用于生产生物气的装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于生产生物气（18）的装置（1）。该装置（1）包括消化池（4），该消化池（4）包括由柔性材料制成并且不漏流体的袋状壳体（5），其中袋状壳体（5）适于容纳污水（14）。壳体（5）在内部区域限定有适于消化污水（14）的消化腔（40）。所述装置（1）还包括用于加热污水（14）的加热器（45,68）。本发明进一步涉及热电联产设备（100），该热电联产设备（100）包括用于生产生物气（18）的装置（1），热电联产机（8）和用于向热电联产机（8）补充生物气（18）作为燃料的燃料添加装置（71，72）。所述燃料添加装置（71，72）包括设置于装置（1）和热电联产机（8）之间的生物气管（71，72）。
【专利说明】用于生产生物气的装置
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于生产生物气的装置。更具体地，本发明涉及通过消化污水生产生物气的装置。该污水特别指源于畜牧场的液态废水。类似的装置也可用于消化来自排水沟中的污水。
【背景技术】
[0002]在本领域中，一些用于生成生物气的某些种类的装置是已知的。
[0003]第一种装置设有第一消化池和第二消化池，消化池为纵向发展的，用钢筋混凝土造成的封闭的水箱。 [0004]向第一消化池投放底物，该底物由固体生物质(一般是玉米青贮饲料或其他青贮饲料)和污水在泵送和混合站混合的混合物组成。第一消化池开始消化底物，第一消化池中半消化的底物被转移到第二消化池，在此完成消化阶段。将消化生成的生物气从两个消化池中提取出来，并且储存或通过热电联产机用作燃料。
[0005]第一种装置需要建造钢筋混凝土消化池，固体物质的装载台和固体物质的储料槽，工程量大。此外，由于反应池的高度，该装置有显著的视觉和环境冲击。
[0006]第二类的装置设有第一管状卧式消化池和第二竖式消化池。该第二竖式消化池比第一类装置的消化池的尺寸小，可用钢筋混凝土或钢制成。
[0007]在这些装置中，第一消化池的进料底物相对于污水内含物具有很高的固体生物质含量。
[0008]在中温条件下，在第一消化池中进行有机底物的水解；部分消化的底物转移到第二消化池，该第二消化池在嗜温条件下工作。
[0009]从两个消化池中抽取消化生成的生物气，并且储存或通过热电联产机用作燃料。
[0010]第二种装置同样也需要建造生物质的消化池和储料槽，工程量大。
[0011]已知的装置的共同问题在于，由于工程量大，其建造需要可观的金融投资。
[0012]此外，建造这样的装置利用昂贵的，有冲击力的材料，例如混凝土和钢。
[0013]因此，为了有一个合理的投资回报期，已知的装置通常投放具有高含量的生物质的底物(例如，玉米青贮)，以得到高生物气产量，确保通过热电联产机中生物气的燃烧生成的电能带来经济回报。
[0014]作为示意性的例子，应该考虑到消化1立方米的污水生成30立方米的生物气，然而1立方米的玉米青贮生成150立方米的生物气。
[0015]因此，显然是利用已知装置以将“有价值”的固体底物(即，能转化为大量的产生的生物气)的含量最大化从而使装置产量最大化。
[0016]此外，设计已知装置时，所需的投资成本造成极大的限制。例如，由于投资成本高，对于有一定数量牲畜和特定的污水生成量的畜牧场，消化装置不能根据实际可用污水量来设计。如果根据实际可利用的污水来设计该装置，相比牧场的预算来说，所需费用太高。
[0017]因此，与实际可利用的污水相比，已知装置通常是偏小的。并且也向该已知装置投放有价值的生物质以提高生物气产量和经济效益。
[0018]基本上，已知装置不适于有效地利用畜牧污水。即便畜牧污水量大且价廉，也只能被部分利用。然而没有被开发的部分肯定被丢弃，承担必然的成本和对环境的冲击。
[0019]提供一些利用柔性消化池的消化系统。例如，国际专利申请号W0 2009/073902 A2公开了包括柔性加长型的消化池的生物质消化系统。
[0020]美国专利号US 7，186，339公开了包括基本柔性的袋的厌氧消化系统。
[0021]国际专利申请号W0 02/062497 A1公开了一种系统，在所述系统中处理动物粪便的混合物并且插入到塑料包中。
[0022]美国专利号US 5，080，786公开了具有在大气压力下能收缩的气密性结构的生物质消化池。
[0023]美国专利号US 4，100, 023公开了用于有机质的、带有柔性腔的消化池。
[0024]美国专利号US 4，579，654公开了一种由柔性的气密性材料制造的，用于厌氧发酵的装置。
[0025]美国专利号2010/284749公开了用于水下工作的柔性消化池，其应用领域不同于本公开的应用领域。
[0026]这些已知的具有柔性消化池的装置也许能简化装置的创建，特别是与建筑工程和要用的材料相关的创建。然而，它们在消化过程管理，消化效率和产率上，显示出缺点。
【发明内容】
[0027]因此，本发明从技术问题出发，提供一种用于生产生物气的装置，该装置能克服上述已有技术缺点和/或者能够实现更多的进步。
[0028]这通过提供独立权利要求1所述的生产生物气的装置而获得。本发明的对象也是权利要求15所述的热电联产设备。
[0029]相应从属权利要求定义了的本发明的对象的次要特征。
[0030]基本上，依据本公开的生物气生产装置包括消化池，该消化池具有消化腔，该消化腔通过由柔性材料制成的、不漏流体的壳体封闭和界定。
[0031]换句话说，该壳体为袋或者气球，该袋或气球用柔性材料制成，可有松弛或收缩的构型，和膨胀或伸展的构型。
[0032]该壳体适于含有待消化的污水，因此污水的消化在该壳体中进行，也就是说在壳体本身限定的消化腔中。该壳体的壁是不漏流体的(其中液态物质如污水，和气态物质如生物气都称之为“流质”)，接着消化生成的生物气也停留在壳体内，聚集在壳体的上部区域，通过适合的抽取装置抽出。
[0033]该消化池的建造比已知技术更简单并且更廉价，因为待完成的施工工程大大减少，并且尽可能多地避免了昂贵材料的使用。例如，建造该消化池不需要钢筋混凝土或铁的施工工程。
[0034]该消化池的主体，在某些已知装置中为钢筋水泥土或金属制成的水箱或圆柱体，在这里实质上是由柔性材料制成的“气球”或“袋”。由于需要极少的劳动量，该“气球”或“袋”是预制，然后在短时间内安装的。例如，在一些实施例中，将壳体或者袋直接置于地面上，使壳体底面搁在在隔间或水池的表面，也就是，消化池的表面。[0035]由于壳体的材质轻，如用尼龙层压成两层聚氯乙烯(PVC)制成，并且壳体壁所需的厚度薄(例如:4毫米)，生产费用远低于已知消化池。
[0036]由于每立方米消化腔的成本下降，制造能处理大量污水、同时产生比已知装置更高的令人满意的产量的大容量的消化腔，是是有利可图的。例如，在一些实施例中，消化腔的容积大于3000立方米，特别是大于5000立方米。
[0037]根据本发明的产生生物气的装置，可用于更大量的有机废水的开发，使得不会通过已知装置开发的如此大量的开发也是有利可图的。
[0038]在无需求助于向污水补充“有价值的”生物质的情况下，根据本发明的装置也可用于生产生物气。
[0039]例如，在一些实施例中，向消化池投放进料污水的有机物质浓度按重量低于15%，也就是说，这是没有为提高其具体的有机含量而加入固体生物质的基本“天然”污水。
[0040]根据本发明的装置可用于制造比已知装置更简单也更便宜，能以低成本处理大量污水的装置。
[0041 ] 在一些实施例中，该袋(和装置)基本卧式发展，即，袋的高显著地小于袋本身的长和宽。换句话说，袋在平面图上占据了很大的表面，但却以很小的高发展。特别地，如果袋部分位于地下，它略微伸出地面(例如:一米或两米)。
[0042]这有利于使消化池在视觉上，环境上和景观上的影响降至极小或甚至消失。
[0043]在一些实施例中，该袋 部分在地下，置于井或者沟中，使得袋的底面搁在井的底表面上，袋的侧表面至少部分地搁在井的侧面上。
[0044]具有牢固地放置于地面上，并且不会根据装载于袋内的污水而改变其形状的袋是有用的。此外，井充当袋的容器和保护。
