一种人畜粪便厌氧发酵处理装置及处理方法
【专利摘要】本发明提供了一种人畜粪便厌氧发酵处理装置及处理方法，该装置中发酵池埋设于地面以下，且发酵池的池壁顶部高出地面100～300mm；池壁由内壁和外壁两层构成，内壁和外壁之间的净空间距100～500mm；净空顶部密封后留有进出气孔；在发酵池外壁上距池底0.3～0.6倍池高的位置设置进出水口；发酵池池壁的内壁上设置密封盖，在密封盖顶部设有排气孔；发酵池的池体外侧设有保温层，在保温层外侧设有用于支撑支撑架的结构基础，保温层和结构基础设置地面以下，结构基础上设有支撑架，支撑架上铺设充气薄膜，充气薄膜的端部埋设于地下，埋深不小于结构基础埋深。该装置能利用人畜粪便制备沼气和有机肥，产率高，处理量大，施工方便，应用范围广。
【专利说明】一种人畜粪便厌氧发酵处理装置及处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于废物资源化利用【技术领域】，尤其涉及一种人畜粪便厌氧发酵处理装置及处理方法。
【背景技术】
[0002]我国是资源大国，随着国民经济的快速增长，我国正面临着资源危机。除了开发利用新的资源外，研究废物的资源化利用将是一个有效的途径。我国现行《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》第三条明确规定，对固体废物要合理利用。国家环境保护“十二五”规划指出，鼓励废弃物的资源化利用。实现废物的资源化，也是废物的减量化，能够减少对环境的污染。
[0003]在日常生活中人畜粪便产生量大，因其有机质含量高而具有较高的利用价值。对人畜粪便处理，传统自然堆肥方法对环境的污染比较严重。目前对人畜粪便的处理以制肥为主，主要授权或公开的专利包括:人畜粪便无害化处理装置及处理方法(201210108775.1)、人畜粪便生物发酵颗粒有机肥生产工艺(201110141962.5)、人畜粪便无害化处理装置(201220157005.1)等，在这些方法中都需要加入微生物菌剂。为此，一些人研究制备人畜粪便的微生物菌剂，主要授权或公开的专利有:一种高活性无害化资源化人畜粪便复合处理剂的生产方法(200710042632.4)、一种处理人畜粪便的高效复合微生物菌剂的制备方法(200910050817.9) —种处理人畜粪便的高效复合微生物菌剂(200910050581.9)等，虽然加入制备的菌剂能够达到较好的效果，但是增加了处理的费用。也有人发明一种人畜粪便与厨余垃圾的处理装置(200820071610.0)和将人畜粪便就地转化为动物蛋白的转化设施(200810160974.0)，不用生物菌剂，但需要外界长期提供能量，运营成本高，且处理量非常有限，推广应用困难。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种人畜粪便厌氧发酵处理装置及处理方法，旨在克服常规发酵处理方法需要生物菌剂，成本高，推广困难的缺点，同时解决传统方法产生成果单一及废物利用不彻底的问题，该发明能够克服北方低温影响，应用范围不受地区限制。
[0005]本发明是这样实现的，一种人畜粪便厌氧发酵处理装置，包括发酵池、保温层、结构基础、支撑架以及充 气薄膜；其中，
[0006]所述发酵池埋设于地面以下，且所述发酵池的池壁顶部高出地面100~300mm ;所述池壁由内壁和外壁两层构成，内壁和外壁之间的净空间距100~500mm ;所述净空顶部密封后留有进出气孔；所述在发酵池外壁上距池底0.3~0.6倍池高的位置设置进出水口 ；
[0007]所述发酵池池壁的内壁上设置密封盖，在密封盖顶部设有排气孔；
[0008]所述发酵池的池体外侧设有保温层，在保温层外侧设有用于支撑支撑架的结构基础，保温层和结构基础设置地面以下，所述结构基础上设有支撑架，支撑架上铺设充气薄膜，所述充气薄膜的端部埋设于地下，埋深不小于结构基础埋深。[0009]所述人畜粪便厌氧发酵处理装置还包括保温隔离层；所述结构基础为混凝土基础，由间距为0.8~2.0m的前排和后排双层结构组成；其中，保温隔离层设于前排结构基础和后排结构基础之间，埋置深度与结构基础相同。
