專利名稱：一種全自動沼氣生產凈化裝置及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于微生態循環裝置的高效有機廢物處理方法。特別涉及一種全自動沼氣生產凈化裝置及其在沼氣凈化和生物堆肥方面的應用。本發明中的裝置可以完成沼氣的凈化，同時產生大量的有益微生物，加快沼氣發酵過程和有機堆肥過程，本方法適用于有機廢物、有機廢水處理和有機肥料的生產過程。
背景技術：
我國是世界上最大的農業生產國，每年產生各類作物秸稈6-7億噸，其利用率約為30%，這其中經過技術處理利用的僅占2. 6%。由于無法利用，占用了大量的土地，為此每年農村都對秸稈進行焚燒，造成了嚴重的大氣污染，并引發火災和影響高速公路和民航的運行安全。另一方面，中國存欄牲畜近1億頭，產生大量的糞便在未獲得妥善處理的情況下直接排放到外界環境中，造成環境污染。目前處理秸稈和糞便的方法主要有堆肥和產生沼氣。但目前的堆肥和沼氣生產方方存在局限性。一、秸稈降解緩慢
秸稈分解的緩慢影響了沼氣發酵和生物堆肥中對大量秸稈的及時處理。限制秸稈分解的主要因素是秸稈中的纖維素很難分解。但纖維素分解后的葡萄糖卻可以為發酵過程中的微生物提供能量。因此在沼氣原料中加入纖維素酶來提高沼氣生產的效率(張全國《沼氣技術及其應用》，化學工業出版社)。基于同樣的原因，添加纖維素酶也可以加快秸稈生物堆肥的過程，如專利200810304360. 5 “一種制造有機肥的方法”提到加入酸性纖維素酶可以加快堆肥過程。但由于上述方法所提到的纖維素酶均需外購，且成本較高，因此這種方法雖然效果較好，但不適合大規模普及使用。二、沼氣的生產不穩定
研究表明，沼氣的生產是一項復雜的生物化學反應，其產生需要經過多種微生物進行復雜的共同作用。沼氣反應時的溫度和有益于沼氣發酵的微生物數量決定了沼氣生產的產量和穩定性。如實用新型專利201020185590. 7 “循環式沼氣發生器”即通過聯合利用太陽能產生的熱量維持沼氣發酵的最適溫度和將發酵后的沼渣再次加入沼氣反應增加沼氣發酵的有益微生物數量來實現沼氣的高產穩產。沼氣的產生存在好氧與厭氧兩個發酵過程。 通過好氧微生物發酵將大分子有機物分解為小分子有機物同時創造一個嚴格厭氧的環境， 甲烷菌才能在這個嚴格厭氧的環境內利用小分子有機物合成沼氣。因此，簡單的將沼渣回收以提高沼氣發酵微生物數量的方法雖一定程度上可以增加沼氣產量，但仍存在局限，且在縮短沼氣初次產氣時間方面作用不大。三、沼液存在二次污染
發酵后的沼液內依然殘留大量的尚未完全分解的有機物，這些沼液未經處理直接排放會造成環境的二次污染。目前處理沼液的方法主要是通過建立氧化還原塘，先將沼液排放入氧化還原塘，待沼液內的有機物充分分解后再排放到外部環境中。這種方法需要為沼氣設施配套建設一個占地面積較大的氧化還原塘，在土地資源緊張地區無法應用。此外也有發明將沼液用于制作肥料，培養食用菌的培養基等。如發明專利200710123079. 7高效沼肥和發明專利200710014827. 8 一種利用沼液栽培雞腿菇的方法均是利用沼液進行加工后轉化為可以利用的有益產品。這種方法的局限在于，沼液內依舊存在一定數量的有害細菌， 會影響到所制作培養基的品質。同時，這種方法也無法處理大量的沼液，不適合以環境保護和廢物處理為目標的項目使用。四、沼氣生產和生物堆肥不能同時進行
生物堆肥和沼氣都是微生物進行的有機物的分解過程。所不同的是生物堆肥是耗氧發酵，具有處理污物能力強，速度快的優勢。但容易產生二次污染，且肥料中的營養成分流失嚴重。沼氣生產是厭氧發酵，沼渣內營養成分保存較好，產生沼氣可作燃料。但反應速度較慢，污染物處理能力低。目前尚未見報道將將兩者結合應用，建立起自然的將生物堆肥和沼氣發酵有機整合為一體的方法。
發明內容
本發明的目的之一是為了綜合解決上述問題，提供一種全自動沼氣生產凈化裝置，該裝置可利用沼液內殘余的有機物和秸稈生產大量益于沼氣生產和生物堆肥的微生物，同時降低沼氣內二氧化碳氣體含量和降低沼液內的有機污染物含量。產生的微生物用于沼氣發酵原料的處理時，可縮短沼氣初次產氣時間，提高沼氣生產的穩定程度；用于生物堆肥時，可以加快堆肥過程，減少堆肥營養物質的流失。本發明的目的之二是提供一種上述裝置在進行沼氣凈化同時、可降低沼液BOD含量，并同時增殖大量有益于加快堆肥的微生物的方法。本發明的目的之三是提供一種利用本發明裝置在進行沼氣同時產生大量的有益微生物作為生物堆肥的應用。本發明的技術原理
本發明所提供的沼氣凈化的方法，即通過選定幾種有益于堆肥和沼氣發酵的微生物組合，利用這些微生物對于生長和發育的營養需求不同構建微生態系統。利用沼液內的殘余有機物質和分解后的無機物質，促進微生物的增殖，并將增殖后的微生物用于沼氣發酵和生物堆肥，加快其反應過程，提高其反應效果。所述的微生物組合包括由螺旋藻為鈍頂螺旋藻分ρlatensis SP_3株、 黑曲霉Asper^iV^As niger ACCC30132、孢囊放線菌 Actinosporangium Sp ACCC41443、
