一种地面膜覆盖干法厌氧堆肥发酵系统的设计

张重 张苏

摘 要：本文介绍了一种地面覆膜干法厌氧发酵堆肥系统，该系统处理农业有機固体废弃物成本低、物料传热效果好、产气率高。

关键词：地面覆膜；干法；厌氧堆肥

中图分类号：S220.2 文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190430014

引言

我国每年农业有机固体废弃物产出量巨大，而且大部分都没有得到很好的处理和利用，造成了严重的环境污染，从而导致了自然生态的恶化。同时，我国农村又面临一次性能源短缺的现状，两者之间的矛盾日益显著。应用干法厌氧堆肥技术处理有机固体废弃物，将二者之间的问题有效地转化为可持续发展的产业行为。即将有机固体废弃物转化成清洁能源沼气和优质生物有机肥料，使废弃物得到资源化利用，促进农村节能减排，改善能源消费结构，提高农民生活质量，加快生态农业发展，综合效益显著[1]。

现有的干法厌氧堆肥技术主要是德国的车库式干法厌氧堆肥技术和中国的覆膜槽干法厌氧堆肥技术，详见专利号：CN200510082723.1。德国的车库式干法厌氧堆肥技术反应器围墙及顶面采用混凝土结构，入口采用高精密液压密封门，工程建设成本高；产气结束时，反应器内残留沼气难以排空，存在安全隐患。中国的覆膜槽干法厌氧堆肥技术反应器建设在日光温室内，能够直接吸收太阳热能，减少产气耗能，但建设成本也较高，而且反应器受结构限制，单体反应器处理能力有限，物料传热效果不好，池容产气率低。

针对以上存在的问题，设计了一种地面覆膜干法厌氧发酵堆肥系统。

1 结构、工作原理和工作流程

1.1 整体结构

系统的结构如图所示。沼气泵的吸气口与进气管连接，沼气泵的出气口分别与曝气管、储气管和排空管连接；密封硬化地面的横截面形状为矩形，密封硬化地面的4个边中的一边上部设置有立墙，另外3个边的边缘内部5～15cm处设置有渗液槽，距密封硬化地面的外边缘5～15cm处设置有水封槽；立墙上设置有温度传感器；水封槽的槽口顶部所在平面在密封硬化地面顶部所在平面的下部；锁膜钩通过铰链固定在水封槽的内底面上；柔性膜包裹在密封硬化地面的外部，柔性膜的边缘设置有孔，且柔性膜与锁膜钩通过孔连接；进气管的一端与沼气泵连接，另一端位于立墙的上部，进气管上设置有截止阀Ⅰ；曝气管铺设在密封硬化地面上部，且与沼气泵的出气口连接，曝气管上设置有截止阀Ⅱ；储气管上设置有截止阀Ⅲ；排空管上设置有截止阀Ⅳ；挡板活动设置在水封槽的上部；排液池位于与立墙相对一侧的密封硬化地面的边缘外部，并且排液池位于水封槽的外部；排液管的一端与渗液槽连接，排液管的另一端管口处设置有水封筒，排液管通过水封筒与排液池连接；覆膜车跨越在密封硬化地面上，覆膜车上设置有液压控制系统。

1.2 工作原理

密封硬化地面及水封槽为钢筋混凝土结构，并做“三灰四浆”及高分子密封处理，防止沼液渗漏。

采用覆膜车铺卷膜，覆膜车上安装有液压控制系统，通过按钮操作车的行走和膜的收放，铺膜、卷膜容易，且覆膜车可以供多场地使用。

柔性膜与密封硬化地面构成的密封空间可直观判断密封空间内气体的产生及排出情况，避免安全事故发生。

密封硬化地面上铺设曝气管，利用沼气泵增压，可促进物料传热、透气。

密封硬化地面前侧的渗液槽通过排液管、水封筒与排液池连通，便于渗出的液体排出，防止渗液溢出造成水封槽内水污染。

1.3 工作流程

将挡板盖于水封槽上面，利用工程机械将发酵物料在密封硬化地面上堆放成条垛，进行好氧发酵，其中发酵物料的干物质浓度为20%～40%；

关闭截止阀Ⅲ和截止阀Ⅳ，打开截止阀Ⅰ和截止阀Ⅱ，每隔7～8h启动/关闭沼气泵对发酵物料进行曝气，每次曝气时间25～30min，在曝气过程中，空气通过进气管吸入，经沼气泵输出到曝气管内，输出压力为60kPa，空气经曝气管通入发酵物料内，空气穿透料层，利用温度传感器测量料层温度，物料温度增至45～50℃后喷入沼液进行接种；

利用覆膜车将柔性膜覆盖在料堆及密封硬化地面上，并挂好锁膜钩，将水封槽内注满水，进行厌氧堆肥生产沼气和生物肥料；

厌氧发酵初期，利用沼气泵将每天产生的杂气通过排空管排空，直到产生沼气中甲烷含量达到55%或55%以上；

利用沼气泵将上述步骤结束后产生的沼气抽出并储存在出气柜中；

所述步骤结束后，将由密封硬化地面及柔性膜构成的封闭空间内的沼气抽空，关闭截止阀Ⅲ，将水封槽内的水排出，使空气自然进入由密封硬化地面及柔性膜构成的封闭空间内，利用沼气报警仪测试封闭空间，当甲烷含量小于0.4%时为测量值达到安全值，利用覆膜车将柔性膜卷起；

对沼气发酵残余物重复第二步骤操作流程，利用沼气泵通过进气管吸入空气，经曝气管从发酵物料底部通入进行曝气，曝气管内输入压力为60kPa，直至有机物降解率达到70%以上出料。

2 结论

本设计可以很好地处理畜禽粪便和农作物秸秆等农业有机物固体废弃物，同时生产沼气和绿色有机肥。沼气可作为生产和生活用能，即可节约燃煤，又可减少排入大气污染物SO2、烟尘等；绿色有机肥出售给周边农民，用来种菜、种粮食，既可减少病虫害，改良土壤，又可生产绿色有机食品，为农民带来很好的经济效益；畜禽粪便、农作物秸秆等有机固体废弃物经有效处理后可大大减少其对地表水、地下水、大气环境的污染以及微生物污染等，提高农村及城市环境质量。

利用本设计即能无害化处理畜禽粪便及农作物秸秆，又可实现废弃物资源化利用，对保护农村环境，改善能源结构，有效利用资源，延伸产业链条，增加农民收入具有现实意义。

参考文献

[1] 李复煌，王旭明. 养殖废弃物无害化处理与资源化利用技术[J]. 科学种养，2018（02）：59-62.