无故障沼气发酵池与沼气液化燃料和生物复合肥料生产方法

摘要

一组捆绑式组合技术发明，专门针对城乡大中型养猪场确保有效根治“三废”污染环境所必具的沼气发酵池进行优化改良设计，建造长期正常运行无故障沼气发酵池以技术支持；并充分利用养猪场治理“三废”无害化下游每天都大量产出的沼气、大量排出的沼泊伴生资源，延长产业链，发展循环经济，采用一种触媒助溶剂和专用技术装备，将沼气深加工液化，生产以沼气为主要成份的“烷烃液化气”替代新燃料的生产方法和充分利用大量排出的低值农家肥——沼泊资源，采用三级微生物生化酶系调制法，将沼泊再深加工，提升其品质，提高其品值，生产系列卫生的“生物(绿色)复合肥料”的生产方法以技术支持。

说明书

所属技术领域

本发明涉及一组针对养猪场，尤其是大中型规模养猪场“三废”无害化处理所必具的大型生产设施——沼气发酵池优化改良设计，建造长期正常运行无故障沼气发酵池和充分利用“三废”无害化下游大量伴生的沼气、沼泊资源，延长养猪产业链，发展循环经济，深加工沼气、沼泊可贵资源，生产“沼气液化新燃料”和高品质“生物(绿色)复合肥料”生产方法的新技术。

背景技术

一、当前广泛流行在城乡已建成或在建的“定型”沼气发酵池，尤其是大中型沼气发酵池，就其结构设计，还有不尽完善的地方。较突出的问题是：沼池在运行中出现“结皮”故障，无法处理，严重影响正常喂料，产气能力下降甚至不得不停产。沼气池“结皮”成因是发酵料中一些较轻物质和微生物降解发酵料有机物过程中产生的一些胶质物，被沼气泡夹带上漂，浮结在沼液表面，这些“结皮”又受沼池内高温作用，不能随降解完全的沼泊一起沉淀到沼池底部，排出沼池外，越积越厚，最后板结卡死。只有停止生产，艰难的斧开沼池内封盖板，弗苦力劲把结皮物和整池沉淀沼泊挖清上来，重新清理设施，重新投料生产。沼气发酵池是养猪场治理“三废”，发展循环经济必需具备的主要大型生产设施之一，它功能之良锈，直接关系生产效率，值得用心关注。

二、养猪业被贬为结构性污染环境的产业，当前城乡许多的养猪场都是粗放型的生产方式，多不能有效处置每天都大量产出的人畜粪便、污水，还有包衣、死猪仔、死老母猪、死老鼠等等易腐败的有机物垃圾，致使当地的生产生活生态环境污染十分严重。仅举一个实例：某县一个中型规模种猪场，上述的垃圾物到处堆藏，任其露空发酵生蛀，只等待附近的民众来仅以每吨40元极低价格，还要央求人家买回去当农家肥用，由于屎堆腐败生蛀，过于恶臭，愿买的人不多，因不能及时有效处置，使当地的环境，空气恶臭，蚊蝇密度特高，扰人不得安宁，大量的含毒污水(清洗猪栏的高毒消毒灭菌污水)排出，漫灌地表，浸润地下水体，污染周边民众的饮水井，污染下游农田，土肥元素失衡，稻禾突长倒伏减产甚至失收，还常造成下游鱼场大量毒死鱼事故。(有一组实地环境受污染的实况照片为据)。民众因此维权抗争情绪非常激烈，牵动地方政府，牵动到地方党委，关系十分紧张。养猪业不解决环境污染，已没有出路。其实，社会已进步到了今天，许多污染严重的养猪场，业主们主观上，也愿与周边民众和谐相处，也愿卸载环境污染压力，也懂得猪儿们的粪便等污染物可以用发酵产沼气的方法，可以减轻环境污染负重，但客观上，业主们亦有许多无奈，那就是：尤其是大中型沼气发酵池易发生“结皮”卡死故障无法处理，治“三废”需较大的人财物投入，不见到有太好的经济回报，还有每天全量处理污物，每天都有大量的沼气、大量的沼泊排出，却没有有效利用的方法。例如：经测算：一个3000头中型的种猪场，治污投入需几十万元，每天都全量处理完当天的粪便等污物，每天都能产出两千多立方米沼气，还同时产出十多吨沼泊。如此大量的沼气，猪场本身用于照明、生活燃料等，仅消耗一小部分(约几百立方)外，其余有绝大量沼气没有派上用场，又不便远距离送出场外使用，白白看着它冒泡跑上天，况且还有如此大量的沼泊无法处理，仍是很低值的农家肥而已。养猪业主并不因吃力的治理“三废”而得到太多的经济回报，哪来的积极性呢？要业主必须解决污染，是大势所趋，作为是被动而为之矣！养猪场，尤其是大中型规模养猪场，发展循环经济，路在何方？职工们说不上来，经理们亦多说不清。太值得用心关注了。