[0045]例如，装置运行期间，消化腔中污水的自由面保持在低于水平点的水平，即，消化腔中的污水水平低于封装袋的井的深度。这对确保袋中的污水的重量完全卸载在井壁上，不影响袋伸出地面的区域是有用的。该区域可以根据液体的重量而变形(例如，当袋周围的地面不平整的时候)。
[0046]在一些实施例中，隔热布或类似物夹在袋和地面之间，这可以减少从消化腔流失到地面的热量，使得在消化腔中更易于保持适于消化过程的温度。
[0047]此外，在消化腔内设有污水加热器，以便调节待消化污水的温度，并确保产生高产量的生物气。
[0048]例如，加热器包括热交换器，该热交换器在袋外部，加热循环的污水部分，即，从消化腔中抽出，加热后又重新注入消化腔的污水。这可以简便地控制加热，具有较好的交换系数。换句话说，可以有效精确地控制消化腔中的温度。
[0049]在一些实施例中，在污水表面处将污水重新注入到消化腔中，和/或沿与袋侧壁相切的方向将污水重新注入到消化腔中，使污水在消化腔中流动混合。这可以在消化期间使污水更好地均一化并在袋的内壁上进行清洁行动，同时去除和避免污水残留在袋的壁和角落上。
[0050]冷却以装置生成的生物气作为燃料的热电联产机产生的热量可用于补偿加热器工作的热量。这可用于提高装置的总能量产出。
[0051]加热器可以是或者可以包括盘管，流质例如水，在其中循环，该盘管在加热系统例如锅炉或热量回收系统加热。在一些实施例中，该盘管放置在袋内，即，直接放置在消化腔中，而在其它一些实施例中，盘管夹在袋和地面之间(特别地，在袋和隔热布之间)。
[0052]在一个实施例中，该装置包括第二袋，该第二袋接收来自第一袋的污水并进行第二消化阶段。换句话说，该第一袋和第二袋组成连续进行两个消化阶段的消化池。这可用于提高该装置的产率，延长滞留时间，提高生物气产量和质量。
[0053]在一个实施例中，回流管能使污水从第二袋转移到第一袋，从而用至少部分消化的污水稀释新鲜的污水。这可用于控制氮负荷，即，使第一袋的消化腔中的氮浓度的管理最优化，以防第一袋中氮浓度过高而使消化停止。
[0054]在一个实施例中，当即时产生的生物气超过当时热电联产机可以燃烧的进料时，从装置中抽取的一部分生物气被重新导入至袋中(和/或者在第二袋中，如果有的话)。为此，在生物气管上设置卸压阀和连接卸压阀与袋的回流管。这可用于最佳地管理热电联产机的运行，防止热电联产机负荷过重，并尝试保持运行状态尽可能一致。换句话说，该袋也用于生物气的暂时储存，同时使同一天中生成生物气的质量的均一化。
[0055]以下优选实施的描述更清晰更详细地解释了更多本发明的对象的优点、特征和使用方式。这些实施例旨在于举例说明而不是出于限制的目的。
[0056]然而，需要明确的是，本发明的对象的每个实施例可能有一个或更多个上述列举的优点，在任何情况下，都不要求每个实施例同时具有所有上述所有的优点。
[0057]可参照以下附图，其中: 图1展示了根据本发明的用于生物气生产的装置的第一实施例的侧视图。
[0058]图2展示了根据本发明的用于生物气生产的装置的第二实施例的侧视图。
[0059]图3展示了根据本发明的用于生物气生产的装置的消化池的俯视图。
[0060]图4展示了图3的消化池的组件的侧视图。
[0061]图5展示了根据本发明的消化池的分开的部分剖面侧视图，其中一些部件已经移除。
[0062]图6展示了图5的消化池的部分剖面侧视图。
[0063]图7展示了图6中VII的局部放大图。
[0064]图8展示了根据本发明的消化池工作状态下的剖面侧视图。
[0065]图9展示了图8中IX局部放大的剖面侧视图。
[0066]图10展示了根据本发明的用于生物气生产的装置的加热器的原理图。
[0067]图11展示了图10的加热器的部分剖面前视图。
[0068]图12展示了图10的加热器的部分剖面侧视图。
[0069]图13和图14展示了，在两个工作阶段，根据本发明的消化池的实施例的截面图。
[0070]图15展示了根据本发明的消化池的内部俯视图，其中有些部件已经移除。
[0071]图16展示了图15的消化池沿XV1-XVI线的剖面侧视图。
[0072]图17展示了根据本发明的另一个消化池的内部俯视图，其中有些部件已经移除。
[0073]图18展示了图17的消化池沿XVII1-XVIII线的剖面侧视图。
[0074]图19展示了根据本发明的用于生物气生产的装置的第三实施的侧视原理图。
[0075]图20展示了图19的装置在施工阶段的侧视图。
[0076]图21展示了图19的局部放大的部分剖面侧视图，其中有些部件已经移除。[0077]图22展示了根据本发明的用于生物气生产的装置的第四个实施的俯视图。
[0078]图23展示了图22的装置的侧视图。
[0079]图24展示了根据本发明的热电联产设备的侧视图。
[0080]图25至29展示了图19的装置的侧视图，其中每一幅图中都移除一些部件以突显特定的部位。
[0081]图30展示了图22的装置的另一侧视图。
[0082]图31展示了图21的不同的版本。
[0083]图32展示了图22的装置的另一俯视图。
[0084]图33展示了根据本发明的用于生物气生产的装置的另外的实施例的剖面侧视图。
[0085]图34展示了根据本发明的装置的一部分的不同版本的剖面侧视图。
[0086]参照图1至9，根据本发明的用于生物气生产的装置，用附图标记1标示整个装置。
[0087]下述的装置1用于通过消化，例如，源于畜牧场的污水10来生产生物气18。
[0088]“畜牧污水”是指可被微生物消化的，包含有机或无机底物，特别是植物废料，或或动物代谢产生的废料物质或废料。这些有机`或无机质底物溶解于液相中，和/或为分散在液相中的固体颗粒。
[0089]污水10是“新鲜的”，即，没有被处理过；换句话说，污水10是放入装置1的，没有被装置1处理过的进料。
[0090]图1所述的装置1包括:
部分2，用于准备和投放待消化的污水；
消化池4，消化从部分2投放的污水并生产生物气；
部分6，用于处理消化后的污水；
部分7，用于调节生产的生物气。
[0091]在一个例子中，装置1与热电联产机8相连。该热电联产机8包括内燃机内燃机81和发电机85 (例如交流发电机或直流发电机)，该发电机85通过内燃机内燃机81驱动。内燃机81以装置1本身产生的生物气作为燃料。
[0092]内燃机81设有带热回收功能的冷却回路83 ;可以通过在冷却回路83和内燃机81的排气管84之间设置热交换机提高热回收，以此来回收部分排出气体的热能。
[0093]总的来说，用于生物气生产的装置1和热电联产机8可以看作是用于生产电能和/或者热能的装置，即，热电联产设备100。
[0094]在一个简化的实施例中，准备和投料部分2包括:
水箱，该水箱用于储存畜牧场产生的污水的，其中包括负荷泵；
漏斗，该漏斗带有可以抽取并称量产物的系统，以便在需要提高有机物的负载的情况下，在污水中加入生物质。
[0095]进料泵，该进料泵混合生物质/污水；该进料泵根据程序化的配方说明书投放各种植物生物质产物和污水。该装载系统能根据想要使用的植物产物的功能改变投放消化器的配方。进料泵将均一的污水转移到消化池，与消化池中已经在消化的污水混合。
[0096]比上述更加复杂的，图1所示的实施例中，，准备和投料部分2包括:
第一槽21和第二槽22，用于存储畜牧场产生的(或新鲜污水)污水10 ；槽24，用于准备和预装载；
槽26，用于预热；
装载或进料泵28。
[0097]将来自畜牧场的新鲜污水10投放到第一和第二储槽21，22。例如，储槽21，22或贮水池，各有40立方米的容量。
[0098]储槽21，22通过各自的管道31a，32a，与预装载槽24相连。管道31a，32a设有切断阀31b，32b和一些泵(没有示出)。
[0099]预装载槽24具有，例如，8-10立方米的容量，并且设有混合器33，用于使新鲜污水10混共用且均化，以获得均一的污水12投放于消化池4中。该预装载槽24是，例如，不锈钢制成的。
