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CN111848258A - 生物质向气液固肥快速转化系统 - Google Patents

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CN111848258A
CN111848258A CN202010754306.1A CN202010754306A CN111848258A CN 111848258 A CN111848258 A CN 111848258A CN 202010754306 A CN202010754306 A CN 202010754306A CN 111848258 A CN111848258 A CN 111848258A
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biogas
tank
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biomass
port
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CN202010754306.1A
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李金平
程达
韩肖星
陈文文
黄娟娟
郑健
王昱
张学民
张东
任海伟
南军虎
李晓霞
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Lanzhou University of Technology
Original Assignee
Lanzhou University of Technology
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Abstract

生物质向气液固肥快速转化系统，由厌氧发酵罐和沼液沼渣罐两部分构成，其中，发酵罐可满足批式、间歇式、连续式厌氧发酵要求，利用尾菜垃圾及少量富含N、P、K元素的添加物作为发酵原料，不仅促进厌氧发酵过程，而且提高料液总养分含量，发酵生成的沼气通过点亮沼气灯的方式快速转化为光能、热能以及CO2气肥，发酵罐溢流口排出的料液在沼液沼渣罐内以通热空气的方式进行好氧处理，有效加快BOD、COD的降解速率，快速转化成高腐熟度的液肥，发酵结束时可将排出的沼渣直接作为固肥使用。同时，PV/T系统将光能转化为热能及电能，为发酵罐提供充足热量以及启动控制箱、水泵所需的电量。能够实现能源资源的高效循环利用。

Description

生物质向气液固肥快速转化系统
技术领域
本发明涉及沼气技术领域，具体为生物质向气液固肥快速转化技术。
背景技术
蔬菜废弃物具有含水率高、营养丰富等特性。通常尾菜垃圾中的固体(干物质)含量为8％～15％，干物质中有机质占比80％～95％。
传统处理有机废弃物的方式主要为填埋或焚烧。填埋易于操作，但通常动用大量人力物力，又占用宝贵的土地资源，投入成本越来越高。焚烧能迅速缩减废弃物体积，产生的热量可用作热能发电，但往往因为焚烧条件和手段的不当而引发大气污染问题。
厌氧发酵技术可对尾菜固体废弃物进行降解，同时能产生沼气能源，具有较大的经济效益。然而由于尾菜中含水率较高，产生大量的沼液且沼液利用率低，并且在厌氧发酵过程中容易水解酸化，产生的挥发性脂肪酸抑制了产甲烷的过程。另外，厌氧发酵技术需要稳定热源进行恒温加热，大多处理方式热量损失和投入成本较高。
温室大棚内作物生长需要施加有机肥及二氧化碳气肥，现有技术中有机肥的制备成本相对较高，有机肥在施肥后发酵不彻底，肥料成熟度低，易造成烧苗等不利影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物质向气液固肥快速转化系统。
