技术领域
[0001] 本
发明涉及环境科学与工程中的环境生态
能源技术领域，尤其涉及一种适用寒冷地区带增温保温功能一体化沼气生产系统。
背景技术
[0002] 经济的快速发展，生活
水平的提高，使得畜禽养殖业飞速发展，产生的畜禽
粪便呈逐年增加趋势。畜禽粪便处理不善，污染空气和
地下水，治理困难。农业的发展，产生大量的
植物秸秆，焚烧或任意堆放，给环境造成的破坏后果是不可估量的。利用畜禽和植物秸秆制备沼气、
有机肥和液态肥，实现废物的完全资源化利用的同时避免对环境的污染。
[0003] 目前畜禽粪便以制肥为主，植物秸秆以热值利用为主，投入大，回报小，资源化利用率低，大大限制了畜禽粪便和植物秸秆的利用。采用畜禽粪便和植物秸秆混合制备沼气、有机肥和液态肥，提高附加值。由于寒冷地区
温度低，一年四季只有不到一半的
气候温度条件能够满足厌
氧发酵产沼气，因而大大限制了该技术的发展。因此，开发保温性能好、成本低，确保一年四季均能正常产气的适用寒冷地区带增温保温功能一体化沼气生产系统，降低运行成本，实现有效的资源化利用，是当前研究的关键。寒冷地区带增温保温功能一体化沼气生产系统的研究对提高固废资源化利用水平的提高以及有效的改善固废对环境的污染等都将具有重要意义。目前关于寒冷地区
沼气池主要授权或公开的
专利包括：
太阳能恒温发酵沼气池(
申请专利号：200710055746.2)、寒冷地区沼气池增保温方法(申请专利号：200810072878.0)、寒冷地区增保温叁层膜式沼气池(申请专利号：200810072870.4)、低品位能源装置辅助型沼气池系统(申请专利号：201120248741.3)、大中型沼气池(罐)防冻防结痂内溢料装置(申请专利号：201210284532.3)、炕连灶热烟通道沼气池(申请专利号：
201310264714.9)、一种太阳能沼气池(申请专利号：201320761120.4)、太阳能搅拌沼气池(申请专利号：201510893173.5)、一种适用于寒冷地区的沼气池(申请专利号：
201620467599.4)、带有增温辅助装置的沼气池(申请专利号：201120276119.3)、冬季沼气池多重增温系统(申请专利号：201120035457.8)、一种户用四季沼气池(申请专利号：
200920153637.9)、一种循环增温膜式沼气池(申请专利号：200920164631.1)、太阳能蓄热秸秆反应堆耦合增温沼气池(申请专利号：200920094396.5)、一种加热型沼气池(申请专利号：201020141026.5)、太阳能多功能四季高温发酵沼气池(申请专利号：200920093945.7)、一种组合厌氧沼气池(申请专利号：201020154839.8)、寒冷地区多能互补型沼气池(申请专利号：200920094395.0)、
滚塑发泡沼气池(申请专利号：200920009086.9)等。以上这些专利都是关于寒冷地区沼气池建设和沼气的制备方法，这些方法在应对寒冷气候特点采取了一定的措施，优势明显，对推动寒区沼气制备技术水平的提高有一定的促进作用。但是因存在方法复杂、建设成本高、运行周期短、资源化利用率低、
能量消耗大和保温效果差等一种或多种
缺陷，在寒冷地区推广应用困难。因此，开发一种方法简单，制造成本低、能耗低、资源化利用率高的寒冷地区沼气制备方法，对推进寒冷地区沼气生产技术的提高及固废的资源化利用水平的提高都具有重要的现实意义。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种适用寒冷地区带增温保温功能一体化沼气生产系统，实现畜禽粪便和秸秆的资源化利用；该方法降低寒冷地区沼气池的建造成本，提高沼气产量、产气速率及产有机肥的肥效；该方法工艺简单，具有较高推广应用价值。
[0005] 本发明采取的技术方案如下：
