專利名稱：一種沼氣的兩池雙發(fā)酵方法和沼氣池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機廢棄物厭氧發(fā)酵制備沼氣的技術(shù)和裝置，特別是一種沼氣的
兩池雙發(fā)酵方法和沼氣池。
背景技術(shù)：
目前在我國農(nóng)村通用的沼氣池中，以戶用型沼氣池為主，占數(shù)量的絕大多數(shù)，沼氣池在農(nóng)村的作用在于，沼氣池一方面能夠處理有機廢棄物產(chǎn)生生物能源，另一方面能夠發(fā)酵畜牧業(yè)產(chǎn)生的糞便為有機肥料，同時能夠?qū)⒂绊戅r(nóng)村環(huán)境中的污染物統(tǒng)統(tǒng)納入沼氣池中厭氧降解和轉(zhuǎn)化，具有美化生態(tài)環(huán)境的作用，因而沼氣已經(jīng)成為新農(nóng)村建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)。在我國農(nóng)村中一般使用的戶用型沼氣池有6m3、8m3和10m3三種形式。我國沼氣池使用的原理主要是水壓式發(fā)酵技術(shù)，當厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣氣壓大于水壓時，水的空間被沼氣占用，當沼氣氣壓小于水壓時，水向氣室流動，并構(gòu)成水壓與氣壓的平衡，從而使沼氣的壓力保持相對恒定。1984年中國標準出版社出版了國家標準局發(fā)布的GB/T4750-1984《農(nóng)村家用水壓式沼氣池標準圖集》提出了農(nóng)村沼氣池的結(jié)構(gòu)，形狀為圓形或球形，設(shè)有進料口 、出料口 、發(fā)酵間、氣箱、活動蓋、導(dǎo)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(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫局發(fā)布的GB/T4750-2002《戶用沼氣池標準圖集》中提出"曲流布料沼氣池"，其特點是池底由進料口向出料口傾斜，在池底面設(shè)置了布料板，使發(fā)酵原料呈曲線流動，增加了擴散面，延長了發(fā)酵原料的運轉(zhuǎn)。2007年科學(xué)技術(shù)文獻出版社出版的西北農(nóng)林科技大學(xué)邱凌在《庭院沼氣高效生產(chǎn)與利用》書中敘述了"旋流布料沼氣池"，其特點是，在底池上建設(shè)一個曲率半徑為5D/8的圓弧型導(dǎo)流板將進出料隔斷，使入池原料在導(dǎo)流板的導(dǎo)流作用下，必須沿導(dǎo)流板旋動才能到達循環(huán)管和抽渣管的下部，從而延長了入池發(fā)酵原料的流動路程和滯留時間，并且西北農(nóng)林科技大學(xué)邱凌也提出了中國專利ZL97243731. 2 "旋流布料自動循環(huán)沼氣池"，對旋流布料沼氣池進行了技術(shù)描述。
以上沼氣池的類型，是我國目前通用的推廣標準，在發(fā)酵上采用一次投料，混合發(fā)酵。不存在原料的預(yù)處理和預(yù)發(fā)酵階段。沼氣壓力的調(diào)節(jié)是水壓調(diào)控。
這些主流推廣使用的幾種沼氣池，在建造和使用過程中有如下缺點1.需要設(shè)置一個進料口 、一個出水口兼水壓間、 一個活動蓋， 一共三個開口 ，三個開口的建設(shè)需要設(shè)計和施工，所需費用約為總造價的1/3左右，如果減少開口的數(shù)量，可能會減少造價和節(jié)省材料；2.發(fā)酵是混合發(fā)酵，沒有原料預(yù)發(fā)酵階段，即使有預(yù)發(fā)酵階段，也不能有效地接種微生物，存在著原料處理差，發(fā)酵不徹底問題；3.由于進料口建筑面積小、進料口坡度小、或者當沼氣氣壓大時，進料口堵滿水，會造成進料漂浮、進料很難入池、進料被阻擋現(xiàn)象，這樣對進料造成不方便，甚至不能進料。所以解決原料入池與預(yù)發(fā)酵問題是沼氣發(fā)酵的關(guān)鍵技術(shù)之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新的沼氣發(fā)酵技術(shù)，既兩池雙發(fā)酵技術(shù)。兩池就是建造兩個發(fā)酵空間，一個是原料預(yù)處理和水壓結(jié)合間，一個是發(fā)酵間。所謂雙發(fā)酵就是兩次發(fā)酵，一次是原料的發(fā)酵，是兼性的，以厭氧為主，兼有好氧的原料發(fā)酵過程；一個是絕對厭氧的沼氣發(fā)酵過程。 本發(fā)明的目的是提供一種兩池雙發(fā)酵方法和沼氣池。
