覆膜厌氧发酵装置的制作方法

本实用新型涉及一种用在养殖污水处理领域的厌氧消化装置，具体涉及的是一种以覆膜为主体材料的厌氧发酵装置。

背景技术：
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厌氧发酵装置作为废弃物在厌氧条件下通过微生物的代谢活动消化降解大部分有机物并产生甲烷和二氧化碳等气体的反应器，在养殖污水处理领域中得到广泛应用，国内外诸多研究机构在厌氧消化工艺技术、型体结构及主体材料、应用效应等方面作了大量的基础研究和创新性研究，推动了厌氧消化技术的推广和应用，特别是在我国农村能源建设和规模化养殖场大中型沼气工程建设中的广泛应用，为提供清洁能源和养殖污染物处理作出了历史性贡献，但是，基于厌氧消化环境条件的高密封性技术要求，技术应用的适应性以及工艺运行的高效性和稳定性的应用需求，随着材料科学技术的发展和创新性应用，针对厌氧发酵装置建造基材及其相应配套技术的开放应用，已成为诸多专家学者和政府职能部门共同关注的问题，以期突破厌氧消化技术应用的高成本、低效应等产业发展技术的短板。

但目前使用到的沼气池、罐等厌氧装置还有诸多缺点，如沼气池的施工需要有资质的专业技术人员才能进行，施工要求高、成本高；而沼气罐虽然已经批量制成成品，施工较为简易，但其体积还是有限，无法应用在大容量的场合。

技术实现要素：
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本实用新型的目的在于提供一种覆膜厌氧发酵装置，该覆膜为主体材料的厌氧发酵装置结构简单、设计合理，有利于缩短施工周期、降低施工难度和成本。

本实用新型覆膜为主体材料的厌氧发酵装置，其特征在于：包括在土壤表面挖设有半椭球形凹坑和铺设在半椭球形凹坑内的下覆膜，所述下覆膜上连接有上覆膜，所述下覆膜侧部插入有进料管，该进料管位于离底部2/3高度之椭圆长轴顶端处，所述进料管的出料端连接有叉形管，所述下覆膜位于进料管的相对侧设有导气管和出料管，所述出料管高出进料管20-30mm。

进一步的，上述叉形管为两端交叉形成90度的管件，叉形管的交叉位置与进料管的出料端连接。

进一步的，上述叉形管所在平面与下覆膜交集形成的轮廓线为椭圆形，叉形管的交叉点位于椭圆形长轴位置的1/16，叉形管的两出料点连线中点位于椭圆形长轴的1/8位置。

进一步的，上述下覆膜内侧设有环形的导热管，所述导热管在下覆膜上方呈倒锥形弹簧布置，其导热管的进端位于上部，其导热管的出端位于下部，导热管的进、出端错位180度。

进一步的，上述上、下覆膜连接形成密闭腔体，在进料发酵产气后形成椭球形。

进一步的，上述上、下覆膜的边缘处具有两道环形热熔焊圈，其中外道环形热熔焊圈陷在凹坑周边土壤的凹环沟内。

进一步的，上述覆膜为高密度聚乙烯膜。

进一步的，上述导气管位于上覆膜上。

本实用新型覆膜为主体材料的厌氧发酵装置的工艺，所述覆膜为主体材料的厌氧发酵装置包括在土壤表面挖设有半椭球形凹坑和铺设在半椭球形凹坑内的下覆膜，所述下覆膜上连接有上覆膜，所述下覆膜侧部插入有进料管，所述进料管的出料端连接有叉形管，所述下覆膜位于进料管的相对侧设有导气管和出料管；施工时，首先场地开挖处理及管件预埋：在土壤表面按照设计需要挖设半椭球形凹坑和凹坑上周边缘环形沟，清理坑内及沟内硬物并均匀铺平，在离底部2/3高度之椭圆长轴顶端处安装进料管、叉形管和导热管，对称椭圆长轴顶端处安装出料管，且出料管高出进料管20-30mm；接着覆膜热熔焊接成型：在半椭球形凹坑和环形沟上铺平覆膜，修整后采用热熔器将覆膜焊接成半椭球形下覆膜，同样再次铺平覆膜修整后热熔焊接成半椭球形上覆膜并安装导气管，之后通过凹坑上周边缘环形沟处覆膜的热熔焊接覆土成型。

