专利名称:牲畜粪便近中温产沼系统的制作方法
本发明为农业、畜牧业中使用的一种动物粪便厌氧发酵产沼装置。
牲畜粪便在厌氧条件下发酵，不仅能获得高热效的可燃气体-沼气，而且能改善环境，发酵后的料渣、料液还可进一步开发利用和作为高质量的有机肥料。
欧美各国的厌氧发酵技术研究工作在七十年代之前，主要从事沼气发酵微生物学研究、厌氧消化作用的生物化学原理、甲烷菌种的培养、分离和鉴定技术等基础理论研究工作;工业化生产性研究工作也大多局限于为解决大量含有机成份的污泥污染而进行的厌氧处理技术，以能达到排放标准为目的。自中东战争以来，由于传统的石油燃料面临严重的危机，生物质厌氧发酵产沼的生产性研究才在发达国家中逐步开展起来。迄今为止，以牲畜粪便为原料已正式投产并长期运行的工业生产装置并不多，更因为欧美各国设备装置大多采用强化工程塑料、钢材等制成，造价偏高，不宜在发展中国家推广。另外，发酵工艺也大多采用传统的中温发酵技术，需严格控温(35°±1℃)，系统中要有热交换器等加热系统和自动温控装置，大大增加了投资，且工艺操作要求很高。(参见80年的法国专利FR8000803)。
早在三十年代，我国就有关于产沼发酵池试验运行的报告，近二、三十年来，我国广大农村曾先后形成几次推广沼气的高潮，特别是自1975年以来，农村家庭沼气工作逐渐转入全面推广阶段，而且也出现了一批以牲畜粪便为主要原料的容积较大的厌氧发酵产沼池，在产沼的同时也初步处理了粪便;取得了一定的效果;然而，由于大容积产沼系统仍局限于传统的发酵装置和工艺，沼气发酵池一般采用地表坑埋式，属于自然温发酵工艺。由于发酵温度受气温及地表温度变化而波动较大，引起产气率不稳定，尤其在冬季池内发酵温度低于15℃，以至产气甚微(约0.05～0.10m3/m3料·天)(据气象资料统计，仅江、浙二省全年地表温度低于15℃达120天左右)。此外，由于坑埋式发酵池内进出料不易实现机械化，池内料液难以实现有效搅拌，以致不少发酵池在运行一段时间以后，由于沉渣不断累积，表面浮壳层不断加厚，这样不但直接减少了发酵池的有效容积，严重时常常会出现因无法排渣出料而造成“死池”的现象。因此这种沼气池不仅产气率低、产气不稳定，而且进出料不方便，维修困难，寿命短。(参见1982年能源出版社《能源利用》P148，P182)。
本发明设想一种新的装置，它能够避免自然温发酵产气不稳的缺点，不需要中温发酵那么严格的温度控制装置，以较少的成本达到一年四季长年稳定产沼。
本发明从我国实际情况出发，以生态系统工程原理为指导，综合考虑了环境、能源、粮食、饲料等诸因素，提出了以牲畜粪便为原料的近中温高效产沼新工艺和装置，重点解决了发酵料预处理、保温和自动进出料三大关键。本系统不仅能在处理动物粪便的同时，做到一年四季稳定高效产沼气，而且由于整个装置采用普通建材，造价低廉，因而特别适合于我国市郊、农村及发展中国家推广、应用。
本发明的主发酵罐为夹层保温地面直立园柱形;进料经预处理;进出料管道化，并采用独特设计的液力搅拌，以粪便泵为动力源实现进料、搅拌兼用，提高了设备利用率;发酵过程首创近中温新工艺，既容易控制发酵工艺参数，又能确保稳定高效产气。
附图为本系统的基本流程。牲畜粪便投入预发酵池(1)内，经预发酵后配以由热水箱(2)来的热水调和并经栅网装置(3)除去粪便中混入的长草、成团状纤维和较大直径的固体等杂质，进入配料池(4)内，把进料液配成含干物质7～9%及温度为35℃左右的均匀料液，由粪便泵(5)打入各个发酵罐(6)中，(每只泵可供多只发酵罐使用)。热水箱(2)的热水可来自太阳能集水器或工业余热废水。发酵料液在(6)中的发酵周期为25～30天，产出气体经管道输入贮气柜(7)中，并供用户使用。已发酵料液和料渣经由排料管和溢流管自动排入蓄粪池(8)中，以便经固液分离成固体料渣和液体发酵液二大类，待进一步处理和综合利用。系统中每个发酵罐都配备了压力表、气体流量表及测温装置等仪表，以监察发酵装置的工作情况。输气管道低处安装了可调式疏水器(9)，自动排出管道中冷凝水，以防管道堵塞。
发酵罐为地面直立园柱形容器，这样既便于保温，减少了地面和地下水的散热影响，又便于物料的进出方便。本罐在密封、防渗、防透层外还有保温夹层，夹层内填有导热系数小的普通保温材料。罐口还安装了防爆装置，从而确保发酵罐安全运行。由于罐建于地面，利用其静压力可随时打开底阀按工艺要求排渣，必要时能在短时间内将罐内料液全部排完，以便维修。发酵罐为钢筋加固砖结构，取材方便，造价低廉。