Saccharomyces cerevisiae ACCC20064、巨大芽孢桿菌 Bacillus megaterium ACCC10010、蠟狀芽孢桿菌 feciW^As cereus ACCC11109、枯草芽孢桿菌 Bacillus subtil is ACCCl1060；
本發明的原理簡述如下
螺旋藻在光合作用下，吸收二氧化碳，釋放氧氣，滿足本發明所用的幾種微生物耗氧生長需要。黑曲霉和孢囊放線菌在有氧的環境和適宜的溫度下，進行生長并分泌多種纖維素酶。這些纖維素酶可以裂解秸稈內的纖維素，產生葡萄糖。這些葡萄糖被酵母菌吸收利用合成酵母蛋白，酵母蛋白是微生物生長所需的重要營養物質。纖維素分解后的葡萄糖和酵母死亡后形成的酵母蛋白滿足了芽孢桿菌、黑曲霉、放線菌生長所需的營養。
釀酒酵母、巨大芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌等可以利用產生的葡萄糖和沼液剩余的有機物質進行生長。并在有氧的環境下，將沼液內的有機物質分解成為無機營養鹽，這些無機營養鹽又反過來可以為螺旋藻進行光合作用吸收二氧化碳提供基本營養物質。在沼氣氣提作用下，反應器內部液體不斷流動，將螺旋藻和酵母菌等微生物帶到秸稈填充材料中，在更換新的秸稈濾材時一并將其帶出。由于螺旋藻具有很高的蛋白質含量，可以有效地改善秸稈堆肥過程中的碳氮比。同時其上吸附的大量微生物有利于加快生物堆肥和沼氣發酵好氧過程中有機物的分解過程。本發明的技術方案
一種全自動沼氣生產凈化裝置
一種全自動沼氣生產凈化裝置，即可以去除沼氣內有害氣體，降低沼液BOD含量并產生大量有益沼氣發酵的微生物的裝置，其包括糞便過濾器13、耗氧消化桶14、沼氣池15， 還包括一微生態反應器；
所述的糞便過濾器13、耗氧消化桶14、沼氣池15 ；其中糞便過濾器13中放置有由處理過的秸稈組成的糞便過濾層16、糞便過濾器13和耗氧消化桶14位于沼氣池15前，糞便過濾器13側壁有管道與耗氧消化桶14連接，耗氧消化桶14和沼氣池15之間通過連有泵M 的管道連接；
所述的微生態反應器包括進液管道1及其上的控制泵19;出液管道2;進氣管道3及其上的控制泵18;出氣管道4;營養液補充管道5及其上的控制泵20;菌種補充管道6及其上的控制泵21 ； 1組以上的垂直并間隔排列的不透明管道11與透明管道12組成；每個不透明管道11內設有加熱裝置17 ；所述的微生態反應器的出液管道2設有一旁路并通過泵 23與耗氧消化桶14底部連接；
所述的沼氣池15上設有沼氣出氣口及沼液出液口 ；沼氣池15的沼氣出氣口與上述微生態反應器的進氣管道3及其上的控制泵18連接；沼氣池15的出液口與上述微生態反應器的進液管道1及其上的控制泵19相連接；
營養液補充管道5及其上的控制泵20、菌種補充管道6及其上的控制泵21設在沼氣池15的沼氣出液口與上述微生態反應器的進液管道1上的控制泵19之間，并與進液管道 1相連；
所述微生態反應器由平行的進液管道1與出液管道2之間通過1組以上垂直并間隔排列的不透明管道11和透明管道12連接而成，優選為2 6組；不透明管道11與水平的進液管道1和出液管道2之間通過可拆卸的密封接環7連接；垂直透明的管道12與水平的進液管道1和出液管道2之間直接連接，管道結合處使用防水膠密封連接縫隙；
以上所提透明管道12優選玻璃材質，次優選透明塑料材質，以及其他可以在自然環境和日光直射條件下物理性質穩定的透明材質；
所述的進液管道1和出氣管道4平行位于微生態反應器的上方，出液管道2和進氣管道3平行位于微生態反應器的下方；
進一步，所述的水平的進液管道1與出氣管道4之間通過1條以上垂直管道相通，優選 2-6條，且其位置對應于不透明垂直管道11的上方；
進一步，所述的水平的出液管道2與進氣管道3之間通過1條以上垂直管道相通，優選2-6條，且其位置對應于透明垂直管道12的下方；
與微生態反應器連接的進液管道1連接有控制泵19 ；進液管道1上還連接有營養液補充管道5及其上的控制泵20 ；菌種補充管道6及其上的控制泵21 ；
上述的控制泵18、19、20、21開啟信號線及加熱裝置17的起停信號均連接在中央控制電腦22上，通過中央控制電腦22發出信號，控制所述的相應的泵或加熱棒的開啟或關閉； 進一步，所述反應器內不同位置上安裝有不同的傳感器，包括安裝垂直透明管道12內的PH傳感器8 ；安裝在垂直不透明管道內的溫度傳感器10，安裝在出氣口 4附近的二氧化碳分壓傳感器9，中央控制電腦22根據傳感器8、9、10獲得的數據進行控制泵18、泵19、泵 20、泵21及加熱裝置17的工作，不斷調整輸入微生態反應器內的沼氣，沼液，菌種含量。以利用微生態反應器內微生物之間的相互作用，完成利用沼液內的營養物質進行沼氣凈化并產生大量有益微生物。全自動沼氣生產凈化裝置的工作原理示意圖見圖2所示，其可同時進行沼氣凈化，降低沼液B0D，增殖有益細菌的工作。具體說明如下
(一)、秸稈過濾器及秸稈濾材的制作 用于糞便過濾器13的秸稈濾材制作
