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沼气发酵方法及发酵系统论文摘要：介绍了一种能够为温室供能用的沼气发酵方法及发酵系统的专利技术。发酵系统具体由生物酸化积肥装置、缓冲调节池、高效沼气发生装置、出水沉淀池、出水暂存池和沼气缓存装置等依次经管道和阀门连接组成。发酵方法具体步骤包括生物酸化积肥装置的启动和原料的生物酸化储存高效沼气发生装置的启动、沼气生产供应、休停和再启动等。该技术与传统沼气技术相比具有一定的优势能够根据温室生产实际及时把分散在全年产生的种植业有机废弃物投加到产酸积肥池中然后根据温室供能需求随时通过发酵系统生产沼气。发酵残渣根据生产需要分批取出用于温室有机肥。该技术实现了可以根据温室需求对沼气发酵灵活调节的要求。关键词：沼气；温室；供能；可调控性1．引言温室是现代农业工程中重要的技术主题温室的发展使传统露天农业转化为保护条件下的可控制农业[1]。目前国际上温室已经广泛应用于花卉、蔬菜栽培[2]。温室栽培的最大优势是通过温室环境的控制满足作物的最佳生活条件抵抗自然灾害等从而获取最大的生产效益。在温室管理中温室冬季加温、补光和二氧化碳施肥是重要的环境调控措施[3]。这些调控过程都需要能源的消耗目前的能源消耗以一次化石能源煤和二次能源柴油、电力[4]为主。这些能源的大量消耗一方面加重了全社会的能源供给负担另一方面也大幅度提高产品的生产成本。受能源价格影响许多温室不得不放弃温室的冬季加温、补光和二氧化碳施肥这样不仅不能充分发挥温室的应有功能甚至会造成温室管理的失败。在温室管理中每年会产生大量的种植业有机废弃物。目前这些被随意堆放的废弃物造成了严重的农业面源污染[34]。然而这些有机废弃物本身富含大量有机质是非常好的沼气生产原料。如果能用温室生产管理过程中产生的有机废弃物来生产沼气从而替代煤、石油、电力等不可再生能源用于温室供能不仅可以降低温室供能成本同时废弃物中的营养物质又可以循环利用减少废弃物排放改善农业环境。但是迄今为止没有沼气在温室供能领域应用的成功案例。2．传统沼气技术与温室供能需求的背离沼气发酵技术可以分为两类即传统沼气发酵技术和水溶性有机物高效沼气发酵技术[56]。这两类技术应用于温室沼气供应都存在诸多技术难点。具体分析如下：传统的沼气发酵技术利用复杂性有机质发酵沼气沼气产生具有非常大的周期性往往开始投料时产气慢中间产气旺盛而且一旦沼气发酵系统启动是否产沼气和产生多少沼气要受原料特性和发酵规律的内在约束很难调节。而温室用能表现在取暖、二氧化碳施肥等方面这些能源需求往往受天气的控制而天气又变化无常。因此往往是要气时没有气不要气时产气如果满足需求将要建立庞大的储气装置这在投资和占地上是不允许的。如果根据长期天气预报进行计划式投料在理论上可行但在实践上是难操作的。一方面长期天气预报目前的准确性较差另一方面关于复杂有机质的产气规律不可能准确预测。同时温室产生有机废弃物是分散在全年的各个时段所产生的废弃物大多易腐烂很难储存。因此传统的沼气技术基本不能适应温室供能需求。水溶性有机物高效沼气发酵技术利用可溶解的简单微生物进行沼气发酵采用高效反应器可以实现较高的效率[78]。一是可溶性有机质非常容易反应沼气的产生量在反应器负荷允许的范围内基本决定于短期内的进料量即进料多产气量大进料少产气量小停止进料短期即停止产气。二是成熟反应器中的沼气发酵厌氧微生物具有非常强的耐饥饿性在长期不进料的情况下反应器内的微生物能够长期耐受而且再启动时可以迅速恢复正常高效产气。水溶性有机物高效沼气发酵技术的以上两点技术特征均符合温室需能波动性的要求。但是如果单独为了温室供能需要而刻意外购水溶性有机物作为发酵原料生产沼气不仅成本上与化石能源不具竞争优势而且也达不到生物质废弃物资源就地利用、开展循环经济和环境建设的目的。因此水溶性有机物高效沼气发酵技术也不适合温室供能需求。3．技术内容本文提供一种可以根据温室生产实际把分散在全年产生的种植业有机废弃物投加到发酵系统中然后根据温室供能需求随时通过发酵系统生产沼气能够为温室提供可用的沼气发酵系统及发酵方法。其中发酵系统由生物酸化积肥装置、缓冲调节池、高效沼气发生装置、出水沉淀池、出水暂存池和沼气缓存装置依次经管道和阀门连接组成。其结构如图1所示。其中生物酸化积肥装置和缓冲池设置主控制阀缓冲池与高效沼气发生装置之间设置泵高效沼气发生装置、出水沉淀池出水暂存池之间通过水的重力自流完成连接出水暂存池同时与缓冲调节池和生物酸化积肥装置相连中间依次设泵和配水器高效沼气发生装置联接沼气缓存装置。为了保证沼气发酵能够满足温室供能需求以上发酵系统按如下步骤管理第一、进行生物酸化积肥装置的启动和原料生物酸化储存具