专利名称：液体有机物的厌氧处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及流体有机物，特别是可产生甲烷的废弃物的厌氧处理系统，它包括用于填充有机物至一定高度的发酵罐；设置在高于发酵罐并与储气罐相连的置换罐；和将发酵罐的上部与置换罐的上部相连的气体导管，至少一根连接发酵罐和置换罐以在所述罐间进行流体物料输送的连接管，以及配有常闭切断装置的气体导管，开启时该切断装置以平衡发酵罐和置换罐之间的压差。
背景技术：
已知的工业沼气系统都具有用来处理在发酵罐运行期间形成的清液层和沉渣或底部污泥的各种电机驱动装置。这样的系统不适合用在无电的地区，如在发展中国家的许多农村地区。
而且，上述类型的沼气系统是已知的，其中流体物料在系统运转期间从发酵罐转移到置换罐中，并随后在所述两罐间由于压力平衡又会使已转移的液体流回到发酵罐中。当液体回流时，该液体就会在发酵罐中产生搅拌作用。这种类型的系统尤其在EP-A1-0013538,EP-A1-0211451,DE-OS 3228782,WO85/00584和WO95/05451中有描述。本发明是以较后的国际公开出版物中所披露的现有技术为基础的。
所述系统的共同特征是，在气体或压力平衡导管中设置的切断装置是带电运行的和/或需要电流来使系统运转。这就使得该系统不能用在没电的地区。
发明概述本发明的目的是提供一种不需要电力供应的上述类型的沼气系统。
本发明系统的特征在于，切断装置是一个压力控制的压力平衡装置，它具有延迟元件，用于控制闭合并在发酵罐与置换罐之间给定的压差下，在没有外部动力供应的情况下开启，并随后在给定的延时下关闭。
当在发酵罐中产生气体时，一部分流体物料转移到置换罐中。当在发酵罐和与其直接相通的置换罐或储气罐之间的压差达到预定的最大值时，压力平衡装置自动打开。通过压力平衡装置的开启，在发酵罐和置换罐或储气罐之间的压力就会达到平衡。其结果是转移到置换罐中的流体物料在几秒钟之内流回到发酵罐中。回流的液体物料在液体物料中会产生有力的搅拌作用和紊流并对任何上层清液层进行处理。一旦实现了液体物料的压力平衡和回流，压力平衡装置就会自动关闭。之后，在发酵罐中生成的气体又会在发酵罐和置换罐或储气罐之间产生压差。接下来继续重复上述循环。
本发明的压力平衡装置可包括部分装有液体并与从发酵罐伸出的部分气体导管相连的下部容器；和位于下部容器上部的上部容器，并且通向置换罐的部分气体导管连接在上部容器中最高液面的上面，所述容器进一步通过喷出管和回流管来相互连接，该喷出管与上部容器最高液面的上部相连，并且通过第一存水弯在第一液面处与下部容器相连，而回流管在低于最高液面的平面处与上部容器相连，而且在比所述的喷吹出管与下部容器相连的第一液面低的第二液面处与下部容器相连，使其具有低于喷出管第一存水弯的最低点。
在刚好达到压力平衡后，即当在发酵罐与置换罐中的压力相同时，压力平衡装置的上部容器和下部容器的压力相同。因此，喷出管和回流管中填充的液体可达到相当于下部容器中的液面相同处。该液体断开了两容器中气体间的连接。当在发酵罐中产生气体时，在下部容器中就会形成过压，于是液体就从那里转移到喷出管和回流管中。随着下部容器中压力不断增加，液体通过回流管转移到上部容器中，并且喷出管中的液面进一步升高直至与上部容器相连通。当下部容器中的液面达到其与喷出管的连接点时，即到达第一液面处时，喷出管和下部容器间的液体连通就不再存在。随着下部容器中的气压不断升高，液体还通过回流管从下部容器转移到上部容器中。在某些位置时间点，喷出管中液面和下部容器中压力之间的平衡被打破。它发生在喷出管中的液体到达第一存水弯的底部时。