综上所述，问题聚焦到一点，是解决养猪业循环经济中必须解决的技术问题。养猪业之所以存在要循环生产，是养猪生产过程每天都有大量影响环境的粪便屎尿污水污物等易腐败的“三废”产出，是环境受污染的污染源。每天的“三废”都必须全量“无害化”处理完备，是养猪场业主不可推卸的社会责任。解决“三废”无害化的唯一方法是“三废”全量发酵处理，也是养猪业变废为宝的机会。变“三废”为可利用之资源，如何能把这些废物变得成宝贝，则是科学技术研究义不容辞必交的必须完满的答卷。

发明内容

是针对大中型规模养猪场在发展循环经济中必须要解决问题的一组捆绑式组合技术创新：

1、对“三废”无害化处理必具的基础设施——沼气发酵池，进行优化改良设计，建造长期正常运行无故障沼气发酵池以技术支持；

2、为充分利用“三废”无害化下游每天都大量产出的沼气资源，深加工液化，生产以沼气为主要成分的瓶装“烷烃液化气”替代新燃料的生产方法以技术支持；

3、为充分利用“三废”无害化下游每天都大量排出的低值农家肥——沼泊资源，再深加工，提升其品质，生产卫生的系列“生物(绿色)复合肥料”的生产方法以技术支持。

本组合发明解决其相应技术问题所采用的技术方案是：

第一、

结构优化改良设计后建造的大中型沼气发酵池如附图1所示，其主要结构由高度H大于直径φ，形似个长圆筒状钢筋混凝土壳料池、密封口盖板、进料管、沼泊导管、沼泊井、沼液观察井、一梁、二梁和一台潜入式动力结皮捣碎器等构件一体化建成。长园筒状料池，有利在其上部预留出一个贮气室，尤其是多个沼气发酵池并联汇聚沼气输出；进料管是垂直贴沼池内壁安装，有利发酵物料喂料顺当省力；新增设沼液观察井，1、是为潜入式动力结皮捣碎器留有部件安装的位置，2、能随时准确判断密闭的沼池内，发酵物料总量存量状况，有利合理调度，科学管理生产；特设的潜入式动力结皮捣碎器能有效预防和治理沼池结皮故障发生和发展，确保沼池长期正常运行无故障。

所述的潜入式动力结皮捣碎器，其结构由低速动力机、一蜗轴蜗轮组、双头蜗齿蜗杆、二蜗轴蜗轮组和捣碎耙主要部件构成。双头蜗齿蜗杆安装在一梁上，一头蜗齿和低速动力机与一蜗轴蜗轮组合的蜗轮齿咬合，安装在沼液观察井壁上，另一头蜗杆蜗齿和二蜗轴蜗轮、捣碎耙组合的蜗轮蜗齿咬合，安装在穿过沼池内中心纵轴线与一梁、二梁交汇点位置上。如此的构造布置，构成一个动力机输出的动力力矩，是沿着U型轨迹方向传递，驱动捣碎耙旋转，强力打击结皮物，使结皮物随已降解的沼泊排出沼池外。一般定时2---3天时间开动一次机器，打击2-3分钟，可保证沼池长期正常运行无结皮卡死故障。

