专利名称：集成化二步法中高温发酵的秸秆、粪便二用沼气池的制作方法
技术领域：
本实用新型属于户用沼气池技术领域，特别是能够集成化运输，集成化拼装的二
步法中、高温发酵的秸秆、粪便二用沼气池。
背景技术：
具农业部公布，我国的户用沼气池目前已超出4000万台，如果这4000万台沼气池 都能够投入正常使用，每年将能够为国家节约标煤4000万吨，减排二氧化碳1. 2亿吨，在获 得这个节能减排的巨大成果的同时还无害化处理了各类粪便、有机垃圾2亿吨，回收利用 农作物秸秆2000万吨。事实证明，户用沼气池是最经济、最广泛的节能、减排、环境保护的 有效措施。根据国家标准GB/T4750-2002《户用沼气池标准图集》和农业部行业标准NY/ T1699-2009《玻璃纤维增强塑料户用沼气池技术条件》的要求，这些沼气池的发酵、产气方 式不论是混凝土沼气池，还是玻璃钢(即玻璃纤维增强塑料)沼气池，都是双水压式沼气 池，其主要结构都是由发酵罐，进料管、进料间，出料管、出料间，沼气引出管等构成，为适应 双水压式沼气池出料的要求，所使用的主要原料只能以易于水解的粪便为主，以秸秆为辅， 由上述数字也可以看出，目前的这4000万台沼气池，消化粪便的用量大约是秸秆的10倍， 秸秆、粪便的的用量比仅为1/10——这就是目前双水压式沼气池所遇到的新问题家庭养 殖停滞、粪便剧减而导致沼气池没有原料可用，而大量存在的秸秆却不能利用、仍然只能废 弃；具介绍，我国目前每年至少有数亿吨的农作物秸秆不能利用，只能废弃腐烂和在田间直 接焚烧，这至少相当于每年用这数亿吨珍贵的煤炭去百分之百的污染环境，然后国家在其 他领域再花钱去治理、再改善由它产生的环境污染！在能源日趋匮乏、环境日趋恶劣的今 天，这无疑是亟待解决的！而这几亿吨散落、废弃的农作物秸秆，由于运输、储存的成本和 方式问题，不能以现有的工业化手段去收集和利用，历史证明，动员农民的积极性是最好的 方法，由农户利用自家的沼气池来直接回收利用这些秸秆，这是最快捷、最实际、最有效的 方法。由此，开发和推广应用秸秆、粪便两用沼气池是政府和行业的当务之急。目前，实现秸 秆沼气池还要在现有技术基础上解决以下问题①将发酵原料的浓度由10%提高到30%， 以縮小发酵罐体积；②解决上述高浓度原料的进出料问题；③将发酵温度提高到中温35°C 或高温55°C，以提高产气效率；④采用二步法发酵，以更高的提高产气效率；⑤实现高浓度 原料的搅拌。
发明内容 为了弥补现有技术沼气池的上述不足，本实用新型提供一种集成化二步法中高温 发酵的秸秆、粪便二用沼气池，该沼气池不但可以继续使用粪便原料，更能大量的使用农作 物秸秆，而且生产出的沼气甲烷含量更高。 本实用新型的技术方案是一种集成化二步法中高温发酵的秸秆、粪便二用沼气 池，由发酵罐，沼气引出管构成，其特征是二个秸秆发酵罐(1) 、 (2)和产气罐(3)在罐底依 次通过罐内滤网(14)、沼液循环阀(16)及相应管道联接相通，且二个秸秆发酵罐分别安置在产气罐(3)的二侧，二个秸秆发酵罐放置在地面而产气罐(3)则在高出地面300mm的水 泥墩(18)上放置，秸秆发酵罐罐盖(6)的锥顶通过沼气球阀(7)与沼气引出管(11)管道 联通，罐盖(6)的锥面通过三通安装有放空球阀(8)，并通过这个三通分支与回流球阀(9)、 回流单向阀(10)和水压罐(13)的罐底部管道联通，在产气罐(3)中，罐底和罐盖(6)之 间的中轴线上垂直安装水压管(16)，水压管(16)的下管口落在产气罐(3)的罐底，在其距 