本发明是生物质向气液固肥快速转化系统，包括用于进行尾菜原料发酵的厌氧发酵罐1、用于产出液体有机肥的沼液沼渣罐2，用于储存热空气的大棚龙骨3，用于熟化沼液沼渣的通风管道4，用于进行光热及光电转化的PV/T板5，用于储存热水加热发酵罐的蓄热水箱6，用于加热发酵罐1的盘管14，用于收集沼气的集气袋7，用于点燃沼气的沼气灯8，用于控制水泵、风机启停的控制箱9，用于调控和保护PV/T板线路5的控制逆变一体机40，以及储存电能的蓄电池组39，所述厌氧发酵罐1包括输入口和输出口，所述厌氧发酵罐1的输入口为进料口10，所述厌氧发酵罐的输出口包括沼气输出口11、沼渣排放口12和沼液溢流口13，所述沼气输出口11连接集气袋7，所述集气袋7输出端连接沼气灯8，所述沼液溢流口13连接所述沼液沼渣罐2，所述沼液沼渣罐2包括进风口43、进料口21、排气口42及排料口18，所述PV/T板5连接蓄热水箱6，所述蓄热水箱6连接厌氧发酵罐加热盘管14，所述通风管道4输入口连接大棚龙骨3，所述通风管道4输出口连接沼液沼渣罐2。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.系统通过厌氧发酵的方式将尾菜降解，变废为宝，实现了资源的循环利用。2.系统充分利用太阳辐射热量，通过PV/T系统不仅对温室大棚起到了遮阴的效果，而且将光能转化为热能及电能，其中转化的热能，以水为介质储存在水箱内，给发酵罐提供热量，转化的电能储存在蓄电池组中，用于启动控制箱、水泵。3.将尿素化肥与尾菜按比例放入发酵罐中，调节发酵pH及C/N，缓解酸抑制过程，促进产气，也使排出的沼液沼渣中N、P、K等养分含量大大提升。并利用风机将大棚龙骨中的热空气通入沼液沼渣罐，加快料液BOD、COD的降解速率，使沼液沼渣深度熟化，达到了快速生产液肥固肥的效果。4.厌氧发酵产生的沼气通过点亮沼气灯的方式，快速转化为二氧化碳气肥，并且给大棚增温补光，强化光合作用，促进作物生长。
附图说明
图1是本发明的实施例的系统结构图，图2为本发明厌氧发酵罐示意图，图3为本发明沼液沼渣罐示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明是生物质向气液固肥快速转化系统，包括用于进行尾菜原料发酵的厌氧发酵罐1、用于产出液体有机肥的沼液沼渣罐2，用于储存热空气的大棚龙骨3，用于熟化沼液沼渣的通风管道4，用于进行光热及光电转化的PV/T板5，用于储存热水加热发酵罐的蓄热水箱6，用于加热发酵罐1的盘管14，用于收集沼气的集气袋7，用于点燃沼气的沼气灯8，用于控制水泵、风机启停的控制箱9，用于调控和保护PV/T板线路5的控制逆变一体机40，以及储存电能的蓄电池组39，所述厌氧发酵罐1包括输入口和输出口，所述厌氧发酵罐1的输入口为进料口10，所述厌氧发酵罐的输出口包括沼气输出口11、沼渣排放口12和沼液溢流口13，所述沼气输出口11连接集气袋7，所述集气袋7输出端连接沼气灯8，所述沼液溢流口13连接所述沼液沼渣罐2，所述沼液沼渣罐2包括进风口43、进料口21、排气口42及排料口18，所述PV/T板5连接蓄热水箱6，所述蓄热水箱6连接厌氧发酵罐加热盘管14，所述通风管道4输入口连接大棚龙骨3，所述通风管道4输出口连接沼液沼渣罐2。
本发明能够解决传统尾菜厌氧发酵容易酸化，抑制厌氧产甲烷的过程的问题，在厌氧发酵罐中添加尿素等外源添加物，既能促进产气，同时也大大提升了沼液沼渣的养分。并且，有效利用了太阳辐射热能，通过PV/T系统光热及光电转换原理，为发酵罐提供充足热量以及启动控制箱、水泵所需的电量。本系统不仅实现了尾菜资源高效循环利用，而且高效利用能源，将尾菜垃圾快速转化为气液固肥，促进温室大棚作物高质量生长。
如图1所示，厌氧发酵罐1罐外设有加热盘管14及温度传感器15，所述温度传感器15连接控制箱9。其中，厌氧发酵罐1容积为 0.56m3。
如图1、图2所示，所述发酵罐进料口10为有倾斜角度的漏斗形状，竖直方向偏离15°，并且发酵原料为尾菜垃圾及少量尿素等富含N、P、K元素的外源添加物。
如图1、图2所示，所述沼气输出口11后连接气体阀门41，所述气体阀门41后连接集气袋7。
如图1所示，所述集气袋7输出口连接阀门16，所述阀门16连接沼气增压泵17，所述沼气增压泵17连接沼气灯8。
如图1、图2、图3所示，所述沼液溢流口13输出端连接沼液沼渣罐输入口21。
如图1所示，所述沼液沼渣罐2内设有温度传感器22。其中，沼液沼渣罐2容积为0.27m3。