第二、

沼气深加工液化，生产以沼气为主要成份的瓶装“烷烃液化气”燃料产品的生产方法，是要有一种触媒助溶剂(简称助溶剂)存在，并有专用技术装备条件的生产线上，由一个一个生产循环节拍工艺过程完成的(生产线工艺流程和装备方框图如附图4)。主要装备有；输气管、低压气仓、特殊气体压缩机系统、可计量沼气液化罐、助溶剂罐、灌装机等组成。(注1：所述助溶剂，即碳五以下液态低分子烃一定量组合组份混合液，主要可含有乙烷、特殊丙烷、特殊丁烷等一定量组份混合液，亦可含有丙烯、丁烯、丙烷丙烯、丁烷丁烯和它们之异构体混合液、高级液化气等一定量组份混合液)。生产线生产启动前，先在可计量沼气液化罐中注入一定数量助溶剂备用。生产启动后，被特殊气体压缩机系统强力压入可计量沼气液化罐中的沼气，受同族同类的助溶剂大面积强烈亲密接触、亲密融合、溶解、高压力和特殊装备发生的微孔聚能突释放大效应等化学物理能量的共同作用而发生变态液化，得烷烃液化混合液，完成一次生产循环小节拍。几个生产小节拍循环下来，可计量沼气液化罐中，就积累得到装备设计生产能力数量的以沼气为主要成分的“烷烃液化混合液”，经罐装机装瓶，即得“烷烃液化气”替代新燃料产品。

第三、

利用沼泊资源，再深加工，提升其品质，提升其品值，生产卫生的系列生物(绿色)复合肥料的生产方法，是采用三级培养基连续扩培多种群微生物菌株群落旺势产酶深加工方法，以获取载物体(各级培养基)累积保有丰富的多种群微生物生化酶系载体物质为主要原料资源，经肥元素总养分即(氮、磷、钾、)设定含量，添加调制，即可生产出高品质的，卫生的系列生物(绿色)复合肥料。生产过程是：一级培养基采用较高级物质，如麦麸，米糠，多种含淀粉质粮品，包括薯类物料，加进一定量微生物制剂(EM原露)，对多种好氧微生物(如各种曲霉、红曲霉、黑曲霉、毛霉、甜曲霉、根霉等等，先单种分别扩培菌株群落旺势，作一级生产母菌备用；二级培养基采用糖滤泥(蔗糖，甜菜糖制糖业副产品，亦可以用禽养殖场粪便)混合一级多种群生产母菌，可露空堆置，高温发酵数十天得二级生产母菌：三级培养基则是养猪线上下来的粪便等有机物在沼气发酵池内经沼气厌氧微生物充分降解后排出的沼泊，与二级培养基糖滤泥混合物混合，置于A、B、C、D沼泊发酵堆，再扩培(高温发酵)数十天，即得完全腐熟的，可作生产高品质，卫生的，系列生物(绿色)复合肥料的主要原料资源。经脱水，肥元素精确检测，调制总养分配合氮、磷、钾、肥元素，即可产出各种作物对不同肥元素有不同需求的系列生物(绿色)复合肥料产品。这是真正的高品质卫生绿色肥料。

本组合发明有益效果是：

1、优化改良设计后建造的无故障沼气发酵池，为城乡养猪场治理“三废”无害化，发展循环经济生产，能确保大中型沼气发酵池长期正常运行无故障；

2、沼气深加工液化，生产出瓶装烷烃液化气替代新燃料，解决了沼气不便远距离送出外地方使用的毛病，扩大了沼气新能源利用的社会功能，为城乡大中型规模养猪场充分利用“三废”无害化下游大量的伴生资源(沼气，沼泊)，延长产业链，发展循环经济，即彻底解决“三废”污染环境的问题，又大幅提升企业的经济效益；

3、本发明通过沼泊深加工，生产系列“生物(绿色)复合肥料”，不但保证标明的氮、磷、钾、总养分含量和多种微量元素，还含有丰富的多种微生物生化霉系物质和大量充分腐熟的有机质肥，一些原可能夹带有人畜共患的病毒、病菌或寄生虫卵，在沼气厌氧高温发酵和后续三级培养基好氧微生物高温发酵过程中，已被灭活，并且没有臭气味，尤其适作绿色蔬菜基地、高级有机蔬菜基地、有机荼叶基地等卫生用肥。使用这些肥料，土壤不板结，团粒结构疏松，土壤生态环境良性改善，有益微生物种群和数量增加，蚯蚓数量增加，土地生产能力提高，产出的瓜果蔬菜等作物品质特别好，是真正的绿色肥料；