[0100]该准备投料部 分2包括漏斗，当需要提高有机负载量时，该漏斗用于将生物质19加入至污水中。生物质19是，例如植物生物质，如谷粉，糖浆，废面粉，割下的废草，和/或其他可消化的物质。
[0101]漏斗30与预装载槽24通过管道或通道303相连。漏斗30可配备生物质15的加载管301和研磨机302。例如，漏斗30的容量为8立方米。称量系统能测量加入的生物质19的量。向预装载槽24投放生物质19可以是周期性的操作或连续性的操作。对于连续投放，必须，例如，在储料车中加入螺旋输送系统，以程序化的方式向预装载槽24投料。
[0102]生物质19与新鲜的污水10在预装载槽24中混共用均化，从而制备均一的污水
12。均一的污水12将投放到消化池4中，即，该污水12为进料污水。
[0103]预装载槽24与预热槽26通过管道34a相连，该预装载槽24设有切断阀24b和任何泵(没有示出)，用于转移均一的污水12。
[0104]预热槽26具有，例如8立方米的容量，并设有加热器，例如，盘管36，热液体在盘管中循环。均一的污水12转移到消化池4之前，先在预热槽26中加热。可选地，预热槽26可以配备混合器(没有示出)，以提高加热器36和均一的污水12之间的热交换，从而使加热增速。
[0105]预热槽26具有排水管37a，该排水管37a配备阀门37b，该阀门37b与进料泵28相连。
[0106]在该例子中，预装载槽24也设有卸载管35a，该卸载管35a设有旁通阀35b。旁通阀35b使卸载管35a与进料泵28相连，没有通过预热槽26，也就是绕过了预热槽26.进料泵28通过设有切断阀的进料管38a将均一的污水12转移到消化池4中。均一的污水12与消化池4中已经在消化的污水14混合。
[0107]在变化的实施例中，一个设有混合器33和加热器36的单一槽替代了预装载槽24和预热槽26，因此，该单一槽有两个功能。
[0108]槽21、22、24、26可以根据已知的方法，由钢铁，金属，钢筋混凝土或其他材料制成。
[0109]消化池4包括消化腔40,在该消化腔40中，通过现存的细菌群消化污水14。
[0110]消化通过嗜常温菌在基本无氧的条件下进行，并产生生物气18。特别地，生物气18是主要包含甲烷和二氧化碳，外加少量的其他组分如氢气，硫化氢，和水的混合气体。
[0111]消化池4包括以柔性材料制成的壳体5，该壳体5限定消化腔40。[0112]基本上，壳体5，或袋或气球的封闭形状所包裹和界定的内部区域与消化腔40对应。
[0113]袋状壳体5的壁用一层柔性材料制成，例如层压至两层的聚氯乙烯的尼龙织物。此外，壳体5的壁是不漏流体的；这可以通过使用本来就不漏流体的柔性材料或者密封柔性材料来实现。
[0114]壳体5适于容纳消化池14中的污水，以及保持通过消化产生的生物气18。
[0115]材料层的厚度需让壳体5具有足以承受消化腔40内的压力的强度，即，壳体5的材料层的厚度S5为4毫米。
[0116]在该例子中，壳体5 (以及消化腔40)的容量可以为1000到5000立方米。作为一个例子，壳体5的长度L5为45米，宽P5为25米，并且高H5为3米。
[0117]基本上，壳体5大致卧式发展，其中壳体5的高H5小于壳体5本身的长L5和宽P5。
[0118]如图所示，壳体5具有顶壁或顶面51，底壁或底面52和侧壁或侧面53，侧壁或侧面53使顶面51和底面52彼此相连相连。换句话说，侧面53是壳体5的周向面并在顶面51和底面52之间。
[0119]在该例子中，底面52的表面延伸区小于顶面51的表面延伸区；因此，侧面53相对于面部51和底部52是倾斜的。因此，壳体5的形状大致为截尾的倒棱锥台。
[0120]很显然，在任何情况下，壳体5可以有不同的形状，例如平行六面体，或盘状。
[0121]应该注意的是，相对于已知装置，袋状消化池4的建造是特别简单和便宜的。实际上，消化池4的建造不需要任何复杂的建筑工程，也不需要用昂贵的材料如混凝土和钢铁。
[0122]袋状壳体5可以是预制元件，该预制元件根据装置1所需的容量设计想要的尺寸和容积。袋5以松弛状态供应，这样可以方便运输到消化池4的施工地。
[0123]装置1包括隔间或水池91用于至少部分接纳壳体5。壳体5的底面52搁置于隔间91的第一表面91a上。
[0124]基本上，底面52的整个延长部分由第一表面91a支撑，底面52设置成与第一表面91a基本贴合。这也得益于壳体5的材料的柔性。
[0125]在所示的实施例中，壳体5至少部分在地下，即，隔间91是地面90中的沟或井，相对于地面90的水平面95，其深度H9为1米或者2米
凸起的围圈96围绕壳体5从井91伸出的周边；围圈96用与挖掘之地相同的材料制成，没有加入任何填充料。
[0126]基本上，袋状壳体5的底面52低于地面,而围绕96的顶面51高于地面。
[0127]在图中所示的实施例中，顶面51比与圈96平齐或比圈96高。
[0128]在图示的实施例中，顶面51比圈98的95面高，也就是说，壳体5的高H5大于井91的深H9。
[0129]在壳体5被安装到井91中时，壳体的底面52搁置在井91的底表面91a上，故底表面91a为第一支撑表面。相似地，侧面53的地下部分搁置在井91的侧表面91b上，故侧表面91b为第二支撑表面，至少部分支撑侧面53。
[0130]底面52和/或侧面53通过其外表面52a，53a，即，通过与消化腔40或者壳体5的内部区域相反的一面，隔置于井91上。[0131]特别地，底面52的整个延伸区和至少一部分侧面53由地面90支撑，这些面52，53设置成大致贴合井91的表面91a，91b，即，壳体5的支撑表面。
[0132]袋状壳体5，一旦插入至井91中，通过第一系件58a固定于地面90上，第一系件58a使壳体5的顶面51与相应的打入地下的第一桩59a或围圈96相连。在该例子中，第一系件58a和第一桩59a设置成绕壳体5的整个周边，以确保壳体5的牢固定位和顶面51足够延伸，从而使其保持绷紧。
[0133]也设有系件58b和第二桩59b，使壳体5的底面52和井91的底面91a相连。
[0134]例如，系件58a，58b是柔性的线或绳子。
[0135]为了减少热量损失，用隔热材料制成的布48(例如，玻璃丝软片)放置于袋状壳体5和井91的底表面和侧表面91a，91b之间，使得消化池14中的污水与地面90之间的热交
换最小。
[0136]装置1进一步包括加热器，该加热器用于加热消化腔40内的消化中的污水14。
[0137]在一个实施例中，壳体5的加热器设置于井91中。在该例子中，加热器为放置于壳体5和井91的表面91a，91b之间的盘管45 ;特别地，盘管45周向地设置在壳体5的侧面53,即，放置于该侧面53和井91的表面91a, 91b之间。可选地,盘管45设置在壳体5的底面52，即，放置在底面52和井91的底表面91a之间，或者可以同时设置在底面52和侧面53。
[0138]可选地(如下文所述)，盘管45设置在袋状壳体5内，例如，直接设置在消化腔40中。
[0139]如在下文更为清晰的描述，热流质在盘管45中循环，并且由于盘管45和壳体5之间的接触，引起从循环的热流质至消化腔4`0的热传递。
[0140]特别地，盘管45放置于壳体5和隔热材料制成的布48之间。
[0141]即使在盘管45和/或布48放置于壳体5和地面90之间的情况下，仍可以说搁置于支撑表面91a，91b上的壳体5的底面52和/或侧面53是“贴合的”；事实上，虽然盘管45压迫并增加厚度，但是由于壳体5的面52，53是柔性的，并与地面90的各自的支撑表面91a，91b的形状相符，故可以适应这种倾向。
[0142]在该例子中，进料污水12的进料管38a和沼渣16的卸载管61埋于壳体5的下方。
[0143]进料管38a与壳体5的内部相通，即，与消化腔40通过一个或更多个进入端相通。在该例子中，进料料管38a具有主管38p，多个支管38d从该主管38p分开，每个支管38d通过壳体5的底壁52，并在消化腔40终止，在此该支管38d具有蘑菇状的输入端38t。
[0144]还提供一个或更多个排出端，消化后的污水(或沼渣16)从壳体5经由该一个或更多个排出端排出。在该例子中，壳体5的底壁52具有开口或井60，井60连接卸载管61。