本發(fā)明內(nèi)容包括兩池雙發(fā)酵方法和兩池雙發(fā)酵沼氣池。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。 原料是農(nóng)作物秸稈、人糞尿、畜禽糞便，以及其它的農(nóng)業(yè)有機廢棄物，但是不能含有石塊、土壤、洗滌劑、金屬板塊等不能消化的無機物質(zhì)。農(nóng)作物秸稈切碎，不能長于300mm，所投入的秸稈總體積不能多于所投入的總體積的1/3，所投入的糞便最好以新鮮為主，糞污水的投入量不能少于2/3，使發(fā)酵液中有機物質(zhì)的干含量在8%上下。 沼氣池分為上下兩池，上池為兼用池，是水壓間和預(yù)發(fā)酵間公用的，本發(fā)明稱之為兼用池；下池為發(fā)酵池，是一個傳統(tǒng)的沼氣池。 原料投放到上面的兼用池中，由于兼用池也是水壓間，在兼用池中沼液、沼渣、原料三者共處一個空間中，并且隨著水壓的變動產(chǎn)生混合和攪拌作用，由于與外界大氣相通，所以存在著部分有氧狀態(tài)，在這種情況下進行的發(fā)酵作用是兼性發(fā)酵，原料可以在這種兼性狀態(tài)下，進行酶解，使大分子化合物分解為小分子化合物，再分解為甲烷的前體物質(zhì)。而且這個發(fā)酵階段是不需要厭氧的，兼性狀態(tài)有利于預(yù)發(fā)酵，而且由于有大量的沼液、沼渣進行充分的接種作用，使得預(yù)發(fā)酵效率提高。 本發(fā)明的兩池雙發(fā)酵沼氣池包括以下部分，上池即兼用池、活動蓋進出水系統(tǒng)、沼氣池主體；具體由兼用池1、沼氣池2、天窗3、進出料備用管4、沼氣金屬管5、兼用池外墻6、頂返水孔7和人行路8組成。 活動蓋進出水系統(tǒng)包括天窗3和進出料備用管4，是當不使用兼用池1時，原料
和處理水進出的備用系統(tǒng)。本項發(fā)明取消了傳統(tǒng)沼氣池的進水口和進水管，采用活動蓋
進出水系統(tǒng)進出水，進出料備用管4是聯(lián)結(jié)天窗3和沼氣池2的水泥管，管段直接深入至
沼氣池底端中央，管內(nèi)徑300mm，為使進出料暢通，管底做成傾度45。的斜面，也可管底開
200X200mm開口，以使進出料管4與沼氣池2主體保持良好的連接狀態(tài)。 沼氣池2主體是一個圓球形的閉合罐體，分三個部分，即沼氣池上半球、沼氣池圓
柱體、沼氣池下半球。上下半球如果不方便建筑時，可以使用梯形截面體。本沼氣池與傳統(tǒng)
水壓式沼氣池的建設(shè)基本一致，本沼氣池?zé)o需建設(shè)常規(guī)的進水口和出水口 。 沼氣池2上蓋為傳統(tǒng)的水壓式沼氣池天窗3兼安裝進出料備用管4，其密封方法與
傳統(tǒng)沼氣池一樣。在天窗3旁邊離進料管一定距離內(nèi)，插設(shè)一個金屬沼氣管5作為沼氣的
起始接頭。 本發(fā)明的兼用池包括兼用池1和頂返水孔7，兼用池1是用于進出料和水壓間的，具有進料、出料、水壓間功能，所以稱為兼用池。兼用池1是在沼氣池2圓柱體墻壁上延伸而出的水池，直徑大小與沼氣池圓柱體一樣，高度為沼氣池的上拱高與天窗高度之和。但是兼用池1的建筑是3/4的圓形水池，留下1/4為人行路8，以便人進出、觀察沼氣池，以及對沼氣池2進行各種操作。頂返水孔7是連接沼氣池2與兼用池1的通道，本沼氣池采用頂返水設(shè)計，用沼氣的壓力調(diào)節(jié)水壓。頂返水孔7是一個直徑為300mm的圓管，設(shè)計高度為沼氣池2圓柱體的1/2處，這樣頂返水孔7的長度約為700mm，頂返水孔7的位置在兼用池1人行路8的對面，既兼用池1的中間處。以便于管理和進出料液。
本發(fā)明可以產(chǎn)生以下的有益效果。
