基于人粪尿与秸秆的沼气处理装置及处理工艺的制作方法

本发明涉及农业环境工程领域，具体而言，是一种基于人粪尿与秸秆的沼气处理装置及处理工艺。

背景技术：

我国目前的沼气工程，主要有户用沼气池和养殖场中小型沼气池、和大中型沼气工程几种类型，普遍存在使用率不足的情况，利用率远远低于50%。主要体现在户用小型沼气池由于原料不足，分散式养殖被市场淘汰，劳动力外流，管理经验不足，产气不稳定；大中型沼气工程存在能耗高，保温设施不到位，管理不到位等诸多方面，由此而导致大部分沼气工程弃用的现状。

农作物秸秆是农业生产中数量最大的副产品，是一种大量的永续性的宝贵资源，若进行综合利用，不仅能变废为宝，保护生态环境，促进农业生产的可持续发展，而且还可为肥料、畜牧、食用菌、能源、加工业等提供大量的廉价原料，从而带动农村产业结构乃至整个农村结构的变革，促进农民生活质量的提高和城乡环境的改善。以往农民认识不到秸秆是一种宝贵资源，将其抛弃或焚烧，不仅造成资源浪费，而且带来了严重的环境污染，引发交通安全等社会问题。

城镇居民改厕后的人粪尿也是极好的有机原料，中国上下5000年的农耕文化里一直有利用人粪尿种植庄稼、蔬菜的习俗，也习惯用纯原生态的肥料种植瓜果蔬菜。随着社会的进步，劳动力外流，农村老龄化，农民厕所的人粪尿雇请专业抽渣的社会人员抽取后随处倾倒（河流、村头郊外）既污染了水源、环境又没做到种植废弃物和养殖废弃物的资源化、无害化利用。造成极大的浪费。污水的处理是一个亟待解决的问题，如果不做任何处理任意排放，污水流入地表，和人们饮用的水流到一起，即使饮用水经过净化，但是其中含有的各种危害物质还是会影响人们的健康。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种基于人粪尿与秸秆的沼气处理装置及处理工艺，通过该装置实现的沼气处理工艺能够有效解决背景技术中的问题和农村城镇居民生活污水及花生秸秆、玉米秸秆、农产品加工剩余物等资源浪费的问题，填补了农村人粪尿和秸秆处理的技术空白。

本发明是通过以下技术方案实现的：

基于人粪尿与秸秆的沼气处理装置，其特殊之处在于，包括：

秸秆预处理池：用于容置秸秆等农业废弃物并通过向其内部喷淋或浇注人粪尿等生活污水，完成对秸秆等农业废弃物充分浸润及分解腐化的过程；其底部设置有排水通道；

初级厌氧发酵池：其入料口与秸秆预处理池的排水通道相连通，用于接收来自秸秆预处理池的污水，利用高温、厌氧灭杀污水中的虫卵及草籽，提高甲烷菌的活性，提高产气率；其内部布设有推流布料墙，四周及底部布设有温控装置；

多级厌氧发酵池：用于对初级厌氧后的污水进一步厌氧发酵，延长料液滞留期，使其进一步分解；其入料口与初级厌氧发酵池的出料口相连通，发酵池内部布设有推流布料墙；多级厌氧发酵池产生的料液经由管路排放至水解滤清池中，厌氧发酵池产生的沼气经由管路汇集后输送至沼气净化系统；

水解滤清池：与多级厌氧发酵池的出料通道相连通，用于对来自于多级厌氧发酵池的料液进行二次好氧及水解过滤；

沼气净化系统：初级厌氧发酵池及多级厌氧发酵池产生的沼气通过管路汇集输送至沼气净化系统中，所述沼气净化系统采用现有的脱硫脱水净化系统，通过沼气净化系统对沼气作脱硫脱水净化处理。

沼气发电设备：包括沼气发电机组、发电机和热回收装置，经脱硫净化后的沼气经管路进入沼气发电机组，沼气发电机组发电过程中产生的热量通过换热器换热后，经管路回送至秸秆预处理池和初级厌氧发酵池中循环利用；

曝气池：与水解滤清池的出料通道相连通，经生物灭活后的料液进入曝气池，在此添加不同的生物菌群并曝气，通过曝气提高料液中溶解氧的含量，根据需求不同加入不同的菌种，提高农作物的抗逆性；