[0145]卸载管61可以设有切断阀61b和/或泵61c。
[0146]如图所示，污水的进入端38t和排出端60彼此远离，例如，在沿着长L5的两对立面上，使得进料污水12在消化腔40中有足够的停留时间。
[0147]在壳体5内，消化池4进一步设有一个或更多个用于消化中的污水14的混合器或搅拌器55，从而尽可能地保持消化中的污水14在消化腔40中的均一性。特别地，搅拌器55是浸没式的。
[0148]搅拌器55的操作不是连续的，而是根据污水14总体温度变化而变化的。[0149]壳体5包括一个或多个抽取产物生物气18的端口 57，例如，该端口可以是壳体5在顶壁51上的开口。抽取端口 57通过柔性管道71与内燃机81的进料管72相连。
[0150]进料管72上装有过压和低压安全阀，以确保壳体5的操作安全。
[0151]壳体5也可以包括一个或多个安全阀49,例如，设置在顶壁51中，校正该安全阀49使得当消化腔40内的压力超过预设阈值时，该安全阀能自动从消化腔40中排放生物气18。
[0152]例如，为了安装或者维护的原因，在壳体5上中设置进入消化腔40内部的通道56(或出入孔舱口)。舱口 56具有气密封口。
[0153]消化池4包括用于降低生物气中的硫含量的装置46。在该例子中，减硫装置46通过在壳体5中注入氧气并通过管46a与消化腔40相连,其中管46a通过顶壁51中的开口进入，在消化腔40终止。通过连续采集生物气中硫化氢的百分比的控制单元测量氧气。
[0154]产物生物气作为热电联产机8的燃料，同时产生电能和热能。通过热交换回收从冷却水和从在操作中的发动机81的废气产生的热能，并用于加热消化池4。
[0155]如图所示，通过回收交换机产生的热水经由管道和循环泵输送至消化池4的加热盘管。
[0156]特别地，污水14加热至高于35° C的温度，pH值为7.5，使得嗜常温菌可以在最佳状态下工作，并生产生物气。
[0157]在消化过程需要的热量大于发动机81的热回收提供的热量的情况下，可以在回收回路中设置与内燃机81的回收交换机串联或者并联的锅炉。
[0158]相似地，在不存在热电联产机8的情况下，也可以设置锅炉，并且使用特殊的供热回路对消化池4进行加热。
[0159]可以设置温度传感器140以测量消化腔40内的污水14的温度，并据此调节消化池4中的供热系统。
[0160]装置1设有核心单元，或者控制板，以此监控装置1的运行，并且可以改变工作状态，例如阀门的开/关，泵、搅拌器，减硫装置46的开/关切换，热电联产机8或锅炉的工作状态的调节。
[0161]特别地，结合附图所示的实施例，下文进行更详细的描述。
[0162]沼渣处理部分6包括槽63，卸载管61从壳体5将沼渣16运输到槽63。
[0163]沼渣槽63是，例如，倾析器-离析器，可将沼渣16分离成较重组分(例如，富含固体)和较轻组分。沼渣的第一部分(例如，较重组分)通过单独的管道64从装置1中移除，接着输送至下一步处理(例如，干燥和/或农业领域上的重新使用);沼渣的第二部分(例如，较轻组分)再循环，并通过再循环管65投放回消化中。
[0164]在图1所示的实施例中，再循环管65使再循环的沼渣进入预热槽26，在该预热槽26中，沼渣与新鲜的污水10混合，获得均一的污水12。
[0165]再循环管道65上的阀门65b能使再循环沼渣进入预热槽26中。
[0166]用于沼渣的管道61、64、65可设有合适的阀门和泵(没有示出)。
[0167]在可选的实施例中，再循环沼渣没有经过预热槽26，直接输送至消化腔40中:例如，再循环管65与进料管38a相连。
[0168]用于抽取生物气18的管道71与生物气调节部分7相连，生物气18从调节部分7经由单独的管道72输送至热电联产机8 (或可选地输送至储蓄槽)。
[0169]调节部分7进行，例如生物气18的泵送、过滤，和分析。如果合适，调节部分7可以对生物气进行除湿。
[0170]在一个实施例中，调节部分7和热电联产机8安装在单个设有控制器的模块中(例如，在尺寸为12 mX 2.5 m X 3m的容器中)。
[0171]基本上，管道71，72组成生物气管路，并且是以装置1生产的生物气18给热电联产机8添加燃料的供料设备的一部分。
[0172]生物气18用作热电联产机8的发动机81的燃料，用以生产电能和热能。
[0173]水(或其他合适的液体)在用于冷却发动机81的回路83中循环，并通过从循环的水带走燃烧生物气18所产生的热量冷却发动机。
[0174]回收的热量用于加热消化池4和/或预热槽26。
[0175]如图1所示，冷却回路83与管42相连，管42a具有第一支管42a和第二支管42b，第一支管42a向壳体5的加热器的盘管45进料，第二支管42b向预热槽26的加热器的盘管36进料。
[0176]从盘管45，36中出来的水，通过各自的排水管43a，43b流向与发动机81的冷却回路38相连的回流管43。
[0177]冷却回路83 ，管道42，42a, 42b, 43，43a, 43b和盘管36，45组成回收和重新利用热量的回路87。
[0178]在回收和重新利用热量的回路87中，设有关闭/控制阀44和用于冷却/加热水的循环的泵(没有示出)。
[0179]基本上，生物气生成装置1和热电联产机8通过连接管彼此相连。这些连接管包括回收和重新利用热量的回路87的管42，43和用于投放生物气18的管71，72。
[0180]在第二实施例中，如图2所示，在再循环沼渣和回收和重新利用热量的回路87之间，设有热交换机68。该热交换机68放置于袋状壳体5的外面。
[0181]特别地，管42的第三分管42d将热水投放至热交换机68，该热交换机68设置在循环管65上。
[0182]从交换机68出来的水通过排水管43d投放至回流管43。
[0183]循环的沼渣在交换机68中加热后，在没有通过预热槽26的情况下，直接引入至壳体5中。例如，再循环管65将再循环的沼渣直接引入至进料管38a中。再循环管65设有阀门65b和泵66。
[0184]如图10所示，可以提供调节系统，该调节系统包括温度感应器681，和控制阀682(例如，三通阀)，该控制阀682通过该调节系统的控制单元控制。温度感应器681测量从交换机68流出的加热后的沼渣的温度；该控制单元通过控制阀682调节进入交换机68的热水流量，从而使从交换机68流出的沼渣获得理想的温度。控制阀682实际上调节转移到管42的支管42d的热水的流量。
[0185]特别地，交换机68为同心管交换机(图11和12)，即，具有外管和内管，其中外管流动着两种液体中的一种(例如:热水)，其中内管在外管内部，并且流动着两种液体中的另一种(例如:待加热的沼渣)。
[0186]在不同的实施例中，包含在消化腔40中的污水14完全或主要通过交换机68加热。换句话说，污水14通过外部交换机68加热从袋状壳体5抽出的一定量污水进行加热；加热后的污水被再次引入至袋状壳体5中。换句话说，污水14的加热是通过再循环管或支管进行的。
[0187]特别地，加热中的流质(即，热水)从回收和重新利用来自发动机81的热量的回路87中获得。
[0188]在这个不同的实施例中，可能不存在围绕在袋状壳体5的底面52的外部或袋状壳体5内部的盘管45，因为消化中的污水14的加热完全可以通过直接在交换机68中加热再循环的污水获得。
[0189]特别地，排出井60设置在袋状壳体5的底部，待再循环的污水从该排出井60抽出。
[0190]在图13至18所示的实施例中，隔间91为埋头孔状，具有向底部区域倾斜的壁。因此，搁在隔间91上的袋状壳体5的底面52，呈凹形，在该凹形中，中间区域52c最低。排出井60在所述中间区域52c的最低处。这可用于将污水14从较冷较密的地方抽出，从而使加热效果和污水含有的生物质的再循环最大化。
[0191]与排放井60相连的卸载管61经由泵66，交换机68进料。
[0192]再循环/加料管65使交换机68的污水侧的出口与主进料管38p相连。主进料管38p例如，可以是环形的并设置在袋状壳体5的周边，大致在地面90的水平面95处或在地下。
