一种沼气厌氧发酵装置的制作方法

本实用新型属于沼气发酵领域，尤其涉及一种沼气厌氧发酵装置。

背景技术：

沼气的厌氧发酵是指有机物质，如人畜家禽粪便、秸秆、杂草等，在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大、且功能不同的各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体的复杂的生物化学过程。

我们的畜禽养殖业非常发达，畜禽殖养过程中会产生大量的排泄的洗涤水，即粪便污水。这些粪便污水如不及时处理，将对环境造成严重的污染。将畜禽殖养产生的粪便污水进行厌氧发酵生产沼气是畜禽殖养粪便污水便处理的一个重要研究方向。但由于畜禽殖养粪便污水本身的浓度较高，导致现有厌氧发酵装置在处理畜禽殖养粪便污水时存在着能耗高和发酵效率低的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种沼气厌氧发酵装置，采用本实用新型提供的装置进行沼气厌氧发酵时具有较高的发酵效率和较低的发酵能耗。

本实用新型提供了一种沼气厌氧发酵装置，包括：

基底层；

设置在基底层上的第一侧壁，和覆盖在第一侧壁顶部的顶盖；所述基底层、第一侧壁和顶盖围成第一腔体；所述顶盖上设置有第一排气口；所述沼气厌氧发酵装置上设置有进料管，用于将粪便污水输送到第一腔体中；

设置在基底层上且位于第一侧壁外侧的第二侧壁，和覆盖在第二侧壁顶部的密封膜；所述基底层、第一侧壁、顶盖、第二侧壁和密封膜围成第二腔体；所述第二侧壁上设置有第二排气口和沼液溢流口；

和设置在第一腔体中的溢流机构，用于将第一腔体的上层沼液输送至第二腔体的底部。

优选的，所述第一侧壁上设置有排渣管，用于将第一腔体中的底渣排出发酵装置。

优选的，所述第二腔体中设置有三相分离器，用于回收第二腔体中的污泥。

优选的，所述第一腔体和第二腔体的液体容积比大于1。

优选的，所述第一腔体和第二腔体的液体容积比为(5～8)：1。

优选的，所述密封膜包括两个膜层，两个膜层之间具有作为调压空间的夹层。

本实用新型提供了一种沼气厌氧发酵方法，包括以下步骤：

a)、将粪便污水输送到上述技术方案所述的沼气厌氧发酵装置的第一腔体中，进行厌氧发酵，得到沼气和沼液；

b)、所述沼液通过设置在所述沼气厌氧发酵装置中的溢流机构输送至所述沼气厌氧发酵装置的第二腔体中，继续厌氧发酵，得到沼气。

优选的，所述粪便污水的总固体浓度为6～8wt％。

优选的，所述沼液的总固体浓度为2～3wt％。

优选的，步骤a)中，所述粪便污水在第一腔体中的发酵滞留期为15～25天。

与现有技术相比，本实用新型提供了一种沼气厌氧发酵装置。本实用新型提供的发酵装置包括：基底层；设置在基底层上的第一侧壁，和覆盖在第一侧壁顶部的顶盖；所述基底层、第一侧壁和顶盖围成第一腔体；所述顶盖上设置有第一排气口；所述沼气厌氧发酵装置上设置有进料管，用于将粪便污水输送到第一腔体中；设置在基底层上且位于第一侧壁外侧的第二侧壁，和覆盖在第二侧壁顶部的密封膜；所述基底层、第一侧壁、顶盖、第二侧壁和密封膜围成第二腔体；所述第二侧壁上设置有第二排气口和沼液溢流口；和设置在第一腔体中的溢流机构，用于将第一腔体的上层沼液输送至第二腔体的底部。在本实用新型中，粪便污水通过进料口进入第一腔体，并在第一腔体中进行发酵，得到沼气和沼液；其中，沼气通过第一排气口进入顶部密封膜构成的储气区域；而上层沼液通过溢流机构进入第二腔体，并在第二腔体中进行二次发酵；二次发酵产生的沼气进入顶部密封膜构成的储气区域，二次发酵后的沼液通过沼液溢流口排出沼气厌氧发酵装置。本实用新型提供的发酵装置由两个发酵腔体构成，高TS(总固体)浓度的粪便污水先在第一腔体中进行发酵，之后发酵产生的低TS浓度沼液在第二腔体中继续发酵。由于粪便污水进行了两步发酵，提高了原料的发酵效率，同时发酵过程中第二腔体构成了第一腔体的保温屏障，降低了发酵过程中的热量散失量，节约了发酵能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的沼气厌氧发酵装置的侧视结构简图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了一种沼气厌氧发酵装置，包括：

