一種水氣換位沼氣生產方法和水氣換位沼氣池的製作方法

2023-10-05 04:15:04

專利名稱：一種水氣換位沼氣生產方法和水氣換位沼氣池的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種有機廢棄物和液體有機汙染物厭氧發酵製備沼氣的技 術和裝置，特別是一種沼氣的水氣換位沼氣生產方法和水氣換位沼氣池。
背景技術：
目前沼氣技術在我國新農村建設中發揮越來越大的作用，沼氣池一方 面能夠處理有機垃圾產生生物能源，另一方面能夠轉化畜牧業產生的糞便 為有機肥料，並且對其他很多農業有機物和有害物質都能夠在沼氣池中得 到轉化和無害化，所以沼氣具有美化農村生態環境的作用。在我國農村中 普遍以戶用型沼氣為主，而且是地下式建造的。目前我國沼氣池使用的原 理和技術主要是水壓式沼氣池技術，當厭氧發酵產生的沼氣氣壓大於水壓 時，水的空間被沼氣佔用，從水壓間外排多餘的水量；而當沼氣氣壓小於 水壓時，水向氣室流動，並構成水壓與氣壓的平衡，從而使沼氣的壓力保 持相對恆定。1984年中國標準出版社出版了國家標準局發布的 GB/T4750-1984《農村家用水壓式沼氣池標準圖集》提出了農村沼氣池的結 構，形狀為圓形或球形，設有進料口、出料口、發酵間、氣箱、活動蓋、 導氣管、出料間兼用水壓箱，因此稱之為水壓式沼氣池。2002年中國標準 出版社出版了國家質量監督檢驗檢疫局發布的GB/T4750-2002《戶用沼氣 池標準圖集》中提出"圓筒形沼氣池"和"橢球形沼氣池"，是對原有的 "水壓式沼氣池"做出了進一步的改進和標準化，使"水壓式沼氣池"成 為目前我國沼氣池建設的基本方法。而GB/T4750-2002《戶用沼氣池標準 圖集》中所提出"曲流布料沼氣池"，也採用了水壓式沼氣池的方法，其 特點是池底由進料口向出料口傾斜，在池底面設置了布料板，使發酵原料 呈曲線流動，增加了擴散面，延長了發酵原料的運轉。專利號為 ZL02226392.6的中國專利《一種深藏式沼氣池》公開了一種沼氣池，提出 了發酵池頂為半球型，池底為圓形的沼氣池，發酵池頂距地表0. 3-2米， 且發酵池底芯位置底於圓周邊緣位置，池底均勻地呈緩坡狀向池芯傾斜和匯聚。專利號ZL200720049008.2的中國專利《一種大容量沼氣池》對深藏 式沼氣池進行了改進，並且公開沼氣池之間的連接和容量擴大方法。
上述沼氣池在發酵發酵上採用一次投料，混合發酵，沼氣壓力的調節 是水壓調節的。
國家推廣標準沼氣池GB/T4750-2002《戶用沼氣池標準圖集》在使用 過程中存在以下缺點l.設計有氣室，這個氣室就是沼氣池上半部削球體， 在產氣時擴大，不產氣時不變，因而在氣室下面形成了永久結殼；2.由於 固定氣室的存在減少了有效發酵體積。
中國專利《一種深藏式沼氣池》和《一種大容量沼氣池》存在有如下 問題l.開挖深度太深，增加了施工費用和施工難度，特別是在地下水位 高時很難建設；2.由於沼氣池埋藏太深和水頭太高，造成了沼氣氣壓太大， 後續沒有合適的沼氣器具，需要降壓使用，從而顯得沒有必要；3.由於埋 藏太深，沼氣池內氣壓大，造成進料不暢通，微生物菌體在高壓力下生存， 影響產氣效率。
所以改變固定氣室為水氣換位方法，減少沼氣池氣壓是提高沼氣發酵 效率的重要方法。

發明內容
本發明的目的在於提供一種新的沼氣生產方法，既水氣換位沼氣發酵 方法。水氣換位沼氣發酵技術就是進水池與水壓池的池底要高於沼氣池的 最高水面；當沒有產氣的時候，沼氣池內部充滿處理水，沒有預留空間作 為氣室，這時沼氣的體積為零；當產生沼氣時，沼氣氣壓升高，把一部分 處理水推動到水壓間，產生體積為V的沼氣，並形成變化的氣室；隨著沼氣 產生的逐漸增多，氣室變大，沼氣體積V也變大，氣室的體積V等於水壓間 所增大的體積V。所以水的體積和氣的體積是互換的，這就是水氣換位沼氣 發酵技術和水氣換位沼氣池。
