[发明专利]三步法沼气发酵装置及利用该装置进行沼气发酵的方法

说明书

技术领域

本发明涉及农村沼气生产技术领域，具体涉及以沼气为主产物的生物质能生产技术。针对目前农村传统沼气发酵方法效率低下、生产受季节限制的现状、冬季低温致沼气产量大大下降的缺陷，提供了一种高效节能的三步法沼气发酵装置及利用该装置进行沼气发酵的方法。

背景技术

沼气推广是我国解决农村能源问题和有机肥问题的最有效方法。然而，目前我国农村沼气技术仍旧存在很多瓶颈。其最重要的瓶颈在于两个方面：一是每到冬季，气温低下，沼气池发酵缓慢，产气量大大下降，甚至不足以维持正常的沼气使用，这使得很多农户不愿意建设沼气池，也是沼气难于推广的主要原因之一；二是由于农村大量推广沼气，且管理粗放，传统的沼气发酵方法效率低下，例如仅仅将牲畜粪便和作物秸秆投放到沼气池里任其腐烂发酵；由于沼气发酵是一个复杂的过程，沼气发酵理论有两段发酵、三段发酵和四段发酵理论，根据国内外研究文献和本课题组的研究，我们将沼气发酵过程大致分为三大步骤：（1）固体有机质在褐腐菌、软腐菌、白腐菌等复合微生物群落的作用下分解为可溶性的有机物如糖类、乙酸、肽类等等，这一步骤统称为固体发酵；（2）固体发酵产生的可溶性有机物在乙酸杆菌的作用下产生以乙酸为主要组分的发酵产物，此步骤统称为乙酸发酵；（3）有机酸在甲烷杆菌的作用下分解为甲烷和二氧化碳，二氧化碳在厌氧条件下再被还原为甲烷，此步骤统称为沼气发酵或甲烷发酵。在这一系列生化反应过程中，由于传统发酵采用同池发酵，即，将上述三大类生物反应集中在同一个发酵池，因此抑制了固体有机质的快速分解，而且沼液中乙酸产物浓度相对较低，所以以乙酸为原料的产物---甲烷产率也很低。我们将传统沼气发酵的生化过程进行了三段式划分，传统沼气发酵的工艺流程图如说明书附图中图2所示。

因此要提高沼气发酵效率，就必须将固体发酵、乙酸发酵和甲烷发酵分开进行。传统的沼气发酵装置及方法不能适应沼气现代化发展的需要。随着能源危机问题的日益突出，生物质能开发利用成为解决能源危机的一个重要途径，而在生物质能开发利用中，沼气发酵技术简单易行，实用性强，具有巨大的发展潜力。但是鉴于如上所述传统沼气发酵技术的发展现状，研究高效沼气发酵装置及方法、应用标准化的高新技术和集中发酵集中供气的高科技模式发展沼气能源是沼气生物质能科学发展的基础。

发明内容

针对现有沼气生产中存在的冬季气温低下时沼气池发酵缓慢、传统沼气发酵效率低的问题。

本发明的第一个目的在于提供了一种三步法沼气发酵装置。

本发明的第二个目的在于提供了一种利用上述装置进行沼气发酵的方法。

本发明的发明构思在于：提供一种三步法沼气发酵装置，将沼气发酵分三步分开进行。即：第一步为固体发酵，生物有机质分解为可溶性有机物，主要成分为糖类、有机酸、醇类、肽类和氨基酸；

第二步为乙酸发酵，可溶性有机物在乙酸杆菌等微生物的作用下转化成乙酸或乙酸盐；

第三步为沼气发酵或甲烷发酵，乙酸或乙酸盐或二氧化碳在甲烷杆菌的作用下最终转化成甲烷，主要成分为甲烷，含有少量的氢气、一氧化碳和二氧化硫等。

本发明提供的装置将如上所述三步反应分开来进行，分别在固体发酵池、乙酸发酵池和沼气发酵池中进行。

在固体发酵池内，将粉碎的有机质接种褐腐菌、白腐菌、纤维素菌、乳酸杆菌、酵母菌等复合微生物菌种进行固体发酵，该固体发酵产生的二氧化碳由导管输送到沼气发酵池内由甲烷杆菌等微生物转化为甲烷，在发酵过程不断向有机质堆顶部滴渗清水或者促进固体发酵的培养液，促进固体发酵产生的可溶性有机物缓慢地渗漏到与固体发酵池底部连通的乙酸发酵池内，乙酸发酵池内接种乙酸杆菌，将可溶性有机物转化成乙酸或乙酸盐，乙酸发酵池收集的乙酸或乙酸盐液体产物用于沼气发酵池之用；将乙酸发酵池内收集的液体转移到沼气发酵池内，向沼气发酵池内接种甲烷杆菌，进行沼气发酵，收集沼气发酵池产生的沼气。本发明方法流程图如说明书附图中图3所示。

为了实现如上所述高效沼气发酵方法，本发明采用如下发酵装置：

一种三步法沼气发酵装置，是在传统的同池发酵的基础上，将一个池子分开成三个池子，并且每个池子各自分工分别进行较专一的生化反应，这三个池子分别是：固体发酵池、乙酸发酵池和沼气发酵池；

即：所述三步法沼气发酵装置包括固体发酵池、乙酸发酵池和沼气发酵池；

所述乙酸发酵池设置于固体发酵池的正下方，乙酸发酵池与固体发酵池密闭连接；