所述水解滤清池的出料通道内壁加装有管式紫外消毒器，料液流经出料通道的同时被紫外线消毒以达到生物灭活的目的。

所述秸秆预处理池包括处理池本体，所述处理池本体具有用于放置秸秆等农业废弃物的承托坡台，所述承托坡台的坡底安装有过滤网，所述过滤网的下部连接有集液管道；所述集液管道排放口置于所述初级厌氧发酵池的入料口；

所述初级厌氧发酵池包括入料口、出料口及收集沼气的气体管路，在其发酵池的四周及底部布设有加热盘管构成的温控装置；通过温控装置对所述初级厌氧发酵池内的料液进行升温加热；在所述发酵池入料口与出料口之间的内部空间布设有推流布料墙，所述推流布料墙采用的是在相对的两个长度方向的内壁相向延伸且具有一定间隔距离的若干竖向挡壁，相邻的两个竖向挡壁之间的间隔距离构成了s状的料液通道；

所述水解滤清池沿料液走向在池内依次布设有三级过滤装置，所述三级过滤装置包括定位筐体以及置于定位筐体内部的过滤介质；所述三级过滤装置的定位筐体结构相同，不同的是，一级过滤装置中的过滤介质采用的是网袋包裹的整秸秆，二级过滤装置中的过滤介质采用的是网袋包裹的破碎秸秆，三级过滤装置中的过滤介质采用的是网袋包裹的锯末；在所述三级过滤装置之后、水解滤清池的末端配置有转鼓格栅机，经三级过滤后的料液进入转鼓式格栅机鼓内，以径向辐射状经筛网流出，水中秸秆等大颗粒被截留返回到秸秆预处理池，经由转鼓式格栅机筛网流出的料液通过出料通道排出。

基于人粪尿与秸秆的沼气处理工艺，特殊之处在于，包括以下具体步骤：

s1、将秸秆等农产品废弃物预先堆放到秸秆预处理池中；

s2、将收集到的农村生活污水从秸秆预处理池的顶部喷淋或浇注，污水浸润农产品废弃物后，经由池底的排水通道进入初级厌氧发酵池；

s3、将初级厌氧发酵池的工作温度调整为60-70℃，料液进入初级厌氧发酵池后，在发酵池内部推流布料墙的隔挡作用下形成s状流向，料液在初级厌氧发酵池内的厌氧周期为10-12天，充分杀灭好氧菌、蛔虫卵及草籽后经出料通道自流进入多级厌氧发酵池；

s4、进入多级厌氧发酵池中的料液结合内部推流布料墙作用在此常温发酵40-60天，之后进入水解滤清池，多级厌氧发酵池中产生的沼气与初级厌氧发酵池产生的沼气经管路汇集后送入沼气净化系统；

s5、进入水解滤清池中的料液经由池内逐级过滤，最终通过转鼓格栅机把剩余漂浮物及粗渣颗料滤除，滤得的料液经生物灭活后进入曝气池内加菌曝气；

经脱硫净化后的沼气经管路进入沼气发电设备，沼气发电机组发电过程中产生的热量通过换热器换热后，经管路回送至秸秆预处理池和初级厌氧发酵池中循环利用；

s6、料液在曝气池内，加菌24小时不间歇曝气，曝气后的液体肥料进入液体肥存储池备用；

s7、将液体肥存储池内的液体肥料用于农业生产。

所述步骤s1中，秸秆等农产品废弃物是指玉米秸秆、花生秸秆、果木枝条及蔬菜种植废弃物；

所述步骤s2中，所述农村生活污水的ph值预先调整为5-8；所述农村生活污水是指养殖场粪便粪污、城镇居民生活污水及厨余物；

所述步骤s5中，料液生物灭活的方式是采用在水解滤清池的出料通道内壁安装管式紫外线消毒器，料液在流经出料通道的同时经紫外线消毒进而达到生物灭菌的目的；

所述步骤s6中，曝气池中加入的生物菌群根据不同需求进行选择，其目的是为了使加菌曝气后的料液形成不同功能的液体肥料，从而达到提高产量改善作物品质、提高作物的抗逆性、促进作物根系生长以及调节土壤的ph值，降低土壤盐分和蟹合土壤中微量元素的作用。