本發明的目的是通過提供一種水氣換位沼氣發酵方法和沼氣池。
本發明內容包括水氣換位沼氣發酵方法和水氣換位沼氣池。
本發明是通過以下技術方案實現的。
本發明的水氣換位沼氣池包括以下部分組成，進水池、出水池、沼氣 池主體、沼氣池單體的連接、以及沼氣池活動蓋及天窗組成。進料池、發酵池、出料池之間有管道連通，進料池的位置高於出料池。 進料池、出料池的形狀為長方形或者圓形。進料池包括池體、進料池上蓋、 位於池上部的進料口、位於池底與沼氣池連通的進料管。出料池包括池體、 位於池體上部的出料口、出料池上蓋、位於池底與沼氣池連通的出料管等 結構組成。進料池與出料池的結構、建設和形狀與現行的沼氣池一樣。
發酵池的半徑為R，高為R。
進料池池底高於發酵池頂O. 2-0. 5米左右，發酵池內的進料管管口高於 發酵池底面的O. 3米以上和1/3R以下之間。
出料池池底與發酵池池頂在相同水平上，出料池池底低於進料池池底， 發酵池內的出料管管口高於發酵池內的進料管管口，發酵池內的出料管管 口低於發酵池頂面的O. 5-1. 0米以上和1/2R以下之間。
發酵池為半球形，池底呈圓形，發酵池底圓心位置低於外周，呈現凹 形，外周緩慢地向中心傾斜和匯聚。
發酵池的池蓋位於池頂的中央部位，是可移動的，稱為天窗，大小為 0.6-0.8左右的倒圓臺形。天窗與池壁接合的位置要穩固和貼近，幾何形狀 一致。池蓋中央預加一根金屬沼氣管，有兩個提拉耳，便於安裝和維修。
本發明可以產生以下的有益效果。
1. 由於發酵過程中的水氣換位作用，使發酵池內壓力循環自成系統，打破 了沼氣池氣水界面的結殼，使氣水動態變化，實現了結殼的自動破除作用。
2. 由於建設在地下，保證了發酵溫度的恆定，打破了發酵的溫度變化，減 少了夏季的高溫和冬季的低溫對發酵作用的擾動。
3. 在發酵過程中，由於產生較大的氣體壓力，可以實現沼渣和汙泥的自動 外排，從而實現了沼氣池的自動清殼排渣。
4. 根據需要可以建設多個單體沼氣池的相互連接構成大容量沼氣池，這樣 能避免建築太大造成的材料浪費。各種體積沼氣池的多池聯動，形成統一的沼 氣池。


圖l為本發明的技術流程和操作方法(見圖l); 圖2為本發明沼氣池實施的總體結構圖(見圖2); 圖3為本發明中沼氣池的俯視圖(見圖3);圖4為本發明中沼氣池單體連接圖(圖4)。
圖中，進料池l，進料管2，發酵池3，池蓋4，主池底基與圈梁5，出料 管6，出料池7，沼氣管8。
具體實施例方式
本發明公開了沼氣的水氣換位發酵方法和水氣換位沼氣池技術，所使 用的原料是農村有機廢物，特別是養殖業糞便、食品和生物汙水等，原料 來源要足夠。
本發明的沼氣池容積計算方法，假設沼氣池的總體形狀為半球形，設 沼氣池容積為V (立方米)，H為沼氣池的總體高度(米)，D為沼氣池池內 直徑(米)，R為池內半徑(米)，天窗高度為d (米)，沼氣池池底凹深 h (米)。
那麼，沼氣池體積V^1+V2，其中V1為沼氣池上半球體積，V2為沼氣池 下凹體積，上半球是整個的半球，下凹是倒圓錐。 上半球V1=2/3jiR3，下凹V2 = 1/3nhR2，
表l沼氣池單體的幾何尺寸(米)
主池容積(m3)6810205080100
主池直徑D2. 83.13. 34.25. 76. 77. 2
半徑(高)R1. 41.551. 652. 12. 853. 353. 6
凹深h0. 20.20. 20.30. 30. 30. 3
本發明的沼氣池可大可小，計算時由於下凹形很小，體積可以忽略。.