[0010]所述保温隔离层为泡沫板或苯板,厚度为50~150mm,埋深为1.0m~2.5m。
[0011]所述保温层材料为中粗砂，其含泥量不超过5%。
[0012]所述充气薄膜采用双层薄膜密封成许多气囊形成，所述气囊为方形，边长为100~500mm，所述气囊之间的密封处宽度为5~20mm。 [0013]所述支撑架为拱形钢结构，外部涂刷防腐油漆，所述支撑架为双排结构，前排和后排间距为0.8~2.0m0
[0014]所述池壁的内壁和外壁之间的净空在池壁顶部设置密封板，密封板上设置进出气孔为圆形或方形，直径或边长为20~200mm,设置2~4个,均匀布置。
[0015]所述发酵池采用钢筋混凝土材料制成，且做防水防腐处理。
[0016]本发明进一步提供了上述人畜粪便厌氧发酵处理装置在制备沼气和有机肥方面的处理方法，包括以下步骤:
[0017](I)在人畜粪便中加入5%~10% (重量比)的菌渣均匀混合后加入到发酵池中，同时根据人畜粪便的含水量测定结果，加入有机废水，控制混合物含水率在45%~65%、PH值6.8~7.5、温度35~45°C (中温发酵)、温度50~6(TC (高温发酵)条件下，进行
一次厌氧发酵后产生沼气；
[0018](2)在一次厌氧发酵后的混合废物中加入植物秸杆，与其均匀混合，加入的植物秸杆量根据混合后混合物的含水率确定，控制其含水率在20 %~35 %，在温度35~45°C (中温发酵)、温度50~60°C (高温发酵)条件下进行二次厌氧发酵后产生有机肥；
[0019]其中，在步骤(1)和(2)中，发酵温度是通过在内壁和外壁两层之间的净空注水，通过热交换进行控制。
[0020]在步骤(1)中，所述一次厌氧发酵的周期为:当日产气量低于前期平均产气量的40%或低于使用需求量时终止发酵；
[0021]在步骤(1)中，所述菌渣为蘑菇出菇结束后将菌糖粉碎成颗粒状，菌渣直径不大于 1Omm ；
[0022]在步骤(1)中，所述PH值采用石灰水调节；
[0023]在步骤⑵中，所述二次厌氧发酵的周期为5~12天；
[0024]在步骤(2)中，所述植物秸杆需要干燥后粉碎，粉碎长度根据肥料用途选择，其中，育苗肥秸杆长度小于4mm，其他用途肥秸杆长度小于8mm。
[0025]相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果:本发明能够有效的利用人畜粪便、菌渣和有机废水，实现废物的资源化利用；本发明采用双层空气薄膜，隔热保温效果好，能够克服寒冷天气的影响；发酵池采用双层侧壁，通过抽排或充水有效控制发酵温度，较非控温方法提高沼气的产气率20%~30%;本发明资源化利用水平高，产量为沼气和有机肥，实现资源的充分利用；本发明所用的原料来源广泛，整个发酵过程不需要加入额外的微生物菌种，处理量大，施工方便，可操作性强，应用范围广，成本低。
【专利附图】
【附图说明】[0026]图1是本发明人畜粪便厌氧发酵处理装置的平面布置示意图；
[0027]图2是本发明人畜粪便厌氧发酵处理装置的剖面示意图；
[0028]图3是本发明人畜粪便厌氧发酵处理装置中充气薄膜的结构示意图；
[0029]图4是本发明人畜粪便厌氧发酵处理装置中池壁顶盖排气孔布置结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0031]如图1~4所示，其中，图1是本发明人畜粪便厌氧发酵处理装置的平面布置示意图；图2是本发明人畜粪便厌氧发酵处理装置的剖面示意图；图3是本发明人畜粪便厌氧发酵处理装置中充气薄膜的结构示意图；图4是本发明人畜粪便厌氧发酵处理装置中池壁顶盖排气孔布置结构示意图。
[0032]本发明提供的技术方案在于:一种人畜粪便厌氧发酵处理装置，包括发酵池1、保温层4、结构基础5、支撑架7 以及充气薄膜8 ;其中，所述发酵池I由顶部开口的池壁2围成；所述池壁2埋于地面以下,池壁顶高出地面100~300_ ;所述池壁2由内壁和外壁两层构成，所述内壁和外壁之间的净空间距100~500mm，所述净空顶部密封后留有进出气孔14 ;在发酵池I外壁上距池底0.3~0.6倍池高的位置设置进出水口 3 ；