如图1所示，所述大棚龙骨3为空心管道，所述大棚龙骨3空心管道输出口连接阀门23，所述阀门23连接风机24，所述风机24出风口连接沼液沼渣罐进风口管道25。
如图1所示，所述蓄热水箱6设有进出水口，所述蓄热水箱一端出水口26连接阀门27，所述阀门27连接水泵28，所述水泵28连接PV/T板进水口29，所述蓄热水箱一端进水口30连接PV/T板出水口31。所述蓄热水箱一端出水口32连接阀门33，所述阀门33连接水泵34，所述水泵34连接发酵罐盘管进水口35，所述蓄热水箱一端进水口36连接发酵罐盘管出水口37。
如图1所示，所述蓄热水箱6设有温度传感器38，所述温度传感器38连接控制箱9。
如图1所示，所述PV/T板5连接控制逆变一体机40，所述控制逆变一体机40分别连接控制箱9及蓄电池组39。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。
本发明中提及到的有机肥俗称农家肥，包括以各种动物、植物残体或代谢物成，如人畜粪便、秸秆、动物残体、屠宰场废弃物等。有机肥是采用物理、化学、生物或三者兼有的处理技术，经过一定的加工工艺，达到无害化标准而形成的，符合国家相关标准及法规的一类肥料。本发明提到的有机肥养分要求主要遵循《有机-无机复混液体肥料》标准，其中，有机质≥150 g/L，总养分≥110 g/L。
本发明中提到的沼液好氧处理要求主要遵循《农田灌溉水质标准》，其中，加工、烹饪及去皮蔬菜化学需氧量≤100 mg/L、生食类蔬菜、瓜类和草本水果化学需氧量≤60 mg/L、凯氏氮≤30 mg/L、总磷≤10 mg/L、水温≤35℃、pH在5.8~8.5。
在本实施例中，厌氧发酵罐1罐内设有加热盘管14，用于加热发酵罐，内置温度传感器（15），控制罐内温度恒定。其中，加热盘管盘在发酵罐侧壁，有利于罐体均匀受热。温度传感器15至于发酵罐侧壁中部，测得的温度误差较小。温度传感器15将测量的温度信号反馈给控制箱9，再由控制箱9控制水泵启停，实现发酵罐的恒温加热效果。发酵罐（1）罐内温度应保持在37±1℃。如图2所示，厌氧发酵罐1长1m，宽0.7m，高0.8m，容积为 0.56m3，能够消纳一般温室产生的尾菜垃圾，且发酵罐1有效容积一般为罐体容积的 80% ~ 85%。
在本实施例中，发酵罐进料口10加入尾菜及尿素等富含N、P、K元素的物质，可调节料液pH及C/N，缓解酸抑制过程，促进产气，也使排出的沼液沼渣中的总氮、总磷、总钾等养分大大提高。另外，发酵罐进料口10为有倾斜角度的漏斗形状，竖直方向偏离15°，使物料滑入罐中，方便进料。
在本实施例中，沼气输出口11后连接气体阀门12，气体阀门12后连接集气袋7，集气袋7输出口连接阀门16，阀门16连接沼气增压泵17，沼气增压泵17连接沼气灯8。其中，沼气增压泵可增加沼气压力，使沼气灯易于点燃。
在本实施例中，沼液溢流口13输出端连接沼液沼渣罐输入口21，在连续式及间歇式发酵模式下，进料时，水位达到溢流口位置时，沼液将自动排入沼液沼渣罐2，可满足连续/间歇进出料要求。
在本实施例中，如图3所示，沼液沼渣罐2长0.6m，宽0.6m，高0.75m，容积为0.27m3，能够处理从发酵罐1中溢流出的沼液。沼液沼渣罐2内设有温度传感器22，温度传感器22连接控制箱9。其中，温度传感器22至于罐侧壁中部，测得的温度误差较小。温度传感器22将测量的温度信号反馈给控制箱9，再由控制箱9控制风机启停，实现对沼液沼渣罐2中料液的温度控制。沼液沼渣罐2体上侧设有排气口42，用于排放空气以及反应产生的氮气、氨气。另外，好氧处理所需热量由沼液余热及热空气提供，能够满足好氧温度要求。
在本实施例中，大棚龙骨3为空心管道，表面涂有吸热材料，大棚龙骨3空心管道输出口连接阀门23，阀门23连接风机24，风机24出风口连接沼液沼渣罐进风口管道25。其中，龙骨3将太阳辐射热量及PV/T板5背面热量吸收加热龙骨内空气，龙骨表面涂吸热材料加强换热效果。
在本实施例中，蓄热水箱6设有进出水口，蓄热水箱一端出水口26连接阀门27，阀门27连接水泵28，水泵28连接PV/T板进水口29，蓄热水箱一端进水口30连接PV/T板出水口31。利用PV/T板的光热转化原理，通过水泵将蓄热水箱中的水进行循环加热。蓄热水箱一端出水口32连接阀门33，阀门33连接水泵34，水泵34连接发酵罐盘管进水口35，蓄热水箱一端进水口36连接发酵罐盘管出水口37。通过水泵将蓄热水箱中的水抽到加热盘管进水口加热发酵罐，再由盘管出水口流入水箱形成循环。