产气罐罐底100mm处的管壁上钻有2个水压管通孔(17)，水压管(16)的上部向上穿过罐 盖(6)约20mm而进入顶置于产气罐(3)之上的水压罐(13)，且其上管口垂直安装水压罐 单向阀(12)，沼气引出管(11)由产气罐(3)的最上部穿过罐盖(6)向上引出并与二个秸 秆发酵罐的沼气球阀(7)连接，并且，水压罐(13)是个倒置安装在产气罐罐盖之上、并在桶 底锥顶开有通气孔(19)的发酵罐，其罐口法兰与产气罐(3)、罐盖(6)密封连接，上述的发 酵罐、产气罐、水压罐与之相配套的罐盖之间均通过紧固螺栓(4)、密封垫(5)紧固密封，所 有穿过罐壁、罐盖的管道均与穿过处的罐壁粘接密封。本实用新型的工作过程如下将预 处理的秸秆加入2个秸秆发酵池(1)、 (2)内发酵、水解、酸化，产气池(3)在第一次使用时 就应加满沼液，没有沼液时可先加满清水，然后按图所示全部封盖密封，闷晒发酵。系统发 酵正常后，2个秸秆发酵罐(1)、(2)和产气罐(3)将共同产生沼气而积存于各罐的上部，由 于3个罐的上部全部连接相通，产气后的沼气压力将在3个罐内对罐内沼液共同施加压力， 这个压力首先把产气罐(3)内的沼液通过水压管(16)底部的2个通孔(17)顺水压管向上 通过水压罐单向阀(12)注入水压罐(13)，并由水压罐内的水位和秸秆发酵罐内的水位差 形成水压式沼气池的沼气压力，与此同时，二个秸秆发酵罐内的沼液必然要通过罐底的滤 网(14)、和沼液循环阀(15)而进入产气罐并同时注入水压罐(13)。在沼气外排时，系统压 力下降，水压罐(13)内的沼液受水压罐单向阀(12)向下截止的限制，只能经由回流单向阀 (10)流回2个秸秆发酵罐，由此首先实现对秸秆发酵罐内的秸秆进行喷淋，其次对酸化液 进行混合，并且由此实现了对静止原料的"搅拌"。综上所述，利用沼气的产气过程及其压 力，在系统内使秸秆酸化液形成延秸秆发酵罐至产气罐、至水压罐、再回流秸秆发酵罐的环 流，显然，由这个环流实现了本实用新型的二步法发酵。而整个系统置于地面，不但由太阳 闷晒实现了中、高温度的发酵，在縮小发酵罐体积的前提下提高了产气效率，并且由于罐体 较小，可以轻易的将秸秆发酵罐放倒在地，对罐内任意进行清理，根本不存在高浓度料出料 的困难，从根本上改进了现有技术沼气池的形式。 本实用新型的有益效果前些年，农业部根据我国农村家庭养殖粪便的实有量算 估出沼气池在农村的适宜户比例为28%，实际上，由于养殖粪便的减少，这个28%的比例 也在减少。而本实用新型一年用二、三吨的秸秆和农户自家的人粪便即可满足沼气池原料 的需求，而这个原料的需求量80%以上的农户都能够满足，因此，通过本实用新型及类似的 秸秆沼气池则可以把这个适宜率由28 %提高到80 % ，这是国家期待的数字！农户用沼气 池对废弃秸秆的自行回收利用，与大中型沼气工程相比，没有运输、储存的费用，没有建设 输气管道的额外支出，没有秸秆涨价的威胁，它适应中国的国情。这个方式可促进和保障 沼气池大规模的、永久的使用，通过沼气池实现、持续这个世界上参与人员最多、规模最大、 最经济的节能、减排和生态环境保护。并且，由于縮小发酵罐容积而降低了沼气池的成本， 这样有利于国家对沼气池进行招标定点生产，并由此确保沼气池质量，确保20年的使用寿 命，避免沼气池建设中数量的虚假瞒报。以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型集成化二步法中高温发酵的秸秆、粪便二用沼气池的结构图。 图2是