基底层；

设置在基底层上的第一侧壁，和覆盖在第一侧壁顶部的顶盖；所述基底层、第一侧壁和顶盖围成第一腔体；所述顶盖上设置有第一排气口；所述第一侧壁上设置有进料管，用于将粪便污水输送到第一腔体中；

设置在基底层上且位于第一侧壁外侧的第二侧壁，和覆盖在第二侧壁顶部的密封膜；所述基底层、第一侧壁、顶盖、第二侧壁和密封膜围成第二腔体；所述第二侧壁上设置有第二排气口和沼液溢流口；

和设置在第一腔体中的溢流机构，用于将第一腔体的上层沼液输送至第二腔体的底部。

参见图1，图1是本实用新型实施例提供的沼气厌氧发酵装置的侧视结构简图，图1中，1是基底层、2是第一侧壁、3是顶盖、4是第一腔体、5是第一排气口、6是进料管、7是第二侧壁、8是密封膜、9是第二腔体、10是第二排气口、11是沼液溢流口、12是溢流槽、13是溢流管、14是排渣管、15是三相分离器。

参加图1，本实用新型提供的沼气厌氧发酵装置包括基底层1，基底层1上设置有第一侧壁2，第一侧壁2顶部覆盖有顶盖3。在本实用新型提供的有一个实施例中，第一侧壁2的材料为保温材料，即第一侧壁2为第一保温侧壁。在本实用新型提供的一个实施例中，顶盖3的材料为保温材料，即顶盖3为保温顶盖。在本实用新型中，基底层1、第一侧壁2和顶盖3围成第一腔体4，用于进行粪便污水的厌氧发酵。在本实用新型中，沼气厌氧发酵装置上设置有进料管6，用于将粪便污水输送到第一腔体中。在本实用新型提供的一个实施例中，沼气厌氧发酵装置上还设置有排渣管14，用于将第一腔体中的底渣排出发酵装置。在本实用新型提供的一个实施例中，第一腔体4的底面为圆形，底面的直径为5000～25000mm。在本实用新型提供的一个实施例中，第一侧壁2的高度为5000～25000mm。在本实用新型提供的一个实施例中，进料管6的出料端距离第一腔体底面的距离为200～800mm。在本实用新型提供的一个实施例中，排渣管14的进料端位于进料管6的出料端下方；在本实用新型提供的另一个实施例中，排渣管14的进料端距离第一腔体底面的距离为100～500mm。

在本实用新型中，基底层1上还设置有第二侧壁7，第二侧壁7位于第一侧壁2的外侧，第二侧壁7顶部覆盖有密封膜8。在本实用新型中，基底层1、第一侧壁2、顶盖3、第二侧壁7和密封膜8围成第二腔体9，用于粪便污水厌氧发酵产生的沼液进行二次发酵。在本实用新型提供的一个实施例中，第二侧壁7的材料为保温材料，即第二侧壁7为第二保温侧壁。在本实用新型提供的第二侧壁7与第一侧壁2平行设置。在本实用新型提供的一个实施例中，第二侧壁7的高度与第一侧壁2相同。在本实用新型提供的一个实施例中，密封膜8为聚氯乙烯膜。在本实用新型提供的一个实施例中，密封膜8包括两个膜层，两个膜层之间具有作为调压空间的夹层，即构成类似双膜储气柜的结构。在本实用新型中，第二侧壁7上还设置有第二排气10和沼液溢流口11。其中，第二排气口10为所述沼气厌氧发酵装置所生产出的沼气的输出口，沼液溢流口11为粪便污水经过两次发酵后产生的沼液的外排口。在本实用新型提供的一个实施例中，第二排气口10和沼液溢流口11设置在第二侧壁7尽量靠上的位置，第二排气口10的位置处于沼液溢流口11的上方。在本实用新型提供的一个实施例中，第二腔体9中设置有三相分离器15，用于回收第二腔体中的污泥。本实用新型对所述三相分离器的尺寸和结构没有特别限定，采用本领域技术人员熟知的用于沼气厌氧发酵装置的三相分离器即可。