其结果是，喷出管中的几乎全部液体均被喷送到上部容器中。应注意到，采用这种连接方式时，要使喷出管的流通面积满足平衡压力下使通过所述导管的气体流速高至几乎带走喷出管中的全部液体。正如本领域的专家所知道的那样，实现所述方法的气体流速必须在至少40m/s的数量级上。喷出管中的液体喷出可在下部容器和上部容器间产生开放的连接，从而来自下部容器以及因而来自发酵罐的气体流到上部容器中，并因而流入到置换罐和储气罐中。于是，在下部容器和上部容器间，并进而在发酵罐和置换罐或储气罐间，形成压力平衡。通过该压力平衡，如上所述液体物料从置换罐中流到发酵罐中。随后，下部容器和上部容器间的压力平衡使得来自上部容器的液体经回流管流回到下部容器中。用于关闭压力平衡装置的延时主要取决于喷出管和回流管与下部容器的连接点间的高度差以及回流管的流通面积。
而且本发明的回流管可通过在低于喷出管存水弯的位置处安置的第二存水弯与下部容器相连。
本发明的回流管可配有用于调节有效的流通面积的调节阀装置。因此，可通过控制液体的回流速率以及关闭喷出管的存水弯来调节压力平衡的时间。
另外，根据本发明可按照一定的方式形成的压力平衡装置，以使得在达到预定的压差前，液体从下部容器经喷出管流入上部容器中。而后，与喷出管高度相等的液柱决定了压力平衡装置开启时的压差。同时，它确保将喷出管中几乎全部液体喷出，并实现开启。
本发明的系统可进一步包括用于供入新鲜有机物的供料容器，该供料容器设置在高于发酵罐的位置处，并且通过供料管与之相连。与发酵罐和置换罐之间的压力平衡有关的是，新鲜有机物自动进入发酵罐中并与发酵罐中已存在的物料和活性微生物相混合。
另外，本发明的发酵罐可在其底部附近设置沉渣或污泥出口，该出口与具有切断装置的排渣管相连。当打开切断装置时，发酵罐中的沉渣或底部的污泥通过沉渣出口排出，并经排渣管除去。
本发明的发酵罐和置换罐之间的管路是可见的并且是可接近的，由此简化了系统的结构，并可进行直观控制，同时简化了维护和操作。
根据本发明，至少一根连接管可与发酵罐成切向连接，这是为了，当转移到置换罐中的液体流回到发酵罐中时，对发酵罐中的液体物料进行有效的搅拌作用。
最后，本发明的发酵罐、置换罐和储气罐可由增强塑料板制成，如增强PVC板。本发明的实施方案对于发酵罐的容积在2～15m3的较小尺寸系统而言是特别有利的，因此该系统具有优异的成本效益且易于制造。这一特征对用于发展中国家的偏远地区的系统特别重要，在那里运输可通过简单的运输装置或通过搬运者来实现。
附图的简要说明本发明将参照下面的附图作详细说明。
图1是本发明小型沼气系统实施方案的示意侧视图，图2是本发明大型沼气系统实施方案的示意侧视图，图3是用在图1和图2系统中的压力平衡装置实施方案的示意侧视图，所示的压力平衡装置是在在前一压力平衡结束之后平衡循环开始之前的状态，图4说明的是即将达到压力平衡的图3中的压力平衡装置，以及图5说明的是刚刚达到压力平衡后的压力平衡装置。
实施本发明的最佳方式图1所示的用于液体有机物厌氧处理的系统，包括发酵罐1，位于发酵罐1上面的置换罐2，和位于发酵罐1上面的储气罐3。发酵罐1与置换罐2通过连接管4相连，该连接管4将发酵罐1的底部与置换罐2的底部相连。该连接管4与发酵罐1成切向连接。第二导管5从连接管4中分枝出来，并与发酵罐1成切向连接。第二导管5在发酵罐1中有机物M的最高液面处与发酵罐1相连。
发酵罐1和置换罐2进一步通过气体导管6相连，该气体导管6在最高液面b之上开口于发酵罐1中，并且在最高液面a’之上开口于置换罐2中。压力平衡装置7设置在气体导管6中，所述装置7是按照下述方式参考图3～5构成的。压力平衡装置7将气体导管6分成发酵罐1与压力平衡装置7之间的第一气体导管部分6’和压力平衡装置7与置换罐2之间的第二气体导管部分6”。附加的气体导管8使第二气体导管部分6”与储气罐3相连。其结果是，储气罐3与置换罐2总保持连通，从而使这些罐体中的压力总是相等。
