本发明涉及一种四位一体化沼气发酵装置及方法，该装置包括一级干发酵机构、二级湿发酵机构、折叠贮气袋、日光温室和太阳能热水器；一级干发酵机构包括填充有料液且设置在日光温室内的环状干发酵罐，填充有物料且浸泡在料液中的网箱，以及密封设置于网箱顶部的水封罩；二级湿发酵机构包括与干发酵罐相连通的湿发酵罐，设置于湿发酵罐内的换热器，以及固定于湿发酵罐内的生物膜；湿发酵罐的顶部设置有导气管，折叠贮气袋设置在湿发酵罐的顶部并与导气管相连通，太阳能热水器设置在日光温室的顶部并为换热器提供循环热水。本发明解决了污泥泵易堵塞的问题，结合利用了太阳能和日光温室，节约了能源，缩短了纤维物料的降解时间，提高了发酵原料的利用率，提高了沼气中甲烷的含量，增加了沼渣沼液的综合利用率。
1.一种四位一体化沼气发酵装置，其特征在于，它包括一级干发酵机构、二级湿发酵机构、折叠贮气袋、日光温室和闷晒式太阳能热水器；
所述一级干发酵机构包括一填充有料液且设置在所述日光温室内的环状干发酵罐，若干填充有物料且浸泡在所述料液中的网箱，以及若干密封设置于所述网箱顶部的水封罩；
所述二级湿发酵机构包括一同轴地设置于所述干发酵罐的中部且通过一出料管和泵与之相连通的湿发酵罐，一设置于所述湿发酵罐内的换热器，以及一悬空固定于所述湿发酵罐内的生物膜；所述湿发酵罐的顶部设置有第二导气管，所述湿发酵罐的侧壁下部设置有下排料管；
所述折叠贮气袋设置在所述湿发酵罐的顶部并与所述湿发酵罐的第二导气管相连通，所述闷晒式太阳能热水器设置在所述日光温室的顶部，且所述闷晒式太阳能热水器为所述换热器提供循环热水。
2.如权利要求1所述的一种四位一体化沼气发酵装置，其特征在于，所述干发酵罐的上盖均匀开设有若干通孔，所述网箱由所述通孔插入并浸泡在所述干发酵罐内的料液中。
3.如权利要求1所述的一种四位一体化沼气发酵装置，其特征在于，所述湿发酵罐的侧壁上还设置有水力搅拌管和沼气搅拌管，所述水力搅拌管的一端与所述湿发酵罐相连通，另一端与所述出料管相连通；所述沼气搅拌管的一端与所述湿发酵罐的上部相连通，另一端经压缩机与所述第一导气管汇合后与所述湿发酵罐的下部相连通。
4.如权利要求1或2或3所述的一种四位一体化沼气发酵装置，其特征在于，所述生物膜采用锦纶布制成，且所述锦纶布的微孔为80～120目，每层所述锦纶布的厚度为0.15～
5.如权利要求1或2或3所述的一种四位一体化沼气发酵装置，其特征在于，所述湿发酵罐的外部设置有一空气夹层保温结构。
6.如权利要求1或2或3所述的一种四位一体化沼气发酵装置，其特征在于，所述日光温室内进行无土栽培，且所述日光温室内设置机械起吊设备，顶板设置吊钩，所述日光温室侧壁外还设置有防寒沟。
7.如权利要求1或2或3所述的一种四位一体化沼气发酵装置，其特征在于，所述干发酵罐内填充的料液为人、畜和/或禽粪便污水，所述网箱内填充的物料为秸秆、杂草、烂菜叶和/或厨余垃圾。
8.一种基于权利要求1到7任一项所述装置的四位一体化沼气发酵方法，其包括以下步骤：
2)将稀释的粪污类料液提前通过闷晒式太阳能热水器内水的循环加热到40℃后注入干发酵罐内；
3)将网箱浸泡在稀释的料液内，然后将水封罩分别盖在每个网箱顶部进行密封；
4)网箱内的物料在稀释的料液内水解、酸化和部分甲烷化以进行一级发酵；
5)一级发酵产生的料液经出料管和泵注入湿发酵罐内，同时闷晒式太阳能热水器持续向换热器内通入循环热水为湿发酵罐内的料液提供适宜的温度，使湿发酵罐内的料液进行二级厌氧发酵；
6)二级厌氧发酵产生的沼气一部分通过导气管送入折叠贮气袋，另一部分则经压缩机和沼气搅拌管与一级发酵产生的沼气一起喷入湿发酵罐；
7)待网箱内物料完成降解发酵后，通过人工或机械吊装的方法更换新的网箱。
9.如权利要求8所述的四位一体化沼气发酵方法，其特征在于，在进行所述步骤5)时，将一部分料液经泵和水力搅拌管注入湿发酵罐，以保证二级湿发酵罐内料液的搅拌均匀。