在本实施例中，所述蓄热水箱6设有温度传感器38，所述温度传感器38连接控制箱9。温度传感器38至于水箱侧壁中部，测得的温度误差较小。温度传感器38将测量的温度信号反馈给控制箱9，再由控制箱9控制低速运转水泵的启停，提升水箱热水的升温效果。
另外，发酵罐1、蓄热水箱6、沼液沼渣罐2外侧均包裹保温棉，减少热量散失。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.生物质向气液固肥快速转化系统，其特征在于，包括用于进行尾菜原料发酵的厌氧发酵罐（1）、用于产出液体有机肥的沼液沼渣罐（2），用于储存热空气的大棚龙骨（3），用于熟化沼液沼渣的通风管道（4），用于进行光热及光电转化的PV/T板（5），用于储存热水加热发酵罐的蓄热水箱（6），用于加热发酵罐（1）的盘管（14），用于收集沼气的集气袋（7），用于点燃沼气的沼气灯（8），用于控制水泵、风机启停的控制箱（9），用于调控和保护PV/T板线路（5）的控制逆变一体机（40），以及储存电能的蓄电池组（39），所述厌氧发酵罐（1）包括输入口和输出口，所述厌氧发酵罐（1）的输入口为进料口（10），所述厌氧发酵罐的输出口包括沼气输出口（11）、沼渣排放口（12）和沼液溢流口（13），所述沼气输出口（11）连接集气袋（7），所述集气袋（7）输出端连接沼气灯（8），所述沼液溢流口（13）连接所述沼液沼渣罐（2），所述沼液沼渣罐（2）包括进风口（43）、进料口（21）、排气口（42）及排料口（18），所述PV/T板（5）连接蓄热水箱（6），所述蓄热水箱（6）连接厌氧发酵罐加热盘管（14），所述通风管道（4）输入口连接大棚龙骨（3），所述通风管道（4）输出口连接沼液沼渣罐（2）。
2.根据权利要求1所述的生物质向气液固肥快速转化系统，其特征在于：所述厌氧发酵罐（1）罐外设有加热盘管（14）及温度传感器（15），所述温度传感器（15）连接控制箱（9）。
3.根据权利要求1所述的生物质向气液固肥快速转化系统，其特征在于：所述沼气输出口（11）后连接气体阀门（41），所述气体阀门（41）后连接集气袋（7）。
4.根据权利要求4所述的生物质向气液固肥快速转化系统，其特征在于：所述集气袋（7）输出端连接阀门（16），所述阀门（16）连接沼气增压泵（17），所述沼气增压泵（17）连接沼气灯（8）。
5.根据权利要求1所述的生物质向气液固肥快速转化系统，其特征在于：所述沼液溢流口（13）输出端连接沼液沼渣罐输入口（21）。
6.根据权利要求1所述的生物质向气液固肥快速转化系统，其特征在于：所述沼液沼渣罐（2）内设有温度传感器（22）。
7.根据权利要求1所述的生物质向气液固肥快速转化系统，其特征在于：所述大棚龙骨（3）为空心管道，所述大棚龙骨（3）空心管道输出口连接阀门（23），所述阀门（23）连接风机（24），所述风机（24）出风口连接沼液沼渣罐进风口管道（25）。
8.根据权利要求1所述的生物质向气液固肥快速转化系统，其特征在于：所述蓄热水箱（6）设有进出水口，所述蓄热水箱一端出水口（26）连接阀门（27），所述阀门（27）连接水泵（28），所述水泵（28）连接PV/T板进水口（29），所述蓄热水箱一端进水口（30）连接PV/T板出水口（31）；所述蓄热水箱一端出水口（32）连接阀门（33），所述阀门（33）连接水泵（34），所述水泵（34）连接发酵罐盘管进水口（35），所述蓄热水箱一端进水口（36）连接发酵罐盘管出水口（37）。
9.根据权利要求1所述的生物质向气液固肥快速转化系统，其特征在于：所述蓄热水箱（6）设有温度传感器（38），所述温度传感器（38）连接控制箱（9）。
10.根据权利要求1所述的生物质向气液固肥快速转化系统，其特征在于：所述PV/T板（5）连接控制逆变一体机（40），所述控制逆变一体机（40）分别连接控制箱（9）及蓄电池组（39）。
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