具有存水弯10的溢流管9延伸到置换罐2的内部，并以用于测定最高液面a’的溢流漏斗为终端。
新鲜物料从高于发酵罐1的供料槽12供入发酵罐1中。该供料槽12经供料管13与发酵罐1相连，该供料管13在低于发酵罐1中最低液面a处成切向开口通入于发酵罐1中。
该系统还具有排渣管14，该管在略高于发酵罐1底部处具有入口15。该排渣管14具有手动切断装置16，并且延伸至沉渣收集处(未示出)。来自置换罐2的溢流管9也延伸至沉渣收集处。
储气罐3中的气体经供料管17流到使用处。
在发酵罐的容积为2～15m3的较小尺寸系统中，发酵罐、置换罐和储气罐优选由增强塑料板制成，如PVC板。
在发酵罐1和置换罐2中的压力通过压力平衡装置7达到平衡的阶段，图1所示的系统可按照下述方式运行。这还意味着让该系统运行一段时间，以使得发酵罐中的物料包括清液层、中间基质层和下部沉渣层。
当发酵罐1中产生气体时，压力将增加。然后，发酵罐1中的液面将从最高液面b逐渐降低到最低液面a，从而使基质逐渐移动到置换罐2中，而置换罐2中的基质液面逐渐从基本上与发酵罐中的液面b相等的最低液面b’处升高到最高液面a’处。在将要达到置换罐2中的最高液面a’之前，压力平衡装置7开启，所述装置适合于在发酵罐和置换罐之间存在略低于液位a’和a之间的液位差的压差下打开。当压力平衡装置7开启时，气体经气体导管6和附加气体导管8从发酵罐1流到储气罐3和置换罐2中，于是在所述罐中具有相等的压力。置换罐2中的基质通过连接管4和第二导管5流回到发酵罐1中，并因此对发酵罐1中现存的物料产生搅拌作用，并对清液层产生渗滤作用。在压力平衡期间，新鲜物料从供料槽12经供料管13供入发酵罐1中。该新鲜物料与已存在的物料在发酵罐中混合。该压力平衡装置7具有用于控制其关闭的延迟元件，以便在预定的延时内实现关闭，从而提供充足的时间使移动到置换罐2中的基质流回到发酵罐中，并产生所希望的搅拌作用。当压力平衡装置7关闭时，如上所述，开始新的循环。
图2所示的系统包括发酵罐21和位于发酵罐21上并通过隔板19与之隔开的置换罐22。该发酵罐21和置换罐22是由铁板制成的一个整体装置。储气罐23是由塑料板如PVC板制成的，并且沿其周缘部分20与置换罐22相连。连接管24从置换罐22的底部延伸到发酵罐21的底部。第二导管25从连接管24中分枝出来，并在与最高液面b相等的位置处延伸到发酵罐21中。
供料管33从供料槽32延伸到连接管24的下端，并与其连接。于是，在压力平衡下，来自供料槽32的新鲜有机物与从置换罐2流到发酵罐21中的基质相混合。
排渣管34延伸到排渣收集处(未示出)，该排渣管配有略高于发酵罐21底部的入口35。该排渣管34具有切断阀36。
发酵罐21和置换罐22在它们各自的最高液面b和a’的上部通过具有压力平衡装置27的气体导管26相连，该压力平衡装置27可按照下述图3～5所描述的方式构成。最后，该系统配有供应管37，该供应管从置换罐22最高液面a’上部的区域通向使用地，并且该系统还配有具有存水弯30的溢流管29，和位于置换罐22中的溢流漏斗31。
图2中的系统按照与图1中系统相同的方式运行，因此对其功能的说明参照与图1相关的描述。
