专利名称：用于甲烷化高固相率生物质的沼气池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种沼气池，具体涉及一种用于甲烷化高固相率生物质的沼气池。
背景技术：
"高固相率生物质"这一术语应理解为与液相、可泵送生物质(主要用于湿润发酵
过程)相对的意思。因此，"高固相率生物质"应理解为不可泵送的生物质。 PCT国际申请W02007/096392公开了一种沼气池。该沼气池包括多个可气密和液
密关闭的消化罐，每个消化罐上有一个滤液排放管，每个排放管均设有一个渗滤泵和通往
公用渗滤池的开口。滤液可通过一根滤液回流管由公用渗滤池回流至消化罐中，滤液回流
管中配备有一个滤液再循环泵，其支管路与各个消化罐连通。各消化罐的填充液位或滤液
液位通过各自的形如压力传感器的填充液位传感器测量。 该沼气池的缺点是多个消化罐必须视为一个均质的整体系统，因为每个消化罐接 收的都是相同的滤液，在该系统中每个消化罐中发生的基本上是相同的转换过程。因此，该 沼气池使用的是同一种处理工艺，就容量而言由多个分系统(各个消化罐)构成的。
发明内容
以W02007/096392公开的沼气池为基础，本发明的目的是提供一种具有多个消化 罐的生物沼气池，该沼气池各个消化罐的转化过程更为灵活，是一种异质性的整体系统。
本发明的目的通过以下的技术方案实现
—种用于甲烷化高固相率生物质的沼气池，包括 —个具有多个可气密和液密关闭的消化罐的消化罐系统，每个消化罐上有一个装 料和回收口，用于装填和回收生物质；
—个沼气排放装置；
—个滤液池； —个用于将滤液由多个消化罐中排出并供给至滤液池的排液系统；
—个用于将滤液池中的滤液分配至各个消化罐生物质表面的配液系统；禾口
—个用于调节各个消化罐中滤液液位的滤液调节系统；
并且， 滤液池包括第一和第二两个滤液容器； 在第一和/或第二滤液容器间滤液的供给和排放是通过滤液调节系统进行的。
本发明中，滤液池包括第一和第二两个滤液容器，二者均可通过一个管路系统连 接至多个消化罐中的任何一个，每一个消化罐都可以独立的控制滤液进出滤液容器。相应 地，也就存在两个独立的滤液回路， 一部分的消化罐可以接收来自第一滤液容器的滤液，而 另一部分的消化罐可以接收来自第二滤液容器的滤液。类似的，滤液由一部分消化罐运回 至第一滤液池中，而来自另一部分消化罐的滤液被运回至第二滤液容器中。通过这种方式， Nawro (nachwachsende Rohstoffe，可再生资源)可在一部分消化罐中转化为生物沼气，而生活垃圾的有机组分在另一部分消化罐中转换。如果两种生物质形成的滤液不加以区分， 则来自生活垃圾滤液中的有机组分就会"污染""更为洁净的"来自可再生资源的滤液，其 结果导致可再生资源和有机组分生活废物这两种生物质的沼气转化均不理想。本发明中， 由于滤液回路是独立的，可以实现滤液与要发酵的生物质的一一对应性。例如，可再生资源 生物质作为一类通过独立的滤液回路接受与之适应的滤液，而分类收集到的有机废物和生 活废物的有机组分作为一类通过另一条独立的回路接受与之适应的滤液。在某种程度上， 就工艺来说，本发明的一个沼气池变成了两个，同时生产沼气。 作为优选，本发明还可以提供两个以上的独立滤液回路。即具有至少三个独立的 滤液回路，每个滤液回路都包括滤液容器、配液主管和排液主管。独立滤液回路的个数决定 了本发明沼气池中可发酵的生物质的种类。 作为优选，本发明沼气池的排液系统包括第一和第二两条排液主管，分别用于第 一和第二滤液容器与消化罐的连接；第一排液主管通过其支路第一消化罐排液管连接到各 个消化罐，第二排液主管通过其支路第二消化罐排液管连接到各个消化罐；其中每个消化 罐中均分配有一条第一和一条第二消化罐排液管，第一和一条第二消化罐排液管的开口设 于消化罐的滤液区，各个消化罐中的消化罐排液管相连通。 这样，每个消化罐都可以连接至第一个和/或第二滤液容器。在操作方面，通过将 参与一种沼气转化过程的消化罐连接至第一滤液容器，而将参与另一沼气转化过程的消化 罐连接至第二滤液容器，就可以实现两种沼气转化过程的分离。至于在哪个消化罐中发生 何种沼气转化过程则可按照本发明提供的装置自行决定。 作为优选，在消化罐系统和滤液池之间设有一个排液过滤系统，其位置设在第一 和/或第二排液主管处。这样，滤液在进入滤液池之前是经过过滤的。这种过滤措施还可 以设置在由滤液池再循环至消化罐的管线中，也可以是作为一种附加性的过滤措施。过滤 可确保分配装置(如喷嘴)不会被滤液中存在的杂质、悬浮物等所堵塞。另外，通过这种过 滤还可去除滤液中的重金属等。 作为优选，消化罐的第一和第二消化罐排液管在一个分支点处被分叉成一个连接