1.改變傳統(tǒng)的一次發(fā)酵技術(shù)為二次發(fā)酵技術(shù)，使原料能夠充分降解。 2.沼氣池結(jié)構(gòu)簡單，可降低建設(shè)成本，取消傳統(tǒng)沼氣池的進出水口，增加了天窗進
出料備用裝置，延長了沼氣池的功能和壽命。


圖1為本發(fā)明的技術(shù)流程和操作方法(見圖1);
圖2為本發(fā)明沼氣池實施的總體結(jié)構(gòu)圖(見圖2);
圖3為本發(fā)明中沼氣池的俯視圖(見圖3);
圖4為本發(fā)明的另外一種建設(shè)方式(圖4)。
具體實施例方式
本發(fā)明公開了沼氣的兩池雙發(fā)酵方法和沼氣池技術(shù)，所使用的原料必須是農(nóng)村有機廢棄物，例如秸稈、糞便、潲水、食品剩余物、生物污水，不能含有石塊、金屬、洗滌劑、土壤等，以便保證發(fā)酵的可持續(xù)性能，并不能累積沉淀。 從圖1的兩池雙發(fā)酵方法和沼氣池技術(shù)的工藝流程來看，農(nóng)作物秸稈切碎，不能長于300mm，所投入的秸稈總體積不能多于所投入的總體積的1/3，所投入的糞便最好以新鮮為主，糞污水的投入量不能少于2/3，發(fā)酵液中有機物質(zhì)的干重含量在8%上下。
所謂雙發(fā)酵就是發(fā)酵兩次，第一次是兼性發(fā)酵，是在兼用池1中進行的兼性發(fā)酵過程，其結(jié)果是原料的混合、預(yù)處理、預(yù)分解的從生物大分子降解為小分子化合物的過程，這是一個兼性需氧的形成甲烷前體的過程。第二次發(fā)酵是厭氧發(fā)酵，是在沼氣池2中進行的把小分子化合物轉(zhuǎn)化為甲烷的過程。兩個過程分離開來，是因為兩個過程是由具有不同生態(tài)位的微生物區(qū)系作用的，區(qū)分兩個過程有利于兩類細菌的相互富集和分別發(fā)揮作用。所以本發(fā)明稱之為雙發(fā)酵技術(shù)及其應(yīng)用。 本發(fā)明公開的沼氣兩池雙發(fā)酵方法和沼氣池技術(shù)中，為了實施這個技術(shù)需要建設(shè)配套的沼氣池，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。 本發(fā)明屬于能源生態(tài)型沼氣利用模式，處理后的沼液和沼渣可以用于肥料或者養(yǎng)魚。建設(shè)材料根據(jù)沼氣池大小不同，采用不同的混凝土結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明的沼氣池容積計算方法，總體形狀為圓柱削球型，設(shè)沼氣池2容積為V(立方米)，P為曲率半徑(米)，f矢高(米)，H為沼氣池2圓柱池墻高(米)，D為池內(nèi)直徑(米)，R為池內(nèi)半徑(米)，天窗高度為h。
那么，沼氣池圓柱體VI = Ji R2H， 池蓋和池底削球殼體的曲率半徑為P = (4f2+D2)/8f， 則削球池蓋和池底的體積分別為V = Ji f2 (3 P -f) /3， V = V2+V3， 沼氣池2總體積為V = Vl+V2+V3， 兼用池1的體積V4 = [3 Ji R2 (fl+h) - Ji fl2 (3 P l-fl) ] /4 表1環(huán)流布料沼氣池幾何尺寸(米)
5主池容積(m'3) B S ^ 1^ IE 2^
主池直徑D2.42.73.03.23.43.6
池墻高度H1.01.01.01.01.21.4
池蓋矢高fl0.480.540.60.640.680.72
池蓋半徑Pi1.741.962.182.322.462.60
池底矢高f20.340.390.430.460.490.51
池底半徑P22.282.542.843.013.223.41