一种四位一体化沼气发酵装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种沼气发酵装置及方法，具体涉及一种集太阳能、干湿两步发酵、温室水培四位一体化的沼气发酵装置及方法，属于沼气发酵技术领域。
背景技术
[0002] 随着我国新农村建设的快速发展，日益严重的生活垃圾污染令人担忧，生活餐余垃圾和秸秆任意堆放，牲畜粪便随处可见，生活污水直流地下，这些环境污染问题如果不尽快科学治理，将会严重影响社会主义新农村建设的进程。治理有机废弃物常用的方法是厌氧发酵，该方法可以变废为宝，即可以将有机废弃物经厌氧发酵生成沼气和沼渣液，沼气是一种可再生的新能源，沼渣液则可以作为有机肥或生产有机复合肥的基质。目前，常规的厌氧发酵装置一般采用全混式发酵罐(CSTR)，当前利用该装置所建沼气工程的通病和存在的问题是：将秸秆和畜禽粪便放入同一个发酵罐内进行厌氧发酵，一方面由于秸秆密度小，常易漂浮在发酵罐顶部，易造成物料顶部结壳或物料短路，而且容易导致污泥泵的堵塞；另一方面对于秸秆类高纤维的富碳原料在沼气发酵过程中需要先经过酸化阶段，酸化阶段适宜的菌群是兼性厌氧菌，而采用全混式沼气发酵装置试将所有物料厌氧发酵，这样导致了秸秆类物料的利用率的降低，致使容积产气率降低，加大了装置的建造成本，性价比差，不利于使用和推广。
发明内容
[0003] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种集太阳能、干湿两步发酵、温室水培四位一体化的沼气发酵装置及方法。
[0004] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种四位一体化沼气发酵装置，其特征在于，它包括一级干发酵机构、二级湿发酵机构、折叠贮气袋、日光温室和闷晒式太阳能热水器；所述一级干发酵机构包括一填充有料液且设置在所述日光温室内的环状干发酵罐，若干填充有物料且浸泡在所述料液中的网箱，以及若干密封设置于所述网箱顶部的水封罩；所述干发酵罐的侧壁上部设置有第一导气管；所述二级湿发酵机构包括一同轴地设置于所述干发酵罐的中部且与之相连通的湿发酵罐，一设置于所述湿发酵罐内的换热器，以及一悬空固定于所述湿发酵罐内的生物膜；所述湿发酵罐的顶部设置有第二导气管，所述湿发酵罐的侧壁下部设置有下排料管；所述折叠贮气袋设置在所述湿发酵罐的顶部并与所述湿发酵罐的第二导气管相连通，所述闷晒式太阳能热水器设置在所述日光温室的顶部，且所述闷晒式太阳能热水器为所述换热器提供循环热水。
[0005] 在一个优选的实施例中，所述干发酵罐的上盖均匀开设有若干通孔，所述网箱由所述通孔插入并浸泡在所述干发酵罐内的料液中。
[0006] 在一个优选的实施例中，所述湿发酵罐的侧壁上还设置有水力搅拌管和沼气搅拌管，所述水力搅拌管的一端与所述湿发酵罐相连通，另一端与所述出料管相连通；所述沼气搅拌管的一端与所述湿发酵罐的上部相连通，另一端经压缩机与所述第一导气管汇合后与所述湿发酵罐的下部相连通。
[0007] 在一个优选的实施例中，所述生物膜采用锦纶布制成，且所述锦纶布的微孔为80～120目，每层所述锦纶布的厚度为0.15～0.2mm，叠折4～6层。
[0008] 在一个优选的实施例中，所述湿发酵罐的外部设置有一空气夹层保温结构。
[0009] 在一个优选的实施例中，所述日光温室内进行无土栽培，且所述日光温室内设置机械起吊设备，顶板设置吊钩，所述日光温室侧壁外还设置有防寒沟。
[0010] 在一个优选的实施例中，所述干发酵罐内填充的料液为人、畜和/或禽粪便污水，所述网箱内填充的物料为秸秆、杂草、烂菜叶和/或厨余垃圾。
[0011] 一种基于上述装置的四位一体化沼气发酵方法，其包括以下步骤：
[0012] 1)将物料切碎后分别装入多个网箱内；
[0013] 2)将稀释的粪污类料液提前通过闷晒式太阳能热水器内水的循环加热到40℃后注入干发酵罐内；