至第一排液主管的第一二级排液段和连接至第二排液主管的第二二级排液段和一个伸进
消化罐中的共用主排液段，并且在每个二级排液段中均装有一个截止阀。 这种设置实现了结构上的简化，其结果是不再需要实用单独的管线由两个主
排液主管引至每一个消化罐，而用一条所述的主排液段与消化罐相连，主排液段在在分支
点处分叉成所述一个连接至第一排液主管的第一二级排液段和连接至第二排液主管的第
二二级排液段。通过控制所述第二二级排液段上的截止阀，即可将每一个消化罐连接至第
一个和/或第二滤液容器。 作为优选，每个消化罐排液管包括一个用于将滤液运送至滤液池的泵。 这种设置允许消化罐和滤液池之间存在任意的三维关系。特别是，滤液池的位置
可以高于消化罐，因为可以借助泵将滤液运送至这一较高的位置。 作为优选，每个消化罐包括一个用于确定滤液液位的填充液位传感器，该传感器 与滤液调节系统连接。 这样，消化罐可以彼此独立地装填和排空，因为可以检测到每一个消化罐的滤液 液位。提供了由滤液调节装置借助填充液位传感器检测到的数据(滤液液位的高度)，根据消化罐的情况，可作为各泵的信号，通知其泵出滤液来使滤液液位降回至目标液位。目标液 位可以根据消化罐的排出量或生物质的组成等来确定。 作为优选，所述配液系统包括第一和第二两个配液主管，用于将第一和第二滤液 容器连接至消化罐； 第一配液主管通过第一消化罐配液管与各个消化罐连接，第二配液主管通过第二 消化罐配液管与各个消化罐连接；其中，每个消化罐中均设有一条第一和一条第二消化罐 配液管，消化罐配液管的端口设在消化罐的滤液区，并且各个消化罐中的消化罐配液管相 连通。 更优选地，消化罐的第一和第二消化罐配液管在分支点处分叉成第一和第二二级 配液段，以及一个伸入消化罐的共用主配液段，在每个二级配液段处均装有一个流量控制 阀。 这样，用于由滤液池回收滤液和将其分配给消化罐中的生物质的排液系统和配液 系统具有接近对称的结构。 在每个消化罐中都分配有多个主配液段，其中每个主配液段均在连接点处分叉成
连接至第一配液主管的第一二级配液段和连接至第二配液主管的第二二级配液段。 这样，通过设置沿消化罐的横截面分布的多个主配液段，可以使消化罐中生物质
的整个表面上分配的滤液都是均匀的。滤液的均匀分配还可以通过配合每个主配液段设置
回弹板来进一步优化，无论有多少个主分配装置，无论滤液由该主分配装置的哪个回弹板
排出以及由后者弹回，都会喷淋在整个生物质上。 作为优选，在消化罐系统和滤液池之间设有一个配液过滤系统，该配液过滤系统 具体位于第一和/或第二配液主管处。 作为优选，每一个主配液段中都装有一个截止阀。结合前述在每个二级配液段处 均装有一个流量控制阀。阀门的设置可以使每一个消化罐都可以连接至第一和/或第二滤 液容器，类似于排液系统。有利的是，阀门的控制是自动的，这样，不同的消化罐与其排液系 统和配液系统的连接是一一对应的。 作为优选，滤液池中的滤液容器按嵌套式排列。这种排列方式对于滤液池的空间 需求相比滤液容器并排摆放要小得多。 例如，如果滤液池中的滤液容器以同心管的形式排列，接节省了大约一半的空间，
同时也简化了连接至消化罐的管路。另外，外滤液容器可作为内滤液容器的隔热套。 作为优选，排放和回收口为摆片式，特别适合液压驱动，可在地面上关闭消化罐。
通过这种设置，借助适当的农业机械使消化罐的填料过程简单而且安全。 作为优选，每一个消化罐都包括一个装在消化罐中摆片后面(从填充方向看)的
阻挡装置，这样，填充的生物质至少有一部分可以被阻挡装置挡住。 作为优选，阀门为气动阀门。这样便可排除在沼气转化过程中可能由电动阀门的 火花触发气体爆炸的危险。
下面将结合以下附图详细描述本发明最佳的实施方式，以此进一步体现本发明的 特点和优势
