专利名称：一种沼气的两池双发酵方法和沼气池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有机废弃物厌氧发酵制备沼气的技术和装置，特别是一种沼气的
两池双发酵方法和沼气池。
背景技术：
目前在我国农村通用的沼气池中，以户用型沼气池为主，占数量的绝大多数，沼气池在农村的作用在于，沼气池一方面能够处理有机废弃物产生生物能源，另一方面能够发酵畜牧业产生的粪便为有机肥料，同时能够将影响农村环境中的污染物统统纳入沼气池中厌氧降解和转化，具有美化生态环境的作用，因而沼气已经成为新农村建设的关键技术。在我国农村中一般使用的户用型沼气池有6m3、8m3和10m3三种形式。我国沼气池使用的原理主要是水压式发酵技术，当厌氧发酵产生的沼气气压大于水压时，水的空间被沼气占用，当沼气气压小于水压时，水向气室流动，并构成水压与气压的平衡，从而使沼气的压力保持相对恒定。1984年中国标准出版社出版了国家标准局发布的GB/T4750-1984《农村家用水压式沼气池标准图集》提出了农村沼气池的结构，形状为圆形或球形，设有进料口 、出料口 、发酵间、气箱、活动盖、导气管、出料间兼用水压箱，因此称之为水压式沼气池。2002年中国标准出版社出版了国家质量监督检验检疫局发布的GB/T4750-2002《户用沼气池标准图集》中提出"曲流布料沼气池"，其特点是池底由进料口向出料口倾斜，在池底面设置了布料板，使发酵原料呈曲线流动，增加了扩散面，延长了发酵原料的运转。2007年科学技术文献出版社出版的西北农林科技大学邱凌在《庭院沼气高效生产与利用》书中叙述了"旋流布料沼气池"，其特点是，在底池上建设一个曲率半径为5D/8的圆弧型导流板将进出料隔断，使入池原料在导流板的导流作用下，必须沿导流板旋动才能到达循环管和抽渣管的下部，从而延长了入池发酵原料的流动路程和滞留时间，并且西北农林科技大学邱凌也提出了中国专利ZL97243731. 2 "旋流布料自动循环沼气池"，对旋流布料沼气池进行了技术描述。
以上沼气池的类型，是我国目前通用的推广标准，在发酵上采用一次投料，混合发酵。不存在原料的预处理和预发酵阶段。沼气压力的调节是水压调控。
这些主流推广使用的几种沼气池，在建造和使用过程中有如下缺点1.需要设置一个进料口 、一个出水口兼水压间、 一个活动盖， 一共三个开口 ，三个开口的建设需要设计和施工，所需费用约为总造价的1/3左右，如果减少开口的数量，可能会减少造价和节省材料；2.发酵是混合发酵，没有原料预发酵阶段，即使有预发酵阶段，也不能有效地接种微生物，存在着原料处理差，发酵不彻底问题；3.由于进料口建筑面积小、进料口坡度小、或者当沼气气压大时，进料口堵满水，会造成进料漂浮、进料很难入池、进料被阻挡现象，这样对进料造成不方便，甚至不能进料。所以解决原料入池与预发酵问题是沼气发酵的关键技术之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的沼气发酵技术，既两池双发酵技术。两池就是建造两个发酵空间，一个是原料预处理和水压结合间，一个是发酵间。所谓双发酵就是两次发酵，一次是原料的发酵，是兼性的，以厌氧为主，兼有好氧的原料发酵过程；一个是绝对厌氧的沼气发酵过程。 本发明的目的是提供一种两池双发酵方法和沼气池。
本发明内容包括两池双发酵方法和两池双发酵沼气池。
本发明是通过以下技术方案实现的。 原料是农作物秸秆、人粪尿、畜禽粪便，以及其它的农业有机废弃物，但是不能含有石块、土壤、洗涤剂、金属板块等不能消化的无机物质。农作物秸秆切碎，不能长于300mm，所投入的秸秆总体积不能多于所投入的总体积的1/3，所投入的粪便最好以新鲜为主，粪污水的投入量不能少于2/3，使发酵液中有机物质的干含量在8%上下。 沼气池分为上下两池，上池为兼用池，是水压间和预发酵间公用的，本发明称之为兼用池；下池为发酵池，是一个传统的沼气池。 原料投放到上面的兼用池中，由于兼用池也是水压间，在兼用池中沼液、沼渣、原料三者共处一个空间中，并且随着水压的变动产生混合和搅拌作用，由于与外界大气相通，所以存在着部分有氧状态，在这种情况下进行的发酵作用是兼性发酵，原料可以在这种兼性状态下，进行酶解，使大分子化合物分解为小分子化合物，再分解为甲烷的前体物质。而且这个发酵阶段是不需要厌氧的，兼性状态有利于预发酵，而且由于有大量的沼液、沼渣进行充分的接种作用，使得预发酵效率提高。 本发明的两池双发酵沼气池包括以下部分，上池即兼用池、活动盖进出水系统、沼气池主体；具体由兼用池1、沼气池2、天窗3、进出料备用管4、沼气金属管5、兼用池外墙6、顶返水孔7和人行路8组成。 活动盖进出水系统包括天窗3和进出料备用管4，是当不使用兼用池1时，原料
