综上所述，本发明以秸秆或动物粪便或其他生物废料等总固体、悬浮物含量高的 有机物料为原料生产沼气的技术及其发酵装置，特别是提供一种在运行期间能够连续地、 稳定地生产沼气，物料降解率和转化生成沼气产率高，方便物料进料、出料，还可以很好的 防止浮渣的大规模产生，防止物料结壳，容积利用率高，可以大规模生产沼气的技术及其相 应的处理装置。同时，本发明技术和装置也可以用于处理各种有机物污染物。
权利要求
一种沼气生产方法，其特征在于包括下述步骤步骤100、进料并对物料进行预处理，物料无需切碎或粉碎而直接添加接种物或调理剂并在厌氧池内进行混合堆沤，直到混合物料的纤维软化，部分分解物料蜡质、果胶，并达到一定温度；步骤200、注入水或沼液到物料堆沤已经完成的厌氧池内，水位以淹没池内物料为准，并且控制厌氧池内的总固体含量在10％～20％范围内，密封进行发酵；步骤300、发酵过程中，每隔1～10天回流沼液或补充水分，以控制厌氧池内水位与密封发酵前的水位变化范围在±5％之内，保证厌氧池内的总固体含量在10％～20％范围内，并且定期搅拌防止物料的大规模结壳，同时收集沼气；步骤400、厌氧池运行结束后，出料。
2.根据权利要求1所述的一种沼气生产方法，其特征在于所述步骤100至步骤400 中，厌氧池设置多个，工程运行设计为循环序批式，以保证每个工程运行期至少有一厌氧池 在运行、产气，在一厌氧池运行结束出料后，再根据预处理和预定发酵时间控制原料量进行 进料、堆怄和发酵产气。
3.根据权利要求1或2所述的一种沼气生产方法，其特征在于所述步骤100中，物 料和接种物或调理剂为分层混合，堆怄时间控制在2 15天，混合物料的水分含量控制在 50% 70%范围内，总固体含量控制在30% 50%范围内。
4.根据权利要求3所述的一种沼气生产方法，其特征在于所述堆怄物料发酵温度在 42°C以上，时间在2 3天。
5.根据权利要求1或2所述的一种沼气生产方法，其特征在于所述步骤100在添加 接种物或调理剂之后，及步骤200补充沼液之后，整体物料的C/N比控制在6 60范围内。
6.根据权利要求5所述的一种沼气生产方法，其特征在于所述整体物料的C/N比进 一步控制在25 30范围内。
7.根据权利要求1或2所述的一种沼气生产方法，其特征在于所述步骤300中，同时 通过回流泵将沼液及剩余污泥排出，以调整厌氧池的容积负荷；所述回流沼液或补充水分 采用自动喷淋装置进行；所述定期搅拌采用所述回流泵自动进行。
8.根据权利要求1或2所述的一种沼气生产方法，其特征在于所述步骤100中的原 料为干燥或新鲜的作物秸秆、动物粪便、生物废料、蓝藻中的至少一种；所述接种物或调理 剂为畜禽粪便、沼液、沼气池污泥、污水厂污泥、微生物菌剂的至少一种。
9.根据权利要求1或2所述的一种沼气生产方法，其特征在于所述步骤300中，厌氧 发酵期间，再通过人工或机械补充投放未经或已经经过前处理的物料，以增加沼气的产量， 其补充投放的物料的量必须保证厌氧池内的总固体含量在10% 25%范围内。
全文摘要
本发明提供了一种沼气生产方法，包括进料并对物料进行预处理；注入水或沼液到物料堆沤已经完成的厌氧池内，密封进行发酵；发酵过程中，每隔1～10天回流沼液或补充水分步骤，并且定期搅拌防止物料的大规模结壳，同时收集沼气；厌氧池运行结束后，出料。该方法可以以总固体、悬浮物含量高的有机物料为原料，产气过程中可防止物料结壳，且物料降解率和转化生成沼气产率高。
文档编号C02F11/04GK101812481SQ20101012303
公开日2010年8月25日 申请日期2010年3月11日 优先权日2010年3月11日
发明者张冲, 张华 申请人:张华;张冲