[0014] 3)将网箱浸泡在稀释的料液内，然后将水封罩分别盖在每个网箱顶部进行密封；
[0015] 4)网箱内的物料在稀释的料液内水解、酸化和部分甲烷化以进行一级发酵；
[0016] 5)一级发酵产生的料液经出料管和泵注入湿发酵罐内，同时闷晒式太阳能热水器持续向换热器内通入循环热水为湿发酵罐内的料液提供适宜的温度，使湿发酵罐内的料液进行二级厌氧发酵；
[0017] 6)二级厌氧发酵产生的沼气一部分通过导气管送入折叠贮气袋，另一部分则经压缩机和沼气搅拌管与一级发酵产生的沼气一起喷入湿发酵罐；
[0018] 7)待网箱内物料完成降解发酵后，通过人工或机械吊装的方法更换新的网箱。
[0019] 在进行所述步骤5)时，将一部分料液经泵和水力搅拌管注入湿发酵罐，以保证二级湿发酵罐内料液的搅拌均匀。
[0020] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明提供了一种集太阳能、干湿两步发酵、温室水培一体化的新型沼气发酵装置，形成了一个以沼气为纽带的良性生态系统，将装有秸秆类高纤维的富碳发酵物料的网箱放置到填充有料液的干发酵罐中进行水解、酸化和部分甲烷化(一级发酵)，物料完成酸化过程后取出更换，保证了物料的兼性厌氧环境，增强了兼性厌氧菌的活性，缩短了物料的降解时间；然后将一级发酵完成后的料液通注入湿发酵罐内进行二级厌氧发酵，二级发酵罐满足完全厌氧的环境，增强了厌氧甲烷菌的活性，提高了料液的容积产气率；同时，本发明还结合了温室水培器和闷晒式太阳能热水的优点，一方面为干湿两步发酵罐保证了温度，节约了能源，另一方面将发酵产生的沼渣沼液用于温室水培，可起到杀虫、抑菌的作用，减少农药使用量，降低农药低残留的目的，同时，大量沼液、沼渣可以作为底肥使用，既减少了种植物施肥成本又增加了产出效益。2、本发明采用干湿两步发酵机构，将秸秆类物料放置在网箱内，通过人工或机械的方法使其整进整出，避免了秸秆类发酵物料的上浮结壳，物料短路以及污泥泵的堵塞等问题，提高了发酵物料的利用率，增加了发酵装置的容积产气率，并且也提高了所产沼气中甲烷的含量。3、本发明的生物膜采用高强、高密、耐腐蚀、不降解的锦纶布制成，且锦纶布的微孔为80～120目，每层锦纶布的厚度为0.15～0.2mm，叠折4～6层，则其比表面积比硬聚乙烯菌床增大8～12倍，有利于截留和富集菌种，防止排料时菌种流失，提高菌群的附着和繁生能力及活性，同时死亡的菌体极易剥落，不影响新生菌群的附着与繁殖。4、本发明在干、湿发酵罐外设置由空气夹层和常规外保温层组成的空气夹层保温结构，并通过向空气夹层鼓入热风以保证干、湿发酵罐内温度恒定，产沼气连续稳定，提高容积产气率，相比传统发酵装置，该装置显著降低了能耗，节约了能源，降低了成本。5、本发明在湿发酵罐的侧壁上还设置有水力搅拌管和沼气搅拌管，将一部分料液和沼气注入湿发酵罐，以保证湿发酵罐内料液的搅拌均匀。
由此可见，本发明巧妙地解决了不同呼吸类型的菌群能在各自适宜的环境下生存，而不是将不同类型的发酵物料放置到同一个全混发酵罐内，全面提升了技术含量，充分满足其发酵的内因条件，提高了产气率，降低造价。
附图说明
[0021] 图1是本发明四位一体化沼气发酵装置的主视示意图；
[0022] 图2是本发明四位一体化沼气发酵装置的俯视示意图。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
[0024] 如图1所示，本发明提供的四位一体化沼气发酵装置包括一级干发酵机构1、二级湿发酵机构2、折叠贮气袋3、日光温室4和闷晒式太阳能热水器5。
[0025] 如图1、图2所示，一级干发酵机构1包括一干发酵罐11、若干网箱12和若干水封罩13。干发酵罐11为环形结构并设置在日光温室4内，干发酵罐11内填充有料液，且干发酵罐