將秸稈粉碎成10厘米左右的小段后，浸泡入洲生石灰配制的石灰水內，24小時至軟化后，撈出浙干水分，鋪成5-10厘米厚，這個過濾層即為糞便過濾器13內的秸稈過濾層16。用于不透明管道11內的秸稈濾材制作
將秸稈粉碎成0. 5-1厘米左右的小段后，浸泡入1生石灰配制的石灰水內，M小時至軟化后，撈出浙干水分，填充在不透明管道11，約占其總體積的2/3，即形成不透明管道11 內的秸稈濾材；
上述使用m生石灰配制的石灰水浸泡秸稈，可以去除秸稈外壁蠟質，更好地暴露秸稈內的纖維素分子；同時充分吸水膨脹的秸稈比重較大，可以保持較好的過濾效果； 上述所述的秸稈包括但不限于水稻、小麥或玉米秸稈； (二 )、微生物菌種的制作 1、微生物混合菌種的制作
所述混合菌種微生物是由黑曲霉Aspergillus niger ACCC30132 ；孢囊放線菌 Actinosporangium Sp. ACCC41443;Saccharomyces cerevisiae ACCC20064;
巨大芽孢桿菌 Bacillus megaterium ACCC10010;蠟狀芽孢桿菌 Bacillus cereus ACCCll 109 ；枯草芽孢桿菌Bacillus subtilis ACCC11060按下列的質量比組成的即黑曲霉孢囊放線菌釀酒酵母巨大芽孢桿菌蠟狀芽孢桿菌枯草芽孢桿菌的為=10 :8 :1 :1 1:1。且上述的各菌種均來自中國農業微生物菌種保藏中心(ACCC)；將上述菌種單獨培養后，再在混合培養基內培養，制成混合微生物菌種；
上述的微生物混合菌種中各微生物的獲取方法如下
①、黑曲霉Aspergillusniger ACCC30132的菌種培養
蔗糖 30 克，MgSO4 ·7Η20 0.5 克，FeSO4 ·4Η20 0. 01 克，NaNO3 3 克，KCl 0. 5 克， K2HPO4 1克，蒸餾水1000毫升，裝入三角瓶121°C滅菌30分鐘后，搖勻，用接種環挖塊 2 3環或調取2 3個單菌落接種后，上搖床30°C，100轉/分，培養M小時；
②、孢囊放線菌ActinosporangiumSp. ACCC41443的菌種培養可溶性淀粉 20g, KNO3 lg, K2HPO4 0. 5g, MgSO4 · 7H20 0. 5g, NaCl 0. 05g, FeSO4 · 4H20 O.Olg，用IM濃度的NaOH溶液調pH為7. 4-7. 6，蒸餾水1000毫升，裝入三角瓶121°C滅菌 30分鐘后，搖勻，用接種環挖塊2 3環或調取2 3個單菌落接種后，上搖床30°C，100 轉/分培養48小時；
③、釀酒酵母SaccAarofflj^e1S cerevisiae ACCC20064 的菌種培養
馬鈴薯200克，葡萄糖20克，NaCl 2g,蛋白胨lg，自來水1000毫升；調pH=7. 2，裝入三角瓶121°C滅菌30分鐘后，搖勻，用接種環挖塊2 3環或調取2 3個單菌落接種后，上搖床30°C，100轉/分培養18小時；
④、巨大芽孢桿菌feci/^Asmegaterium ACCC10010的菌種培養；
培養基的配置玉米面50g，NaCl 2g,蛋白胨lg，蔗糖10g，溶解于1000ml水中，調 pH=7. 2，裝入三角瓶121°C滅菌30分鐘后，搖勻，用接種環挖塊2 3環或調取2 3個單菌落接種后，上搖床30°C，100轉/分培養18小時，檢驗備用；
⑤、蠟狀芽孢桿菌Bacilluscereus ACCCl 1109的菌種培養
培養基的配置蛋白胨5克，NaCl 5克，肉膏3克，瓊脂15克，pH7.0，蒸餾水1000 毫升裝入三角瓶121°C滅菌30分鐘后，搖勻，用接種環挖塊2 3環或調取2 3個單菌落接種后，上搖床30°C，100轉/分培養18小時；
⑥、枯草芽孢桿菌Bacillussubtil is ACCCl 1060的菌種培養
培養基的配置蔗糖8g，NaCl 3g,蛋白胨3g，牛肉膏lg，溶解于1000ml水中，調 pH=7. 2，裝入三角瓶121°C滅菌30分鐘后，搖勻，用接種環挖塊2 3環或調取2 3個單菌落接種后，上搖床30°C，100轉/分培養18小時；
2、微生態反應器內螺旋藻的獲得
所述的螺旋藻為鈍頂螺旋藻分ρlatensis SP-3株，購自浙江大學原子核農業科學研究所生物資源與分子工程實驗室，所述的鈍頂螺旋藻Spirulina platensis的菌種培養方法如下
NaHCO316. 8g, K2HPO4O. 5g, K2N032. 5g, K2SO4L 0g, NaCl 1. 0g, MgSO4 · 7H20 0. 2g, CaCl2 0. 04g, FeSO4 ·7Η20 O.Olg, EDTA 0. 08g,蒸餾水 1000 毫升·裝入三角瓶 121°C 滅菌30分鐘后，搖勻接種，按1000ml培養液接種2ml所購螺旋藻藻種；室溫條件下，光照 60001ux培養48小時，其間定時搖晃三角瓶，檢驗備用；
(三)、微生態反應器的啟動
當微生態反應器初次啟動時，先將從沼氣池15內直接排出的沼液用水稀釋5倍后，從進液管道1灌入微生態反應器內；然后按營養液與稀釋后的沼液的體積比為1 :10000加入