图1中A部的放大图 图3是
图1中B部的放大图 图4是本实用新型的发酵罐和罐盖集成化叠摞堆放、运输的外形图 图中1.秸秆发酵罐，2.秸秆发酵罐，3.产气罐，4.紧固螺栓，5.密封垫，6.罐盖， 7.沼气球阀，8.放空球阀，9.回流球阀，IO.回流单向阀，ll.沼气引出管，12.水压罐单向 阀，13.水压罐，14.滤网，15.沼液循环阀，16.水压管，17.水压管通孔，18.水泥墩，19.通气孔。
具体实施方式在
图1中，一种集成化二步法中高温发酵的秸秆、粪便二用沼气池，由发酵罐，沼 气引出管构成，其特征是二个秸秆发酵罐(1)、 (2)和产气罐(3)在罐底依次通过罐内滤 网(14)、沼液循环阀(16)及相应管道联接相通，且二个秸秆发酵罐分别安置在产气罐(3) 的二侧，二个秸秆发酵罐放置在地面而产气罐(3)则在高出地面300mm的水泥墩(18)上放 置，秸秆发酵罐罐盖(6)的锥顶通过沼气球阀(7)与沼气引出管(11)管道联通，罐盖(6)的 锥面通过三通安装有放空球阀(8)，并通过这个三通分支与回流球阀(9)、回流单向阀(10) 和水压罐(13)的罐底部管道联通，在产气罐(3)中，罐底和罐盖(6)之间的中轴线上垂直 安装水压管(16)，水压管(16)的下管口落在产气罐(3)的罐底，在其距产气罐罐底100mm 处的管壁上钻有2个水压管通孔(17)，水压管(16)的上部向上穿过罐盖(6)约20mm而进 入顶置于产气罐(3)之上的水压罐(13)，且其上管口垂直安装水压罐单向阀(12)，沼气引 出管(11)由产气罐(3)的最上部穿过罐盖(6)向上引出并与二个秸秆发酵罐的沼气球阀 (7)连接，并且，水压罐(13)是个倒置安装在产气罐罐盖之上、并在桶底锥顶开有通气孔 (19)的发酵罐，其罐口法兰与产气罐(3)、罐盖(6)密封连接，上述的发酵罐、产气罐、水压 罐与之相配套的罐盖之间均通过紧固螺栓(4)、密封垫(5)紧固密封，所有穿过罐壁、罐盖 的管道均与穿过处的罐壁粘接密封。如上所述，本实用新型采取下列措施解决了以下一系 列的技术问题①太阳闷晒实现中温、高温发酵，在春秋二季可以达到35t:，夏季可以达到 55°C ;②二步法发酵由三个发酵罐完成，两个秸秆发酵罐实现第一步的发酵、水解、酸化，产 气罐完成酸化液的第二步发酵、产气；③发酵罐都是容积lm3的、罐盖密封的小罐，可以打开 罐盖实现高浓度原料的入料、出料，方便易行；④为解决秸秆处理时间较长及产气量的峰、 谷可题，采用2个秸秆发酵罐并间隔20天先后装料，相互补充，完满解决；⑤利用沼气压力 推动沼液在系统内循环流动，实现原料静止的"搅拌";⑥3个发酵罐和水压罐及罐盖形状完 全一样，不但便于采用模压压制，实现规模化生产，且可以将这一套的部件集成放置，体积 小便于运输，如附图4所示；⑦集成安装，简便易行，农户可以按图索骥、自行安装，有利于 产品的推广；⑧产气量可控可调夏季高温发酵产气量过高时，可以关闭一个秸秆发酵罐 的上下球阀并打开放空球阀(8)，输入空气以停止产气；⑨可以全部使用秸秆由于秸秆发 酵池内的沼液长期存在，在后续加料时可以全部加入秸秆，只需按秸秆干重的5%加入氮素化肥调节一下碳氮比即可，如加入5%的尿素。农户家中的粪便、有机垃圾在秸秆预处理时 加入即可。这个沼气池一年可以吃掉二、三吨秸秆及农户家的全部粪便、有机垃圾并充足供 给沼气。系统所用的球阀是沼气塑料软管专用的小球阀，不是水暖球阀，价格十分便宜，连 接管道采用沼气池大量应用的塑料软管即可，经济实惠。 