图1是按照本发明最佳实施方式所述沼气池的示意图； 图2是排液系统回路详细图示；而 图3是配液系统回路的详细图示。 附图标记说明 IO本发明沼气池 20滤液池 22第一 (内)滤液容器 24第二外滤液容器 26 22和24间的隔壁 28 20的外壁 100排液系统 102第一排液主管 104第二排液主管 106消化罐 108第一消化罐排液管 110第二消化罐排液管 112主排液段 114滤液区域 116 112U16和118间的分支点 118第一二级排液段 120第二二级排液段 122 112处的泵 124 118禾口 120中的截止阀 126 100的过滤系统 128流量测量装置 200配液系统 202第一配液主管 204第二配液主管 208第一消化罐配液管 210第二消化罐配液管 212主配液段 216 214、218和220间的连接点 218第一二级配液段 220第二二级配液段 224 218和220中的流量控制阀 228 212中的截止阀 226 202和204中的过滤系统 230 202和204中的泵 232 202和204中的流量控制阀
234 202和204中的截止阀
236流量测量装置
具体实施例方式
如图1所示，作为实现本发明最佳实施方式的沼气池10包括一个滤液池20、一个 排液系统100， 一个配液系统200和大量(在本方案中为7个)消化罐106。
滤液池20包括一个位于内部的，柱状的第一滤液容器22和一个位于外部的，柱状 的第二滤液容器24，其中一个隔壁26将滤液容器22和24彼此分开，滤液池20的一个外壁 28与隔壁26的横切面两个同心圆。 排液系统100包括第一排液主管102和第二排液主管104，它们的开口设于第一滤 液容器22和第二滤液容器24中；还包括一个第一、第二消化罐排液管108和110，每个消 化罐106都通过第一消化罐排液管108连接至第一排液主管102，而通过第二消化罐排液管 110连接至第二排液主管104。消化罐106的第一、第二消化罐排液管108和110进一步细 分为由消化罐106内的滤液区114 一直延伸至消化罐106外部的一个分支点116处的共用 主排液段112，和一个由分支点116分别延伸至第一和第二排液主管102和104的第一二级 排液段118和第二二级排液段120。换句话说，第一消化罐排液管108由主排液段112和第 一二级排液段118组成，而第二消化罐排液管110由主排液段112和第二二级排液段120 组成，如图2所示(阀门未标)。 在每个主排液段112处，设有一个用于将滤液运送至滤液池20的泵122，而在每 段二级排液段118和120处，都设有一个截止阀124，用来控制管路的启闭，从而控制滤液 的流向。具体来说，通过关闭第一二级排液段118上的截止阀124和打开主排液段112上 的截止阀124，由泵122运送的滤液就可以经由主排液段112、第二二级排液段120和第二 排液主管104供给至第二滤液容器24 ;而通过打开第一二级排液段118上的截止阀124和 关闭第二二级排液段120上的截止阀124，滤液就可以经由主排液段112、第一二级排液段 118和第一排液主管102供给至第一滤液容器22。 通过控制消化罐106相关的截止阀124的启闭状态，还可以将第i个消化罐106的 滤液供给至第一滤液容器22，将第j个消化罐106的滤液供给至第二滤液容器24。其中， i，jG {1，…，nh本方案中n二7;对于所有消化罐106中的沼气转化过程相同的情况，如 果不需要，同时也不想要将各消化罐106中沼气转化过程相互隔离的情况下，则i = j ;而 沼气转化过程不相同的情况下，则i # j。在消化罐106和滤液池20之间，第一和第二排液 主管102和104中装有一个第一过滤系统126。在第一过滤系统126和滤液池20之间装有 一个流量测量装置128，检测第一和/或第二排液主管102和104中滤液的通过量。根据检 测到的数据和其它数据，阀门可以得到最佳的控制。 与排液系统100的第一和第二排液主管102和104类似，配液系统200包括第一 和第二配液主管202和204 (图3)，它们也有位于第一和第二滤液容器22和24中的开口。 每个消化罐106均通过两个第一消化罐配液管208连接至第一配液主管202，通过两个第 二消化罐配液管210连接至第二配液主管204(见图3)。 一个第一消化罐配液管208和一 个第二消化罐配液管210互相连通，连通后的管路包括一段由消化罐106的气体区域一直 延伸至分支点216的共用主配液段212、一段由分至点216分别连接至第一和第二配液主