營養液；
營養液是指 Ca(OH)2 50g, MgSO4, 20g, MnSO4 10g, ZnSO4 10g，溶于 1000ml 水所得的混合液；使最終含有營養液的沼液內無機鹽終濃度達到Ca(OH) 2 0. 5%o，MgS04, 0. 2%。，MnS04 0. 1%ο，ZnS04 0. 1%。，并調節稀釋后的沼液pH值維持在7. 5-8. 5 ；
然后按照螺旋藻藻種與含營養液的沼液的體積比，即螺旋藻藻種含營養液的沼液為 1 :10000從反應器的菌種補充管道6通過控制泵21接入螺旋藻藻種，對反應器進行光照， 控制光強度大于30001UX，溫度為22 36°C，待可見微生態反應器垂直透明管道內沼液呈現翠綠色，檢驗螺旋藻濃度大于IX IO5時，通過菌種補充管道6及其上的控制泵21再接種入微生物混合菌種，微生物混合菌種的接種量按照質量體積比，即混合菌種微生物含營養液的沼液為lg: 10000L進行接種；
接種微生物混合菌種后的微生態反應器，控制光照大于30001UX，溫度為22 36°C，pH 值7. 5-8. 5，接種M小時后，通過進氣管道3上的控制泵18啟動對微生態反應器的沼氣供應，完成反應器的啟動；
(四)、系統的運行控制
接種微生物混合物菌種液后的微生態反應器在光照大于30001UX，溫度為22 36°C的條件下螺旋藻迅速生長，迅速消耗溶液內的二氧化碳，改變微態反應器內溶液PH，通過監控二氧化碳分壓的變化和溶液PH值的變化可以分析反應器的工作狀態并給與干預和調整， 當位于出氣管道4附近的二氧化碳分壓傳感器9檢測到二氧化碳的分壓高于設定值8%，且溶液PH傳感器檢測到pH值高于設定值pH8. 5時，說明反應器內沼液吸附二氧化碳能力降低，這時應并關閉進氣泵18，減少進氣量，同時開動泵19補充沼液；當二氧化碳分壓傳感器 9檢測到二氧化碳的分壓低于設定值8%，且溶液pH傳感器檢測到pH值高于設定值pH8. 5 時，說明說明通入的沼氣數量低于系統凈化能力，計算機控制氣泵18增加對凈化器的供氣，關閉泵19，停止供應沼液；當二氧化碳分壓傳感器9檢測到二氧化碳的分壓高于設定值 8%，且溶液pH傳感器檢測到pH值低于設定值pH6. 5時，說明說明通入的沼氣數量高于系統凈化能力，計算機控制氣泵18減少對凈化器的供氣，同時啟動泵21補充螺旋藻藻種和復合微生物菌種；當二氧化碳傳感器檢測到二氧化碳的分壓低于設定值8%，且溶液pH傳感器檢測到PH值低于設定值pH6. 5，且持續一段時間如10小時以上時，說明系統運行出現故障，計算機發出報警信號，通知技術專家具體查找原因。如上述文字所描述的方式，通過傳感器的獲得的信號不斷重復上述過程，沼氣池15產生的沼氣經由進氣管道3及其上開啟的控制泵 18泵入微生態反應器內，沼氣內的二氧化碳、硫化氫、氨氣等氣體被微生態反應器內的混合菌種的微生物吸收，完成沼氣凈化，凈化后的沼氣經出氣管道4排出到沼氣儲氣罐或直接使用；
(五)、加快沼氣發酵及生物堆肥方法
1、加快沼氣發酵的方法
禽畜糞便連同沖洗糞便的污水一同排放進糞便過濾器13內，經過秸稈糞便過濾層16 過濾后，大塊糞便截流在秸稈過濾層16上，過濾產生的糞便濾液和污水被搜集進入耗氧消化桶14內；
通過與微生態反應器出液管道2連接的旁路將微生態反應器的內產生的含有大量增殖產生的混合菌種微生物的沼液通過泵23泵入耗氧消化桶14內，與來源于糞便過濾器13 的糞便濾液和污水混合，其混合體積比，即按含有大量增殖產生的混合菌種微生物的沼液 過濾產生的糞便濾液和污水的體積比為1 10 20加入到耗氧消化桶14內，混合反應6 8小時，在有氧條件下，微生態反應器內增殖的大量有益微生物迅速分解糞便濾液內大分子有機物，并消耗掉濾液內溶解的氧氣，創造一個有益于甲烷菌進行沼氣發酵的環境，經過耗氧消化桶14的微生物處理過程后的糞便濾液被泵M泵入沼氣池15內，進行厭氧發酵產生沼氣；
2、生物堆肥的方法
反應器內的不透明管道11內預先填充2/3體積的粉碎成0. 5-1厘米的秸稈顆粒構成過濾材料上可以吸附和滋生大量反應器內的混合微生物，將反應器內替換下的秸稈過濾材料直接與截留在糞便過濾器13內的糞便過濾層16上的糞便和秸稈混合物按照1:1000 的比例混合均勻，控制溫度為^TC 36°C進行生物堆肥。這種堆肥的過程相當于為這些原料接種了大量有利于生物堆肥的混合微生物，加快堆肥的進程；
另一種辦法是，將微生態反應器內產生的帶有大量微生物的沼液噴灑在秸稈過濾層替換下來的秸稈和糞便混合物內，調節秸稈和糞便混合物的相對濕度到60%-70%，控制溫度為 36°C進行生物堆肥。本發明的有益效果