[0033]所述池壁2的内壁上设置密封盖10，所述密封盖10封住发酵池I的顶部开口，且所述密封盖10顶部设有排气孔11 ；
[0034]所述发酵池的池体外侧设有保温层4，所述保温层4外侧设有结构基础5，所述保温层4和结构基础5设置地面以下；所述结构基础5上设有支撑架7，所述支撑架7上铺设充气薄膜8，所述充气薄膜8铺设深度不小于基础埋深。
[0035]在本发明实施例中，更具体的，保温层4材料为中粗砂，其含泥量不超过5%。所述充气薄膜8采用双层薄膜密封成许多气囊12形成，所述气囊12为方形，边长为100~500mm，所述气囊12之间的密封处13宽度为5~20mm。支撑架7为拱形钢结构，支撑架7为双排结构，前排和后排间距为0.8~2.0m。池壁2的内壁和外壁之间的净空在池壁顶部设置密封板9，密封板9上设置进出气孔14为圆形或方形，直径或边长为20~200mm，设置2~4个，均匀布置。
[0036]在本发明的实际应用过程中，该人畜粪便厌氧发酵处理装置可以对人畜粪便进行厌氧发酵后制备沼气和有机肥。其中，将发酵混合原料置于发酵池I中密闭厌氧发酵，密封盖10和发酵池I组成一个相对封闭的空间，发酵池I中产生的甲烷气体在排气孔11处收集，一次发酵结束后，在发酵池I中加入粉碎的玉米秸杆，密闭进行二次发酵，发酵7天后，将发酵混合物烘干制备成为有机肥。
[0037]在整个发酵过程中，保温层4能很好的将发酵池I中的温度与地下温度变化隔绝开来；此外，充气薄膜8端部埋在地下，埋深不小于结构基础埋深，充气薄膜8与地面形成相对独立密闭隔绝空间，充气薄膜8采用的是双层空气薄膜，隔热效果好，能够克服寒冷天气的影响。而发酵池I中的温度通过进出水口 3抽排或注入池壁2中的水控制发酵温度在35~45°C (冬季、春季、秋季)、50~60°C (夏季)范围内，进出气孔14保证池壁2中的水抽排和注入过程中能够很好的循环，通过这种控温方式，本发明装置较非控温方法提高沼气的产气率20%~30%。在发酵过程中，可以再通过加入石灰水调节发酵池I的PH值，控制PH值在6.8~7.5之间；待发酵产气量低于0.20m3/天的用户使用要求时，发酵结束。
[0038]本发明装置能够有效的利用人畜粪便、菌渣和有机废水来制备沼气和有机肥，实现废物的资源化利用，并且沼气的产气率和有机肥产量高，资源化利用水平高；此外，本发明装置处理量大，施工方便，可操作性强，应用范围广，成本低。
[0039]在进一步的实施过程中，为了使得本发明装置的保温效果更加突出，在本发明实施例中，所述人畜粪便厌氧发酵处理装置还包括保温隔离层6 ;所述结构基础5为混凝土基础，由间距为0.8~2.0m的前排和后排双层结构组成；其中，保温隔离层6设于前排结构基础和后排结构基础之间，埋置深度与结构基础5相同。在本发明实施例中，更具体的，所述保温隔离层6为泡沫板或苯板,厚度为50~150mm,埋深为1.0m~2.5m。
[0040]在进一步的实施过程中，为保证人畜粪便厌氧发酵处理装置具有更长的使用寿命，在本发明实施例中，支撑架7的外部涂刷防腐油漆，发酵池I采用钢筋混凝土材料制成，且做防水防腐处理。
[0041]本发明进一步提供上述人畜粪便厌氧发酵处理装置在制备沼气和有机肥方面的处理方法，包括以下步骤:
[0042](I)在人畜粪便中加入5%~10% (重量比)的菌渣均匀混合后加入到发酵池I中，同时根据人畜粪便的含水率测定结果，加入有机废水，控制混合物含水率在45%~65%4!1值6.8~7.5、温度35~451:(中温发酵)、温度50~60°C (高温发酵)条件下，进行一次厌氧发酵后产生沼气；所述一次厌氧发酵的周期为:当日产气量低于前期平均产气量的40%或低于使用需求量时终止发酵；所述菌渣为蘑菇出菇结束后将菌糖粉碎成颗粒状，菌渣直径不大于IOmm ;所述PH值采用石灰水调节；
[0043](2)在一次厌氧发酵后的混合废物与植物秸杆均匀混合，加入的植物秸杆量根据混合后混合物的含水率确定，控制其含水率在20 %~35 %，在温度35~45°C (中温发酵)、温度50~60°C (高温发酵)条件下进行二次厌氧发酵后产生有机肥；在步骤(2)中，所述二次厌氧发酵的周期为5~12天；所述植物秸杆需要干燥后粉碎，粉碎长度根据肥料用途选择，其中，育苗肥秸杆长度小于4mm，其他用途肥秸杆长度小于8mm ；