在本实用新型中，第一腔体4和第二腔体9通过溢流机构向连通。所述溢流机构设置在第一腔体4中，用于将第一腔体4的上层沼液输送至第二腔体9的底部。在本实用新型提供的一个实施例中，溢流机构包括溢流槽12和溢流管13，其中溢流槽12设置在第一侧壁2的内侧，溢流槽的底部通过溢流管13与第二腔体9的底部相连通，第一腔体4中的上层沼液依次经过溢流槽12和溢流管13进入第二腔体9的底部。在本实用新型提供的一个实施例中，溢流槽12设置在第一侧壁2内侧尽量靠上的位置。在本实用新型提供的一个实施例中，第一腔体4和第二腔体9的液体容积比大于1；在本实用新型提供的另一个实施例中，第一腔体4和第二腔体9的液体容积比为(5～8)：1。

在本实用新型中，粪便污水通过进料口进入第一腔体，并在第一腔体中进行发酵，得到沼气和沼液；其中，沼气通过第一排气口进入顶部密封膜构成的储气区域；而上层沼液通过溢流机构进入第二腔体，并在第二腔体中进行二次发酵；二次发酵产生的沼气进入顶部密封膜构成的储气区域，二次发酵后的沼液通过沼液溢流口排出沼气厌氧发酵装置。

本实用新型提供的发酵装置由两个发酵腔体构成，高TS(总固体)浓度的粪便污水先在第一腔体中进行发酵，之后发酵产生的低TS浓度沼液在第二腔体中继续发酵。由于粪便污水进行了两步发酵，提高了原料的发酵效率，同时发酵过程中第二腔体构成了第一腔体的保温屏障，降低了发酵过程中的热量散失量，节约了发酵能耗。

本实用新型提供了一种沼气厌氧发酵方法，包括以下步骤：

a)、将粪便污水输送上述技术方案所述的沼气厌氧发酵装置的第一腔体中，进行厌氧发酵，得到沼气和沼液；

b)、所述沼液通过设置在所述沼气厌氧发酵装置中的溢流机构输送至所述沼气厌氧发酵装置的第一腔体中，继续厌氧发酵，得到沼气。

在本实用新型提供的方法中，首先将粪便污水输送到所述沼气厌氧发酵装置的第一腔体中，进行厌氧发酵。其中，所述粪便污水是指居民日常生活和家禽饲养过程中排泄的洗涤水；所述粪便污水的总固体浓度优选为6～8wt％。在本实用新型中，所述厌氧发酵的温度优选为20～50℃，更优选为30～45℃；所述粪便污水在第一腔体中的发酵滞留期优选为15～25天。厌氧发酵过程中产生沼气和沼液，其中，沼气进入由密封膜构成的储气区域，沼液则后续会进入第二腔体中继续发酵。在本实用新型中，所述沼液的总固体浓度优选为2～3wt％。

在本实用新型中，厌氧发酵产生的沼液通过设置在所述沼气厌氧发酵装置中的溢流机构输送至所述沼气厌氧发酵装置的第二腔体中，继续厌氧发酵。在本实用新型中，所述继续厌氧发酵的温度优选为15～30℃，更优选为20～25℃；继续厌氧发酵过程中，所述沼液在第二腔体中的发酵滞留期优选为3～7天。继续发酵过程中，产生沼气和发酵后沼液，其中，沼气进入由密封膜构成的储气区域，发酵后沼液则通过沼液溢流口排出沼气厌氧发酵装置。

本实用新型提供的沼气厌氧发酵方法采用特殊结构的沼气厌氧发酵装置对粪便污水进行发酵生产沼气。该发酵装置由两个发酵腔体构成，高TS(总固体)浓度的粪便污水先在第一腔体中进行发酵，之后发酵产生的低TS浓度沼液在第二腔体中继续发酵。由于粪便污水进行了两步发酵，提高了原料的发酵效率，同时发酵过程中第二腔体构成了第一腔体的保温屏障，降低了发酵过程中的热量散失量，节约了发酵能耗。实验结果表明，二步发酵使得反应罐池容产气率提升5％；冬季使用，第一腔体热损失是普通没有第二腔体结构反应罐的27.4％，节约热量非常明显。