本实用新型由于要靠太阳闷晒获得高温而必须地面放置，沼气池行业标准中对地 埋式双水压沼气池所规定的罐体荷载18KPa的要求对本技术已没有必要，不再适用，因此， 本实用新型的秸秆发酵罐(D、产气罐(3)、水压罐(13)及罐盖(6)，可以采用各种材料制 造，如聚酯树脂的有机玻璃钢，氯氧镁的无机玻璃钢，各种热塑性塑料，以及玻璃钢增强热 塑性塑料等。采用以上材料时，要考虑强度、成本、寿命、因地制宜等多种因素。为提高闷晒 温度，罐体采用绿色时热效率较高。 本实用新型的缺点1.不能与厕所直接连接，厕所粪便只能在秸秆与处理时作为 碳氮比调节物掺入。实际上这也是必须的；2.与双水压沼气池相比，如果将二个秸秆发酵 罐看做双水压沼气池的二个水压间的话，则本实用新型比现有双水压沼气池在地面多占用 了一个产气罐的位置。但与常年能够利用太阳能创造的经济效益相比较，多占用这lm2的 地面是值得的。 秸秆的预处理方法详见现有技术的有关介绍。
权利要求一种集成化二步法中高温发酵的秸秆、粪便二用沼气池，由发酵罐，沼气引出管构成，其特征是二个秸秆发酵罐(1)、(2)和产气罐(3)在罐底依次通过罐内滤网(14)、沼液循环阀(16)及相应管道联接相通，且二个秸秆发酵罐分别安置在产气罐(3)的二侧，二个秸秆发酵罐放置在地面而产气罐(3)则在高出地面300mm的水泥墩(18)上放置，秸秆发酵罐罐盖(6)的锥顶通过沼气球阀(7)与沼气引出管(11)管道联通，罐盖(6)的锥面通过三通安装有放空球阀(8)，并通过这个三通分支与回流球阀(9)、回流单向阀(10)和水压罐(13)的罐底部管道联通，在产气罐(3)中，罐底和罐盖(6)之间的中轴线上垂直安装水压管(16)，水压管(16)的下管口落在产气罐(3)的罐底，在其距产气罐罐底100mm处的管壁上钻有2个水压管通孔(17)，水压管(16)的上部向上穿过罐盖(6)约20mm而进入顶置于产气罐(3)之上的水压罐(13)，且其上管口垂直安装水压罐单向阀(12)，沼气引出管(11)由产气罐(3)的最上部穿过罐盖(6)向上引出并与二个秸秆发酵罐的沼气球阀(7)连接，并且，水压罐(13)是个倒置安装在产气罐罐盖之上、并在桶底锥顶开有通气孔(19)的发酵罐，其罐口法兰与产气罐(3)、罐盖(6)密封连接，上述的发酵罐、产气罐、水压罐与之相配套的罐盖之间均通过紧固螺栓(4)、密封垫(5)紧固密封，所有穿过罐壁、罐盖的管道均与穿过处的罐壁粘接密封。
2. 如权利要求1所述的集成化二步法中高温发酵的秸秆、粪便二用沼气池，其特征还 包括秸秆发酵罐(D、产气罐(3)、水压罐(13)及罐盖(6)，可以采用聚酯树脂有机玻璃 钢，氯氧镁无机玻璃钢，各种热塑性塑料，以及玻璃钢增强热塑性塑料制造。
专利摘要一种集成化二步法中高温发酵的秸秆、粪便二用沼气池，由三个1m3的集成化发酵罐和一个1m3水压罐经太阳闷晒完成二步法的中高温发酵；利用沼气压力推动沼液在系统内循环流动而实现原料的搅拌；发酵罐、水压罐形状完全一样，便于机械化生产；集成放置，便于运输，集成化安装，简便易行，农户可以自行安装；夏季高温发酵产气量过高时，可以关闭其中一个秸秆发酵罐以调整产气量。本实用新型彻底的改变了沼气池的传统形式，以简单、经济的方法利用户用沼气池及太阳能实现了对秸秆的大量回收和利用，符合国家可再生能源规划。
文档编号C12M1/107GK201545837SQ20092027019
公开日2010年8月11日 申请日期2009年11月25日 优先权日2009年11月25日
发明者季忠铁 申请人:季忠铁