兼用池體積(V4)1.792. 383. 093.634. 244. 90 本發(fā)明的沼氣池主要為戶用型，體積不易太大。應(yīng)用對象為農(nóng)戶、小型養(yǎng)殖場、小型食品加工廠等有機污水排放處理產(chǎn)生沼氣使用。 進出料備用管4與活動蓋天窗3是共用的，本發(fā)明設(shè)單獨的進出水口 ，天窗3是內(nèi)徑為1米的圓形或者邊長為1米的長方形，其設(shè)計和建造方式與傳統(tǒng)的水壓式沼氣池一致(如圖2)。天窗3中央設(shè)置一個進出料備用管4，進出料備用管是一個內(nèi)徑為300mm的水泥管道，高度為(H+fl+f2)，所以水泥管道伸到沼氣池最底端，側(cè)面開斜口或者在側(cè)面開口大小為200 X 200mm，進出料備用管4放置到沼氣池中心，形成了 一體化的天窗/備用進出料裝置，此系統(tǒng)是備用的，當不采用雙發(fā)酵時采用?？梢?，本發(fā)明取消了傳統(tǒng)沼氣池的進水口 、進水管和出水口，采用天窗備用進出料，進出料使用中央管道。 本發(fā)明沼氣池的沼氣金屬管5位置在沼氣池上蓋凸形部位設(shè)置一個沼氣管，是一個插設(shè)在天窗3或者沼氣池2氣室上部的一個金屬沼氣管，這個金屬管構(gòu)成了沼氣的起始接頭。 沼氣池2主體是一個圓柱體和上下各一個半球體組合的封閉水泥池，是不漏氣的罐體結(jié)構(gòu)，沼氣池2圓柱體和上下半球的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見表l，與傳統(tǒng)的水壓式沼氣池一致。沼氣池2圓柱體內(nèi)部不設(shè)任何水流導(dǎo)向裝置。 沼氣池2與兼用池1的連接是通過頂返水孔7實現(xiàn)的，頂返水孔7是一個直徑為300mm的圓管，設(shè)計高度為沼氣池2圓柱體的1/2處，這樣頂返水孔7的長度為700mm，頂返水孔7的位置在兼用池1人行路8的對面，既兼用池1的中間處。以便于管理和進出料液。在沼氣池2上部是一個兼用池1 ，兼用池1只建設(shè)3/4，留1/4位置為人行路8 (圖3)。兼用池1的高度為fl+h，h為天窗3高度，一般通用的天窗高度為300mm，所以兼用池體積(h =300mm)見表1所示。 兼用池1的建造就是沿著沼氣池2圓柱體上灌混凝土外壁，達到與沼氣池天窗平齊為止，建造體積為3/4，留1/4為人行路8，如果不設(shè)人行路8，可能操作不方便(圖2)。
權(quán)利要求
一種沼氣的兩池雙發(fā)酵方法和沼氣池，它包括建造兩池雙發(fā)酵沼氣池，并取消傳統(tǒng)沼氣池的進出水口，增加了使用設(shè)計天窗做進出料備用裝置，所建造的沼氣池分為上下兩池，上池為兼性好氧的兼用池，是水壓間和預(yù)發(fā)酵間共用的，下池為絕對厭氧沼氣發(fā)酵池，兼用池和沼氣池是通過頂返水孔連接的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求書l所述的沼氣池建造方法，其特征是，沼氣發(fā)酵原料直接投入到兼用池中，在兼性好氧狀態(tài)下實現(xiàn)了第一次發(fā)酵，而后隨著水壓的運動，水解的原料進入沼氣池并進行厭氧發(fā)酵，從而實現(xiàn)了雙發(fā)酵過程，轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的一次發(fā)酵技術(shù)為二次發(fā)酵技術(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種沼氣的兩池雙發(fā)酵方法和沼氣池，本方法可以轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)一次發(fā)酵技術(shù)為二次發(fā)酵技術(shù)，使原料充分降解，簡化沼氣池結(jié)構(gòu)。本發(fā)明取消傳統(tǒng)沼氣池的進出水口，增加使用設(shè)計天窗做進出料備用裝置，延長沼氣池的使用壽命。本發(fā)明的沼氣池分為上下兩池，上池為兼用池，水壓間和預(yù)發(fā)酵間共用；下池為發(fā)酵池是一傳統(tǒng)沼氣池。兼用池和沼氣池通過頂返水孔連接，沼氣發(fā)酵原料直接投入兼用池中，在兼性狀態(tài)下實現(xiàn)第一次發(fā)酵，而后隨著水壓的運動，水解的原料進入沼氣池并進行厭氧發(fā)酵，完成雙發(fā)酵過程。
文檔編號C12M1/107GK101698855SQ20091019363
公開日2010年4月28日 申請日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月5日
發(fā)明者潘俊, 高云飛 申請人:高云飛;潘俊