[0006] 一种适用寒冷地区带增温保温功能一体化沼气生产系统，其特征在于：该沼气生产系统依次经过沼气池建设、沼气袋安装、保温棚建设、发酵原料的配制、沼气的
净化和储存六个步骤。第一，沼气池的建设含池壁、池底、进料口和出渣口，池壁外侧设置保温壁，进料口和出渣口分别设置进料管和出渣管；第二，沼气袋安装时，进料管和出渣管分别与沼气袋的进料
接口和出料接口连接；第三，保温棚的建设涵盖外层保温、内层保温和
隔热壁；第四，发酵原料包括畜禽粪便、秸秆和有机
废水，发酵菌采用蘑菇菌糖或活性
污泥，混合均匀；第五，沼气的净化包括过滤、
脱硫和脱水；第六，沼气储气柜总容量为2～3个月的产气量。
[0007] 所述的池壁外侧的保温壁材料采用岩
棉或珍珠岩时，厚度为50～100mm；当材料采用苯板时，厚度为30～50mm；当材料采用秸秆时，厚度为200～300mm；当沼气池为矩形时，池壁和池底采用
钢筋
混凝土材质；当沼气池为圆形时，池壁和池底采用粘土砖砌，内侧做30～50mm厚
水泥砂浆面。
[0008] 所述的进料口容积为一次投料量的2～3倍，且长和宽度均不小于0.5m；投料口进料管直径不小于200mm，管底深度为0.7～0.8倍沼气池深；出料口容积为一次出渣量的2.5～3.5倍，且长和宽度均不小于0.5m；出渣口处的出渣管直径不小于200mm，管底深度为0.85～0.95倍沼气池深。
[0009] 所述的池底加
热管的进水口和出水口与池中心对称分布，加热管直径为20～50mm，铺设间距为150～400mm，每排加热管之间的接口距离池壁的距离200～500mm；加热管的进水口和出水口分别与太阳能
热水器连通，当温度超过45℃时，停止加热；停止加热时，进水口和出水口与太阳能系统断开。
[0010] 所述的沼气袋中第一次投料配比的
碳氮比为20～30:1，总固体含量为6～10％；
沼渣和沼液所占的体积为沼气袋总容积的0.65～0.75倍，控制沼气袋中沼气压
力不超过8kPa；每隔15～20天抽排沼渣一次，抽
排量为总固体量的0.2～0.25倍，每次抽排完补充新发酵料，补充的量为沼渣固体量的1.03～1.05倍；抽排后的沼渣加入占干料重的20～30％去皮玉米
粉碎秸秆混合制备有机肥，玉米秸秆粉碎的粒径小于30mm；每次抽排沼渣时，同时抽排总沼液量15～20％的沼液，沼液采用0.075mm孔径的网过滤后瓶装为液态肥，筛上固体和新料混合再次加入沼气袋中；清池时抽排沼渣，抽排的沼液经沉淀后，取0.2～0.3倍池深的上清液过滤后用于制备液态肥，其余沼液用于沼气池的启动。
[0011] 所述的沼气袋中发酵料第一次启动时，加入接种物发酵菌的量为发酵料的0.25～0.35倍；在沼气袋中加入发酵料秸秆时，秸秆需粉碎长度50mm以下，且在池外堆沤预处理5～8天；堆沤前将秸秆浸泡至饱和状态，加入占干料重1.5～2.5％的石灰或草木灰，堆沤温度为25～45℃；堆沤池容量为投料量的1.2～1.5倍，该池位于进料口一侧其与其相连。
[0012] 所述的外层保温和内层保温之间设置隔热壁，隔热壁宽度为0.8～1.2m，深为1.5～2.2m，材质为稻草秸秆或玉米秸秆。
[0013] 所述的储气柜分为储气一室、储气二室和储气三室，储气一室和储气二室位于储气三室的顶部，储气一室容量为日产气量的0.3～0.5倍，储气二室容量为日产气量的15～20倍，储气三室容量为日产气量的45～72倍，每个储气室设有进气口、出气口和压力表，储气三室还设有排气口。
[0014] 所述的储气柜一室压力表压力显示为1kPa时，二室进气口打开，对储气二室进行充气；当二室压力表压力显示为1.5kPa时，三室进气口打开，对储气三室进行充气；首次储存气体时，当三室压力表压力为0.1～0.2kPa时，手动打开排气口排出储气三室内存储的空气，排出量小于三个储气室总储气量，当检测排放气体甲烷含量大于5％时，手动关闭排气口，稳定20～30min后，再次手动打开排气口，当沼气含量高于30％时，手动关闭排气口。