[0193]为了便于展示，在图13，14和33中的示意图中，都展示了主环形管38p恰好高于地面(只示出局部视图)和高于袋。
[0194]支管38d从主管38p延伸出来，支管38d将(加热后的)污水引入袋状壳体5中，大致与消化腔40中的污水14的自由面处。支管38d穿进袋状壳体5的侧壁53至密封的开口处，例如根据下述的模式。
[0195]特别地，支管38d包括柔性部分380，设置于主管38p和袋状壳体5的侧壁53之间，从而在装载/卸载期间，顺应袋袋状壳体5的变形及其通常的形状变化。
[0196]在图15至18所示的实施例中，支管38d进入袋状壳体5中并调整方向使污水以大致平行或切线方向引入袋状壳体5各侧面。特别地，支管38d的引入方向彼此一致:例如，在平面图上，所有的支管38d设置成按顺时针方向引入污水，或者全部设置成按逆时针方向引入污水。
[0197]在图15，16所示的实施例中，袋状壳体5在平面图上呈方形，并且容积为，例如，1500立方米。有四个引入支管38d，每一个都在方形的各个顶点，并沿方形的各边按顺时针方向定向。此外，仅提供一个排出井60，该排出井60设置在底部，大致在方形的中心位置。
[0198]在图17，18所示的实施例中，袋状壳体5在平面图中呈矩形，容量为，例如，3000立方米。有四个引入支管38d，每一个都在矩形的各个顶点，并沿矩形的各边按顺时针方向定向。此外，提供两个排出井60，该排出井60设置在底部，彼此分开并沿着矩形的对称轴对齐。
[0199]换句话说，污水再循环管包括出口管61和进口管(例如由主管38p和支管38组成，该出口管61从消化腔40中抽取污水14，该进口管将污水重新注入消化腔40中)。热交换机68放置于出口管和进口管之间，即，该热交换机68在污水重新输送回袋5之前加热抽出的污水。
[0200]在表面，即，靠近自由面，注入再循环污水有利于污水14的连续混合。实际上，污水从袋状壳体5的底部，污水变厚的地方，抽出，并且在液体的自由面注入；多亏这样，将生物质带回表面，从而避免停滞在底部。
[0201]此外，沿袋状壳体5的侧壁注入确保流质沿侧壁本身切向流动并通过搅动侧壁和角落的淤垢清洗侧壁。
[0202]袋状壳体5的侧壁倾向底部中心，接着，除了切向流动外，在侧面的整个表面上通过重力引起流动。
[0203]一致的引入方向可用于获得表面再循环(顺时针或者逆时针方向)，这促进污水14的混合和袋状壳体5的侧壁的清洗。
[0204]接着，污水再循环进行的混合对搅拌器55 (没有在图13至18中示出)起到辅助作用。
[0205]如图13，14所示，主管38p和支管38d也可以用于将新鲜的污水装入至袋状壳体5中。
[0206]加载管37a接入污水再循环管，例如，泵66和热交换机68的上游。
[0207]提供合适的阀门系统，例如，三通阀370，用于交替地管理污水的装载(在起始步骤或污水补充步骤期间，图13)和污水的再循环(在装置的连续运行的步骤期间，图14)。例如，在装载污水期间，卸载管61关闭，而装载管37a通过主管38p和支管38d将污水注入到袋状壳体5中；在消化腔4运行期间，装载管37a关闭，卸载管61将污水从袋5中抽出，从而再循环，加热并通过相同的主管38p和支管38d将污水注入回袋状壳体5中。
[0208]如图所示(提别是图5的剖面图)，消化腔4的建造首先需要在地面90进行挖掘，从而获得与袋5的部分形状互补的，置于地下的井91。在井91中，合理地放置用于消化池4的进料管38a和卸载管61。
[0209]特别地，放置袋状壳体5之前，先在井91内进行下列操作:
在井91的底部铺上约20厘米的中号碎石床92b ；
将用于排放雨水(可从井壁渗出)的管93放置并埋在碎石床92b中；输水管93与出入孔94a相连，出入孔94a设有浸没泵94b。
[0210]井91用钢筋网覆盖，钢筋网适于保护袋5不受啮齿动物或河狸鼠的攻击；特别地，该钢筋网铺于碎石床92b下方。
[0211]此外，以下物品也包括在井91中:
用于投放污水的，预先用聚氨酯绝缘的聚氯乙烯管38a ；
PVC预绝缘管61,用于抽取污水；
加热盘管45的锚定基座501 (如果直接放于袋中)；
污水搅拌器55的锚定基座501 ；
接着，用细 圆碎石和泥土将井91填充至锚定基座501的水平，从而形成床92a。总的来说，碎石床92a和92b组成一个排水底层92。
[0212]在一些情况下，隔热布48铺在井91中。
[0213]如果盘管45放置于袋状壳体5外面，则盘管45放在布48上或排水底层92上。需要注意的是，图5展示了盘管45的截面图；例如，盘管45由盘绕形成多匝管的单一管道组成，。
[0214]如果盘管45放置于袋5内部，优选地，进料管38a深入至大致袋5的中心，使得污水的装载在袋的中心进行，继而在盘管的中心，加热的热量最高。
[0215]如果因为仅使用外部交换机加热，根本没设置盘管，则不需要制备和组装的相关步骤。相似地，如果进料管38a是有表面入口 38d的环型进料管38p，而不是埋入式的，以上步骤需要作出相应的改动。
[0216]在这些操作的最后，壳体或袋5置于井91中，并在其内部装上消化池4开始运行所需要的装备。
[0217]用起重机将袋5的上部51举起，使得:
-将袋5的上部51通过柱或桩59a和弹性系件58a固定至围圈96 ;
-通过已有通道56，进入袋5内，并将用于污水的电搅拌器55和支架，以及组成加热污水的盘管45的不锈钢管(如果加热器设置在袋5内)固定在预先设置的基座上。
[0218]此外，污水12的进料管38a和沼渣的卸载管61与袋5和管38a，38d之间的接口相连。卸载管61和袋5以合适的方法密封，使其没有泄漏。
[0219]在袋5的顶部上，固定生物气的抽取口 57(与抽取生物气的管71相连，且管71和袋5以合适的方法密封，使其没有泄漏)且使通道56密封地闭合。
[0220]基本上，袋5 是封闭的，使得袋5的内部区域与外部区域分开。
[0221]袋5适于容纳污水14并限定消化腔40。袋5已准备好装载污水。
[0222]装置1也可以包括储存袋，或第二消化袋，这将在下文中详细解释。
[0223]下文描述了一些运行本装置的操作模式的一些例子。
[0224]模式1-只用猪的污水
污水进入沉淀槽，通过使可利用的有机底物增重而提高浓度(7-8%)。污水通过间断工作的泵，从沉淀槽抽出，进入到消化袋，然而沉淀槽中剩余的液体因重力流向装置的储存袋。
[0225]装置的间歇进料使消化袋内的污水的性质相同，因而避免当引入新鲜污水时由于消化温度突降“惊吓”细菌群。
[0226]为了克服此缺点，在装置连续进料的情况下，将壳管式热交换机加入进料管中；壳管式热交换机利用排出的污水的热量预热排入的污水。
[0227]当新鲜的污水在消化袋中放置一天以后，与投放量相当的沼渣经由排水管和泵从消化池移出，并输送至储存袋完成消化。
[0228]此类消化可以使每吨处理后的污水产生20-25立方米的生物气。
[0229]模式2-使用牛的污水
当需要的时候，应稀释牛棚收集槽中的污水和粪便使有机底物浓度质量分数为10-12%，否则的话不能抽出。
[0230]污水从收集槽中通过间歇操作的泵抽出，进入消化袋。
[0231]装置的间歇进料使消化袋内的污水的性质相同，因而避免当引入新鲜污水时由于消化温度突降“惊吓”细菌群。
[0232]为了克服此缺点，在装置连续进料的情况下，将壳管式热交换机加入进料管中；壳管式热交换机利用排出的污水的热量预热排入的污水。[0233]当新鲜的污水在消化袋中放置一天后，与投放量等量的沼渣经由排水管和泵从消化池移出，并输送至储存袋完成消化。
[0234]此类消化可以使每吨处理后的污水产生30-40立方米的生物气。
[0235]模式3-使用猪或者牛的污水并添加植物青贮
向消化池投放由固体生物质(一般是玉米青贮或其他青贮)和污水组成的，在泵送和混合站中混合的混合物。
[0236]带有自动称重功能和青贮投料卸载系统的漏斗向泵送站进料，在此同时引入新鲜的污水。
[0237]有机底物浓度的质量分数可以超过12%。
[0238]污水间歇地泵运至消化袋。因而避免由于消化温度突降“惊吓”细菌群。