本發明的一種全自動沼氣凈化生產裝置，結構簡單，成本低廉，制造簡便，適于推廣普及。裝置中的微生態反應器內的液體運動僅依靠氣提作用即可完成，不需要額外動力在局部推動透明管道內的液體和不透明管道內的液體進行循環流動；整體上推動管道內的液體從進液口向出液口端移動。本發明由于利用糞便及農業生產中的秸稈作為主要原料，通過全自動沼氣凈化生產裝置產生的沼液和沼氣，再利用沼液和沼氣培養大量生物堆肥和沼氣發酵所需要的有益微生物，同時降低沼液內BOD含量和沼氣內二氧化碳和其他有害氣體的含量，從而實現沼氣的凈化。即建立一種高效處理機廢物方法，變廢為寶，實現有機廢棄物的資源化，將極大地有利于開展循環農業和農業的可持續發展。同時，本發明的裝置在進行沼氣凈化及有機廢物處理時，所用原料均來自農業生產和沼氣發酵產生的副產品，生產成本低。另外，由于本發明的裝置在進行沼氣凈化過程中和有機廢物處理過程中產生大量的有益微生物。這些有益微生物被補充進沼氣反應過程中，可以提高沼氣生產的效率；接種到用于秸稈和禽畜糞便的混合物中，可以加快有機堆肥過程。
圖1、微生態反應器結構示意圖
圖2、全自動沼氣生產凈化裝置工作原理示意圖。
具體實施例方式下面通過實施例并結合附圖對本發明進一步闡述，但并不限制本發明。本發明的全自動沼氣生產凈化裝置的應用過程中所用的微生物混合物菌種液中的各菌種均來自中國農業微生物菌種保藏中心(ACCC)。所用的螺旋藻為鈍頂螺旋藻 Spirulina ρlatensis SP-3株，購自浙江大學原子核農業科學研究所生物資源與分子工程
實驗室。實施例1
一種全自動沼氣凈化生產裝置，其具體結構示意圖見圖2。如圖2所示，一種全自動沼氣生產凈化裝置，包括糞便過濾器13、耗氧消化桶14、 沼氣池15，還包括一微生態反應器；
所述的微生態反應器見圖1所示，包括進液管道1及其上的控制泵19、出液管道2、進氣管道3及其上的控制泵18、出氣管道4、營養液補充管道5及其上的控制泵20、菌種補充
12管道6及其上的控制泵21、4組垂直并間隔排列的不透明管道11及透明管道12組成；所述的不透明管道11內設有加熱裝置17 ；
所述的不透明管道11內的加溫裝置17采用在不透明管道內部裝有電加熱棒方式實
現；
所述的微生態反應器的出液管道2有一旁路經泵23與耗氧消化桶14的底部通過管道連接；
上述的沼氣池15的沼氣出氣口與上述微生態反應器的進氣管道3上的控制泵18入口相連接，沼氣池15的沼液出液口與上述微生態反應器的進液管道1上的控制泵19入口相連接；
進一步，所述的微生態反應器的進液管道1和出氣管道4平行位于微生態反應器的上方，出液管道2和進氣管道3平行位于微生態反應器的下方；
平行的進液管道1、出液管道2之間通過4組垂直并間隔排列的不透明管道11和透明管道12連接而成；
且不透明管道11與水平的進液管道1和出液管道2之間通過可拆卸的密封接環7連
接；
垂直的透明管道12與水平的進液管道1和出液管道2之間直接連接，管道結合處使用防水膠密封連接縫隙；
所述的水平的進液管道1與出氣管道4之間通過4條垂直管道相通； 進氣管道3和出液管道2位于透明管道12的下方，且出液管道2的與進氣管道3之間通過4條垂直管道相通。本實施例中沼氣池15采用升流式厭氧污泥床(UASB)，微生態反應器出液管道(2) 設有一旁路并通過泵23與耗氧消化桶14底部連接，耗氧消化桶14和沼氣池15之間通過設有泵M的管道連接。全自動沼氣生產凈化裝置的進行沼氣凈化，降低沼液B0D，增殖有益細菌的工作過程如下
糞便過濾器(13)的制作
將水稻秸稈粉碎成 ο厘米左右的小段后，浸泡入m生石灰配制的石灰水內浸泡Μ小時使其軟化；然后均勻鋪在糞便過濾器內，厚度為5-lOcm，形成秸稈糞便過濾層。將清洗禽畜圈舍產生的糞便污水直接排放到秸稈過濾層上。較大的糞便被截留在秸稈過濾層上，一定時間后，連同秸稈一同取出用于堆肥。過濾后的糞便污水排入耗氧消化器14內。此時， 泵23將微生態反應器出液管道2排出的凈化后的沼液按照1/20 1/10加入到耗氧消化桶14內的糞便濾液和污水中，反應6 8小時，讓凈化后沼液內攜帶的有益微生物大量增殖生長，充分分解糞便濾液和污水中的有機污染物，并消耗掉溶液內的氧氣，再將糞便濾液通過泵M泵入沼氣池15內，創造一個良好的厭氧發酵環境；
截留在過濾層上的糞便連同秸稈混合后，與反應器內替換下來的秸稈過濾材料按照 1000:1混合進行堆肥。并噴灑反應器凈化產生的沼液，調節混合物的相對濕度到60%-70%， 溫度為26°C 36°C然后將這些混合物用于堆肥；
為了驗證本發明的實際效果，使用本實施例1所述的本發明的全自動沼氣生產凈化裝置產生的效果與傳統堆肥方法和沼氣發酵方法比較。具體如下
13使用50kg秸稈和IOkg豬糞分別建立三個模擬反應堆。為了使反應條件一致，在反應開始之初，3個反應堆中的豬糞均混入Ikg來自同一穩定產氣沼氣池內的沼渣和本發明中提到的IOOml微生物混合物菌種液。所述微生物混合物菌種液是由黑曲霉Asper識7ΛΛ5 niger ACCC30132 ；孢囊放線黨 Actinosporangium Sp. ACCC41443;Saccharomyces cerevisiae ACCC20064; 巨大芽孢桿菌 Bacillus megaterium ACCC10010;蠟狀芽孢桿菌 feci/A/s cereus ACCCl 1109 ；枯草芽孢桿菌Bacillus subtil is ACCC11060按下列的質量比組成的即黑曲霉孢囊放線菌釀酒酵母巨大芽孢桿菌蠟狀芽孢桿菌枯草芽孢桿菌為10 8 1 1 1 1。且上述的各菌種均來自中國農業微生物菌種保藏中心(ACCC)；