4、本发明在大中型养猪场实施，有非常好的经济效益和社会效益。经测算，如一个3000头存栏种猪场，不但彻底解决了“三废”污染环境严重的问题，还每年至少产出四万瓶替代新燃料，和四千吨以上高品质复合肥料，仅这两项商品利润，几乎就等于全部猪产品创造的企业利润，等于捞回一个同规模养猪场。企业虽需一定投入，但、一次投入，长期受益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本组合发明进一步说明：

图1、无故障沼气发酵池横剖面结构设计图；

图2、沼泊深加工生产线工艺流程与技术装备方框图；

图3、可计量沼气液化罐横剖面结构设计图；

图4、沼气液化深加工生产线工艺流程与技术装备方框图；

图1中，1、输气管，2、潜入式动力结皮捣碎器，3、一轴套轴承，4、进料管，5、沼液观察井，6、刻度尺，7、一蜗轴，8、一蜗轮，9、14、紧锁螺栓，10、沼池连通孔，11、内封盖板，12、安全阀，13、双头蜗齿蜗杆，15、贮气室，16、二蜗轴，17、二蜗轮，18、一梁，19、捣碎耙，20、二梁，21、沼液设计面，22、料池钢筋混凝土壳体，23、沼泊井，24、地面线，25、A、B、C、D沼泊发酵堆，26、沼泊导管，27、发酵物料固形物料设计面，28、沼池直径φ，29、四轴套轴承，30、五轴套轴承，31、高度H，32、二轴套轴承，33、三轴套轴承，69、六轴套轴承，Q、料池，M、底部区域。

图2中，34、脱水机组，35、二级糖滤泥培养基发酵堆，36、肥元素精确检测机，37、磷元素，38、钾元素，39、调制机组，40、一级生产母菌，41、微量元素，42、包装机组，43、多种微生物种菌。

图3中，44、61、安全卸压阀，45、罐壳壁，46、57、吊环，47、进出液安全阀，48、前双导柱导套，49、前双重力传感器，50、压力表，51、助溶剂液面，52、托板，53、信号采集处理显示电脑，54、底座，55、微孔喷气管组，56、底板，58、后双重力传感器，59、后双导柱导套，60、进气安全回止阀。

图4中，62、低压气仓，63、特殊气体压缩机系统，64、专用可计量沼气液化罐，65、产品罐装机，66、助溶剂罐装机，67、产品库，7、68、助溶剂库。

具体实施方式

图1实施例：图1是无故障沼气发酵池横剖面结构设计图，无故障沼气发酵池整体结构，由输气管(1)、料池(Q)、内封口盖板(11)、进料管(4)、一梁(18)、二梁(20)、沼泊导管(26)、潜入式动力结皮捣碎器(2)、沼液观察井(5)、和沼泊井(23)、等水工构件结构一体化建成。长圆筒状料池(Q)、有利在其上部预留贮气室(15)汇集沼气，进料管(4)贴于沼池内壁上垂直预埋安装的，喂料顺当省力，建造施工时，一梁(18)的一端在沼池连通孔(10)的下方水平伸达沼液观察井(5)下部，是安装潜入式动力结皮捣碎器部分构件的位置，沼液观察井(5)的设置，除为留有安装潜入式动力结皮捣碎器通道外，能随时观察判断密闭的沼池内发酵物料总量状况，有利合理调度，科学管理生产。