[0239]为了克服此缺点，在装置连续进料的情况下，将壳管式热交换机加入进料管中；壳管式热交换机利用排出的污水的热量预热排入的污水。
[0240]当新鲜的污水在消化袋中放置一天后，与投放量等量的沼渣经由排水管和泵从消化池移出，并输送至储存袋完成消化。
[0241]此类消化可以使每吨处理后的污水产生150-200立方米的生物气。
[0242]模式4
下文通过具体引用图中所示的实施例，更详尽地描述装置1的运行。
[0243]取决于哪一个槽有足够的容量，将从畜牧场收集的污水10逐渐储存至第一储存槽21或第二储存槽22中。`
[0244]污水间歇地投放至消化池4中。例如，每两小时，通过单次的加载操作将四立方米的均一的污水12投放至消化池4中。相应量的沼渣16从消化池4中移出并输送至槽或者储存袋。在该例子中，假如新鲜的污水10和再循环的沼渣混合，经由进料管38a(包含于管38a中)向消化池4投放的污水12的有机底物的浓度质量分数小于15%。
[0245]在进料操作期间，旁通阀35b关闭，阀门37b和38b打开，并且泵28处于工作状态。预定量的、预热的、均一的污水12经由进料管38a从预热槽26转移到消化池40。一旦操作完成，泵28停止，阀门37b，28b关闭。
[0246]相应量的均一的污水通过管34a从预加载槽24转移到预热槽26。通过从第一储存槽21或者从第二储存槽22中抽取补充预加载槽24中的污水。如果需要，将漏斗30打开，将定量的生物质19加入预加载槽24中。
[0247]因此，至消化池4的下一次进料操作之前的这段时间，利用混合器33混合和均一化预加载槽24中的污水(和生物质19，也许)。通过加热器36将预加载槽中的污水12加热
至理想的温度。
[0248]需要注意的是，消化池4的每一次进料操作只涉及预加载槽24和预加载槽26约一半的容量。这样，后续引入槽24，26的新鲜污水10与等量的、已经均一的，与已经投放至消化池4的污水一样的污水12混合。这使得投放至消化池4的污水12的性质相同，防止此次进料与下次进料的性质非常不同；避免由于投料差异过大而可能引起的对细菌群的“惊吓”。
[0249]在不需要预加热污水12的情况下，可以通过打开旁通阀35b而不是进料阀37b直接从预加载槽向消化池进料；接着，在该操作后，关闭旁通阀35b。[0250]周期性地，例如，与污水12的进料相同的时间比率，从消化池4经由卸载管16移除一定量的沼渣16。经过沼渣槽63后，从装置1中移除沼渣16的第一部分，而第二部分(或再循环部分)转移至预热槽26。接着，再循环沼渣与新鲜污水一同混合加热。因此，将沼渣16中包含的细菌群重新引入至消化池4中，从而避免细菌的损耗。
[0251]在上述所有的操作模式中，污水的厌氧消化在消化池40中进行，即，袋5内，生产生物气18。消化过程持续进行。产生的生物气18上升并聚集在袋5的上部，高于消化中的污水14的自由面。
[0252]在消化池40中，污水的温度保持在约35° C，pH约为7.5。
[0253]在消化期间，污水14间歇地通过混合器或搅拌器55混合，以尽可能保持均一。需要时，开启减少硫含量的装置46从而向袋5注入氧气。
[0254]此外，可以向污水加入氢氧化铁，以减少消化期间产生的硫化氢。例如，通过计量泵460将氢氧化铁加入再循环污水中。
[0255]在袋5内的消化中的污水14的污水是新鲜污水12和部分已消化的污水的混合物。在两次投料操作的间隔中，有机质在消化过程中被消耗，接着在每次进料时得到补充。然而，需要注意的是，袋5的容量和消化中的污水14的量(例如，3000立方米)远大于每次操作期间的进料量(例如位方米)。
[0256]由于污水在消化池中停留时间很长，每次进料操作时，总成分的改变很小。
[0257]特别地，在装置1运行期间，消化中的污水14的水平面，也就是袋5中液相的水平面，保持在围圈96的水平面95的高度之下。换句话说，消化腔40中的污水14的自由面的高H14小于隔离井91的深度H9。
[0258]如此，污水14 的重量完全倾卸在井91的底表面91a和侧表面91b上，避免重力可能危及地面90上的袋5的稳定性。
[0259]在上述的实施例中，污水14的高度H14为至多3米，留给生物气的高度H18为至少0.5米。
[0260]产生的生物气18不断地通过抽取管71移出。抽取时尽量使袋5内的压力保持稳定，例如，为2至15毫巴之间。
[0261]当内部压力上升过度时，例如，由于停止抽取生物气或关闭发动机81，开启泄压安全阀49并将生物气排放至外部，从而防止袋5的破裂。
[0262]生物气通过PVC管从消化袋输送至气量器以稳定压力。
[0263]从气量器中抽取的生物气通过冷却交换机除去其饱和的湿气；热电联产机的发动机通过鼓风机以生物气作为燃料。
[0264]换句话说，生物气18经过调节部分7的调节后被输送至热电联产机8。发动机81用生物气18作为燃料并驱动交流发电机85生成电能，该电能被转移至蓄电池或电网89。
[0265]由于生物气18不断地生成和抽取，热电联产机8也不断地运行。
[0266]通过在发动机81中燃烧生物气18产生的热量和烟气的残余热能不断地转移至在回收回路87中不断地循环的水中。
[0267]在发动机81的冷却回路83的出口处得到的热水，在盘管45和/或热交换机68中循环。热量转移至消化腔40，使其能保持在消化的最佳温度。
[0268]一部分热水在预热槽26中加热均一的污水12 (通过盘管36)，为消化池4的下一次进料，和/或者在热交换机68中再循环沼渣进行准备。
[0269]冷却的水，从热交换机36，45，68流出，返回至发动机81的冷却回路83，在那被重新加热。接着，该水连续地在回收回路87中不断地循环:在装置运行期间，阀门44打开且循环泵(没有示出)开启。
[0270]当畜牧场中的动物接受抗生素治疗时，被抗生素污染的新鲜污水10可能会损害细菌群，从而危害装置1的运行和消化。
[0271]在这种情况下，可以将污水直接输送至储存袋。
[0272]基本上，根据本发明的装置1能以低的造价设置有很大的容量的消化腔40。
[0273]因此，即使在需要处理很大量(每天20-50立方米)的产生的污水时，也有可能使污水14在消化池4中有通常的停留时间。因此，装置1可以在污水的温度和有机质浓度与细菌群的最大活性不对应的条件下操作。基本上，与已有装置相比，较低的消化活力与大大加长的消化时间相抵消。
[0274]由于建造简单，装置1的低成本使得即使装置1的产率(按每单位体积的消化池的生物气日产量计算)比已知的装置低很多也是可以接受的。
[0275]因此，加入“有价值的”生物质只在紧急情况下(如上所述)才需要，而并不是常规的操作。完全开发“贫瘠的”(即，具有低浓度的有机底物)污水的有机装载量是有可能的，否则的话，不利用该污水，并且即使在需要承担后续费用的情况下，也会被丢弃。
[0276]在装置1的另一实施例中，如图19所示，消化腔40的加热器置于消化腔40自身内。由于实际上袋5中的污水14直接与加热器接触，这有利于高效加热。
[0277]加热器包括安装在袋5中的盘管45和连接管，连接管使盘管45与回收和重新利用热量的回收回路87相连。
[0278]连接管包括引入或进料管42a和排出或回收管43a。以下将只提及进料管42a，，但应该清楚的是，回收管43a也具有同样的特征。
[0279]盘管45由通过水力彼此相连的长管部分451组成，并通过安装在袋5内的竖直支撑件453支撑；在该例子中，每个竖直支撑件453包括支撑各长管部分451的支架455。
[0280]连接管42a在消化腔40内的部分包括至少一个柔性部分421。由于柔性部分421，在柔性部分421上下游的连接管42a的部分420a，420b (通过法兰盘连接)可以彼此相对移动。
[0281]当袋5中的盘管45连接至已安装在地面90上的长管部分420a时，这有利于安装消化池4。实际上，相对移动的能力使得盘管45和竖直支撑件453的设计和组装更灵活。此外，柔性部分421能使加热器可以缓解任何由于盘管45的热膨胀引起的变型。
[0282]在袋5内安装加热器可以通过直接在袋5中工作进行。长管部分451通过舱口 56被引入至袋5中。安装工480通过舱口 56进入，将竖直支撑件453和长管部分451安装在一起，从而获得盘管45。基本上，加热器是在袋5内组装的。