所述步骤s7中,在用肥淡季，液体肥料直接用于荷花塘莲藕种植。

本发明的基于人粪尿与秸秆的沼气处理装置，结合了秸秆预处理池、初级厌氧发酵池和多级厌氧发酵池、二次水解池和多级滤清池、后端莲藕种植塘等，结构设计科学合理，各部分之间衔接紧凑。基于该装置的人粪尿与秸秆的沼气处理工艺，沼气、沼肥产量大，沼液沼渣进行综合利用，整体建立了以沼气工程为纽带治理养殖业面污染、解决城镇居民生活污水乱排放、解决农作物秸秆地头焚烧，形成良性循环的生态系统，提高沼气工程的综合效益，彻底解决多年以来沼气工程沼液难利用的难题。工艺简单，管理、操作方便。工程投资少，运行费用低。

附图说明

图1：基于人粪尿与秸秆的沼气处理装置整体结构示意图；

图2：秸秆预处理池结构示意图；

图3：初级厌氧发酵池的俯视图；

图4：水解滤清池结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，用来对本发明的基于人粪尿与秸秆的沼气处理装置的结构组成，以及处理工艺的具体过程作进一步详细说明，以使本领域技术人员更加充分准确的理解本发明的技术方案。

实施例1

本实施例提供的是一种基于人粪尿与秸秆的沼气处理装置，该装置是由秸秆预处理池、初级厌氧发酵池、多级厌氧发酵池、水解滤清池、沼气净化系统、沼气发电设备、曝气池、液体肥存储池和荷花塘莲藕种植；上述处理装置分别形成沼气和沼液两路控制；其中，秸秆预处理池与初级厌氧发酵池相连，初级厌氧发酵池与多级厌氧发酵池相连，多级厌氧发酵池分别与水解滤清池和沼气净化系统相连；水解滤清池与加菌曝气池相连，加菌曝气池与液体肥存储池相连，液体肥存储池与荷花莲藕种植塘相连；沼气净化系统它们相互之间是通过位置设定形成的地势高度差实现液体的自流连通。其中，所述秸秆预处理池包括处理池本体10，所述处理池本体10具有用于放置秸秆等农业废弃物的承托坡台11，所述承托坡台11的坡底安装有过滤网12，所述过滤网12的下部连接有集液管道13；所述集液管道13排放口置于所述初级厌氧发酵池的入料口，为了便于向秸秆预处理池内浇注农村生活污水，在所述秸秆预处理池的顶部可以安装有喷淋装置，所述喷淋装置采用现有常规的结构来实现喷淋功能。所述初级厌氧发酵池20包括与秸秆预处理池的集液管道排放口相连接的入料口21、与多级厌氧发酵池相衔接的出料口22及收集沼气的气体管路，在其发酵池的四周及底部布设有加热盘管构成的温控装置23；通过温控装置23对所述初级厌氧发酵池20内的料液进行升温加热；在所述发酵池入料口21与出料口之间22的内部空间布设有推流布料墙，所述推流布料墙采用的是在相对的两个长度方向的内壁相向延伸且具有一定间隔距离的若干竖向挡壁24，相邻的两个竖向挡壁24之间的间隔距离构成了s状的料液通道。所述多级厌氧发酵池用于对初级厌氧后的污水进一步厌氧发酵，延长料液滞留期，使其进一步分解；其入料口与初级厌氧发酵池的出料口相连通，与初级厌氧发酵池结构所不同的是，多级厌氧发酵池内部仅布设有推流布料墙，而没有布设温控装置；多级厌氧发酵池产生的料液经由管路排放至水解滤清池中，多级厌氧发酵池产生的沼气经由管路汇集后输送至沼气净化系统；水解滤清池与多级厌氧发酵池的出料通道相连通，用于对来自于多级厌氧发酵池的料液进行二次好氧及水解过滤。所述水解滤清池30沿料液走向在池内依次布设有三级过滤装置，所述三级过滤装置包括定位筐体31以及置于定位筐体内部的过滤介质；所述三级过滤装置的定位筐体结构相同，不同的是，一级过滤装置32中的过滤介质采用的是网袋包裹的整秸秆，二级过滤装置33中的过滤介质采用的是网袋包裹的破碎秸秆，三级过滤装置34中的过滤介质采用的是网袋包裹的锯末；在所述三级过滤装置之后、水解滤清池的末端配置有转鼓格栅机35，经三级过滤后的料液进入转鼓式格栅机35内，以径向辐射状经筛网流出，水中秸秆等大颗粒被截留返回到秸秆预处理池，经由转鼓式格栅机筛网流出的料液通过出料通道排出。