反應堆1將全部秸稈豬糞混合在一起，并摻入Ikg沼渣和IOOml菌液，直接進行生物堆
肥；
反應堆2將全部秸稈豬糞混合在一起，并摻入Ikg沼渣和IOOml菌液，直接進行沼氣發
酵；
反應堆3按本發明所述方法處理，產生60kg秸稈豬糞混合物堆肥(濕重)用于堆肥， 同時獲得約0. 5立方米糞便污水以及5kg秸稈糞便混合物用于沼氣發酵。在沼氣池內接種入Ikg沼渣，在微生態反應器內通過菌種補充口 6及其上的控制泵21先接種密度為1 X IO7 個/ml螺旋藻10ml，進行光照，控制光強度30001UX，溫度為22-36°C待微生態反應器內沼液呈現綠色時，通過菌種補充口 6及其上的控制泵21接種進IOOml微生物混合物菌種液，接種微生物混合物菌種液后的微生態反應器，控制光照大于30001UX，溫度為22-36°C，pH值 7. 5-8. 5，并通過進氣管道3上的控制泵18的開啟控制出氣管道4附近的二氧化碳分壓為 8%，如果檢測二氧化碳含量高于8%，則減小或關閉進氣管道3及控制泵18實現進氣量的減少，逐步實現沼氣的凈化，凈化后的沼氣進入沼氣儲氣罐儲存；從反應開始后第三天，不斷將微生態反應器內的液體輸入堆肥和沼氣發酵過程，在平均氣溫20°C條件下對上述的3個反應堆觀察15天。 上述的反應堆3中所述的螺旋藻為鈍頂螺旋藻分platens is SP_3株，購自浙江大學原子核農業科學研究所生物資源與分子工程實驗室。
觀察結果如下
權利要求
1.一種全自動沼氣生產凈化裝置，包括糞便過濾器(13)、耗氧消化桶(14)、沼氣池 (15)，及微生態反應器；所述的微生態反應器包括進液管道(1)及其上的控制泵(19)、出液管道O)、進氣管道 (3)及其上的控制泵(18)、出氣管道G)、營養液補充管道( 及其上的控制泵(20)、菌種補充管道(6)及其上的控制泵、1組以上的垂直并間隔排列的不透明管道(11)與透明管道(12)組成；不透明管道(11)內設有加熱裝置(17)；所述的糞便過濾器(13)、耗氧消化桶(14)、沼氣池(15)，其中糞便過濾器(1 和耗氧消化桶(14)位于沼氣池(1 前，糞便過濾器(1 側壁通過管道與耗氧消化桶(14)通過管道連接，耗氧消化桶(14)和沼氣池(1 之間通過連有泵04)的管道連接；所述的沼氣池(1 上設有沼氣出氣口及沼液出液口 ；所述的微生態反應器的出液管道( 有一旁路通過帶有水泵的管道與耗氧消化桶(14)底部相連；上述的沼氣池(1 的沼氣出氣口與上述微生態反應器的進氣管道C3)及其上的控制泵(18)相連接，沼氣池(1 的沼液出液口與上述微生態反應器的進液管道(1)及其上的控制泵(18)相連接；營養液補充管道(5)及其上的控制泵OO)、菌種補充管道(6)及其上的控制泵(21)設在沼氣池(15)的沼氣出液口與上述微生態反應器的進液管道(1)上的控制泵(19)之間，并與進液管道(1)相連；進一步，所述的微生態反應器的進液管道(1)和出氣管道(4)平行位于微生態反應器的上方，出液管道( 和進氣管道C3)平行位于微生態反應器的下方；平行的進液管道(1)、出液管道( 之間通過上述的1組以上的垂直并間隔排列的不透明管道(11)和透明管道(1 連接而成；且不透明管道(11)與水平的進液管道(1)和出液管道( 之間通過可拆卸的密封接環(7)連接；垂直的透明管道(1 與水平的進液管道(1)和出液管道( 之間直接連接，管道結合處使用防水膠密封連接縫隙；進一步，所述的水平的進液管道(1)與出氣管道(4)之間通過1條以上垂直管道相通； 進氣管道C3)和出液管道( 位于透明管道(1 的下方，且出液管道O)的與進氣管道( 之間通過1條以上垂直管道相通；進一步，所述微生態反應器內不同位置上安裝有不同的傳感器探頭，包括裝在微生態反應器透明管道(12)內的pH傳感器(8)、溫度傳感器(10)，出氣口(4)附近的二氧化碳分壓傳感器(9)，并將這些傳感器檢測到的信號輸入計算機(22)，傳感器獲得的參數經程序處理后，計算機(22)再下達指令控制進氣管道C3)上的控制泵(18)、進液管道(1)上的控制泵(19)、營養液補充管道(5)上的控制泵(20)、菌種補充管道(6)上的控制泵(21)加熱裝置(17)的開啟或關閉。
2.如權利要求1所述的一種全自動沼氣生產凈化裝置，其特征在于所述的透明管道材質優選玻璃或透明塑料材質。
3.如權利要求1或2所述的一種全自動沼氣生產凈化裝置，其特征在于所述的垂直并間隔排列的不透明管道(11)和透明管道(12)優選為2 6組；所述的水平的進液管道(1)與出氣管道(4)之間優選通過2 6條垂直管道相通；出液管道O)的與進氣管道⑶之間優選通過2 6條垂直管道相通。
4.如權利要求3所述的一種全自動沼氣生產凈化裝置，其特征在于所述的垂直并間隔排列的不透明管道(11)和透明管道(12)優選為4組；所述的水平的進液管道⑴與出氣管道⑷之間通過4條垂直管道相通；出液管道(2) 與進氣管道C3)之間通過4條垂直管道相通。