8管202和204的第一和第二二级配液段218和220。类似的，另一个第一消化罐配液管208 与另一个第二消化罐配液管210也依上述方式连接。换句话说，每一个第一消化罐配液管 208都包括一段主配液段212和一段第一二级配液段218，而第二消化罐配液管210则包括 一段主配液段214和一段第二二级配液段220。 每段二级配液段218和220上，都装有一个流量控制阀224，而每段主配液段212 上，都装有一个截止阀228。在消化罐106和滤液池20之间，有一个过滤系统226装在配液 主管202和204上。另外，在配液主管202和204内还装有用于将滤液由滤液池20运至各 自的消化罐106的泵230以及流量控制阀232和截止阀234。与排液系统100类似，通过 控制阀门224和228的开闭状态，既可以通过第一和第二滤液容器22和24共同供给滤液， 也可以将第一和第二个滤液容器22和24中滤液独立的供给至每一个消化罐106。换句话 说，阀门224和228允许为每个消化罐106供给第一和/或第二个滤液容器22和24中滤 液的任意混合物，这种供给是独立的，与其它消化罐106无关，该混合物然后经由主配液段 212分配至生物质原料的表面。与排液系统100类似，在过滤系统226和滤液池20之间装 有一个流量测量装置，用于检测第一和/或第二配液主管202和204中滤液的通过量。
每个消化罐106中都包括一个沼气排放管(图中未显示)，用于排出各消化罐106 中生成的沼气。 根据本方案，所有的阀门和泵均由滤液调节装置(图中未显示)控制。例如，调节 是根据借助压力传感器检测到的滤液液位值、生物质的温度、排放的生物沼气的成分等数 据实现的。 尽管为了更好的理解本发明而提供了最佳实施方式，但本发明可以在不背离本发 明范围的前提下以各种不同方式实现。相应地，本发明应理解为包括在本发明权利要求的 保护范围之内任何可能的实施方式及所有实施方式的各个方面。
权利要求
一种用于甲烷化高固相率生物质的沼气池(10)，包括一个具有多个可气密和液密关闭的消化罐(106)的消化罐系统，每个消化罐(106)上有一个装料和回收口，用于装填和回收生物质；一个沼气排放装置；一个滤液池(20)；一个用于将滤液由多个消化罐(106)中排出并供给至滤液池(20)的排液系统(100)；一个用于将滤液池(20)中的滤液分配至各个消化罐(106)生物质表面的配液系统(200)；和一个用于调节各个消化罐(106)中滤液液位的滤液调节系统；其特征在于滤液池(20)包括第一(22)和第二(24)两个滤液容器；在第一(22)和/或第二(24)滤液容器间滤液的供给和排放是通过滤液调节系统进行的。
2. 根据权利要求l所述的用于甲烷化高固相率生物质的沼气池(IO)，其特征在于排液系统(100)包括第一 (102)和第二 (104)两条排液主管，分别用于第一 (22)和第 二 (24)滤液容器与消化罐(106)的连接；第一 (102)排液主管通过其支路第一 (108)消化罐排液管连接到各个消化罐(106)， 第二 (104)排液主管通过其支路第二 (110)消化罐排液管连接到各个消化罐(106);其中 每个消化罐(106)中均分配有一条第一 (108)和一条第二 (110)消化罐排液管，第一 (108) 和一条第二 (110)消化罐排液管的开口设于消化罐(106)的滤液区，各个消化罐(106)中 的消化罐排液管相连通。
3. 根据权利要求2所述的用于甲烷化高固相率生物质的沼气池(IO)，其特征在于，在 消化罐系统和滤液池(20)之间设有一个排液过滤系统(126)，其位置设在第一 (102)和/ 或第二 (104)排液主管处。
4. 根据权利要求2或3所述的用于甲烷化高固相率生物质的沼气池(IO)，其特征在 于消化罐(106)的第一 (108)和第二 (110)消化罐排液管在一个分支点(116)处被分叉 成一个连接至第一排液主管(102)的第一二级排液段(118)和连接至第二排液主管(104) 的第二二级排液段(120)和一个伸进消化罐(106)中的共用排液段(112)，并且在每个二级 排液段(118,120)中均装有一个截止阀(124)。
5 根据权利要求2 4中任一项所述的用于甲烷化高固相率生物质的沼气池(10)， 其特征在于每个消化罐排液管(108,110)包括一个用于将滤液运送至滤液池(20)的泵 (122)。