和处理水进出的备用系统。本项发明取消了传统沼气池的进水口和进水管，采用活动盖
进出水系统进出水，进出料备用管4是联结天窗3和沼气池2的水泥管，管段直接深入至
沼气池底端中央，管内径300mm，为使进出料畅通，管底做成倾度45。的斜面，也可管底开
200X200mm开口，以使进出料管4与沼气池2主体保持良好的连接状态。 沼气池2主体是一个圆球形的闭合罐体，分三个部分，即沼气池上半球、沼气池圆
柱体、沼气池下半球。上下半球如果不方便建筑时，可以使用梯形截面体。本沼气池与传统
水压式沼气池的建设基本一致，本沼气池无需建设常规的进水口和出水口 。 沼气池2上盖为传统的水压式沼气池天窗3兼安装进出料备用管4，其密封方法与
传统沼气池一样。在天窗3旁边离进料管一定距离内，插设一个金属沼气管5作为沼气的
起始接头。 本发明的兼用池包括兼用池1和顶返水孔7，兼用池1是用于进出料和水压间的，具有进料、出料、水压间功能，所以称为兼用池。兼用池1是在沼气池2圆柱体墙壁上延伸而出的水池，直径大小与沼气池圆柱体一样，高度为沼气池的上拱高与天窗高度之和。但是兼用池1的建筑是3/4的圆形水池，留下1/4为人行路8，以便人进出、观察沼气池，以及对沼气池2进行各种操作。顶返水孔7是连接沼气池2与兼用池1的通道，本沼气池采用顶返水设计，用沼气的压力调节水压。顶返水孔7是一个直径为300mm的圆管，设计高度为沼气池2圆柱体的1/2处，这样顶返水孔7的长度约为700mm，顶返水孔7的位置在兼用池1人行路8的对面，既兼用池1的中间处。以便于管理和进出料液。
本发明可以产生以下的有益效果。
1.改变传统的一次发酵技术为二次发酵技术，使原料能够充分降解。 2.沼气池结构简单，可降低建设成本，取消传统沼气池的进出水口，增加了天窗进
出料备用装置，延长了沼气池的功能和寿命。
图1为本发明的技术流程和操作方法(见图1);
图2为本发明沼气池实施的总体结构图(见图2);
图3为本发明中沼气池的俯视图(见图3);
图4为本发明的另外一种建设方式(图4)。
具体实施例方式
本发明公开了沼气的两池双发酵方法和沼气池技术，所使用的原料必须是农村有机废弃物，例如秸秆、粪便、潲水、食品剩余物、生物污水，不能含有石块、金属、洗涤剂、土壤等，以便保证发酵的可持续性能，并不能累积沉淀。 从图1的两池双发酵方法和沼气池技术的工艺流程来看，农作物秸秆切碎，不能长于300mm，所投入的秸秆总体积不能多于所投入的总体积的1/3，所投入的粪便最好以新鲜为主，粪污水的投入量不能少于2/3，发酵液中有机物质的干重含量在8%上下。
所谓双发酵就是发酵两次，第一次是兼性发酵，是在兼用池1中进行的兼性发酵过程，其结果是原料的混合、预处理、预分解的从生物大分子降解为小分子化合物的过程，这是一个兼性需氧的形成甲烷前体的过程。第二次发酵是厌氧发酵，是在沼气池2中进行的把小分子化合物转化为甲烷的过程。两个过程分离开来，是因为两个过程是由具有不同生态位的微生物区系作用的，区分两个过程有利于两类细菌的相互富集和分别发挥作用。所以本发明称之为双发酵技术及其应用。 本发明公开的沼气两池双发酵方法和沼气池技术中，为了实施这个技术需要建设配套的沼气池，下面结合附图对本发明作进一步说明。 本发明属于能源生态型沼气利用模式，处理后的沼液和沼渣可以用于肥料或者养鱼。建设材料根据沼气池大小不同，采用不同的混凝土结构。 本发明的沼气池容积计算方法，总体形状为圆柱削球型，设沼气池2容积为V(立方米)，P为曲率半径(米)，f矢高(米)，H为沼气池2圆柱池墙高(米)，D为池内直径(米)，R为池内半径(米)，天窗高度为h。