[0283]为了防止松弛的袋5妨碍组装操作，可拆卸的拱杆458可以暂时安装在竖直支撑件453上，用于支撑顶壁51，使其高于地面，以便于给工人480留下足够的空间(图20)。在安装加热器后，移除可拆卸的拱杆458并从舱口 56带出袋5。
[0284]图21展示了袋5的壁52，53和进入袋5的管道之间的密封连接方式。在图21所示的例子中，这些管道为加热盘管45的连接管42a的长管部分420a和卸载管61的长管部分 610。
[0285]置于袋5之前，将长管部分420a，610置于地面90中并一部分从地面伸出。绕各长管部分420a，610浇铸混凝土的基座或底座501。基座或底座501陷入地面下，并且各自的表平面为91a, 91b。第一封条503 (例如由有机娃材料制成)置于长管部分420a, 610周围，并搁在基座501上。此后，放置设有开口的袋5,其中各长管部分420a,610插入所述开口中。第二封条505放置在长管部分420a，610周围，在袋5的各扇壁52，53的内表面上。该第二封条由热塑性塑料或有机硅材料制成，被热封在长管部分420a，610的壁上，从而将壁52，53密封连接至管420a，610。为了确保封条503和505的稳定性和压缩性，使用螺旋锚或螺丝507并且从袋5的内部旋进基座501中，从而穿过第二封条505，袋5的壁52，53和第一封条503。
[0286]可选地，可以使用封板506 (如图31)替代第二封条505。
[0287]相似的模式也用于安装搅拌器55和用于支撑盘管45的竖直支撑件453。同样，在这种情况下中，建造混凝土基座501，在该基座上，第一封条503，袋5的底壁52和竖直支撑件453的底座453a按顺序放置。这个整体通过螺丝507固定。可选地，第二封条505可以置于袋5的底壁52和竖直支撑件453的底座453a之间。
[0288]图22，23，30和32展示了用于生产生物气的装置1的另一实施例。
[0289]作为例子(当然，也可以应用于其他实施例)，还展示了围栏99和马厩98。
[0290]除了完全与上述类似的消化池4以外，装置1包括储存池400，用于储存离开消化池4，等待最后处理的消化后的污水16。基本上，除了消化袋之外，该装置还由同样构造，同样尺寸并作为消化后的污水的储蓄池的另一袋组成。该第二袋也包括生物气的抽取端。
[0291]储存池400能储存已经消化的污水16，为消化池4中生物气的产生做出小贡献；以这种方法清理消化腔40能使得新鲜均一的污水12向内流动，有利于保持合适的消化条件。
[0292]在储存池400中，消化后的污水16具有残余的有机质，因而可以进行进一步的消化，但该消化后的污水16是残留的并且生物气产量低。
[0293]在这个例子中，储存池400包含由柔性材料制成的并且不漏流体的第二袋状壳体500 ;第二壳体500与消化池4的第一壳体5完全相似(或者甚至是相同的)。
[0294]第二袋500是封闭的，并且在内部区域限定用于消化后的污水16的储存腔440。
[0295]第二袋500通过水力与第一袋5相连,从而使消化后的污水16从消化池4(即，第一壳体5)转移至储存池400。
[0296]图22和图23所示，第二袋500通过使消化后的污水16与第一袋5相连的管640接收消化后的污水16 ;例如，管640将消化池4的排出井60与储存池400的入口端38t相连。
[0297]对于第一袋5，设有一个或更多个出口端，消化后的污水16通过该一个或更多个出口端从第二袋500移除。在该例子中，第二袋500的底壁有开口或井560，该开口或井560与卸载管561相连。
[0298]第二袋500也包括抽取生物气18的一个或更多个端口 57 ;端口 57设置在第二袋500的顶壁51并与各抽取管71相连，这些管转而与集流管710相连，消化池4的抽取管71也与该集流管710相连。[0299]第二袋500包括一个或更多个安全阀门49和用于进入储存腔440的密封舱口 56(或出入孔封盖)。
[0300]在这个例子中，储存池400没有搅拌器和加热器。
[0301]第二袋500可以用于进行第二消化阶段。换句话说，第一袋5和第二袋500组成更加两个连续消化阶段操作的消化池。在这种情况下，第二袋500不是简单的不活跃的储存池，而是装置中的活跃部分，并能完成消化。接着，第二袋500可以设置搅拌器、加热器，和/或再循环系统。
[0302]例如，彼此袋相同的两个袋5，500都可以在其内装有恒定量污水的情况下工作。。
[0303]第一袋5接收进料污水12或者新鲜污水，进行第一消化阶段，生成低甲烷，高二氧化碳的生物气。由于周期性地注入其它进料或者新鲜污水后，第一袋5的内部环境的变化，此生物气的组成可以在一天中变动极大。
[0304]第一袋5消化的污水16被第二袋500接收并进行第二消化阶段，生成高甲烷，低
二氧化碳的生物气。
[0305]第一袋5产生的生物气和第二袋500产生的生物气之间的差别与被处理污水中有机底物的浓度和类别不同，以及各个袋5，500的操作条件不同有关。
[0306]作为发动机81燃料的生物气18是由第一袋5产生的生物气和由第二袋500产生的生物气的混合物。这使生物气组成波动较小，其性质也更适合用于发动机81。
[0307]连续两个阶段的消化使可利用的生物质的能量潜力得到最好的开发；例如，两个阶段的消化使利用率高达95%，而单个袋的消化池中的利用率可能约70%。
[0308]此外，在两个分开的袋5，500中的两个连续阶段的消化能更好地控制氮浓度，其中在氮浓度过高的情况下会使消化过`程停止。
[0309]实际上，为了使氮浓度保持在妨碍消化的浓度阈值以下，需要稀释消化中的污水14。
[0310]在装置具有单一袋5的情况下，稀释污水14会导致污水14自身的停留时间过短，因而导致消化不完全。
[0311]相反地，在有两个连续的袋5，500的装置的情况下，第一袋5中(氮气生产较高因而可能发生问题的地方)的污水14的稀释是通过利用从第二袋500中流出的沼渣进行的。换句话说，这是从第二袋500到第一袋5的再循环。为此，提供从第二袋状壳体500到第一袋状壳体5的污水回流管；回流管包括一个排水管61和进水管，排水管61用于从第二袋500的腔440中卸载污水，进水管用于将污水引入第一袋5的消化腔40。
[0312]第二袋500给予的停留容量确保总停留时间对完全消化是足够的。
[0313]并且第二袋500可以具有与第一袋5 —样的污水再循环和加热系统。特别地，如图33所示，可以设置单一的热交换器68和多个控制阀(特别是，电磁阀601，062，603，604)，该控制阀用于控制从第一袋5中和第二袋500中卸载和在袋5，500自身中重新引入并再循环已加热的污水。
[0314]换句话说，第一袋5的污水再循环管和回流管具有公共部分，其中，热交换机68设置在该公共部分上。通过电磁阀601，602控制第一袋5和第二袋500的卸载管61在公共部分的汇合量。通过电磁阀603，604控制向第一袋5和/或第二袋500重新引入加热的和再循环的污水。[0315]某些情况下，可以提供个第三袋作为用于从第二袋500中流出的沼渣的储存池，类似于之前所述的储存池400。
[0316]图24示意性展示了根据本发明的热电联产设备100的另一实施例，其中消化池4以局部视图展示，以更好地突显热电联产设备100的其他组件。
[0317]生物气18的集流管710设有过压和低压阀713和冷凝分离器715 ;集流管710通向气量器717。气量器717与生物气的冷却部分相连，包括的热交换机-冷却器701，该热交换机-冷却器701与冷藏室703、冷凝分离器705、用于生物气的鼓风机707相连。鼓风机707能使生物气18的压力上升，例如，袋5中的测量压力为15毫巴，达到足以向发动机81和/或气量器717投放的压力。可以提供旁通回路702用于绕过热交换器-冷却器701。