[0044]其中，在步骤(1)和(2)中，发酵温度是通过在内壁和外壁两层之间的净空注水，通过热交换进行控制。
[0045]为了进一步说明本发明装置在制备沼气和有机肥方面的实际使用过程以及处理效果，本发明人畜粪便厌氧发酵处理装置在制备沼气和有机肥方面的处理方法提供更具体实施例，如下所述。
[0046]实例1:20m3的户用沼气池
[0047]I)制备发酵 池1:池深为2.0m，池内净空直径为3.8m ;池壁2的外壁与内壁净空间距为200mm，池壁2顶密封且高出地面200mm，池壁2顶密封位置设置排气孔14两个；池壁2采用钢筋混凝土材料，做防水防腐处理。
[0048]2)保温系统安装:支撑架7采用钢结构，外部涂刷防腐油漆；充气薄膜8铺设在支撑架7上，保温隔离层6采用苯板，安装厚度为80mm，埋深为1500mm，与结构基础5埋置深度相同；保温层4采用中粗砂，控制含泥量不超过5%;充气薄膜采用双层塑料薄膜封闭，气囊12为方形，其边长为300mm，充气部分平均厚度为50mm，密封处13宽度为10mm。
[0049]3)发酵混合原料制备:粉碎的菌渣颗粒直径小于10mm，加入人畜粪量的6% (重量比)与人畜粪便均匀混合，加入食品加工产生的有机废水调节原料的含水率在55%左右。
[0050]4) 一次发酵:发酵混合原料制备完成后置于发酵池I中密闭厌氧发酵I天后，检测甲烷气体产生量，同时进行甲烷气体的收集利用。
[0051]5)通过抽排或注入池壁2中的水控制发酵温度在35~45°C (冬季、春季、秋季)、50~60°C (夏季)；通过加入石灰水调节发酵池I的PH值，控制PH值在6.8~7.5之间；待发酵产气量低于0.20m3/天的用户使用要求时，发酵结束。
[0052]6) 二次发酵:在发酵池I中加入粉碎的玉米秸杆均匀混合，控制混合后混合物的含水率在20%~35%，密闭发酵7天后，将发酵混合物烘干制备有机肥。
[0053]实例2:IOm3的户用沼气池
[0054]I)制备发酵池1:池深为1.5m，池内净空直径为3.0m ;池壁2的外壁与内壁净空间距为100mm，池壁2顶密封且高出地面200mm，池壁2顶设置排气孔14两个；池壁2采用钢筋混凝土材料，做防水防腐处理。
[0055]2)保温系统安装:支撑架7采用钢结构，外部涂刷防腐油漆；充气薄膜8铺设在支撑架7上，保温隔离层6采用苯板，安装厚度为50mm，埋深为1.0m,与结构基础5埋置深度相同；保温层4采用含 泥量低的中粗砂；充气薄膜采用双层塑料薄膜封闭，气囊12为方形，其边长为200mm，充气部分平均厚度为50mm，密封处13宽度为10mm。
[0056]3)发酵混合原料制备:粉碎的菌渣颗粒加入人畜粪量的VA (重量比)与人畜粪便均匀混合，加入厨余有机废水调节原料的含水率在60 %左右。
[0057]4) 一次发酵:发酵混合原料制备完成后置于发酵池I中密闭厌氧发酵I天后，检测甲烷气体产生量，同时进行甲烷气体的收集利用。
[0058]5)通过抽排或注入池壁2中的水控制发酵温度在35~45°C (冬季、春季)、50~600C (秋季、夏季)；通过加入石灰水调节发酵池I的PH值，控制PH值在6.8~7.5之间；待发酵产气量低于0.20m3/天的用户使用要求时，发酵结束。
[0059]6) 二次发酵:在发酵池I中加入粉碎的水稻秸杆均匀混合，控制混合后混合物的含水率在20%~35%，密闭发酵5天后，将发酵混合物烘干制备有机肥。
[0060]发酵效果:实例I位于东北地区，夏季日平均产气量约为1.8m3，冬季日平均产气量约为0.Sm3 ;实例2位于华东地区，夏季日平均产气量达1.5m3，冬季日平均产气量约为
0.6m3 ;能够满足一般用户的需求。制备的有机肥用于农作物生长用肥，实现废物的充分利用。
[0061]本发明的处理方法能够有效的利用人畜粪便、菌渣和有机废水，实现废物的资源化利用，沼气的产气率以及有机肥产量高，资源化利用水平高；本发明处理方法所用的原料来源广泛，整个发酵过程不需要加入额外的微生物菌种，处理量大，施工方便，可操作性强，应用范围广，成本低。