5.如權利要求1或2所述的全自動沼氣生產凈化裝置進行沼氣凈化的方法，其特征在于包括如下步驟(1)、將處理過的秸稈直接鋪在糞便過濾器(1 內，厚度為5-10厘米，形成秸稈糞便過濾層(16)，用以過濾禽畜糞便和清洗污水；所述的處理過的秸稈即將水稻、小麥秸稈粉碎成10厘米左右的小段后，浸泡入洲生石灰配制的石灰水內二4小時至軟化后，撈出浙干水分即可；O)、禽畜糞便連同沖洗糞便的污水一同排放進糞便過濾器(1 內，經過秸稈糞便過濾層(16)過濾后，大塊糞便截流在秸稈過濾層(16)上，過濾產生的糞便濾液和污水被搜集并通過管道送進入耗氧消化桶(14)內，在耗氧消化筒內停留6-8小時后，經由泵04)泵入沼氣發生器(15)內；(3)、通過與微生態反應器出液管道( 連接的旁路及泵將微生態反應器的出液管道( 產生的含有大量增殖產生的混合菌種微生物的沼液通過泵泵入耗氧消化桶(14)內與，與來源于糞便過濾器(13)的糞便濾液和污水混合，其混合體積比，即按含有大量增殖產生的混合菌種微生物的沼液過濾產生的糞便濾液和污水的體積比為1 :10 20 加入到耗氧消化桶(14)內，混合反應6 8小時后，將糞便濾液通過泵(24)泵入沼氣池(15)內，進行厭氧發酵產生沼氣；G)、沼氣池(1 產生的沼氣經由進氣管道C3)及其上開啟的控制泵(18)泵入微生態反應器內；沼氣內的二氧化碳、硫化氫、氨氣等氣體被微生態反應器內的混合菌種的微生物吸收，完成沼氣凈化，凈化后的沼氣經出氣管道(4)排出到沼氣儲氣罐或直接使用；所述的沼氣凈化，其過程如下當步驟(3)中的全自動沼氣生產凈化裝置中的微生態反應器運行時，通過沼液進液管道(1)及控制泵(19)和營養液補充管道( 及控制泵00)分別將來自沼氣池(1 的沼液和營養液送入微生態反應器內，菌種補充管道(6)及控制泵用于補充混合菌種微生物；所述的營養液是指 Ca (OH) 2 50g, MgSO4, 20g, MnSO4 10g, ZnSO4 IOg,溶于 IOOOml 水所得的混合液；當微生態反應器初次啟動時，先將從沼氣池(15)內直接排出的沼液用水稀釋5 倍后，從進液管道(1)灌入微生態反應器內；然后按營養液與稀釋后的沼液的體積比為1 :10000加入營養液，使最終含有營養液的沼液內無機鹽終濃度達到Ca(OH) 2 0.5%。，MgS04, 0.2%。，MnS04 0. 1 %。，ZnS04 0. 1 %。，并調節稀釋后的沼液 pH 值維持在 7. 5-8. 5 ；然后按照含營養液的沼液與螺旋藻藻種的體積比10000 1從反應器的菌種補充管道(6)及其上的控制泵接入螺旋藻，再進行光照，控制光強度大于30001UX，溫度為22 36°C，待微生態反應器內沼液呈現綠色時，通過菌種補充管道泵(6)及其上的控制泵接種多種微生物混合組成的混合菌種微生物；其中螺旋藻的接種量，按照體積比，即螺旋藻藻種含營養液的沼液為1 :10000進行接種；混合菌種微生物的接種量，按照質量體積比，即混合菌種微生物含營養液的沼液為 lg: 10000L進行接種；接種混合菌種微生物后的微生態反應器，控制光照大于30001UX，溫度為22 36°C，pH 值7. 5-8. 5，并通過進氣管道C3)上的控制泵(18)的開啟控制出氣管道附近的二氧化碳分壓為5 15%對沼氣進行凈化，凈化后的沼氣經出氣管道(4)排出到沼氣儲氣罐或直接使用；微生態反應器啟動后，通過進液管道(1)及其上的控制泵(19)補充沼液，經過凈化的含有大量增殖產生的混合菌種微生物的沼液由出液管道( 排出； 所述的螺旋藻為鈍頂螺旋藻分ρ Iat ens is SP-3株；所述混合菌種微生物是由黑曲霉Aspergillus niger ACCC30132 ；孢囊放線菌 Actinosporangium Sp. ACCC41443; SSl# Saccharomyces cerevisiae ACCC20064; 巨大芽孢桿菌 Bacillus megaterium ACCC10010;蠟狀芽孢桿菌 feci/A/s cereus ACCCll 109 ；枯草芽孢桿菌Bacillus subtil is ACCC11060按下列質量比組成的混合菌種微生物，即黑曲霉孢囊放線菌釀酒酵母巨大芽孢桿菌蠟狀芽孢桿菌枯草芽孢桿菌為 10 8 1 1 1 1 ；(5)、沼氣池(1 產生的沼液經進液管道(1)及其上開啟的控制泵(19)進入微生態反應器內，微生態反應器內的不透明管道(11)內預先填充2/3體積的粉碎成0.5-1 厘米的秸稈顆粒構成的過濾裝置，過濾截留下微生態反應器內生成的螺旋藻和產生的大量混合菌種微生物，其中的有機污染物在微生態反應器內被微生物分解吸收完成沼液凈化， 凈化后的沼液經出液管道( 排出，或如步驟(3)所述的經過泵加入到耗氧消化桶 (14)內用于接種混合菌種微生物，從而加快沼氣發酵原料的分解。