11的上盖沿周向均匀开设有若干通孔，干发酵罐11的侧壁上部设置有导气管14。网箱12内填充有物料，网箱12经通孔浸泡在干发酵罐11内的料液中，每一网箱12的顶部均设置一水封罩13进行密封。
[0026] 二级湿发酵机构2包括一湿发酵罐21、一换热器22和一生物膜23。其中，湿发酵罐21同轴地设置于干发酵罐11的中部且高于干发酵罐11，湿发酵罐21通过一出料管15和泵16与干发酵罐11相连通。换热器22设置在湿发酵罐21内，且换热器22上设置有进水管221和出水管222，生物膜23则通过支架悬空固定在湿发酵罐21内。湿发酵罐21的顶部设置有导气管
24，湿发酵罐21的侧壁下部设置有下排料管25。
[0027] 折叠贮气袋3设置在湿发酵罐21的顶部并与湿发酵罐21的导气管24相连通，闷晒式太阳能热水器5设置在日光温室4的顶部，且闷晒式太阳能热水器5的出水口和进水口分别与换热器22的进水管221和出水管222相连(图中未示出)。
[0028] 在一个优选的实施例中，湿发酵罐21的侧壁上还设置有水力搅拌管26和沼气搅拌管27，该水力搅拌管26的一端与湿发酵罐21相连通，另一端与出料管15相连通。该沼气搅拌管27的一端与湿发酵罐21的上部相连通，另一端经压缩机28与导气管14汇合后与湿发酵罐21的下部相连通。
[0029] 在一个优选的实施例中，生物膜23采用高强、高密、耐腐蚀、不降解的锦纶布制成，且锦纶布的微孔为80～120目，每层锦纶布的厚度为0.15～0.2mm，叠折4～6层，则其比表面积比硬聚乙烯菌床增大8～12倍，有利于截留和富集菌种，防止排料时菌种流失，提高菌群的附着和繁生能力及活性，同时死亡的菌体极易剥落，不影响新生菌群的附着与繁殖。
[0030] 在一个优选的实施例中，还可以在湿发酵罐21的外部设置一空气夹层保温结构，空气夹层保温结构的设置保证了湿发酵罐21内料液适宜温度的恒定，显著节约了能耗。
[0031] 在一个优选的实施例中，可以在日光温室4内进行无土栽培，且日光温室4内设置机械起吊设备(如小电动葫芦等)，顶板设置吊钩41，用于干发酵罐11内网箱12起吊，以更换新的网箱12。日光温室4侧壁外还设置有防寒沟42。
[0032] 在一个优选的实施例中，干发酵罐11内填充的料液可以是人、畜和/或禽粪便污水等。
[0033] 在一个优选的实施例中，网箱12内填充的物料可以是秸秆、杂草、烂菜叶和/或厨余垃圾等。
[0034] 根据上述实施例中提供的四位一体化沼气发酵装置，本发明还提出了一种四位一体化沼气发酵方法，其包括以下步骤：
[0035] 1)将秸秆类物料切碎后分别装入多个网箱12内；
[0036] 2)将稀释的粪污类料液提前通过闷晒式太阳能热水器5内水的循环加热到40℃后注入干发酵罐11内；
[0037] 3)将网箱12经干发酵罐11上盖的通孔插入干发酵罐11内并浸泡在稀释的粪污类料液内，然后将水封罩13分别盖在每个网箱12顶部进行密封；
[0038] 4)网箱12内的秸秆类物料在稀释的粪污类料液内水解、酸化和部分甲烷化以进行一级发酵，这样可以避免物料的上浮结壳以及短路，提高了产气率；
[0039] 5)一级发酵产生的料液经出料管15和泵16注入湿发酵罐21内，同时闷晒式太阳能热水器5持续向换热器22内通入循环热水为湿发酵罐21内的料液提供适宜的温度，使湿发酵罐21内的料液进行二级厌氧发酵；
[0040] 6)二级厌氧发酵产生的沼气一部分通过导气管24送入折叠贮气袋3，另一部分则经压缩机28和沼气搅拌管27与一级发酵产生的沼气一起喷入湿发酵罐21，同时打开水力搅拌管26将一部分料液注入湿发酵罐21，以保证二级湿发酵罐21内料液的搅拌均匀；
[0041] 7)待网箱12内物料完成降解发酵后，通过人工或机械吊装的方法更换新的网箱12。
[0042] 上述各实施例仅用于对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