现在参考图3～5，将详细描述压力平衡装置7,27的优选实施方案。压力平衡装置包括下部容器40和位于其上的上部容器41。上部容器41在其顶部与气体导管6的第二气体导管部分6”,26”相连，所述元件分别与置换罐2,22和储气罐3,23相连。下部容器40在其顶部与气体导管6,26的第一气体导管部分6’,26’相连，所述部分开口于发酵罐1,21中。两个容器40,41进一步通过喷出管42和回流管43相互连接。压力平衡装置部分地充有液体，该液体可通过开口于下部容器40中，并配有填充漏斗45的填充管44充入。在漏斗45上覆盖有网46以防止杂质进入压力平衡装置。
喷出管42在最高液面d的上部与上部容器41相连(参考图4)，并且在第一液面e处经弯成U形的第一存水弯47与下部容器40相连。回流管43在上部容器41的下部与之相连，并且在低于第一液面e的第二液面f处经弯成U形的第二存水弯48与下部容器40相连。回流管43可进一步配有用于调节回流管43有效流通面积的可调节阀装置50。当回流管43为软管时，阀装置50可由简单的管夹构成。最后，下部容器40配有液位显示器49，以便测定下部容器中的液面。
压力平衡装置按照图3所示的如下步骤运行正如发酵罐1,21和置换罐2,22或储气罐3,23中的压力分别相同一样，在该状态中两个容器40和41中的压力也是相同的。由于喷出管，下部容器40和回流管43之间相互连通，使得其中的液面g相同。当发酵罐1；21中产生气体时，该发酵罐和下部容器40中的压力升高。然后，在容器40中的液面逐渐降低，并且液体移动到喷出管42和回流管43中。随着下部容器40中的压力进一步升高，在某些时间点液体经回流管43向上流入上部容器41中。另外，在某些时间点，下部容器40中的液面达到相当于喷出管42与下部容器40连接点处的液面e处。至此，即使压力进一步增加，附加的液体也不会从下部容器40流到喷出管42中。随着下部容器40中压力的不断增加，液面达到相当于回流管与下部容器40连接点处的液面f处。在存水弯47,48的支管51,52中的液面逐渐下降，直至达到图4所示的状态。在此状态中，第一存水弯47的支管51中的液面刚好位于存水弯底部的上面，喷出管中充满液体，该液体可能已经通过喷出管42流入到上部容器41中。
喷出管中的有效液柱H现已达到最大值。随着下部容器40中的压力进一步增加，压力平衡将破坏，并且喷出管中的液体将被喷出并进入到上部容器41中，喷出管42的流通面积要使得喷出期间气体的流速保证几乎全部液体均被喷出，即气体的流速至少为30～40m/s。还应注意，要使回流管43的最低点，即第二存水弯48底部处于使液柱L高于喷出管的最高液柱H的位置。换句话说，在存水弯48的支管52中必须存在液体。否则，液体不是从喷出管喷出而是从回流管43喷出。
在喷出后，下部容器40通过喷出管42直接与上部容器41相连(参考图5)。其结果是，来自下部容器40并因而来自与之相连的发酵罐1；21中的气体流入到上部容器41中，并从那里到达置换罐2；22和与之相连的储气罐3；23中。该压力平衡需要使置换罐2；22中的基质流回到发酵罐1；21中，并如上所述对其中的液体物料产生有力的搅拌作用。所述压力平衡还导致压力平衡装置上部容器41中的液体通过回流管43流回到下部容器40中。所述回流速率可通过流动调节装置50调节。由于回流管43在低于喷出管42液面(液面e)的液面f处与下部容器40相连，所以使得液体开始流入喷出管42以及关闭下部容器40和上部容器41之间的直接连通通路前需要经过一段时间。最后，压力平衡装置采用图3所示的状态，其中液体从上部容器41流回到下部容器40中。而后开始新的压力平衡循环。
权利要求