[0015] 所述的储气一室的一室进气口与沼气袋顶部的出气口连接，一室出气口与用户连接；当三室压力表压力大于5kPa时，停止向储气一室供气，启动备用储气罐，同时将用户接口改接三室出气口；当三室压力表压力显示下降为1kPa时，将沼气袋顶部的出气口改接为一室进气口，同时将用户接口改接一室出气口；当应急时，将用户接口改接二室出气口；所述的一室进气口位于储气一室高度的0.35～0.65倍，二室进气口位于储气二室高度的0.05～0.1倍，三室进气口位于储气三室的顶部；一室出气口位于储气一室高度的0.85～0.95倍，二室出气口位于储气二室高度的0.90～0.95倍，三室出气口位于储气三室高度的0.75～0.85倍，排气口位于储气三室高度的0.02～0.05倍；各出气口、进气口、排气口均采用止回
阀，其中一室进气口断开时，手动关闭。
[0016] 有益效果：本发明能够有效的提高畜禽粪便和秸秆的利用价值，减少畜禽粪便和秸秆对环境的污染；本发明能够实现畜禽粪便和秸秆的完全资源化利用，同时解决寒冷地区沼气产量低和产气速率低的难题；本发明方法简单，成本低，运行周期长，可操作性强，应用价值高。
附图说明
[0017] 图1是本发明的长方形沼气池平面图。
[0018] 图2是本发明的圆形沼气池平面图。
[0019] 图3是本发明的沼气池剖面图。
[0020] 图4是本发明的沼气袋剖面图。
[0021] 图5是本发明的系统剖面图。
[0022] 图6是本发明的储气柜剖面图。
[0023] 图中，1、池壁，2、池底，3、保温壁，4、进料管，5、进料口，6、出渣管，7、出渣口，8、加热管，9、进水口，10、出水口，11、沼气袋，12、进料接口，13、出料接口，14、沼渣，15、沼液，16、沼气，17、出气口，18、保温棚，19、外层保温，20、内层保温，21、隔热壁，22、储气柜，23、储气一室，24、储气二室，25、储气三室，26、一室进气口，27、二室进气口，28、三室进气口，29、一室出气口，30、二室出气口，31、三室出气口，32、一室压力表，33、二室压力表，34、三室压力表，35、排气口，36、堆沤池。
具体实施方式
[0024] 本发明采用畜禽粪便和植物秸秆为原料制备沼气、有机肥和液态肥，采用外部保温为主，内部加热为辅的保温系统，同时对秸秆进行预处理，提高寒冷地区沼气的产气量和产气速率；采用废弃蘑菇菌糖或
活性污泥为接种物，降低发酵成本；采用分室储气柜，收集和利用同时进行，同时有效的排出首次进气时储气柜内储存的空气；本发明发酵料全部被利用，实现畜禽粪便和植物秸秆的完全资源化利用；本发明方法制造成本低，推广应用价值较高。
[0025] 以下结合实例对本发明进一步说明，具体实施步骤如下：
[0026] 实例1：猪粪和稻草秸秆混合料产沼气及有机肥
[0027] 如图1～图6所示，该沼气生产系统依次经过沼气池建设、沼气袋安装、保温棚建设、发酵原料的配制、沼气的净化和储存六个步骤。第一，沼气池的建设含池壁1、池底2、进料口5和出渣口7，池壁1外侧设置保温壁3，进料口5和出渣口7分别设置进料管4和出渣管6；第二，沼气袋11安装时，进料管4和出渣管6分别与沼气袋11的进料接口12和出料接口13连接；第三，保温棚18的建设涵盖外层保温19、内层保温20和隔热壁21；第四，发酵原料包括猪粪、稻草秸秆和餐厨废水，发酵菌采用蘑菇菌糖；第五，沼气的净化包括过滤、脱硫和脱水；
第六，沼气储气柜22总容量为2个月的产气量。
[0028] 池壁1外侧的保温壁3材料采用珍珠岩，厚度为50mm；沼气池为矩形，池壁1和池底2采用
钢筋混凝土。
[0029] 进料口容积为一次投料量的2倍，长和宽度分别为0.6m和0.5m；投料口进料管4直径为200mm，管底深度为0.7倍沼气池深；出料口容积为一次出渣量的2.5倍，长和宽度分别为0.6m和0.5m；出渣口7处的出渣管6直径为200mm，管底深度为0.85倍沼气池深。