进一步的，下覆膜预先安装进料管，在进料管端部连接叉形管，所述叉形管为两端交叉形成90度的管件。

本实用新型覆膜厌氧发酵装置的显著优点：

1）本实用新型在型体设计上采用椭球体结构，设计a=Kb和c=b/K，所以V=4πb3/3，参数K值的选择结合建设场地条件按c《5m条件确定(椭球体长轴半径a、短轴半径b、Z轴轴向半径c），由于进料和出料沿长轴方向，增加了料液在厌氧装置内的流程，同时在进料管处连接有叉形管形成双向射流，实现厌氧装置内新旧料液的无动力均衡搅拌，也充分搅动了该装置中的厌氧菌，从而不会产生厌氧死角，也更能彻底降解粗纤维；有利于进一步提高厌氧产气效率和出水水质；

2）本实用新型在覆膜厌氧装置内设计螺旋式导热管，热能来源于沼气发电余热或沼气锅炉产生的蒸汽，实现了养殖污水处理厌氧消化附产物的高值化循环利用，同时，进一步增强了厌氧装置内原料的消化降解能力；

3）本实用新型以高密度聚乙烯膜为厌氧发酵装置建造材料，充分保障了厌氧发酵装置材料力学性能及密封性，避免了因人工技术或地势条件的差异性而影响厌氧装置建造质量，施工方便、建造成本低，提升了厌氧发酵装置应用的适应性；

4）本实用新型的一种养殖污水覆膜厌氧发酵装置，施工方便，适应性强，厌氧消化能力强，建造成本低，对养殖污水消化降解效果显著，具备良好的经济和环境效益。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做到变化与修饰都应属本实用新型的涵盖范围。

附图说明：

图1是本实用新型的构造示意图；

图2是图1的k-k剖面图；

图3是图1的A部放大图；

图4是图1中导热管的左视图；

图5是本发明另一种实施例的构造示意图；

图6、图7是实施例1的效果表；

图8、图9是实施例2的效果表。

具体实施方式：

本实用新型的覆膜为主体材料的厌氧发酵装置，包括在土壤表面挖设有半椭球形凹坑1和铺设在半椭球形凹坑1内的下覆膜2，所述下覆膜2上连接有上覆膜3，所述下覆膜2侧部插入有进料管4，进料管4的进料液为间隙性进料，所述进料管4的出料端连接有叉形管5，所述下覆膜2位于进料管4的相对侧设有导气管6。该进料管位于离下覆膜2底部2/3高度（该总高度为半椭球形凹坑1的深度）之椭圆长轴顶端处，所述进料管4的出料端连接有叉形管5，所述下覆膜位于进料管的相对侧设有导气管6和出料管13，所述出料管13高出进料管20-30mm，即出料管口高出进料管口20-30mm。

工作时，新沼液从进料管4进入叉形管5，由叉形管5的两出端通入下覆膜2内装设的旧沼液，在经过若干时间的发酵，产生了沼气可以从导气管6排出。

进一步的，为了设计合理，上述叉形管为两端交叉形成90度的管件，叉形管的交叉位置与进料管的出料端连接，上述叉形管所在平面与下覆膜交集形成的轮廓线为椭圆形，叉形管的交叉点位于椭圆形长轴位置的十六分之一，叉形管的两出料点连线中点位于椭圆形长轴的八分之一位置。上述上、下覆膜连接形成密闭腔体，在进料发酵产气后形成椭球形。本实用新型上、下覆膜连接形成密闭腔体，在进料发酵产气后形成椭球形，以及在出料端连接叉开90度的叉形管，以及叉形管的交叉点和叉形管的两出料点的位置，从而形成双向进料射流，有利于加快和充分搅拌、混合新旧料液，实现充分发酵；其次，该装置中的厌氧菌得以充分混合、搅动，减少产生厌氧死角；以及增加了水力的流程，也更能彻底降解粗纤维。