[0062]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种人畜粪便厌氧发酵处理装置，其特征在于，包括发酵池、保温层、结构基础、支撑架以及充气薄膜；其中， 所述发酵池埋设于地面以下，且所述发酵池的池壁顶部高出地面100~300mm ;所述池壁由内壁和外壁两层构成，内壁和外壁之间的净空间距100~500mm ;所述净空顶部密封后留有进出气孔；所述在发酵池外壁上距池底0.3~0.6倍池高的位置设置进出水口 ； 所述发酵池池壁的内壁上设置密封盖，在密封盖顶部设有排气孔； 所述发酵池的池体外侧设有保温层，在保温层外侧设有用于支撑所述支撑架的结构基础，保温层和结构基础设置地面以下，所述结构基础上设有支撑架，支撑架上铺设充气薄膜，所述充气薄膜的端部埋设于地下，埋深不小于结构基础埋深。
2.如权利要求1所述的人畜粪便厌氧发酵处理装置，其特征在于，所述人畜粪便厌氧发酵处理装置还包括保温隔离层；所述结构基础为混凝土基础，由间距为0.8~2.0m的前排和后排双层结构组成；其中，保温隔离层设于前排结构基础和后排结构基础之间，埋置深度与结构基础相同。
3.如权利要求2所述的人畜粪便厌氧发酵处理装置，其特征在于，所述保温隔离层为泡沫板或苯板，厚度为50~150mm,埋深为1.0m~2.5m。
4.如权利要求1所述的人畜粪便厌氧发酵处理装置，其特征在于，所述保温层材料为中粗砂，其含泥量不超过5 %。
5.如权利要求1所述的人畜粪便厌氧发酵处理装置，其特征在于，所述充气薄膜采用双层薄膜密封成许多气囊形成，所述气囊为方形，边长为100~500mm，所述气囊之间的密封处宽度为5~20_。
6.如权利要求1所述的人畜粪便厌氧发酵处理装置，其特征在于，所述支撑架为拱形钢结构，外部涂刷防腐油漆，所述支撑架为双排结构，前排和后排间距为0.8~2.0m。
7.如权利要求1所述的人畜粪便厌氧发酵处理装置，其特征在于，所述池壁的内壁和外壁之间的净空在池壁顶部设置密封板，密封板上设置进出气孔为圆形或方形，直径或边长为20~200_，设置2~4个，均匀布置。
8.如权利要求1所述的人畜粪便厌氧发酵处理装置，其特征在于，所述发酵池采用钢筋混凝土材料制成，且做防水防腐处理。
9.权利要求1~8任一项所述的人畜粪便厌氧发酵处理装置在制备沼气和有机肥方面的处理方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)在人畜粪便中加入5%~10%(重量比)的菌渣均匀混合后加入到发酵池中，同时根据人畜粪便的含水量测定结果，加入有机废水，控制混合物含水率在45%~65%、PH值6.8~7.5、温度35~45°C (中温发酵)、温度50~6(TC (高温发酵)条件下，进行一次厌氧发酵后产生沼气； (2)在一次厌氧发酵后的混合废物中加入植物秸杆，与其均匀混合，加入的植物秸杆量根据混合后混合物的含水率确定，控制其含水率在20%~35%，温度35~45°C (中温发酵)、温度50~60°C (高温发酵)条件下进行二次厌氧发酵后产生有机肥； 其中，在步骤(1) 和(2)中，发酵温度是通过在内壁和外壁两层之间的净空注水，通过热交换进行控制。
10.如权利要求9所述的人畜粪便厌氧发酵处理装置在制备沼气和有机肥方面的处理方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述一次厌氧发酵的周期为:当日产气量低于前期平均产气量的40%或低于使用需求量时终止发酵； 在步骤(1)中，所述菌渣为蘑菇出菇结束后将菌糖粉碎成颗粒状，菌渣直径不大于10mm ； 在步骤(1)中，所述PH值采用石灰水调节； 在步骤(2)中，所述二次厌氧发酵的周期为5~12天； 在步骤(2)中，所述植物秸杆需要干燥后粉碎，粉碎长度根据肥料用途选择，其中，育苗肥秸杆长度小于4mm，其他用途肥秸杆长度小于8mm。
【文档编号】C05F3/06GK104016731SQ201410243055
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月3日 优先权日:2014年6月3日
【发明者】徐建玲, 王汉席 申请人:东北师范大学