6. 根据权利要求1 5中任一项所述的用于甲烷化高固相率生物质的沼气池(10)，其 特征在于每个消化罐(106)包括一个用于确定滤液液位的填充液位传感器，该传感器与 滤液调节系统连接。
7. 根据权利要求1 6中任一项所述的用于甲烷化高固相率生物质的沼气池(10)，其 特征在于所述配液系统(200)包括第一 (202)和第二 (204)两个配液主管，用于将第一 (22)和 第二 (24)滤液容器连接至消化罐(106);第一 (202)配液主管通过第一 (208)消化罐配液管与各个消化罐(106)连接，第二 (204)配液主管通过第二 (210)消化罐配液管与各个消化罐(106)连接；其中，每个消化罐 (106)中均设有一条第一 (208)和一条第二 (210)消化罐配液管，消化罐配液管(208,210) 的端口设在消化罐(106)的滤液区，并且各个消化罐(106)中的消化罐配液管相连通。
8. 根据权利要求7所述的用于甲烷化高固相率生物质的沼气池(IO)，其特征在于消 化罐(106)的第一 (208)和第二 (210)消化罐配液管在分支点(216)处分叉成第一 (218) 和第二 (220) 二级配液段，以及一个伸入消化罐(106)的共用主配液段(212)，在每个二级 配液段(218,220)处均装有一个流量控制阀(224)。
9. 根据权利要求8所述的用于甲烷化高固相率生物质的沼气池(IO)，其特征在于在 每个消化罐(106)中都分配有多个主配液段(212)，其中每个主配液段均在连接点(216)处 分叉成连接至第一配液主管(202)的第一二级配液段(218)和连接至第二配液主管(204) 的第二二级配液段(220)。
10. 根据权利要求7 9中任一项所述的用于甲烷化高固相率生物质的沼气池(10)， 其特征在于在消化罐系统和滤液池(20)之间设有一个配液过滤系统(226)，该配液过滤 系统(226)具体位于第一 (202)和/或第二 (204)配液主管处。
11. 根据权利要求7 10中任意一条所述的用于甲烷化高固相率生物质的沼气池 (IO)，其特征在于每一个主配液段(212)中都装有一个截止阀(228)。
12. 根据前述任一项权利要求所述的用于甲烷化高固相率生物质的沼气池(IO)，其特 征在于该沼气池(10)具有至少三个独立的滤液回路，每个滤液回路都包括滤液容器、配 液主管和排液主管。
13. 根据前述任一项权利要求所述的用于甲烷化高固相率生物质的沼气池(IO)，其特 征在于滤液池(20)中的滤液容器(22,24)按嵌套式排列。
14. 根据前述任一项权利要求所述的用于甲烷化高固相率生物质的沼气池(IO)，其特 征在于滤液池(20)中的滤液容器(22,24)以同心管的形式排列。
15. 根据前述任一项权利要求所述的用于甲烷化高固相率生物质的沼气池(IO)，其特 征在于排放和回收口为摆片式，特别适合液压促动，可在地面上关闭消化罐(106)。
16. 根据前述任一项权利要求所述的用于甲烷化高固相率生物质的沼气池(IO)，其特 征在于每一个消化罐(106)都包括一个装在消化罐(106)中摆片后面(从填充方向看) 的阻挡装置，这样，填充的生物质至少有一部分可以被阻挡装置挡住。
17. 根据权利要求4 16中任意一条所述的用于甲烷化高固相率生物质的沼气池 (IO)，其特征在于阀门(124,224,228)为气动阀门。
全文摘要
用于甲烷化高固相率生物质的沼气池(10)包括一个具有多个可气密和液密关闭的消化罐(106)的消化罐系统，每个消化罐(106)上有一个装料和回收口，用于装填和回收生物质；一个沼气排放装置；一个滤液池(20)；一个用于将滤液由多个消化罐(106)中排出并供给至滤液池(20)的排液系统(100)；一个用于将滤液池(20)中的滤液分配至各个消化罐(106)生物质表面的配液系统(200)；和一个用于调节各个消化罐(106)中滤液液位的滤液调节系统；沼气池(10)的特征在于滤液池(20)包括第一(22)和第二(24)两个滤液容器；在第一(22)和/或第二(24)滤液容器间滤液的供给和排放是通过滤液调节系统进行的。
文档编号C12M1/107GK101760424SQ20091031193
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月22日 优先权日2008年12月23日
发明者彼得·卢茨 申请人:贝肯能量科技两合公司