[0030] 池底加热管8的进水口9和出水口10与池中心对称分布，加热管8直径为20mm，铺设间距为150mm，每排加热管8之间的接口距离池壁的距离200mm；加热管8的进水口9和出水口10分别与太阳能热水器连通，控制温度不超过45℃；停止加热时，进水口9和出水口10与太阳能系统断开。
[0031] 沼气袋11中第一次投料碳氮比为20:1，总固体含量为6％；沼渣14和沼液15所占的体积为沼气袋11总容积的0.65倍，控制沼气袋11中沼气16压力不超过8kPa；每隔15天抽排沼渣14一次，抽排量为总固体量的0.2倍，每次抽排完补充新发酵料，补充的量为沼渣14固体量的1.03倍；抽排后的沼渣加入占干料重的20％去皮玉米粉碎秸秆混合制备有机肥，玉米秸秆粉碎的粒径小于30mm；每次抽排沼渣时，同时抽排总沼液量15％的沼液，沼液采用0.075mm孔径的网过滤后瓶装为液态肥，筛上固体和新料混合再次加入沼气袋中；清池时抽排沼渣，抽排的沼液经沉淀后，取0.2倍池深的上清液过滤后用于制备液态肥，其余沼液用于沼气池的启动。
[0032] 沼气袋11中发酵料第一次启动时，加入接种物发酵菌的量为发酵料的0.25倍；在沼气袋11中加入发酵料稻草秸秆，稻草秸秆粉碎长度50mm以下，且在池外堆沤预处理5天；堆沤前将稻草秸秆浸泡至饱和状态，加入占干料重1.5％的石灰，堆沤温度为25～35℃；堆沤池(36)容量为投料量的1.2倍，该池位于进料口5一侧其与其相连。
[0033] 外层保温19和内层保温20之间设置隔热壁21，隔热壁21宽度为0.8m，深为2.2m，材质为稻草秸秆。
[0034] 所述的储气柜22分为储气一室23、储气二室24和储气三室25，储气一室23和储气二室24位于储气三室25的顶部，储气一室23容量为日产气量的0.3倍，储气二室24容量为日产气量的15倍，储气三室25容量为日产气量的45倍，每个储气室设有进气口、出气口和压力表，储气三室25还设有排气口35。
[0035] 储气柜22一室压力表32压力显示为1kPa时，二室进气口27打开，对储气二室24进行充气；当二室压力表33压力显示为1.5kPa时，三室进气口28打开，对储气三室25进行充气；首次储存气体时，当三室压力表34压力为0.1kPa时，手动打开排气口35排出储气三室25内存储的空气，排出量小于三个储气室总储气量，当检测排放气体甲烷含量大于5％时，手动关闭排气口35，稳定20min后，再次手动打开排气口35，当沼气含量高于30％时，手动关闭排气口35。
[0036] 储气一室23的一室进气口26与沼气袋11顶部的出气口17连接，一室出气口29与用户连接；当三室压力表34压力大于5kPa时，停止向储气一室23供气，启动备用储气罐，同时将用户接口改接三室出气口31；当三室压力表34压力显示下降为1kPa时，将沼气袋11顶部的出气口17改接为一室进气口26，同时将用户接口改接一室出气口29；应急时，将用户接口改接二室出气口30；一室进气口26位于储气一室23高度的0.35倍，二室进气口27位于储气二室24高度的0.05倍，三室进气口28位于储气三室25的顶部；一室出气口29位于储气一室23高度的0.85倍，二室出气口30位于储气二室24高度的0.90倍，三室出气口31位于储气三室25高度的0.75倍，排气口35位于储气三室25高度的0.02倍；各出气口、进气口、排气口均采用止回阀，其中一室进气口26断开时，手动关闭。
[0037] 采用上述发明方法制备沼气产气量大，制备的有机肥氮磷
钾含量高。
[0038] 实例2：鹿粪和玉米秸秆混合制备沼气和有机肥
[0039] 如图1～图6所示，一种适用寒冷地区带增温保温功能一体化沼气生产系统，发酵原料包括鹿粪、玉米秸秆和