那么，沼气池圆柱体VI = Ji R2H， 池盖和池底削球壳体的曲率半径为P = (4f2+D2)/8f， 则削球池盖和池底的体积分别为V = Ji f2 (3 P -f) /3， V = V2+V3， 沼气池2总体积为V = Vl+V2+V3， 兼用池1的体积V4 = [3 Ji R2 (fl+h) - Ji fl2 (3 P l-fl) ] /4 表1环流布料沼气池几何尺寸(米)
5主池容积(m'3) B S ^ 1^ IE 2^
主池直径D2.42.73.03.23.43.6
池墙高度H1.01.01.01.01.21.4
池盖矢高fl0.480.540.60.640.680.72
池盖半径Pi1.741.962.182.322.462.60
池底矢高f20.340.390.430.460.490.51
池底半径P22.282.542.843.013.223.41
兼用池体积(V4)1.792. 383. 093.634. 244. 90 本发明的沼气池主要为户用型，体积不易太大。应用对象为农户、小型养殖场、小型食品加工厂等有机污水排放处理产生沼气使用。 进出料备用管4与活动盖天窗3是共用的，本发明设单独的进出水口 ，天窗3是内径为1米的圆形或者边长为1米的长方形，其设计和建造方式与传统的水压式沼气池一致(如图2)。天窗3中央设置一个进出料备用管4，进出料备用管是一个内径为300mm的水泥管道，高度为(H+fl+f2)，所以水泥管道伸到沼气池最底端，侧面开斜口或者在侧面开口大小为200 X 200mm，进出料备用管4放置到沼气池中心，形成了 一体化的天窗/备用进出料装置，此系统是备用的，当不采用双发酵时采用。可见，本发明取消了传统沼气池的进水口 、进水管和出水口，采用天窗备用进出料，进出料使用中央管道。 本发明沼气池的沼气金属管5位置在沼气池上盖凸形部位设置一个沼气管，是一个插设在天窗3或者沼气池2气室上部的一个金属沼气管，这个金属管构成了沼气的起始接头。 沼气池2主体是一个圆柱体和上下各一个半球体组合的封闭水泥池，是不漏气的罐体结构，沼气池2圆柱体和上下半球的数据结构见表l，与传统的水压式沼气池一致。沼气池2圆柱体内部不设任何水流导向装置。 沼气池2与兼用池1的连接是通过顶返水孔7实现的，顶返水孔7是一个直径为300mm的圆管，设计高度为沼气池2圆柱体的1/2处，这样顶返水孔7的长度为700mm，顶返水孔7的位置在兼用池1人行路8的对面，既兼用池1的中间处。以便于管理和进出料液。在沼气池2上部是一个兼用池1 ，兼用池1只建设3/4，留1/4位置为人行路8 (图3)。兼用池1的高度为fl+h，h为天窗3高度，一般通用的天窗高度为300mm，所以兼用池体积(h =300mm)见表1所示。 兼用池1的建造就是沿着沼气池2圆柱体上灌混凝土外壁，达到与沼气池天窗平齐为止，建造体积为3/4，留1/4为人行路8，如果不设人行路8，可能操作不方便(图2)。
权利要求
一种沼气的两池双发酵方法和沼气池，它包括建造两池双发酵沼气池，并取消传统沼气池的进出水口，增加了使用设计天窗做进出料备用装置，所建造的沼气池分为上下两池，上池为兼性好氧的兼用池，是水压间和预发酵间共用的，下池为绝对厌氧沼气发酵池，兼用池和沼气池是通过顶返水孔连接的。
2. 根据权利要求书l所述的沼气池建造方法，其特征是，沼气发酵原料直接投入到兼用池中，在兼性好氧状态下实现了第一次发酵，而后随着水压的运动，水解的原料进入沼气池并进行厌氧发酵，从而实现了双发酵过程，转变了传统的一次发酵技术为二次发酵技术。
全文摘要
本发明公开了一种沼气的两池双发酵方法和沼气池，本方法可以转变传统一次发酵技术为二次发酵技术，使原料充分降解，简化沼气池结构。本发明取消传统沼气池的进出水口，增加使用设计天窗做进出料备用装置，延长沼气池的使用寿命。本发明的沼气池分为上下两池，上池为兼用池，水压间和预发酵间共用；下池为发酵池是一传统沼气池。兼用池和沼气池通过顶返水孔连接，沼气发酵原料直接投入兼用池中，在兼性状态下实现第一次发酵，而后随着水压的运动，水解的原料进入沼气池并进行厌氧发酵，完成双发酵过程。
文档编号C12M1/107GK101698855SQ20091019363
公开日2010年4月28日 申请日期2009年11月5日 优先权日2009年11月5日
发明者潘俊, 高云飞 申请人:高云飞;潘俊