6.如權利要求5所述的全自動沼氣生產凈化裝置進行沼氣凈化的方法，其特征在于步驟⑷中所述的鈍頂螺旋藻Spirulina platensis SP-3株菌種，通過如下方法培養 取 NaHCO3 16. 8g, K2HPO4 0. 5g, K2NO3 2. 5g, K2SO4 1. 0g, NaCl 1. 0g, MgSO4 · 7H20 0. 2g, CaCl2 0. 04g, FeSO4 · 7H20 0. Olg, EDTA 0. 08g,蒸餾水 1000 毫升，裝入三角瓶 121 °C 滅菌30分鐘后，搖勻接種，按IOOOml培養液接種0. Ig螺旋藻計算；室溫條件下，光照 60001UX，培養48小時，其間定時搖晃三角瓶；所述的混合菌種微生物中各微生物的培養方法如下①、黑曲霉Aspergillusniger ACCC30132菌種的培養蔗糖 30 克，MgSO4 · 7Η20 0. 5 克，FeSO4 · 4H20 0. 01 克，NaNO3 3 克，KCl 0. 5 克， K2HPO4 1克，蒸餾水1000毫升，裝入三角瓶121°C滅菌30分鐘后，搖勻，用接種環挖塊2 3環或調取2 3個單菌落接種后，上搖床30°C，100轉/分，培養M小時；②、孢囊放線菌ActinosporangiumSp. ACCC41443菌種的培養可溶性淀粉 20g, KNO3 lg, K2HPO4 0. 5g, MgSO4 · 7H20 0. 5g, NaCl 0. 05g, FeSO4 · 4H20 0. 01g，pH=7. 4-7. 6，蒸餾水1000毫升，裝入三角瓶121°C滅菌30分鐘后，搖勻，用接種環挖塊2 3環或調取2 3個單菌落接種后，上搖床30°C，100轉/分培養48小時；③、釀酒酵母SaccAarofflj^e1S cerevisiae ACCC20064 菌種的培養馬鈴薯200克，葡萄糖20克，NaCl 2g,蛋白胨lg，自來水1000毫升；調pH=7. 2，裝入三角瓶121°C滅菌30分鐘后，搖勻，用接種環挖塊2 3環或調取2 3個單菌落接種后， 上搖床30°C，100轉/分培養18小時；④、巨大芽孢桿菌feci/^Asmegaterium ACCC10010菌種的培養；培養基的配置玉米面50g，NaCl 2g,蛋白胨lg，蔗糖10g，溶解于1000ml水中，調 pH=7. 2，裝入三角瓶121°C滅菌30分鐘后，搖勻，用接種環挖塊2 3環或調取2 3個單菌落接種后，上搖床30°C，100轉/分培養18小時；⑤、蠟狀芽孢桿菌Bacilluscereus ACCCl 1109菌種的培養培養基的配置蛋白胨5克，NaC15克，肉膏3克，瓊脂15克，pH7. 0，蒸餾水1000毫升裝入三角瓶121°C滅菌30分鐘后，搖勻，用接種環挖塊2 3環或調取2 3個單菌落接種后，上搖床30°C，100轉/分培養18小時；⑥、枯草芽孢桿菌Bacillussubtil is ACCCl 1060菌種的培養培養基的配置蔗糖8g，NaCl 3g,蛋白胨3g，牛肉膏lg，溶解于1000ml水中，調 pH=7. 2，裝入三角瓶121°C滅菌30分鐘后，搖勻，用接種環挖塊2 3環或調取2 3個單菌落接種后，上搖床30°C，100轉/分培養18小時。
7.如權利要求5所述的全自動沼氣生產凈化裝置作為生物堆肥的應用，其特征在于步驟(5)中微生態反應器內的不透明管道(11)內預先填充的粉碎成0.5-1厘米的秸稈顆粒構成的過濾裝置，過濾截留下反應器內生成的螺旋藻和產生的大量微生物，微生態反應器連續使用一周后，秸稈制成的濾料上截留了大量的螺旋藻和微生物，用于生物堆肥的接種，將這種帶有大量微生物的秸稈濾料，或反應器凈化后的沼液接種混合菌種微生物，將反應器內替換下的秸稈過濾材料直接與截留在糞便過濾器(13)內的糞便過濾層 (16)上的糞便和秸稈混合物按照質量比1 1000的比例混合均勻，控制溫度為 33°C， 調節糞便和秸稈濾料混合物的相對濕度到60%-70%，進行生物堆肥。
8.如權利要求5所述的全自動沼氣生產凈化裝置作為生物堆肥的應用，其特征在于將將微生態反應器內產生的帶有大量微生物的沼液噴灑在步驟(1)中糞便過濾器(1 的秸稈糞便過濾層(16)上截留的糞便連同秸稈混合物內，調節秸稈和糞便混合物的相對濕度到60%-70%，控制溫度 33°C進行生物堆肥。
全文摘要
本發明公開一種全自動沼氣生產凈化裝置及其應用。所述的全自動沼氣生產凈化裝置包括糞便過濾器、耗氧消化桶、沼氣池，還包括一微生態反應器。其工作過程即利用糞便及秸稈作為主要原料產生沼液和沼氣，再利用沼液和沼氣培養大量生物堆肥和沼氣發酵所需要的有益微生物，同時降低沼液內BOD含量和沼氣內二氧化碳和其他有害氣體的含量，從而實現沼氣的凈化，產生的微生物用于沼氣發酵原料的處理，及生物堆肥。本發明裝置，結構簡單，成本低廉，制造簡便，適用于循環農業和低碳經濟使用。
文檔編號C02F11/04GK102206028SQ20111007441
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月28日 優先權日2011年3月28日
發明者張揚 申請人:上海百泉生物技術有限公司