特设的潜入式动力结皮捣碎器(2)，是专为预防和治理沼池“结皮”故障的机械装置。其结构主要由低速动力机(2)、一蜗轴(7)、一蜗轮(8)、双头蜗齿蜗杆(13)、二蜗轴(16)、二蜗轮(17)、捣碎耙(19)、和一轴套轴承(3)、二轴套轴承(32)、三轴套轴承(33)、四轴套轴承(29)、五轴套轴承(30)、六轴套轴承(69)等部件组合安装在一梁(18)、二梁(20)设定的工位上：双头蜗齿蜗杆(13)是穿过沼池连通孔(10)贴沿一梁(18)由三轴套轴承(33)、四轴套轴承(29)水平安装在一梁(18)上，它的一头蜗齿与一蜗轴(7)、一蜗轮(8)、一轴套轴承(3)、二轴套轴承(32)组合安装的一蜗轮(8)蜗齿咬合，另端在沼池内的蜗齿与由二蜗轴(16)、二蜗轮(17)、捣碎耙(19)、和五轴套轴承(30)、六轴套轴承(69)组合安装的二蜗轮(17)蜗齿咬合装配。这样就可形成动力机(2)输出的动力力矩，沿着U型轨迹路线方向传递方式，驱动捣碎耙(19)旋转，强力打击“结皮物”可防可治“结皮”故障机制。沼池运行中，一般只要定时2-3天开动一次机器，每次打击2-3分钟时间，可确保沼气发酵池长期正常运行无故障。沼气发酵池是养猪场“三废”全量无害化连续处理生产设施，正常运行状态是：每天的“三废”发酵物料从进料管(4)倒进去，物料在发酵池内是隔绝空气的状态下，由多种厌氧微生物分解(降解)，高温发酵而不断产出沼气，并贮存于预留的贮气室(15)内，是后续深加工沼气，生产以沼气为主要成份“烷烃液化气”燃料的主要原料资源。厌氧微生物降解发酵料过程中，最先来的物料被首先完全分解，比重增大，并沉降到发酵池底部区域(M)。随着沼气不断释出，贮气室(15)内集聚的沼气，密度不断增大，形成沼池内有一股自然压力，推挤沉降于沼池底部的沼泊，经沼泊导管(26)排出沼池外。这些排出的沼泊，已没有原来屎尿的恶臭气味，由于经过较长时间高温发酵，有害微生物和可能由物料夹带来的人畜共患的病毒、病菌、寄生虫卵等，绝大部分已被灭活，是充分腐熟的农家有机肥料(氮、磷、钾总养份中，氮素为主要成份)，是后续深加工提高其品质，生产卫生的系列生物(绿色)复合肥料的主要原料资源。

图4实施例，展示养猪场延长产业链，发展产业循环经济，利用自身产业的“三废”无害化下游沼气资源，再深加工液化，生产“烷烃液化气”燃料的生产方法。生产线生产工艺流程与技术装备方框图如附图4，主要技术装备有：输气管(1)、低压气仓(62)、特殊气体压缩机及自动控制系统(63)、专用可计量沼气液化罐(64)、燃料罐装机(65)、助溶剂罐装机(66)、产品库(67)、助溶剂库(68)组成(注2：所述专用“可计量沼气液化罐”(64)，是沼气液化深加工必具专用装备，其构造如附图3：由罐体和专用电子称两大部件一体化构成。罐体部件，有安全卸压阀(44)、(61)、罐壳体(45)、吊环(45)、(57)、进出液料安全阀(47)、压力表(50)、进气回止阀(60)和微孔喷气管组(55)组成。微孔喷气管(55)是安装在罐体底部的一组高压管组，管周壁上，打有无数个微孔，一端头盲堵，另端并联相通与进气回止阀(60)相连接的特设装置，它的作用是在特殊环境条件下增加获得的一种物理能量，即谓微孔聚能效应。专用电子称部件，由托板(52)、前后两组导柱导套(48)、(59)、前后两组重力传感器(49)、(58)、电子信号采集处理显示电脑(53)、底板(56)和底座(54)组合，专为生产过程计量、显示、打印输出生产要素、账单所用。

生产准备：由生产线上专配的助溶剂罐装机，将一定量助溶剂注入专用装备“可计量沼气液化罐”中备用(注入的助溶剂量至少要淹没专用装备中特设的微孔喷气管组(55)达到一定的深度)。生产线生产启动：自沼气发酵池产出，由输气管(1)汇流输入低压气仓(62)的大量沼气体，被特殊气体压缩机系统(63)强力压送，经由与进气回止阀(60)相连接的微孔喷气管组(55)装置，从无数微孔喷出，穿越助溶剂液层，进入专用装备“可计量沼气液化气罐”中的沼气体，在微孔口处喷出瞬间，与助溶剂液交界区出现沼气运载压力能量突释放大现象，即谓微孔聚能效应。加速迫使被强力压来的沼气，受助溶剂同族同类介质物大面积亲密接触、亲密融合、溶解和高压力、微孔效应等化学物理能量共同作用和影响，一部分沼气分子得到足够的变态能量而发生液化转化。这时，可直接观察到专用装备“可计量沼气液化罐”显示屏上，压力指示在上升，同步，计量重量指示也在漫漫发生加值的变化。当达一定高压时，压缩机自动系统受设定程序控制，动力机自动切离电源，停止压入沼气。片刻，显示屏幕上的压力指示在回落，重量指示并不发生任何变化，表明罐中的沼气体密度在收缩，沼气继续液化的表象。这时压力指示下降到一定值时，生产线上的压缩机系统(63)又自动启动动力，又将低压气仓(62)中的沼气，强力重复上述过程，完成一次一个生产小节拍循环程序。几个生产小节拍循环程序完成下来，可计量沼气液化罐中已得到设计生产能力的“烷烃液化混合液”，经燃料罐装机装瓶，即得商品“烷烃液化气燃料”产品。完成产品罐装后，又一轮产品生产循环程序开始了。