[0318]生物气回路具有分叉口，其中第一支管72从该分叉口通向热电联产机8，而第二支管720通向安全废气燃烧烟道723。生物气回路设有适当的切断阀，包括切断阀725和安装在容器800上的排气阀。热电联产机8在在容器800中。容器800也设有燃气泄露传感器805，和用于废气的抽气管810电扇820安装在抽气管810中。
[0319]回收和重新利用热量的回路87包括发动机81的冷却回路83，用于投放加热的水的管道42，加热盘管45和/或者热交换机68，用于使加热的水回流的管道43。
[0320]在不同的实施例中，如图34所示，生物气18的集气管710设有生物气冷却部分，生物气冷却部分包括热交换器-冷却器701，热交换器-冷却器701与冷藏室703、冷凝分离器705、用于生物气的鼓风机707相连。。还提供压力调节器709，压力调节器709调节投放至发动机81的生物气18的压力，从而确保发动机81自身的正常操作。事实上，应该考虑到，由于一天中该装置所产生的生物气的气压有所变化，来自鼓风机707的输出气压也有波动性。压力调节器709用于向发动机81补充压力基本恒定的生物气18作为燃料。
[0321]在鼓风机707和压·力调节器709之间，放置与回流管708a相连的泄压阀708，泄压阀708将过量的，发动机81不可使用的任何多余的生物气排放到袋5 (和/或者第二袋500)中。
[0322]换句话说，当不改变发动机81自身的运行速度时，在从集流管710吸取的生物气18的流量大于可以用作发动机81的燃料的流量的情况下，多余的生物气18流量(即，超过发动机81当时可利用量的气流量)通过回流管708a输送回袋5，500。多余的生物气18导致生物气管，泄压阀的上游压力过大，泄压阀可以打开并排放回流管708a中多余的生物气。
[0323]由于袋5，500的大容量和接收压力变化小的大量的生物气的后续能力，袋5，500可作为一天的产物的生物气的数量和质量拌匀器和均衡器，使发动机81正常进料和运作。
[0324]将生物气与袋状壳体5，500相连的管还可以包括柔性部分700以适应袋状壳体装载/卸载期间的变形，并且柔性部分700的形状通常改变。
[0325]以下参考图29和30，给出装置1尺寸的例子:
-袋5的长L5为43米；
-袋5的宽P5为23米；
-井91的底表面91a向中心倾斜:边缘和中心的高度差H91为0.375米；
-底表面91a的长L91是37.5米；
-底表面91a的宽P91是17.5米；
-围圈96的外边缘之间的长L96为25米；-围圈96的外边缘之间的宽P96为45米；
-袋占据的区域，包括围圈96，的总长L96a为48.5米；
-袋占据的区域，包括围圈96，的总宽P96a为57米。
[0326]通过引用实施来描述本发明的对象。应该理解的是也可存在与发明点相同的其他实施例，所有这些实施 例落入都在下述权利要求保护范围内。
【权利要求】
1.一种用于生产生物气(18)的装置(1)，所述装置(1)包括消化池(4)，该消化池(4)包括由柔性材料制成且不漏流体的袋状壳体(5)，所述袋状壳体(5)适于容纳污水(14)，其中所述袋状壳体(5)在内部区域限定有消化腔(40)，该消化腔(40)适于消化污水(14)，所述装置(1)还包括用于加热污水(14 )的加热器(45，68 )。
2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述加热器包括设置在污水再循环管(65)上的热交换器(68)。所述再循环管(65)包括排水管(61)和进水管(38a，38p)，排水管(61)让污水流出消化腔(40)，进水管(38a，38p)让污水流入消化腔(40)，所述热交换器(68)置于排水管(61)和进水管(38a，38p，38d)之间。
3.根据权利要求2所述的装置(1)，其特征在于，所述进水管(38p，38d)用于让污水进入消化腔(40)中污水(14)的自由面上。
4.根据权利要求2或3所述的装置(1)，其特征在于，所述进水管(38p, 38d)包括主管(38p)和多个支管(38d)，其中主管(38p)设置于袋状壳体(5)的周围，并且所述支管(38d)将污水以与袋状壳体(5)的各侧面平行的方式引入消化腔(40)中。
5.根据权利要求4所述的装置(1)，其特征在于，所述支管(38d)的进入方向彼此一致。
6.根据权利要求1至5中任何一项所述的装置(1)，其特征在于，包括第二袋状壳体(500)，该第二袋状壳体(500)由柔性材料制成并且是不漏流体的，其中所述第二袋状壳体(500)在内部区域限定有用于污水(16)的腔(440)，所述第二袋状壳体(500)通过水压连接至消化池(4)的所述第一袋状壳体(5)，以将污水(16)从所述第一袋状壳体(5)转移至所述第二袋状壳体(500)。
7.根据权利要求6所述的装置(1)，其特征在于，所述第二袋状壳体(500)在腔(440)中进行污水的第二消化阶段，所述第一袋状壳体(5)和所述第二袋状壳体(500)组成按两个连续消化阶段运行的消化池。
8.根据权利要求6或7所述的装置(1)，其特征在于，包含回流管用于使污水从所述第二袋状壳体(500)回流至所述第一袋状壳体(5)。
9.根据权利要求8所述的装置(1)，其特征在于，至少当权利要求8引用权利要求2时，所述回流管有一段与所述再循环管共用，所述热交换器(68)设置在该共用段上。
10.根据权利要求1至9中任何一项所述的装置(1)，其特征在于，包括加热器(45)，所述加热器(45)设置于消化腔(40)内。
11.根据权利要求10所述的装置(1)，其特征在于，所述加热器包括盘管(45)和连接管(42a, 43a)，所述连接管(42a，43a)使盘管(45)与袋状壳体(5)外的加热系统(8)相连，其中所述连接管(42a，43a)在消化腔(40)内的一段包括至少一个柔性部分(421 )。
12.根据权利要求1至9中任何一项所述的装置(1)，其特征在于，所述袋状壳体(5)的底面(52)搁在隔间(91)的第一表面(91a)上，隔间(91)用于至少部分地接收袋状壳体(5 )，其中所述装置(1)包括加热器(45 )，所述加热器(45 )设置于袋状壳体(5 )和隔间(91)的第一表面(9la)和/或者侧表面(9lb)之间,所述加热器包括盘管(45),盘管(45)周向地设置在袋状壳体(5)的侧面(53)的周围。
13.根据权利要求1至12中任何一项所述的装置(1)，其特征在于，所述消化池(4)包括用于搅拌污水(14)的至少一个搅拌器(55)。所述至少一个搅拌器(55)为浸没型搅拌器，所述浸没型搅拌器设置于消化腔(40)内。
14.根据权利要求1至13中任何一项所述的装置(1)，其特征在于，所述消化腔(40)的容量介于1000立方米至5000立方米之间。
15.—种热电联产设备(100),包括根据权利要求1至14中任何一项所述的用于生产生物气(18)的装置(1)，热电联产机(8)和用于向热电联产机(8)补充生物气(18)作为燃料的燃料添加装置(71，72)，所述燃料添加装置包括生物气管(71，72)，所述生物气管(71，72)位于所述装置(1)和所述热电联产机(8)之间。
16.根据权利要求15所述的热电联产设备(100)，其特征在于，所述热电联产机(8)包括热回收回路(87)，所述热回收回路(87)与加热器(45，68)相连。
17.根据权利要求16所述的热电联产设备(100)，其特征在于，至少当权利要求16引用权利要求2时，所述热交换器(68)在再循环污水和热回收回路(87)之间进行热量交换。
18.根据权利要求15至17中任何一项所述的热电联产设备(100)，其特征在于，所述装置(1)和所述热电联产机(8)之间的生物气管(71，72)包括泄压阀(708)，所述泄压阀(708)连接至回流管(708a)，从而使超过所述热电联产机(8)可利用量的过量的生物气(18)流回至袋状壳体(5)和/`或第二袋状壳体(500)。
【文档编号】C12M1/02GK103635078SQ201280033609
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年5月7日 优先权日:2011年5月6日
【发明者】阿曼多·贝拉斯 申请人:阿格里科拉罗芬公司