1．一种流体有机物特别是可产生甲烷的废弃物的厌氧处理系统，它包括用于填充有机物(M)至一定高度的发酵罐(1；21)；高于发酵罐(1；21)并与储气罐(3；23)相连的置换罐(2；22)；和将发酵罐(1；21)的上部与置换罐(2；22)的上部相连的气体导管(6；26)，至少一根连接发酵罐(1；21)和置换罐(2；22)以在所述罐间进行液体物料输送的连接管(4；24)，以及配有常闭切断装置的气体导管(6；26)，该切断装置开启时可平衡发酵罐和置换罐之间的压差，其特征在于，切断装置是一个压力控制的压力平衡装置(7；27)，它具有延迟元件，用于控制闭合并在发酵罐(1；21)与置换罐(2；22)之间给定的压差下，在没有外部动力供应的情况下开启，并随后在给定的延时下关闭。
2．根据权利要求1的系统，其特征在于，压力平衡装置包括部分装有液体并与从发酵罐(1；21)伸出的部分气体导管(6’；26’)相互连接的下部容器(40)；和位于下部容器(40)上部的上部容器(41)，并且开口通入置换罐(2；22)的部分气体导管连接在上部容器(41)中最高液面(d)的上面，所述容器(40,41)进一步通过喷出管(42)和回流管(43)来相互连接，该喷出管(42)与上部容器(41)最高液面(d)之上的部分相连，并且通过第一存水弯(47)在第一液面(e)处与下部容器(40)相连，而回流管(43)在低于最高液面(d)的平面处与上部容器(41)相连，而且在比所述的使喷出管(42)和下部容器(40)相连的第一液面(e)低的第二液面(f)处与下部容器(40)相连，使其具有低于喷出管(42)第一存水弯(47)的最低点。
3．根据权利要求2的系统，其特征在于，回流管(43)通过位于比喷出管(42)第一存水弯(47)要低的第二存水弯(48)与下部容器(40)相连。
4．根据权利要求2或3的系统，其特征在于，回流管(43)配有可调节阀装置(50)，用以调节回流管(43)的有效流通面积。
5．根据上述权利要求一项或多项的系统，其特征在于，所形成的压力平衡装置可在预定的压差达到前，使液体从下部容器(40)经回流管(42)流到上部容器(41)中。
6．根据上述权利要求一项或多项的系统，其特征在于，它包括用以供入新鲜有机物的供料槽(12；32)，该供料槽高于发酵罐(1；21)，且通过供料管(13；33)与之连接。
7．根据上述权利要求一项或多项的系统，其特征在于，在发酵罐(1；21)的底部附近具有沉渣出口(15；35)，该出口与具有切断装置(16；36)的排渣管(14；34)相连。
8．根据上述权利要求一项或多项的系统，其特征在于，在发酵罐(1；21)和置换罐(2；22)之间的导管是可见的，并且易接近。
9．根据上述权利要求一项或多项的系统，其特征在于，至少一根连接管(4；24)与发酵罐(1；21)成切向连接。
10．根据上述权利要求一项或多项的系统，其特征在于，发酵罐(1)、置换罐(2)和储气罐(3)均由增强塑料板制成的，例如增强PVC板。
全文摘要
一种液体有机物,特别是可产生甲烷的废弃物的厌氧处理系统,它包括发酵罐(1),和高于发酵罐(1)并与储气罐(3)相连的置换罐(2)。气体导管(6)将发酵罐(1)的上部与置换罐(2)的上部相连。至少一根连接发酵罐(1)和置换罐(2)以在所述罐间进行液体物料输送的连接管(4)。在气体导管(6)上配有常闭压力平衡装置(7)。该压力平衡装置(7)可在发酵罐(1)与置换罐(2)之间的给定压差下,在没有外部动力供应的情况下开启,并随后在给定的延时下关闭。
文档编号C12M1/107GK1306497SQ9980777
公开日2001年8月1日 申请日期1999年6月23日 优先权日1998年6月23日
发明者J·J·马兰, J·芬格尔, M·R·尼尔森, B·B·R·克里斯田森 申请人:超级瓦斯有限公司 被以下专利引用 (1),