特别提示：本发明技术，产品(燃料)生产过程、生产原料、生产辅料，均是易燃易爆生产项目，所有参与生产、管理、外协作采购、运输、仓贮人员，必先进行严格的职业技能培训，持证上岗；所有现场生产技术装备、生产环境、仓贮环境、运输工具均必须完全符合国家规范的安全生产标准；必须设有规范的安全防范明示标志，确保长期安全生产和环境保护。

图2实施例，展示养猪场利用“三废”无害化下游大量产出的沼泊资源，深加工提升其品质，生产沼泊系列高品质“生物(绿色)复合肥肥料”之生产方法(生产线生产工艺流程与技术装备方框图如附图2)，生产线主要技术装备有；脱水机组(34)、肥元素检测机(36)、调制机组(39)、生产准备库：磷(37)、钾(38)、微量元素(41)。

生产过程：采用三级好氧微生物酶系调制法，制备保有多种丰富的微生物生化酶系载体物料为主要原料，经肥元素含量精确检测后，添加一定配比的磷、钾、微量元素达到三元素肥总养份明示量，产出卫生的高品质系列生物(绿色)复合肥料。

所述三级微生物酶系调制，即是采用一、二、三级培养基连续扩培扩张多种微生物群落旺势产酶。一级培养基用较高档的五谷杂粮(40)如：麦麸、米糠、陈粮、废粮、各种茹类等，经粉碎，加入一定量微生物制剂(EM原露)调制培养基，先对多种类微生物(43)如：黄曲霉、红曲霉、黑曲霉、白霉、毛霉、根霉、米曲霉、甜曲霉等种菌，先进行单种扩培一级菌株群落旺势，作一级生产母菌备用；二级培养培养基用糖滤泥(35)(蔗糖、甜菜糖业制糖副产品，亦可用禽养殖场粪便代用)，投入一级各种生产母菌载体物料，混合堆积，任其发酵，一般经30-60高温发酵生化过程，得到二级多种群微生物母菌旺势载体物料备用；三级培养基，即是养猪场“三废”无害化下游大量排出的沼泊，分别先后将二级多种群微生物母菌旺势载体物料，按一定体积比例投入A、B、C、D沼泊发酵堆(25)混合，再高温发酵30-60天，即得保有多种丰富的微生物生化酶系载体物料，经生产线：脱水(34)→肥肥元素含量精确检测(36)→根据肥元素检测报告单，设计添加不同配比的磷(37)、钾(38)、多种微量元素(41)→调制(39)→包装(42)生产程序，即可产出标明总养份含量氮、磷、钾、三元素配合比不同的系列“生物(绿色)复合肥料”产品。

特别提示：本发明技术产出的肥料，其主要原料来源于养猪场的人畜粪便等有机物，经过沼气池无害化厌氧微生物和后续2、3级好氧微生物长时间高温发酵，已没有臭气味，是充分腐熟的农家有机质肥料，原从粪便可能夹带来的有害微生物、人畜共患的一些致病菌、病毒或寄生虫卵，已被灭活。这种肥料品质，除精确保有明示的总养份三元素和多种微量元素配合量外，还保有多种微生物生化酶系物质和丰富的有机质物质。是石化合成复合肥料不可比拟的。使用这种肥料，土地不会板结，土壤团粒结构疏松，保湿性好，生物生态环境良性改善，有益微生物种群和数量增加，蚯蚓数量增加，土地生产能力提高，生产产出的作物，品质特别好。非常适宜做绿色蔬菜基地，高级有机蔬菜基地，高级果品基地、高级有机茶叶基地卫生用肥。是真正的卫生绿色肥料。