为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。

实施例1

1)沼气厌氧发酵装置

本实施例提供了一种如图1结构的沼气厌氧发酵装置，该装置包括基底层1，基底层1上设置有第一侧壁2，第一侧壁2顶部覆盖有顶盖3；基底层1、第一侧壁2和顶盖3围成第一腔体4；第一侧壁2上设置有进料管6和排渣管14。基底层1上还设置有第二侧壁7，第二侧壁7位于第一侧壁2的外侧，第二侧壁7顶部覆盖有两层密封膜8，两层密封膜8之间具有作为调压空间的夹层，即构成类似双膜储气柜的结构；基底层1、第一侧壁2、顶盖3、第二侧壁7和内侧的密封膜8围成第二腔体9；第二侧壁7上还设置有第二排气10和沼液溢流口11；第二腔体9中设置有三相分离器15。第一腔体4和第二腔体9通过溢流机构向连通，所述溢流机构设置在第一腔体4中，溢流机构包括溢流槽12和溢流管13，其中溢流槽12设置在第一侧壁2的内侧，溢流槽的底部通过溢流管13与第二腔体9的底部相连通，第一腔体4中的上层沼液依次经过溢流槽12和溢流管13进入第二腔体9的底部。

上述结构的沼气厌氧发酵装置中，第一侧壁2、顶盖3和第二侧壁7均为保温材料；第一腔体4的底面为圆形，底面的直径为10400mm，第一侧壁2的高度为11325mm；进料管6的出料端距离第一腔体底面的距离为500mm，排渣管14的进料端距离第一腔体底面的距离为300mm，第二排气口10和沼液溢流口11设置在第二侧壁7尽量靠上的位置，第二排气口10的位置处于沼液溢流口11的上方；第一腔体4和第二腔体9的液体容积比为5：1。

在本实用新型中，粪便污水通过进料口进入第一腔体，并在第一腔体中进行发酵，得到沼气和沼液；其中，沼气通过第一排气口进入顶部密封膜构成的储气区域；而上层沼液通过溢流机构进入第二腔体，并在第二腔体中进行二次发酵；二次发酵产生的沼气进入顶部密封膜构成的储气区域，二次发酵后的沼液通过沼液溢流口排出沼气厌氧发酵装置。

2)沼气厌氧发酵方法

使用1)中所述的装置进行沼气厌氧发酵，具体过程为：

将总固体浓度为8wt％粪便污水输送到所述沼气厌氧发酵装置的第一腔体中，进行厌氧发酵。其中，所述厌氧发酵的温度控制在35℃，所述粪便污水在第一腔体中的发酵滞留期控制为20天。

厌氧发酵过程中产生沼气和沼液，其中，沼气进入由密封膜构成的储气区域，沼液通过设置在所述沼气厌氧发酵装置中的溢流机构输送至所述沼气厌氧发酵装置的第二腔体中继续发酵，所述沼液的共固体浓度约为2～3wt％。厌氧发酵产生的沼液通过设置在所述沼气厌氧发酵装置中的溢流机构输送至所述沼气厌氧发酵装置的第二腔体中，继续厌氧发酵。其中，第二腔体中沼液的温度约为20℃，沼液在第二腔体中的发酵滞留期为粪便污水在第一腔体中的发酵滞留期的1/5。

继续发酵过程中，产生沼气和发酵后沼液，其中，沼气进入由密封膜构成的储气区域，发酵后沼液则通过沼液溢流口排出沼气厌氧发酵装置。

对于TS浓度为8％的猪粪浆，经过对比测试，原料浆降解率提高了5％以上。对于高寒地区1000m³反应罐实验装置，测试当天室外温度零下20℃，反应罐内部温度为35℃，第二腔体温度为20℃。用于弥补能量损失的燃煤消耗仅为原来燃煤消耗量的27％，甚至更低。

实施例2

1)上述结构的沼气厌氧发酵装置中，第一侧壁2、顶盖3和第二侧壁7均为保温材料；第一腔体4的底面为圆形，底面的直径为9500mm，第一侧壁2的高度为10570mm；进料管6的出料端距离第一腔体底面的距离为400mm，排渣管14的进料端距离第一腔体底面的距离为250mm，第二排气口10和沼液溢流口11设置在第二侧壁7尽量靠上的位置，第二排气口10的位置处于沼液溢流口11的上方；第一腔体4和第二腔体9的液体容积比为5：1。

在本实用新型中，粪便污水通过进料口进入第一腔体，并在第一腔体中进行发酵，得到沼气和沼液；其中，沼气通过第一排气口进入顶部密封膜构成的储气区域；而上层沼液通过溢流机构进入第二腔体，并在第二腔体中进行二次发酵；二次发酵产生的沼气进入顶部密封膜构成的储气区域，二次发酵后的沼液通过沼液溢流口排出沼气厌氧发酵装置。

2)沼气厌氧发酵方法

使用1)中所述的装置进行沼气厌氧发酵，具体过程为：

将总固体浓度为8wt％粪便污水输送到所述沼气厌氧发酵装置的第一腔体中，进行厌氧发酵。其中，所述厌氧发酵的温度控制在35℃，所述粪便污水在第一腔体中的发酵滞留期控制为20天。

厌氧发酵过程中产生沼气和沼液，其中，沼气进入由密封膜构成的储气区域，沼液通过设置在所述沼气厌氧发酵装置中的溢流机构输送至所述沼气厌氧发酵装置的第二腔体中继续发酵，所述沼液的总固体浓度约为2～3wt％。厌氧发酵产生的沼液通过设置在所述沼气厌氧发酵装置中的溢流机构输送至所述沼气厌氧发酵装置的第二腔体中，继续厌氧发酵。其中，第二腔体中沼液的温度约为25℃，沼液在第二腔体中的发酵滞留期为粪便污水在第一腔体中的发酵滞留期的1/5。

继续发酵过程中，产生沼气和发酵后沼液，其中，沼气进入由密封膜构成的储气区域，发酵后沼液则通过沼液溢流口排出沼气厌氧发酵装置。

对于TS浓度为8％的猪粪浆，经过对比测试，原料浆降解率提高了6％以上。对于高寒地区700m³反应罐实验装置，测试当天室外温度零下25℃，反应罐内部温度为35℃，第二腔体温度为25℃。用于弥补能量损失的燃煤消耗仅为原来燃煤消耗量的16.7％，甚至更低。

实施例3

1)上述结构的沼气厌氧发酵装置中，第一侧壁2、顶盖3和第二侧壁7均为保温材料；第一腔体4的底面为圆形，底面的直径为9000mm，第一侧壁2的高度为9060mm；进料管6的出料端距离第一腔体底面的距离为500mm，排渣管14的进料端距离第一腔体底面的距离为350mm，第二排气口10和沼液溢流口11设置在第二侧壁7尽量靠上的位置，第二排气口10的位置处于沼液溢流口11的上方；第一腔体4和第二腔体9的液体容积比为5：1。

在本实用新型中，粪便污水通过进料口进入第一腔体，并在第一腔体中进行发酵，得到沼气和沼液；其中，沼气通过第一排气口进入顶部密封膜构成的储气区域；而上层沼液通过溢流机构进入第二腔体，并在第二腔体中进行二次发酵；二次发酵产生的沼气进入顶部密封膜构成的储气区域，二次发酵后的沼液通过沼液溢流口排出沼气厌氧发酵装置。

2)沼气厌氧发酵方法

使用1)中所述的装置进行沼气厌氧发酵，具体过程为：

将总固体浓度为7wt％粪便污水输送到所述沼气厌氧发酵装置的第一腔体中，进行厌氧发酵。其中，所述厌氧发酵的温度控制在40℃，所述粪便污水在第一腔体中的发酵滞留期控制为25天。

厌氧发酵过程中产生沼气和沼液，其中，沼气进入由密封膜构成的储气区域，沼液通过设置在所述沼气厌氧发酵装置中的溢流机构输送至所述沼气厌氧发酵装置的第二腔体中继续发酵，所述沼液的总固体浓度约为2～3wt％。厌氧发酵产生的沼液通过设置在所述沼气厌氧发酵装置中的溢流机构输送至所述沼气厌氧发酵装置的第二腔体中，继续厌氧发酵。其中，第二腔体中沼液的温度约为30℃，沼液在第二腔体中的发酵滞留期为粪便污水在第一腔体中的发酵滞留期的1/5。

继续发酵过程中，产生沼气和发酵后沼液，其中，沼气进入由密封膜构成的储气区域，发酵后沼液则通过沼液溢流口排出沼气厌氧发酵装置。

对于TS浓度为7％的鸡粪浆，经过对比测试，原料浆降解率提高了5.5％以上。对于高寒地区700m³反应罐实验装置，测试当天室外温度零下19℃，反应罐内部温度为40℃，第二腔体温度为30℃。用于弥补能量损失的燃煤消耗仅为原来燃煤消耗量的16.9％，甚至更低。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。