初级厌氧发酵池及多级厌氧发酵池产生的沼气通过管路汇集输送至沼气净化系统中，所述沼气净化系统采用现有的脱硫脱水净化系统，通过沼气净化系统对沼气作脱硫脱水净化处理。沼气发电设备包括沼气发电机组、发电机和热回收装置，经脱硫净化后的沼气经管路进入沼气发电机组，沼气发电机组发电过程中产生的热量通过换热器换热后，经管路回送至秸秆预处理池和初级厌氧发酵池中循环利用。

以上实施例的沼气处理装置，结合了秸秆预处理池、初级厌氧发酵池和多级厌氧发酵池、二次水解池和多级滤清池、后端莲藕种植塘等，结构设计科学合理，各个系统之间衔接紧凑。

实施例2

本实施例提供的一种基于实施例1的沼气处理装置来实现的沼气处理工艺，包括以下具体步骤：

s1、将秸秆等农产品废弃物预先堆放到秸秆预处理池中，一般情况下，为了满载负荷，将秸秆预处理池中的秸秆堆满，所述的秸秆等农产品废弃物是指玉米秸秆、花生秸秆、果木枝条以及蔬菜种植废弃物；

s2、将收集到的农村生活污水的ph值预先调整至5-8，之后从秸秆预处理池的顶部喷淋或浇注，污水浸润农产品废弃物后，经由池底的排水通道进入初级厌氧发酵池；所述的农村生活污水是指养殖场粪便粪污、城镇居民生活污水及厨余物；

s3、将初级厌氧发酵池的工作温度调整为60-70℃，料液进入初级厌氧发酵池后，在发酵池内部推流布料墙的隔挡作用下形成s状流向，料液在初级厌氧发酵池内的厌氧周期为10-12天，充分杀灭好氧菌、蛔虫卵及草籽后经出料通道自流进入多级厌氧发酵池；

s4、进入多级厌氧发酵池中的料液结合内部推流布料墙作用在此常温发酵40-60天，之后进入水解滤清池，多级厌氧发酵池中产生的沼气与初级厌氧发酵池产生的沼气经管路汇集后送入沼气净化系统；

s5、进入水解滤清池中的料液经由池内逐级过滤，最终通过转鼓格栅机把剩余漂浮物及粗渣颗料滤除，滤得的料液经生物灭活后进入曝气池内加菌曝气；料液生物灭活的方式是采用在水解滤清池的出料通道内壁安装管式紫外线消毒器，料液在流经出料通道的同时经紫外线消毒进而达到生物灭活的目的；

经脱硫净化后的沼气经管路进入沼气发电设备，沼气发电机组发电过程中产生的热量通过换热器换热后，经管路回送至秸秆预处理池和初级厌氧发酵池中循环利用。

s6、料液在曝气池内，加菌24小时不间歇曝气，曝气后的液体肥料进入液体肥存储池备用；曝气池中加入的生物菌群根据不同需求进行选择，其目的是为了使加菌曝气后的料液形成不同功能的液体肥料，从而达到提高产量改善作物品质、提高作物的抗逆性、促进作物根系生长以及调节土壤的ph值，降低土壤盐分和蟹合土壤中微量元素的作用。

s7、将液体肥存储池内的液体肥料直接用于荷花塘莲藕养殖。

以上实施例的沼气处理工艺，沼气、沼肥产量大，沼液沼渣进行综合利用，整体建立了以沼气工程为纽带治理养殖业面污染、解决城镇居民生活污水乱排放、解决农作物秸秆地头焚烧，形成良性循环的生态系统，提高沼气工程的综合效益，彻底解决多年以来沼气工程沼液难利用的难题。工艺简单，管理、操作方便。工程投资少，运行费用低。