动力泵-粪便泵作为进料及搅拌之动力源，提高了设备的利用率。由于发酵料液为非匀称相体系，因此在沼气发酵装置内一般会出现明显的分层现象，以至表面和底部分别出现浮渣壳层和渣料污泥层。由于发酵原料分布不均匀，就减少了罐内各种微生物与料液的接触面，不但影响产气率，如长期处于静止状态，将由于沉渣和硬壳层现象加剧，可能会导致管道系统堵塞，因此必须定时对料液加以搅拌。惯用的机械搅拌不仅要一套独立的动力装置，耗费很多动力与投资，加之搅拌轴与发酵罐的连结处往往容易造成漏气，因此可靠性也低。本发明设计了独特的搅拌装置，避免了上述缺点。料液经泵抽出沿管路直接输入罐内，经射流喷口喷出，推动周围液体运动，完成搅拌作用。喷口的形式、高低和角度及管道的布局等因素是决定搅拌效果的关键。本发明的液力搅拌设计为喷口高度为0.2～0.3罐高处，喷口直径为原泵出口管直径之0.7～0.9，喷口位于截园平面直径1/4处，且具有30°～50°之仰角。实践表明，本设计对牲畜粪便发酵液的搅拌具有混合时间短，混合流区域大，搅拌均匀等特点。按工艺要求每昼夜搅拌1～2次，每次5分钟左右，不但有效地防止了沉渣和浮壳的大量积累，且与不搅拌相比能使产气率增加10～20%左右。
牲畜粪便原料经预发酵处理，在预发酵池内堆沤5～7天，经初步的水解和酸化分解作用，在输入发酵罐前又经栅网装置处理，避免了易堵杂物混入料液带入罐内。进料液按一定的配比，达到一定的干物质浓度和温度后才能泵入罐内。每只罐平均每天添加3%～5%左右总容积料液。因而发酵罐内产气起动快、产气稳定、均匀，且发酵料液组份也较为稳定。
众所周知，温度是影响厌氧发酵产沼工艺产气率的关键因素，发酵工艺往往以温度范围加以区分。传统的发酵工艺为高温发酵工艺(55℃左右)，中温发酵工艺(35°±1℃)及自然温发酵工艺(由气温及地表温度决定)。高温发酵工艺能耗太大，一般不采用，而国内通常采用的自然温发酵工艺则因前述原因亦不可取。较理想的是中温发酵工艺，但因传统的中温发酵工艺需要严格的温控(35°±1℃)，必须增加热交换装置及控温系统，这样不仅增加了工程实施的难度和投资，并且系统运行时工艺操作难度很大，容易出现偏离工艺条件的事故。本发明首次提出了近中温发酵的概念，强调保证发酵过程必须维持在接近中温的范围内(25°～35℃)，并通过进料增温和罐内保温的有效措施使发酵温度相对稳定，避免短时间内温度出现大幅度之波动，这样既保证了有接近中温发酵的高产气率，又在工程上易于实现，并且有净热效率高的特点。
沼气输送管道中往往会出现因冷凝水聚集而造成气路堵塞的现象，本发明采用了“可调式疏水器”园满解决了这一问题，此疏水器为U型管式，一头安装在输气箱道易积水之最低点，另一头有一螺纹型可调机构和排水孔。根据管内气压调节控制U型管内水封的高低，当出现积水时，即会被管道中的气体压入U型管内，经排水孔排出。
综上所述，本系统所采用的工艺条件为1.近中温发酵工艺温度25°～35℃;
2.发酵料液PH值为6.8～7.2;
3.发酵料液的干物质浓度7～10%;
4.每日进出料为总发酵料液之3～5%;
5.每日搅拌1～2次，每次5分钟左右;
6.产气系统压力为200～350mm水柱。
以牲畜粪便为原料，采用本系统装置和工艺条件能全年稳定高效产气，全年平均产气率大于0.8m3/m3·天。
本发明的近中温产沼系统，投资少，易于建造，管理方便，工艺稳定，能常年稳定产沼，适于我国广大牧场、农村和第三世界国家推广应用。
权利要求
1.一个牲畜粪便近中温产沼系统，由预发酵池(1)、热水箱(2)、栅网装置(3)、配料池(4)、泵(5)、贮气柜(7)、畜粪池(8)、机构，其特征是发酵罐(6)和疏水器(9)。
2.根据权利要求
1，其特征是发酵罐采用地面直立园柱形砖砌结构钢筋加固，在密封防渗、防透层与砖层间的夹层中填加导热系数小的保温材料。
3.权利要求
1所说的产沼系统，其特征是发酵罐内装有液力搅拌器，它的喷咀置于发酵罐高度的0.2至0.3，截园平面直径1/4处，具有30°～50°的仰角，喷口直径为泵出口管径的0.7～0.9。
4.根据权利要求
1所说的产沼系统，其特征是进料与搅拌采用同一只泵为动力源，并且一只泵可以为多只发酵罐进料与搅拌。
5.权利要求
1所说的产沼系统，其特征是疏水器设计成U形管式，一端有一螺纹可调机构和排水孔。
6.权利要求
1所说的近中温产沼系统，其特征是牲畜粪便经预发酵之后加入一定量的热水配成含干物质7～9%，温度为35℃左右的均匀料液，发酵过程保持罐内料温在近中温范围(25°～35℃)。
专利摘要
牲畜粪便近中温产沼系统。本系统以牲畜粪便为原料，首创近中温厌氧发酵产沼新工艺。发酵罐主体为地面直立式，采用普通建材建造，有保温措施。原料经预处理后由泵路系统输送，能自动进出料。罐内装有特殊的液力搅拌装置。各个系统配套性好，操作维修方便，适应性强，能保证长年稳定高效产气，年均产气率大于0.8m
文档编号C02F11/04GK85100537SQ85100537
公开日1986年8月20日 申请日期1985年4月1日
发明者朱章玉, 俞佩金, 李道棠 申请人:上海交通大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan