用于使由污物收集的含甲烷生物气体的量最大化的主处理单元和系统的制作方法

专利名称：用于使由污物收集的含甲烷生物气体的量最大化的主处理单元和系统的制作方法
技术领域：
一般而言，本发明涉及污物含甲烷生物气体收集领域，具体而言，本发明涉及用于使由污物收集的含甲烷生物气体的量最大化的主处理单元和系统。
背景技术：
当天然存在的微生物分解并且消化污物时，污物会被消化，从而导致生成生物气体。在好氧环境中，有机废物降解的终产物主要为CO2和吐0。在厌氧环境中，废物降解的中间终产物主要是醇、醛、有机酸以及co2。在被称为甲烷微生物的特定微生物的存在下，这些中间体被最终转化为终产物CH4和(X)2以及痕量的H2S。通过甲烷微生物形成甲烷被称为甲烷生成。用于厌氧消化的简化总体化学方程式如下所示C6H12O6 — 3C02+3CH4。还已经表明，甲烷生成采用来自其它有机化合物的碳，所述有机化合物例如为甲酸、甲醇、甲胺、二甲基硫醚和甲硫醇。如果含甲烷生物气体将要用于商业或工业应用，其可能需要利用擦洗和清洁设备进一步处理(如氨气处理)，以使处于可接受的水平，并且降低硅氧烷的量。由上述过程获得的含甲烷生物气体可用于各种应用，包括发电和化合物(包括甲醇等)的化学合成。随着时间的推移，污物通常沉积为三个基本可区分的层1)底部淤积层，其包含比重比水大、密度比水高并且得自大部分固体污物的材料；2)中间层，该层包含液体和悬浮的固体，其中这些固体通常为在液体层中时继续降解的极小的有机材料；幻浮渣层 (scrum layer)，该层基本上由比重比水小的材料(如油脂、油和脂肪)组成。各层限定具有不同特性的独特环境，所述特性维持不同的微生物群。在常规腐化池或澄清池的淤积层中，由于厌氧消化而产生含甲烷生物气体。生物气体由淤积层渗出，然后通过中间液体层，随后经过浮渣层，从而汇集在腐化池或澄清池的上部空间。由于甲烷氧化细菌(甲烷营养菌)的群落可能存在于浮渣层内，因此生物气体的至少一些甲烷成分在通过浮渣层时会被消化为二氧化碳。现有的生物气体生成系统并没有被设计为最大程度地捕获或收集由淤积物分解产生的含甲烷生物气体，并且/或者防止含甲烷生物气体与浮渣层中的甲烷营养菌之间的相互作用。提供上述背景信息是为了揭露申请人认为与本发明最为相关的信息。既不是旨在承认，也不应当解释为任何上述的信息构成了本发明的抵触本发明的现有技术。发明概述本发明提供一种用于使由污物收集的含甲烷生物气体的量最大化的系统，包括 1)主处理单元(PTU)，该单元有利于将甲烷消耗浮渣层与甲烷产生淤积层和甲烷收集点均隔离；以及2)含甲烷生物气体捕获或收集子系统。任选地是，系统还包括可操作性地与PTU连接的用于促进甲烷生成的过程和/或含甲烷生物气体输送子系统。本发明的目的是提供一种用于使由污物收集的含甲烷生物气体的量最大化的主处理单元(PTU)和系统。根据本发明的一个方面，提供一种适合于收集含甲烷生物气体的主处理单元，所述主处理单元包括污物沉积区域和淤积物消化区域，其中所述污物沉积区域适合于接收污物，并且输出外排液，并且所述消化区域适合于从沉积区域接收污物的固体成分，并且输出基本上在消化区域生成的含甲烷生物气体，其中含甲烷生物气体的输出基本上不与污物浮渣层接触。根据本发明的另一个方面，提供一种适合于收集含甲烷生物气体的主处理单元， 其中所述主处理单元被构造为将污物沉积和淤积物消化分别分隔在沉积区域和消化区域内，并且输出基本上在消化区域生成的含甲烷生物气体，其中含甲烷生物气体的输出基本上不与污物浮渣层接触。根据本发明的另一个方面，提供一种用于收集含甲烷生物气体的系统，包括主处理单元，该单元被构造为将污物分为浮渣层、液体层和淤积层，所述主处理单元包括适合于接收污物并且输出外排液的沉积槽以及适合于从所述沉积槽接收污物的固体成分的消化槽，所述沉积槽具有第一顶部空间，该第一顶部空间被构造为使池子和下游管道与大气相通，以防止液压锁紧，并且收集基本上在沉积槽内生成的生物气体，并且所述消化槽具有基本上与第一顶部空间分隔的第二顶部空间，该第二顶部空间被构造为收集基本上在消化槽内生成的含甲烷生物气体，其中所述浮渣层基本上保留在沉积槽内，并且淤积层基本上保留在消化槽内；以及生物气体收集系统，该系统与所述第二顶部空间可操作性地连接。根据本发明的另一个方面，提供一种适合于收集含甲烷生物气体的主处理单元， 所述主处理单元被构造为将污物分为浮渣层、液体层和淤积层，所述主处理单元包括适合于接收污物并且输出外排液的沉积槽以及适合于从所述沉积槽接收污物的固体成分的消化槽，所述沉积槽具有第一顶部空间，该第一顶部空间被构造为与大气相通，并且收集基本上在沉积槽内生成的生物气体，并且所述消化槽具有基本上与第一顶部空间分隔的第二顶部空间，该第二顶部空间被构造为收集并且输出基本上在消化槽内生成的含甲烷生物气体，附图简述

图1(a)示出具有并排构造的两室PTU的一个实施方案的截面图，该图清晰地示出具有污物入口和外排液出口的沉积室以及具有生物气体出口的消化室。沉积室和消化室之间的分隔内壁将沉积室和消化室的顶部空间隔开，并且防止浮渣进入消化室内。图1(b)示出图1(a)所示的两室PTU的实施方案的平面图。图2为两室PTU的主处理单元的三维示意图，以及固体材料在消化室内的沉积情况的图形表示，其中所述PTU具有一个从池子的中心分支的入口三通管。图3(a)至(C)示出嵌套式两室主处理单元的一个实施方案的各种视图，其清晰地示出具有污物入口和外排液出口的沉积室以及具有生物气体收集管的消化室。沉积室和消化室之间的分隔内壁防止浮渣进入消化室内，并且将顶部空间分隔。图3(a)为入口端的横截面图，图3(b)示出纵剖面图，图3(c)为出口端的横截面图。图3(d)示出平面图。图 3(e)示出截面图。图4 (a)至(d)示出圆形嵌套式两室主处理单元的一个实施方案，其清晰地示出具有污物入口和外排液出口的沉积室以及具有生物气体收集管和分隔的顶部空间的位于中央的消化室。沉积室和消化时之间的分隔内壁防止浮渣进入消化室内。图5(a)示出主处理单元的一个实施方案的截面图，其清晰地示出具有污物入口和外排液出口的沉积室以及具有分隔的顶部空间和生物气体收集管的位于中央的消化室。 沉积室和消化室之间的分隔内壁形成倒圆锥或伸长的V形结构，其防止浮渣进入消化室内，并且提供分隔的顶部空间。图5(b)为图5(a)所示的主处理单元的正视图，该图清晰地示出污物入口和外排液出口。图5(c)为图5(a)和图5(b)的主处理单元的三维示意图，以及固体材料在消化槽内的沉积情况的图形表示。图6示出并排两室主处理单元的一个实施方案的各种视图，其清晰地示出具有污物入口和外排液出口的沉积室以及具有生物气体收集管的消化室。沉积室和消化室之间的分隔内壁防止浮渣进入消化室内，并且将顶部空间分隔。图7示出入口三通管构造的横截面图和纵剖面图，所述构造在X轴方向和Z轴方向上均具有45度弯曲，以促使在池子内进行液压混合。图8示出包括用于淤积物缩减的现场生物气体控制机构的系统的一个实施方案， 所述控制机构包括便携的气体压缩、燃烧和加热系统，该系统包括包括淤积物覆层加热系统或线圈，或其它加热手段。图9示出包括现场电解系统的系统的一个实施方案。图IOA示出包括甲烷减排机构或由生物气体释放的其它温室气体的减排机构的系统的一个实施方案，所述甲烷减排机构包括通过鹅颈管与生物气体收集管相连的通气管，以将甲烷转化为二氧化碳。图IOB示出包括可供选用的另外一种甲烷减排机构的系统的一个实施方案。图11示出生物气体捕获和/或收集系统的一个实施方案，其中气体利用中心位于中央，并且由多个生物气体生成室共用。图12(a)和(b)示出埋没在住宅的前院的地下的系统的一个实施方案。池子盖位于地面上，并且由黑金属或其它高发射率金属制成，以捕集太阳能作为热量。管的连接被热熔接(与使用可能降解和泄露的接合管连接件形成对比)，并且在生物气体收集管和SBS系统之间具有冷凝阱，使得无需手工除去生物气体管线中的水分。图13示出生物气体捕获和/或收集系统的一个实施方案，其中气体利用中心位于中央，并且由多个生物气体生成室共用。该图清晰地示出收集中心、冷凝阱和甲烷回流干管。图14示出相对于小口径重力废物管路系统布置方式安装的冷凝阱的详细情况。发明详述定义如本文所用，术语“约”是指与标称值具有+/-10%的偏差。应当理解，该偏差总是包括在本文所提供的任何给定值内，而无论是否特别指明。术语“外排液”和“液体层”用于定义污物的基本上液体部分。术语“淤积物”用于定义污物的基本上固体部分。
术语“浮渣层”用于描述基本上由比重低于水的材料组成的层。除非另外指明，否则本文所用的所有技术和科学术语均具有本发明所属领域内的技术人员所通常理解的相同含义。本发明提供用于使由污物收集的含甲烷生物气体的量最大化的主处理单元(PTU) 和系统。主处理单元(PTU)被构造为基本将甲烷产生淤积层和含甲烷生物气体收集点与甲烷消耗浮渣层隔离。所述系统包括与含甲烷生物气体收集/捕获子系统相组合的PTU。主处理单元(PTU)被专门设计为通过以下方式最大化乙烷收集，所述方式为有利于将污物分层或分为淤积层、液体层和浮渣层，并且将浮渣层与淤积层和含甲烷生物气体收集点物理分隔，并且任选地使生物气体气泡的渗透偏离浮渣层和沉淀区域。主处理单元可被进一步设计为通过策略上设置污物入口而最大程度地减少对污物层的破坏。或者，可将污物入口定位，以(例如)通过使用支管入口构造促进混合。使用与PTU可操作性地连接的含甲烷生物气体收集子系统来收集在PTU内产生的含甲烷生物气体。甲烷捕获/收集子系统使用主动机构、被动机构或它们的组合，以从PTU 内捕获和/收集含甲烷生物气体。任选地是，系统还包括含甲烷生物气体输送子系统，其用于将含甲烷生物气体输送到利用中心或减排中心。当由淤积物生成的生物气体的体积在固定的顶部空间内增加时，可以通过刚性 PTU内的压力产生动能，以主动地驱动生物气体进入收集中心或转化中心。在一个实施方案中，系统还包括含甲烷生物气体输送子系统，其用于将所收集的生物气体输送到气体利用或减排中心，或汇集多个管线并且转移至气体利用或减排中心的收集中心。生物气体任选地在气体利用中心用于多种应用中的一种或多种应用，其包括 (但是不限于)发电、用作燃料和用于化学合成。任选地是，系统还包括与PTU可操作性地相连的用于促进甲烷生成的机构。可以通过优化用于厌氧消化的淤积层中的环境来促进PTU内的甲烷生成。用于促进甲烷生成的机构既增加转化为甲烷的淤积物的量，又增加生物气体中甲烷部分的质量或百分比。在一个实施方案中，通过使至少一部分废物在PTU内保留足以由于降解而释放气体的一段时间，或者使用用于促进厌氧菌处理的机构(加热机构、或用于原位产生氢的机构，例如，包括电解)，从而促进甲烷生成。在一个实施方案中，通过混合，从而使新的底物与熟化厌氧菌接触来促进甲烷生成；已经表明液压混合在支管入口实施方案中是成功的。任选地是，通过所捕获的含甲烷生物气体对用于促进厌氧处理的过程供能。在一个实施方案中，含甲烷生物气体局部地用于(例如)加热淤积物覆层。主处理单元主处理单元有利于将污物分为淤积层、液体层和浮渣层。主处理单元通过基本上将甲烷产生和捕获/收集与甲烷消耗浮渣层和污物输入的气泡扩散路径隔离，从而最大化地含收集甲烷生物气体。通过具有分开的沉积区域和消化区域的主处理单元设计来促进上述隔离，其中所述设计基本上将污物淤积层的产甲烷厌氧消化和含甲烷生物气体收集与污物输入和沉积区分隔。可以通过变流和/或改向至浮渣层的独立“空闲顶部空间”("headspace free")而有利于含甲烷生物气体气泡收集的隔离。在一个实施方案中， 具有适合于从至少一个来源接收污物、并且输出外排液的沉积槽或室。设置分开的消化槽或室，其适合于从沉积槽或室接收污物的固体成分并且从基本上与沉积槽或室的顶部空间隔开的顶部空间输出含甲烷生物气体。因此，在一个实施方案中，主处理单元在消化室顶部空间和甲烷消耗浮渣层之间提供充分的隔离，以能够收集甲烷，并且最大程度地降低甲烷与甲烷氧化菌或甲烷营养菌的接触。此外，主处理单元还可以使得氧和生物气体隔离。除了在设计澄清池、腐化池等时的那些标准设计考虑以外，对于适合于甲烷收集的主处理单元，人们还必须克服在主处理单元内可能产生大量爆炸性甲烷的过程的影响。甲烷气体在暴露于低于4. 4体积％的爆炸水平下限(LEL)且高于16体积％的爆炸水平上限(UEL)的氧气时，会发生爆炸。因此，在一个实施方案中，PTU任选地被设计为防止过量的氧气进入厌氧消化室顶部空间。在设计时另一个重要的考虑是适当地主动从PTU中引出含甲烷生物气体；生物气体通过管网时具有合适的引出速率是重要的，因为过度引出的系统可能捕获空气，这消除了设置密封系统以防止生物气体暴露于空气的优点。在生物气体在PTU内被加压的实施方案中，生物气体收集可以为被动方式。在该实施方案中，系统还可以任选地包括应急阀 (trap valve)或本领域内已知的其它设备，以机械释放压力。在一个实施方案中，主处理单元(PTU)为封闭的、抗泄漏的容器，其通过污物输入系统或通过一个或多个入口从一个或多个污物源接收污物，并且通过出口或外排输出系统输出外排液。污物流动过程的动能被消耗，并且流速减缓，使得所输入的污物内的固体成分分离并且沉积，从而形成维持厌氧消化的淤积层。污物中密度较低的成分升至表面，从而形成可能维持甲烷氧化菌生长的浮渣层。污物入口和/或出口被置于沉积槽或室内，以有利于浮渣层与消化槽或室内的含甲烷生物气体产生层和含甲烷生物气体收集点分隔。PTU及其内的槽或室的尺寸根据其所用的应用和要求来确定。本领域内的技术人员会认识到，对PTU的尺寸进行选择，以适应其所用的主要污物收集应用。在本发明的一个实施方案中，PTU用于从单独的居所接收污物，并且其容量为3，600-4，500升。用于从多居所建筑接收污物的PTU可以具有更高的容量。PTU可以被构造为各种形状。形成沉积槽或室以及消化槽或室(从而将浮渣层和污物输入与厌氧消化和含甲烷生物气体收集隔离)的物理屏障可以是与PTU结构一体化的，或者通过引入独立的、任选地除去的结构或部件而构造在PTU内。使用物理屏障有效地在PTU内形成分别具有独立的顶部空间的两个或多个区域。在一个实施方案中，PTU包括两个或多个流体连通的槽，其中各槽通过内壁隔开。在一个实施方案中，PIU是竖直取向的，使得淤积层和浮渣层之间的距离增加。参照附图，图1至6示出用于含甲烷生物气体收集系统的几种示例性PTU设计。参照图1(a)和图1(b)，在一个实施方案中，PTU(110)可以是由沉积室(112)和消化室(114)构成的并排设计，它们均具有独立的顶部空间(分别为121和122)。污物通过污物入口(116)进入沉积室，并且外排液通过出口三通管(118)离开沉积室。污物内的固体成分在沉积室内发生沉积或沉淀，并且沉淀的固体沿着沉积室底部的斜坡向下滑入其中形成淤积物覆层的消化室的开口。生物气体输出口(120)位于消化室顶部空间。参照图2，在一个实施方案中，PTU(IlO)可以为提供竖直分隔的双水平设计，该设计由沉积室(112)和消化室(114)构成，它们均具有独立的顶部空间(分别为121和122)。 污物通过污物入口进入沉积室，并且外排液通过出口三通管(图中未示出)离开沉积室。任选地是，并且如图2和7所示，污物入口为从池子中央分支出的入口三通管(117)。入口三通管沿χ轴和ζ轴方向均具有45度弯曲，以促使在池子内进行液压混合。参照图3(a)和3(e)，在一个实施方案中，PTUO10)可以为由由沉积室(212)和消化室(214)构成的嵌套式设计。在该设计中，污物通过污物入口(216)进入沉积室，并且外排液通过外排液出口(218)离开沉积室。污物内的固体成分在沉积室内发生沉积或沉淀， 并且沉淀的固体沿着沉积室的底部斜坡向下滑入其中形成淤积物覆层的消化室的开口。任选地是，消化室具有V形底部。两室之间的开口任选地装有变流装置，以防止气泡回流入沉积室内。生物气体输出口位于消化室内，并且任选地包括含甲烷生物气体收集管020)。这两个室具有彼此液压密封的隔离的顶部空间。参照图4，在一个实施方案中，PTU(310)可以为由外沉积室(312)和内消化室 (314)构成的圆形嵌套式设计。污物通过污物入口(316)进入沉积室，并且外排液通过出口 (318)离开沉积室。污物内的固体成分在沉积室内发生沉积或沉淀，并且沉淀的固体沿着沉积室的底部斜坡向下滑入其中形成淤积物覆层的消化室的内。两室之间的开口任选地装有变流装置，以防止起泡回流入沉积室内。含甲烷生物气体输出口位于消化室的顶部空间。参照图5，在一个实施方案中，PTU (410)包括内壁，该内壁形成将沉积室(412)和消化室(414)分隔的倒圆锥或伸长的V形结构。污物通过污物入口(416)进入沉积室，并且外排液通过出口(418)离开。污物内的固体成分在沉积室内发生沉积或沉淀，并且沉淀的固体沿着倒圆锥的斜坡向下滑入其中形成淤积物覆层的消化室。含甲烷生物气体通过倒圆锥的干部的输出口(420)离开。参照图5(c)，PTU(410)可以构造有沿着池子侧壁和任选的表面的多个污物入口。 入口的这种构造进行分流，而不必使用分流器。这种构造会提供与污物源(即来自多个住宅或商业/建筑)的多个接点。任选地是，入口装有沿X轴和Z轴均弯曲45度的入口，使得通过池子内的流动引入而进行液压混合。参照图6，在一个实施方案中，PTU(510)可以为并排设计，该设计由沉积室(512) 和消化室(514)构成，它们均具有独立的顶部空间。沉积室具有倾斜的底部，以及与底部相邻或处于底部水平的进入消化室的入口。污物通过污物入口(516)进入沉积室，并且外排液通过出口(518)离开沉积室。污物内的固体成分在沉积室内发生沉积，并且沉淀的固体沿着倾斜的底部向下滑入消化槽内。含甲烷生物气体通过输出口(520)离开，从而进入气体管线(521)内。PTU任选地具有一个或多个进入点，如开口以及上部的盖子，以能够进入维护、维修以及本领域内的技术人员理解的其它的目的。如果需要将淤积物泵出，可以提供进入口， 以有利于泵出。在本发明的一个实施方案中，安装至少一个与水平面齐平的盖子能够容易地实现常规维护，以及清除淤积物，而不会干扰周围的土地。可以向开口上添加附加的元件，以防止在安装后未经授权或偶然地进入PTU内。可以将PTU的盖子或顶部安装在地面上，使得其暴露于太阳的辐射。采用这种方式，黑金属或其它的高发射率材料制的盖子或顶部可以捕集太阳能/热能，以被动地加热池子，从而促使细菌以较高的速率将污物转化为含甲烷生物气体。PTU可以由各种材料构成，所述材料包括混凝土、包括PVC和PE在内的塑料、砖、凝胶层、金属以及本领域内已知的其它材料。在一个实施方案中，PTU由混凝土(如至少 35mPa(4, 500psi)的高强度、增强混凝土)制成，但是还可以使用任何合适的材料，如纤维玻璃、高密度聚乙烯(HDPE)、或本领域内技术人员已知的允许实现所需水平的系统密封的其它材料。在一个实施方案中，PTU至少部分地由安装地点当地的材料制造。为了确保局部制造/安装的由当地材料制成的池子密封，可以将池子铺上HDPE、橡胶、EDPM或其它材料的插件或囊袋，以确保质量控制。盖子也可以铺上衬里或涂漆。可以采用密封剂来确保插件密封到抗泄漏的盖子上。任选地是，PTU被设计为耐抗微生物诱导的腐蚀(MIC)。限制微生物诱导的腐蚀的适当手段是本领域内已知的，并且包括混凝土 PTU用的专门的混凝土表面漆或衬里，以及混凝土混合料的添加剂。在一个实施方案中，在PTU的顶部空间施加专门的混凝土表面漆， 以耐抗微生物诱导的腐蚀和/或为顶部空间衬里设置挠性聚乙烯材料(包括防腐膜)。在一个实施方案中，PTU可以为高效废物管道系统(HPSS)的一部分，所述HPSS如 W02007036027所述的那样。通过防止离开淤积物覆层的生物气体气泡通过含有甲烷营养菌或甲烷氧化菌的浮渣层，从而有利于含甲烷生物气体的收集。因此，在本发明的一个实施方案中，PTU包括气泡变流装置，以减少捕获的悬浮固体，将生物气体保持在PTU内，并且防止气泡被洗出。生物气体收集子系统生物气体收集子系统包括一个或多个生物气体捕获和/或收集单元(BCCU)，该单元与其可操作性连接的一个或多个PTU —起使用，以用于捕获和/或收集PTU内生成的含甲烷生物气体。任选地是，将BC⑶构造为使得它们对PTU的工作造成最低程度的干扰，并且将其构造为除去PTU内生成的大部分气体。BCXU旨在最大程度地由PTU捕获生物气体，因此置于PTU的消化区域顶部空间内或与其相连。该位置考虑以下两个因素(a)含甲烷生物气体生成主要发生在收集大部分淤积物并且发生降解的位置处；(b)生物气体比空气轻，因此倾向于收集在PTU的顶部附近。参照图11至13，由一个或多个BCXU收集的生物气流使用(例如)管路系统而合并在一起。在本发明的一个实施方案中，BCCU用作独立的单元，该单元基于适当的周期获取存储在其内的生物气体。BC⑶可以使用主动机构、主动机构或它们的某种组合，以从B⑶捕获和/或收集生物气体。在本发明的一个实施方案中，BCCU为被动，并且包括一个或多个与PTU可操作性地连接的管道，以用于捕获PTU内的生物气体。在本发明的一个实施方案中，BCXU借助于管道利用主动的抽吸技术，以从PTU或收集中心提取生物气体。在本发明的一个实施方案中，BCCU为与一个或多个生物气体转移元件(BTE)或收集中心相连的管道，其中所述BTE用于将生物气体输送到一个或多个气体利用中心。在本发明的一个实施方案中，BCCU为诸如吸收罐等容器，该容器与PTU可拆卸地相连，并且被设计为可逆地捕获PTU内生成的生物气体。任选地是，容器填充有被设计为可逆地捕获所选分子类别的气体的材料。管道
在本发明的的一个实施方案中，BC⑶为使用连接组件与PTU相连的管道。本领域内的技术人员将会理解，希望本领域内已知的不同类型的连接组件均包括在本发明的范围内。任选地是，用作BCXU的管道由HDPE制成。HDPE的挠性降低了对管路的剪切破坏。 HDPE对从污物中提取的典型气体也是非腐蚀性的，并且耐受生物作用。本领域内的技术人员已知的密封机构(如上述的那些)可用于密封PTU和BCXU之间的连接。任选地是，采用气密性连接方式将BCXU与PTU进行连接。可以按照与测试腐化池的完整性的方式(即真空测试)类似的方式原位测试污物管线系统中所有连接的基本气密性，这对于本领域内的技术人员而言是已知的。将污物管线的一部分密封，施加真空并且采用具有量表的定期读取仪确定该部分是否在丧失其真空。可逆捕获单元在本发明的一个实施方案中，BCCU为诸如吸收罐等容器，该容器与PTU可拆卸地相连，并且被设计为可逆地捕获PTU内生成的生物气体。在一个实施方案中，BCXU为管道和吸收罐的混杂组合，其中与PTU可操作性地连接的管道捕获PTU内的生物气体，并且将其输送到可拆卸地相连的吸收罐(其可逆地捕获生物气体)内。在捕获的生物气体饱和之后，将吸收罐或其内的内容物与PTU分离，并且任选地输送到其中再次提取所捕获的生物气体以进一步处理、储存和/或利用的设施(例如气体利用中心)内。基于吸收罐的生物气体收集方法非常适合于独立的腐化系统和储存池，其中不存在污物收集干管避免了对管沟的需要。各种材料可用于捕获生物气体用的吸收罐内，以利用吸附或其它机制而捕获生物气体。这些材料中的一些材料如下所述。本领域内的技术人员将会理解，以下所列的材料仅是实例性的，并且本领域内已知的适合于捕获生物气体的其它材料也被认为包括在本发明所述的范围内。在本发明的一个实施方案中，生物气体收集于填充有吸附材料的吸收罐内。主要包含甲烷的生物气体吸附于吸附介质的孔隙内和表面上。甲烷分子倾向于吸附在直径为 1.0-1.5nm的孔隙内。在本发明的一个实施方案中，吸收罐填充有具有高孔隙(宽度小于 1. 6nm)体积的材料(当采用总孔隙体积的百分比时)。由于具有高的吸附能力，活性炭一直用于从液体和气体中除去杂质并且回收有用的物质，其中“活化”是指由此增强孔隙结构的各种处理中的任意处理方式。在本发明的一个实施方案中，高度微多孔的炭被用于捕获生物气体用的吸收罐内。微多孔炭通过各种不同的技术(如对活性炭进一步化学活化)制备。制备高度微多孔的炭的方法在US 5，626，637中有所提供。容器还可以填充有其中结晶的晶格结构或晶粒构造能够可逆地捕获甲烷分子的材料。在本发明的一个实施方案中，这些材料具有这样的晶格结构，该晶格结构允许甲烷分子渗入固体物质的内部并且相对于甲烷分子具有内部表面活性，如允许表面附着性至少达到增强捕获效果所需的程度。在本发明的一个实施方案中，可以采用已知笼状晶格结构的沸石，如US 4，495，900所述的那些。在本发明的一个实施方案中，容器填充有有廉价的芳香族前体(如柯啶、焦炭和石油)制得的含硫活化炭。用于制备这种材料的方法在US5，639，707中所有提供。
在本发明的一个实施方案中，BCCU吸收罐填充有由玉米棒子制得的纳米多孔炭。 在该实施方案中，玉米棒子被烘烤为在不规则状孔隙空间内捕获生物气体的炭饼。孔隙的不规则性质使得比其它结构获得更高的捕获效率。孔隙的尺寸影响炭饼的生物气体收集能力。基于活化处理的不同类型，可以由玉米棒子制得约80种不同类型的炭。在本发明的一个实施方案中，通过促进形成笼形水合物从PTU中收集生物气体。 笼形水合物为一类其中气体分子占据由氢结合的水分子构成的“笼子”的固体。这些笼子在空位时是不稳定的，从而塌陷为常规的冰晶结构，但是它们通过在其内包合适当尺寸的分子而得以稳定。大多数低分子量气体(如02、!12、队、0)2、!125、六1~、&、乂6和甲烷)以及一些高级烃和氟氯烷在特定的压力-温度条件下会形成水合物。一旦形成水笼形物，其通常可以通过升高温度和/或降低压力而分解。用于促进含甲烷生物气体生成的机构可以采用各种技术在PTU内促进甲烷生成。甲烷生成的关键因素为提供用于废物厌氧分解的充分时间。所生成的甲烷的量随着废物分解的时间延长而增加。还可以通过优化环境条件(如温度、PH平衡、混合、组分、营养物水平、水分或水含量等)来促进甲烷生成。在一个实施方案中，PTU被构造为允许任何附加的氧/空气进入系统中。任选地是，系统还包括围绕的通气机构。通过延长污物分解的时间来促进生物气体生成在本发明的其中PTU由两个或多个槽构成的实施方案中，由一个或多个污物源接收的污物的淤积部分在PTU的沉积槽内沉积，然后进入消化槽，而外排液使用一个或多个污物排出管从PTU流入到HSS、HPSS或渗滤场(在腐化池的情况下)内。由于只有淤积物留在PTU内，因此清洁循环可以延长。在本发明的一个实施方案中，第一槽与虹吸管相连， 使得可以在常规的清洁过程中从PTU中取出淤积物。沉积在PTU的消化室的底部的淤积物由于微生物消化的作用而减少。容纳较大量的淤积物的较大的厌氧消化槽延长了清洁循环；起到涌流抑制器的作用，从而降低污物通过系统的速率；并且增加液压保持时间。可以任选地引入包括流量衰减器在内的附加元件， 以增加液压保持时间。所有这些因素均导致淤积物的沉积增加，由此使生物气体生成增加。本领域内的技术人员将会理解，根据PTU是与HSS、HPSS还是渗滤场相连，系统的各部件(包括但是不限于通气口、管线、管线与其它部件的接头、管道、泵站等)具有不同的设计要求。通过优化环境条件促进生物气体的生成可以通过多种手段来促进厌氧消化，所述手段例如为采用添加剂、使用固定介质来诱导生物膜生长以及各种工作参数(包括保留时间、PH和温度等)。已知用于提高淤积物转化为甲烷的量、生物气体中甲烷部分的量或甲烷在生物气体内的比例的一些条件如下〇升高温度〇混合淤积物覆层OpH 平衡〇增加可供利用的H+〇优化碳营养物比例
〇微生物生物强化(即微生物接种)在一个实施方案中，可以通过优化环境条件(如温度、pH、组分、营养物水平、水分或水含量以及氢离子水平)来促进甲烷生成。在本发明的一个实施方案中，PTU包括用于优化一种或多种环境条件以促进厌氧消化的机构。任选地是，PTU还可以包括用于监测废物的固体部分内的环境条件的机构，包括一个或多个传感器，例如(但是不限于)温度传感器、PH传感器、水分传感器、通风传感器等。在本发明的一个实施方案中，PTU包括响应于环境指示的反馈系统，以作为响应于由一个或多个传感器接收的信号而优化一种或多种环境条件的机构。溫度的控制在本发明的一个实施方案中，通过增加热量来优化PTU中淤积物的微生物消化速率。保持淤积物的温度在优化范围可以增加消化速率。增加PTU内的温度优化分解淤积物的微生物的生长速率。本领域内的技术人员知道充分的微生物反应所需的最优温度范围。例如，根据所存在的产甲烷菌的种类，存在两个常规的用于厌氧消化的工作温度范围(a)嗜温其优选在约37°C -41°C或者约25_45°C的环境温度下进行，其中采用嗜温菌作为消化剂，以及(b)嗜热其优选在约50-52°C (至多升高至70°C )下进行，其中采用嗜热菌作为消化剂。嗜温细菌比嗜热菌更耐受环境条件的变化。因此，据认为，嗜温消化体系比嗜热消化体系更稳定。然而，后者有利于更快的反应速率，因此在升高的温度下气体生成的速率更快。在嗜温范围(15°C-40°C)内，基本规则是在淤积物覆层内，每升温10°C，甲烷产生速率会增加一倍(Droste，1997)。已经显示出在低至10°C时会产生甲烷气体，但是为了实现合理的甲烷产生速率，我们的淤积物应当保持在至少20°C。升高淤积物覆层的温度既会提高微生物消化淤积物的速率，又可能改变淤积物覆层内存在的微生物群落。通常，我们期望在主处理单元的淤积物覆层内观察到嗜冷性厌氧菌(温度范围为10°C至20°C )-这些微生物缓慢有效地将含碳材料转化为甲烷气体。与此形成对比的是，加热PTU的淤积物层至超过36°C会促进反应非常有效且更快的嗜温厌氧菌 (其在25-37°C的温度范围内生存)的定殖；然而，在45-55°C内生存的嗜热细菌通常比嗜温菌更快地生长和反应，对系统的变化更敏感，并且可能在最小的应力(如温度下降等)下就会死亡。此外，在没有主动加热的情况下，澄清池在45-55°C的范围内工作在大多数地点在技术上是不可能的。在本发明的一个实施方案中，提供这样的PTU，其被隔离以参照PTU外部的环境温度(其可能是或不是最优的)增加和/或保持恒定的所需优化温度。在本发明的其中PTU部分或全部位于地面以上的实施方案中，至少一部分PTU被涂成黑色，或者由吸收太阳热量的材料制成。PTU的盖子位于地面上，并且由黑金属或其它高发射率的材料制成。在一个实施方案中，存在与盖子相连的金属棒，其向下到达淤积物覆层，从而将热能传导至淤积物覆层内，以促进消化。在本发明的一个实施方案中，甲烷供能的燃料电池可以为PTU提供热量。参照图8，在本发明的一个实施方案中，通过加热机构升高PTU的温度。加热机构可以由诸如太阳板阵列等电源或本领域内的技术人员容易理解的其它能源供能。或者，加热机构可以由捕获的生物气体供能。加热加热机构可以位于PTU内，或者位于PTU的外部。系统还可以包括用于淤积物缩减的现场甲烷控制系统，该系统包括气体压缩、燃烧和加热系统以及淤积物覆层加热系统。该现场甲烷控制系统通过现场燃烧甲烷并且将所生成的热供应给淤积物覆层以加快淤积物降解过程，从而使得甲烷气体转化为二氧化碳， 并且使得抽空循环延长。在一个实施方案中，系统包括与催化转化器相连的加热器，使得在甲烷转化过程中由催化转化器生成的热量可以用于加热淤积物覆层。在其中加热机构位于PTU的外部的实施方案中，加热机构包括用于加热PTU的壁的机构，如板坯加热器。或者，含有固体成分的废物可以在进入PTU之前进行预加热。在一个实施方案中，加热机构还包括温度传感机构，如温度调节装置。在一个实施方案中，加热机构还包括反馈系统，该系统从温度传感器(如温度调节装置)接收信息，并且控制加热机构以便保持预设的最优温度。促进厌氧消化的手段底物平衡任选地是，引入的污物被调节为既具有合适的pH水平，又具有充分的有机物(其具有平衡的碳营养物比例和氮比例)。为了促使新的淤积物细菌的气体产生达到与熟化厌氧菌相同的水平，将得自其它澄清池的聚集物覆层的熟化淤积物加入到新池子内，以加快熟化过程，从而避免滞后阶段。 接种的简单优点是使得微生物体系即刻启动，并且快速产生甲烷。此外，包括热处理、臭氧处理、超声波分解和碱水解或它们的组合在内的各种预处理会促进淤积物溶解，从而增强嗜温厌氧消化。在一个实施方案中，一个或多个槽可以装有一个或多个厌氧固定介质体系，其包括基质层或支持材料层。基质或支持材料为微生物提供了固定的表面。合适的支持物是本领域内已知的，并且可以包括天然存在的支持物，如砾石或岩石或人造支持物(如砖、陶瓷、金属或塑料元件)。通常支持物对系统内的环境条件具有耐受性。任选地是，厌氧过滤器可以用于处理浓的废水或用于处理稀的污物。液压混合在池子内进行液压混合促使新的污物底物与蓄积在池子底部的以前的污物层相混合，从而使新的底物与熟化厌氧菌接触。污物输入口可以被任选地设计为促进上述液压混合。在一个实施方案中，PTU污物输入口包括一个或多个分支的入口三通管。分支的入口三通管可以由池子的中央形成分支出来，并且沿X轴和Z轴方向均具有弯曲度。弯曲度可以为约22. 5度至约45度。在一个实施方案中，弯曲度为22. 5度。在另一个实施方案中， 弯曲度为30度。在另一个实施方案中，弯曲度为45度。在又一个实施方案中，弯曲度为90 度。这种分支的入口三通管构造促使新的污物底物与蓄积在池子底部的以前的污物层相混合，从而使新底物与熟化厌氧菌接触。计算机流体动力模拟(CFD)已经表明，这种入口构造在高流速(堵塞)条件下可以混合超过90%的池子淤积物覆层表面/高度。任选地是，分支的入口三通管还可以被构造为使得流体被引导至室间壁或内挡板，以进一步促使
14不规则的流动方式，并且减少悬浮的固体。原位产牛氢原位产生氢会促进厌氧处理。氢在厌氧反应中被消耗，并且可以将厌氧处理由酸生成阶段转化为甲烷生成阶段。原位产生氧和/或氢的机构是本领域内已知的，并且可以包括能够电解的任何机构，包括一个或多个电解盒、电解池或电解室。在本发明的一个实施方案中，能够电解的机构可以电解水。在本发明的一个实施方案中，能够电解的结构可以产生氧化剂。适合用于本发明的水电解装置的类型随着系统的功能需求而不同。本领域内的技术人员将会理解，电解装置可以间歇式工作或连续工作。电解装置可以按照预设的方式或相应于(例如)传感器的信号而打开或关闭。在一个实施方案，电解装置包括两个或多个电极，以及能源或电源。在一个实施方案中，电解装置包括与一个或多个电解装置可操作性地连接的处理控制器以及一个或多个传感器。处理控制器可以包括这样的器件，其能够由一个或多个传感器接收信号，并且解析信号，处理所接收的信号，并且将指令发送给一个或多个电解装置，以按照基本上最低的能量成本来优化结果。处理控制器还可以进行监控功能，如监测系统失效等。在一个实施方案中，处理控制器还包括传感机构，该机构用于检测pH水平，并且能够以PH依赖方式调节水的电解，以防止由于H+累积而导致淤积物酸化。电解装置在本发明的一个实施方案中，电解装置包括位于PTU内表面或淤积物覆层内的两个或多个电极。参照图9，在本发明的一个实施方案中，两个电极可操作性地与位于PTU外部的电源相连。在水电解过程中，阴极或负极产生氢，并且阳极或正极产生氧。或者，电解单元可能产生其它(非氧)氧化剂。通过促使蓄积的淤积物在PTU内的消化，电解装置间接起到增加清洁周期的作用。淤积物较长时间的蓄积起到增加生物气体生成的作用。本领域内已知各种类型的电极，包括平电极、网状电极、杆电极、中空圆筒电极、板电极或多板电极等。本领域内的技术人员根据系统的功能要求将会知道那种类型的电极适合用于本发明中。固体颗粒粘附在上升到表面并且离开处理区域的气泡上。此外，在形成氧气泡时， 由于氧气不能扩散而在系统内导致低效能。在本发明的一个实施方案中，阳极的构造被选择为减少或防止气泡的形成。电极可以由各种材料形成。电解材料必须充分耐用，以承受在本发明的电解过程中施加的升高的电压和电流水平，而不会使得电极过度降解。给定的电极可以是金属或非金属的。在电极为金属时，电极可以包括镀钼的钛以及本领域内的技术人员容易理解的其它组成。在电极为非金属时，电极可以包括石墨炭、撒有金刚石的硼或者可以为本领域内的技术人员容易理解的各种导电陶瓷材料中的一种或多种。在不偏离本发明的范围内，电解池的阳极和阴极可具有各种不同的组成和/或构造。在本发明的一个实施方案中，阳极和阴极基本上是等价的，以有利于双极工作，从而减少污垢在电极上累积。电解过程可能在电解表面上产生薄膜或沉积物，其可能降低水处理过程的效率。可以通过周期性地将工作极性逆转(将阳极和阴极板转换为相反的极性)，对电解进行去污垢，以除去某些膜。自动的逻辑控制允许程序性地或连续地去污垢，从而降低劳动和维护成本。在本发明的一个实施方案中，参照电极被整合到电解装置内。在本发明的一个实施方案中，一个或多个电极中的至少一个基本上浸没于淤积物中。在一个实施方案中，所有电极均基本上浸没于淤积物内。在本发明的一个实施方案中， 一个或多个电极中的至少一个电极部分地浸没于淤积物中。在一个实施方案中，所有电极均部分地浸没于淤积物中。电极的放置方式可以根据系统要求而改变。电极可以位于固定的位置或者可移动地安装。电极可以安装于PTU的壁上和/或底部上。在本发明的一个实施方案中，电极使用本领域内已知的手段而悬浮于淤积物内。电解装置的合适能源是本领域内已知的，并且技术人员将会知道那种能源最适合于系统的构造。能源会输送具有由系统要求确定的值的受控电荷。能源或电源可以是标准或可再充电的电池、直流连接端子或太阳能以及本领域内已知的其它能源或电源。现场甲烷减排在一些应用中，能需要现场甲烷减排。在这些应用中，可以将主处理单元的含甲烷生物气体输出口与甲烷减排机构相连。通过设置过滤器/装置进行现场甲烷减排，所述过滤器/装置含有(并且/或者促使甲烷营养菌的定殖)通过氧化作用将甲烷气体转化为二氧化碳的天然存在的甲烷营养菌(其通常存在混合介质内，但是也可以使用其它介质)。这些甲烷营养菌可以位于地下通风管和/或围绕上升管的介质的环内，所述上升管被精细地穿孔，以允许气体进入介质内，但是其不会让土壤/砂进入池子、表面吸收罐等结构内。与其它固体废物缩减系统和方法进行整合上述的用于基本上优化固体废物分解的系统或方法可以与用于最大程度地减少废物的其它系统和方法(例如，包括前酶处理和后酶处理等)进行整合。在本发明的一个实施方案中，本发明的系统和方法可以与使用电解预处理污物的系统整合，所述系统如在美(例如)国专利No. 4，089，761和4，124，481所公开的那样。本领域内的技术人员将会容易理解，可以将本文所述的用于促进微生物处理的一个或多个系统组合。向气体利用中心输送生物气体使用BC⑶提取的生物气体任选地在气体利用中心用于多种应用中的一种或多种，包括(但是不限于)发电、同时发热发电、用作燃料和用于化学合成。在本发明的一个实施方案中并且参照图11，气体利用中心位于废物源的原地。在本发明的一个实施方案中并且参照图11，气体利用各中心为由多个PTU共用的中央设施。在本发明的一个实施方案中，使用被设计并且构造为可逆地捕获生物气体的容器 (其用作B(XU)捕获在PTU中生成的生物气体。然后，这些容器被移送到气体利用中心，在那里它们被处理，以释放其内捕获的的气体(“解析附”)。在混合实施方案中，BCCU可以位于气体利用中心。本领域内的技术人员将会理解，解析附的方法随着吸收罐内所用的材料类型而改变，并且所有这些均应被认为在本发明的范围内。可以在收到容器之后立即进行解析附过程，或者直至生物气体要进行利用时再进行解吸附过程(在这种情况下容器起到储存装置的作用)。或者，容器可以被移送至中间位置，在那里它们发生解析附，并且然后使用诸如管线系统等生物气体输送元件(BTE)将所提取的生物气体输送到气体利用中心。在本发明的一个实施方案中，使用与一个或多个BTE相连的管道形式的BC⑶将生物气体收集至气体利用中心，以进一步处理、储存和/或利用。在中央气体利用中心的情况下，BTE起到气体收集干管的作用。在本发明的一个实施方案中，使用直径通常为19_100m4m的挠性的额定压力的高密度聚乙烯(HDPE)制备BTE。使用这种类型的管提供多种优点，如容易安装、管段之间的连接点较少、减少开挖以及表面复原等。BTE还可以由各种其它材料(如聚乙烯)制成。使用 HDPE确保了 BTE保持不受腐蚀达到大于100年的设计期限。参照图13，其示出上述系统的一个实施方案，其中废水集水区分为多个区域，并且生物气体通过主动或主动的动力流入集水区下游的收集中心。在该构造中，水分捕集器位于生物气体收集中心的上游，然而它们可以置于系统的其它重要地点。在收集中心处，可以具有测量并且监测生物气体质量/量等和/或环境条件的装置；还可以有根据集水区的形貌和服务条件而沿着系统抽/吸气体的泵。生物气体从收集中心和/或直接从与其所服务的建筑物相邻的各沼气池而流入(通过主动或主动的动力机构)转化中心，其中所述生物气体位于被引导至设施的各独立管道内或者收集于通过一系列Y型连接合并的生物气体干管(其只有一个生物气体管被引导至设施)内。转化中心内的装置可以包括(但不是不限于)多阀分流器、过滤器或分离器或擦洗器、冷凝和沉淀阱、疏水器、缓冲罐、鼓风机、燃烧组件、防爆安全阀、防焰器组件(如换热器或气火焰)、用于共同发热发电的发动机/发电器和控制面板以及所需的监测设备(如氧分析器)。根据当地政府的建筑规则/规定，大多数这些设备都需要容纳在防爆建筑物内。在本发明的其中气体利用中心位于中央并且PTU适合用于HPSS的实施方案中， BTE位于与污物收集干管相同的管沟内。对污物收集干管和BTE使用相同的管沟使得成本显著降低。还可以在相同的管沟内加入其它的服务设施，从而提供“捆绑式服务”。通过使用冷凝阱，汇集在地下BCCU系统内的水分可以通过相同的管沟一起被排放到HPSS内(参见图Π)。参见图14，其为路面下的示例性冷凝阱的示意图。在系统为小口径废物管道系统的一部分的实施方案中，捕集在生物气体管线内的水分可以被转化为小孔径废物管道的外排流，而不会通过液压塞使大气进入生物气体管网内。水分捕集器最通常安装位于集水区的低点，或者如重要设计所需的那样，水分捕集器为从生物气体管线内的生物气体冷凝的冷却水的收集点，并且管道内的鹅颈弯曲部含有水，使得没有气体从生物气体中进入小孔径废物管道系统内，反之亦然。在这种情况下，捕集器内的水量总是处于相同的高度-当一滴水进入鹅颈部时，另一滴从水鹅颈结构的小口径污物管道系统一侧离开，并且将水贮存到清洁的废物管道外排流内。这些捕集器在安装时会填充水，并且以大多数地漏下的气体捕集器相似的方式在U型弯曲部内总是满的。任选地是，这些水分捕集器可以沿着道路安装，并且为生物气体收集系统和外排废物管道系统设置入口，以进行所指定或所需的维护。生物气体管线和SBS管线均可以从该水分捕集点具有延伸的立管，以进入管线进行冲洗或其它维护。本领域内的技术人员将会理解，必须注意确保没有气体从BTE泄漏到环境中，或者在气体利用中心泄漏。这包括使用对焊接或本领域内技术人员已知的其它连接密封方法来确保所有连接和接点均为密封连接的。可以使用上文讨论的真空测试方法确认BTE的各段之间的连接的基本气密性。在PTU内生成的甲烷可以与痕量的气体混合，以逐渐获得明显的刺激性气味(其可用于检测任何甲烷泄漏)。可用于该目的的气体包括(但不限于) 丁基硫醇。BTE还可以包括插入用于控制气体流动的标准气体流量装置，如压力监测器、阀、 压缩器等。本领域内的技术人员将会理解这些装置沿着BTE适当的放置方式。在本发明的一个实施方案中，气体流量装置确保所提取的气流具有均一的压力。在本发明的一个实施方案中，这些流量控制装置被控制为间断地或连续地操作气体提取过程。如本领域内的技术人员容易理解的那样，可以使用典型的气体用流量控制机构(如压力阀)。在一个实施方案中，池内生物气体积聚可以对池子加压，并且在最大压力时，阀可以打开，从而通过动力推动生物气体塞进入收集中心或设施。或者，可以在设计时不包括阀，相反，使生物气体连续地流入收集中心或设施。在本发明的主要从PTU中提取甲烷的实施方案中，重要是确保最低程度地向BTE 内渗滤或从BTE中渗滤出，因为甲烷与空气的混合在甲烷的浓度为5%至15%之间时能够产生可燃混合物。可以在BTE内和气体利用中心设置安全措施，以确保不发生爆炸或不期望的泄露。这些安全措施包括(但是不限于)压力传感器。甲烷管道收集系统可以通过在 PTU内积聚的压力而被动地被推动至收集中心或转化中心，并且/或者主动地被引导至中央转化中心(三种方式被动-被动、主动-主动或被动-主动的混合方式)。对于甲烷转移系统，其可以具有能够通过压力积聚而打开的阀或者具有通过监测传感器而打开的阀。此外，冷凝阱可以转移在生物气体管网内收集的水分，并且将所收集的水释放至SBS外排系统(其与生物气体系统并排或者在其上方而成对设置)。生物气体处理和应用在本发明的一个实施方案中，采用过滤机构除去或分离特定的气体。例如，这些过滤机构可以用于分离甲烷。本领域内的技术人员将会理解，这些过滤机构可以设置于气体流动通路的任何位置，该位置包括(但是不限于)下述位置PTU内、BCXU内、BTE内或气体利用中心处。可以对通过BC⑶收集的生物气体流应用其它的后处理步骤。在本发明的一个实施方案中，可以采用擦洗技术，以从生物气体流中除去&S。本领域内的技术人员将会容易理解，本领域内已知的其它后处理步骤被认为在本发明的范围之内。在本发明的一个实施方案中，由PTU收集的主要是甲烷，并且使用BTE将其输送至中央设施内，以在化学合成中进行工业应用，或者用于发电。在本发明的一个实施方案中，通过将甲烷在燃气涡轮、蒸气锅炉、往复式发动机或微型涡轮中作为燃料进行燃烧而利用其进行发电。与其它烃类燃料相比，燃烧甲烷相对于每单位所释放的热量会产生较少的 CO2,并且也会产生最多的热/单位质量。在本发明的一个实施方案中，所收集的甲烷可以以与液态天然气(LNG)相似的液态形式作为燃料输送。压缩天然气(CNG)形式的甲烷也用作车辆的燃料，并且被认为比汽油和柴油更为环境友好。在化学工业中，甲烷也作用生产氢、甲醇、乙酸和乙酸酐的原料。本领域内的技术人员将会理解在不同的下游应用的情况下与处理甲烷相关的不同的设计问题。在本发明的一个实施方案中，由各PTU收集的甲烷那被泵送回上游，以用于诸如对住所发电等应用。显而易见的是，本发明的上述实施方案是示例性的，并且可以按照多种方式进行改变。这种目前的改变以及以后的改变并不认为偏离本发明的范围，并且希望这些所有对于本领域内的技术人员显而易见的更改均包括在所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于提取和收集污物生物气体的系统，包括主处理单元，该单元被构造为将污物分为浮渣层、液体层和淤积层，所述主处理单元包括适合于接收所述污物并且输出外排液的沉积槽以及适合于从所述沉积槽接收所述污物的固体成分的消化槽，所述沉积槽具有第一顶部空间，该第一顶部空间被构造为与大气相通，并且收集基本上在所述沉积槽内生成的生物气体，并且所述消化槽具有基本上与所述第一顶部空间分隔的第二顶部空间，该第二顶部空间被构造为收集基本上在所述消化槽内生成的含甲烷生物气体；其中所述浮渣层基本上保留在所述沉积槽内，并且所述淤积层基本上保留在所述消化槽内；以及生物气体收集系统，该系统可操作性地与所述第二顶部空间连接。
2.一种适合于收集含甲烷生物气体的主处理单元，所述主处理单元被构造为将污物分为浮渣层、液体层和淤积层，所述主处理单元包括适合于接收所述污物并且输出外排液的沉积槽以及适合于从所述沉积槽接收所述污物的固体成分的消化槽，所述沉积槽具有第一顶部空间，该第一顶部空间被构造为与大气相通，并且收集基本上在所述沉积槽内生成的生物气体，并且所述消化槽具有基本上与所述第一顶部空间分隔的第二顶部空间，该第二顶部空间被构造为收集并输出基本上在所述消化槽内生成的含甲烷生物气体。
3.根据权利要求1所述的系统或根据权利要求2所述的主处理单元，其中所述沉积槽和所述消化槽为并排构造。
4.根据权利要求1所述的系统或根据权利要求2所述的主处理单元，其中所述沉积槽和所述消化槽为嵌套式构造。
5.根据权利要求1所述的系统或根据权利要求2所述的主处理单元，其中所述沉积槽和所述消化槽为圆形嵌套式构造。
6.根据权利要求1所述的系统或根据权利要求2所述的主处理单元，其中所述污物是通过一个或多个入口三通管输入的。
7.根据权利要求6所述的系统或主处理单元，其中所述的各入口三通管具有沿着X轴和Z轴方向均45度弯曲的构造，以促使在池子内进行液压混合。
8.根据权利要求1所述的系统或根据权利要求2所述的主处理单元，还包括一个或多个气泡变流装置。
9.根据权利要求2所述的主处理单元，其可操作性地与甲烷减排系统连接。
10.根据权利要求1所述的系统或根据权利要求2所述的主处理单元，还包括用于促进厌氧消化的机构。
11.一种适合于收集含甲烷生物气体的主处理单元，所述主处理单元包括污物沉积区域和淤积物消化区域，其中所述污物沉积区域适合于接收所述污物，并且输出外排液，并且所述消化区域适合于从所述沉积区域接收所述污物的固体成分，并且输出基本上在所述消化区域生成的含甲烷生物气体，其中所述含甲烷生物气体的输出基本上不与污物浮渣层接触。
12.一种用于提取和收集污物生物气体的系统，包括主处理单元，该主处理单元包括污物沉积区域和淤积物消化区域，其中所述污物沉积区域适合于接收所述污物，并且输出外排液，并且所述消化区域适合于从所述沉积区域接收所述污物的固体成分，并且输出基本上在所述消化区域生成的含甲烷生物气体，以及生物气体收集系统，该系统被构造为从所述消化区域接收含甲烷生物气体，其中所述含甲烷生物气体的输出基本上不与污物浮渣层接触。
13.一种适合于收集含甲烷生物气体的主处理单元，其中所述主处理单元被构造为将污物沉积和淤积物消化分别分隔在沉积区域和消化区域内，并且输出基本上在所述消化区域生成的含甲烷生物气体，其中所述含甲烷生物气体的输出基本上不与污物浮渣层接触。
14.根据权利要求1所述的系统或根据权利要求2所述的主处理单元，其中所述第一顶部空间和所述第二顶部空间是液压分隔的。
15.根据权利要求1所述的系统或根据权利要求2所述的主处理单元，其中所述含甲烷生物气体的输出为主动方式、被动方式或它们的组合。
全文摘要
本发明提供一种用于从污物收集含甲烷生物气体的主处理单元和系统。主处理单元被构造为将污物沉积和淤积物消化分隔在池子的独立区域或室内。沉积区域适合于接收污物，并且输出外排液，并且消化区域适合于从沉积区域接收污物的固体成分，并且输出基本上在消化区域生成的含甲烷生物气体。主处理单元被设计为使得含甲烷生物气体被输出，而基本上不与浮渣层相接触。系统还包括生物气体收集系统，该系统被构造为从主处理单元的消化区域接收含甲烷生物气体。
文档编号B01D21/02GK102216229SQ200980132766
公开日2011年10月12日 申请日期2009年10月30日 优先权日2008年11月4日
发明者吉尔·L·哈斯 申请人:克利尔福德工业有限公司