食品加工废水，发酵菌采用活性污泥，沼气储气柜22总容量为3个月的产气量。
[0040] 池壁1外侧的保温壁3材料采用
岩棉，厚度为100mm；沼气池为圆形，池壁1和池底2采用粘土砖砌，内侧做30mm厚水泥砂浆面。
[0041] 进料口容积为一次投料量的3倍，且长和宽度分别为1.0m和0.8m；投料口进料管4直径为300mm，管底深度为0.7倍沼气池深；出料口容积为一次出渣量的2.5倍，且长和宽度分别为1.0m和0.8m；出渣口7处的出渣管6直径为300mm，管底深度为0.85倍沼气池深。
[0042] 加热管8直径为50mm，铺设间距为400mm，每排加热管8之间的接口距离池壁的距离500mm，加热管8的进水口9和出水口10分别与太阳能热水器连通，加热温度为30～45℃。
[0043] 沼气袋11中发酵料第一次投料碳氮比为30:1，总固体含量为10％；沼渣14和沼液(15)所占的体积为沼气袋11总容积的0.75倍，控制沼气袋11中沼气16压力不超过8kPa；每隔20天抽排沼渣14一次，抽排量为总固体量的0.25倍，每次抽排完补充新发酵料，补充的量为沼渣14固体量的1.05倍；抽排后的沼渣加入占干料重的30％去皮玉米粉碎秸秆混合制备有机肥，玉米秸秆粉碎的粒径小于30mm；每次抽排沼渣时，同时抽排总沼液量20％的沼液，沼液采用0.075mm孔径的网过滤后瓶装为液态肥，筛上固体和新料混合再次加入沼气袋中；清池时抽排沼渣，抽排的沼液经沉淀后，取0.3倍池深的上清液过滤后用于制备液态肥，其余沼液用于沼气池的启动。
[0044] 沼气袋11中第一次启动时，加入接种物发酵菌的量为发酵料的0.35倍；在沼气袋11中加入发酵料玉米秸秆时，玉米秸秆需粉碎长度50mm以下，且在池外堆沤预处理8天；堆沤前将玉米秸秆浸泡至饱和状态，加入占干料重2.5％的草木灰，堆沤温度为25～45℃，堆沤池(36)容量为投料量的1.5倍；隔热壁21宽度为1.2m，深为1.5m，材质为玉米秸秆。
[0045] 储气一室23和储气二室24位于储气三室25的顶部，储气一室23容量为日产气量的0.5倍，储气二室24容量为日产气量的20倍，储气三室25容量为日产气量的72倍。
[0046] 储气柜22一室压力表32压力显示为1kPa时，二室进气口27打开，对储气二室24进行充气；当二室压力表33压力显示为1.5kPa时，三室进气口28打开，对储气三室25进行充气；首次储存气体时，当三室压力表34压力为0.2kPa时，手动打开排气口35排出储气三室25内存储的空气，排出量小于三个储气室总储气量，当检测排放气体甲烷含量大于5％时，手动关闭排气口35，稳定30min后，再次手动打开排气口35，当沼气含量高于30％时，手动关闭排气口35。
[0047] 储气一室23的一室进气口26与沼气袋11顶部的出气口17连接，一室出气口29与用户连接；当三室压力表34压力大于5kPa时，停止向储气一室23供气，启动备用储气罐，同时将用户接口改接三室出气口31；当三室压力表34压力显示下降为1kPa时，将沼气袋11顶部的出气口17改接为一室进气口26，同时将用户接口改接一室出气口29；应急时，将用户接口改接二室出气口30；一室进气口26位于储气一室23高度的0.65倍，二室进气口27位于储气二室24高度的0.1倍，三室进气口28位于储气三室25的顶部；一室出气口29位于储气一室23高度的0.95倍，二室出气口30位于储气二室24高度的0.95倍，三室出气口31位于储气三室25高度的0.85倍，排气口35位于储气三室25高度的0.05倍；各出气口、进气口、排气口均采用止回阀，其中一室进气口26断开时，手动关闭。
[0048] 采用上述发明方法制备的室内花卉有机肥无异味，制备的沼气产量高，产气速率大，效果显著。
[0049] 实例3：
牛粪与玉米秸秆混合产沼气和有机肥