建設時建議使用100立方米以下單體體積，如果是建設超過100立方米的沼
氣池，則需要幾個單體沼氣池連接建設，而體積計算則是各個單體體積之
和，如圖4所示。
從圖l的沼氣水氣換位發酵方法和水氣換位沼氣池技術的工藝流程來 看，本發明的特點是沼氣池不設氣室，當產氣時就會自動形成氣室，當不 產氣時沒有氣室，也就是說氣室是發酵池的一部分，自動氣室的形成是排 渣和排水的主要動力來源。本發明公開的水氣換位沼氣發酵方法和水氣換位沼氣池技術可見圖2、 圖3和圖4，為了實施這個技術需要建設配套的沼氣池，下面結合附圖對本 發明作進一步說明。
本發明的進料池是與傳統沼氣池的進料池一樣的，進料池大小為沼氣 池主體體積的10%左右，進料池的底面高於沼氣池的頂面，也高於出料池 的底面，進料池內設置一個進料管，進料管與沼氣池的水平夾角的角度為 50-60度，以保證物料以一定的陡度進入沼氣池內，進料管的管徑大小為 0. 3-0. 4米左右。
沼氣池的出料池也是與傳統沼氣池的出料池一樣的，出料池大小為沼 氣池主體體積的25%左右，出料池的底面低於進料池的底面，並且出料池 的底面與沼氣池的頂面在一個水平上，這樣保證了水氣換位的運作。出料 池內設置一個出料管，出料管管徑大小為0.3-0.4米左右，出料管內安插 一個cP110或者①160的汙泥管，直插到沼氣池的內部中心地面上，汙泥管 末端固定在出料池底面上。
本發明的沼氣池蓋是與傳統沼氣池天窗的結構是一樣的，天窗是內徑 為0.6-0.8米的圓形的蓋板構成，池蓋呈現底小頂大的倒圓臺形，池蓋中 央設置一根沼氣管，池蓋上有兩個拉耳，整個池蓋的設計和建造方式與傳 統的水壓式沼氣池一致。天窗外周是一個圓形天窗牆，高度為d，直徑大 於池蓋， 一直修建到地面。
沼氣池主體是一個半圓球形，建設材料一般使用磚砌築，由於呈半球 形結構，沼氣池半球形表面所受到的壓力是逐漸分散的。
沼氣池之間的連接是通過水管、牆壁或者池體相互連接的，內部形成 一個統一的、組合的、封閉的池體，當沼氣池容積變大時最好使用多池連 接方式，沼氣池球體的數據結構見表1，平面圖見圖3，沼氣池之間的連接 見圖4。
沼氣池之間的連接，可以是多個池的銜接，但是僅需要一套進出料池 即可。進料池和出料池要相應地變大，各個池之間的位置可以呈現直線形、 三角形或多邊形，要根據地形地貌決定。
權利要求
1.一種沼氣的水氣換位發酵方法和沼氣池，其特徵是，進水池與水壓池的池底要高於沼氣池的池頂，當沒有產氣的時候，沼氣池內部充滿處理水，沒有預留空間作為氣室，當產生沼氣時，沼氣氣壓升高，把一部分處理水推動到水壓間，並形成變化的氣室，隨著沼氣產生的逐漸增多，沼氣體積在沼氣池中的位置也逐漸變大，移動氣室的體積等於水壓間所增大的體積，所以水的體積和氣的體積是互換的。
2. 根據權利要求書1所述的沼氣池建造方法，其特徵是，沼氣池組成有進 料池、出料池和發酵池，進料池池底高於發酵池頂部，出料池池底低於進 料池池底，並且出料池池底與發酵池池頂處於同一水平上，發酵池為半球 型結構，發酵池內出料口高於進料口，如果要增加發酵池體積，可以多個單體連接。
全文摘要
本發明公開了一種沼氣的水氣換位發酵方法和沼氣池，利用本方法可以實現沼氣的水氣換位發酵，能夠產生氣壓較高的沼氣和自動打破沼氣池內所形成的結殼，並使沼氣池結構簡單，本發明取消了傳統沼氣池的氣室，進出料池高於發酵池，發酵池為半球型結構，要增加發酵池體積，可多個單體連接，當沒有產氣的時候，沼氣池內部充滿處理水，當產生沼氣時，沼氣把一部分處理水推動到水壓間，並形成變化的氣室，這樣的結構實現了水氣換位發酵。
文檔編號C02F11/04GK101550429SQ20091003928
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月8日 優先權日2009年5月8日
發明者濤 朱, 胡康利, 陳子教, 高雲超 申請人:廣東省技術經濟研究發展中心