[0050] 如图1～图6所示，一种适用寒冷地区带增温保温功能一体化沼气生产系统，发酵原料包括牛粪便、玉米秸秆和食品加工废水，发酵菌采用活性污泥，沼气储气柜22总容量为2.5个月的产气量。
[0051] 池壁1外侧的保温壁3材料采用秸秆，厚度为300mm；沼气池为矩形，池壁1和池底2采用
钢筋混凝土。
[0052] 进料口容积为一次投料量的2.5倍，长和宽度均为0.7m；投料口进料管4直径为200mm，管底深度为0.8倍沼气池深；出料口容积为一次出渣量的3.0倍，长和宽度均为0.8m；
出渣口7处的出渣管6直径为200mm，管底深度为0.9倍沼气池深；加热管8直径为50mm，铺设间距为300mm，每排加热管8之间的接口距离池壁的距离300mm。
[0053] 沼气袋11中第一次投料碳氮比为25:1，总固体含量为8％；沼渣14和沼液15所占的体积为沼气袋11总容积的0.70倍，控制沼气袋11中沼气16压力不超过8kPa；每隔15～20天抽排沼渣14一次，抽排量为总固体量的0.2倍，每次抽排完补充新发酵料，补充的量为沼渣14固体量的1.04倍；抽排后的沼渣加入占干料重的25％去皮玉米粉碎秸秆混合制备有机肥，玉米秸秆粉碎的粒径小于30mm；每次抽排沼渣时，同时抽排总沼液量18％的沼液，沼液采用0.075mm孔径的网过滤后瓶装为液态肥，筛上固体和新料混合再次加入沼气袋中；清池时抽排沼渣，抽排的沼液经沉淀后，取0.25倍池深的上清液过滤后用于制备液态肥，其余沼液用于沼气池的启动。
[0054] 沼气袋11中发酵料第一次启动加入接种物发酵菌的量为发酵料的0.3倍，在沼气袋11中加入发酵料玉米秸秆时，玉米秸秆需粉碎长度50mm以下，且在池外堆沤预处理7天；堆沤前将玉米秸秆浸泡至饱和状态，加入占干料重2.0％的草木灰，堆沤温度为25～45℃；
堆沤池36容量为投料量的1.3倍，该池位于进料口5一侧其与其相连；隔热壁21宽度为1.0m，深为2.0m，材质为玉米秸秆；储气一室23容量为日产气量的0.4倍，储气二室24容量为日产气量的18倍，储气三室25容量为日产气量的58倍。
[0055] 储气柜22一室压力表32压力显示为1kPa时，二室进气口27打开，对储气二室24进行充气；当二室压力表33压力显示为1.5kPa时，三室进气口28打开，对储气三室25进行充气；首次储存气体时，当三室压力表34压力为0.15kPa时，手动打开排气口35排出储气三室25内存储的空气，排出量小于三个储气室总储气量，当检测排放气体甲烷含量大于5％时，手动关闭排气口35，稳定25min后，再次手动打开排气口35，当沼气含量高于30％时，手动关闭排气口35。
[0056] 储气一室23的一室进气口26与沼气袋11顶部的出气口17连接，一室出气口29与用户连接；当三室压力表34压力大于5kPa时，停止向储气一室23供气，启动备用储气罐，同时将用户接口改接三室出气口31；当三室压力表34压力显示下降为1kPa时，将沼气袋11顶部的出气口17改接为一室进气口26，同时将用户接口改接一室出气口29；当应急时，将用户接口改接二室出气口30；一室进气口26位于储气一室23高度的0.55倍，二室进气口27位于储气二室24高度的0.08倍，三室进气口28位于储气三室25的顶部；一室出气口29位于储气一室23高度的0.90倍，二室出气口30位于储气二室24高度的0.92倍，三室出气口31位于储气三室25高度的0.80倍，排气口35位于储气三室25高度的0.03倍。
[0057] 制备的沼气产量高，有机肥肥效好，效果显著。
[0058] 以上
实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在不脱离本发明实质的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