进一步的，为了调节温度，上述下覆膜内侧设有环形的导热管12，导热管在下覆膜上方呈倒锥形弹簧布置，其导热管的进端1201位于上部，其导热管的出端1202位于下部，导热管出端的管从锥形底部垂直往上，直至与导热管的进端平齐输出，导热管的进、出端错位180度，即导热管的进、出端位于同一直线上，导热管的进、出端导热管的温度在60-70摄氏度，该设计可以保证该装置内料液得到较好、较均衡的工作温度，有利于提高发酵的效率。导热管的热源可以是发电余热或是本实用新型装置产生沼气燃烧锅炉发热。

半椭球形凹坑的长轴半径、短轴半径及Z轴轴向半径c设计为a=Kb和c=b/K，参数K值的选择结合建设场地条件按c《5m和V=4πb3/3条件确定；叉形管到半椭球形凹坑的坑底垂直距离是叉形管到土壤表面距离的两倍；导热管的上端面大圆直径为半椭球形凹坑短轴直径的二分一，导热管的上端面到半椭球形凹坑坑底的垂直高度是半椭球形凹坑Z轴（竖向轴）轴向半径的四分之三，导热管下端锥底到半椭球形凹坑坑底的垂直高度是半椭球形凹坑Z轴轴向半径的四分之一，导热管的螺距为半椭球形凹坑Z轴轴向半径的八分之一。

由于叉开90度的叉形管和导热管的设计，使得本装置的产气率较大，较传统的产气池或产气罐多增加20-50%的产气量。

进一步的，为了提高两层覆膜连接的密封性，上述上、下覆膜的边缘处具有两道环形热熔焊圈7，其中外道环形热熔焊圈陷在凹坑周边土壤的凹环沟8内。两道环形热熔焊圈7可实现双层密封保护，确保不漏气。外道环形热熔焊圈陷在凹环沟8内，而内道环形热熔焊圈设在上表面9上，上表面9与凹环沟8之间具有竖直面10，上、下覆膜通过上表面9与凹环沟8，以及竖直面10，两道环形热熔焊圈7在凹环沟8和竖直面10的布置，使得两道环形热熔焊圈7产生错层，更好确保密封性，在凹环沟8和上表面9上填盖覆土11。每道环形热熔焊圈7的宽度为半椭球形凹坑长轴长度的二百分之一。

进一步的，为了设计合理，上述覆膜为高密度聚乙烯膜。

进一步的，上述导气管位于上覆膜上，导气管伸入上覆膜10厘米。

在进料管的入料端设有进料过渡井14，在进料管的相对侧设有出料管13，所述出料管的出料端设有出料过渡井15，所述出料过渡井与进料过渡井均没入土层中，进料过渡井底面比出料过渡井底面低20-30mm，并通过过渡井高度设计以调节装置运行压力，保证装置运行的安全性。

本实用新型覆膜为主体材料的厌氧发酵装置的施工工艺，所述覆膜为主体材料的厌氧发酵装置包括在土壤表面挖设有半椭球形凹坑和铺设在半椭球形凹坑内的下覆膜，所述下覆膜上连接有上覆膜，所述下覆膜侧部插入有进料管，所述进料管的出料端连接有叉形管，所述下覆膜位于进料管的相对侧设有导气管；施工时，先在需要安装该装置的土壤上挖半椭球形凹坑，然后在半椭球形凹坑内铺设下覆膜，并使下覆膜不会相对凹坑滑动，在凹坑上周边缘挖设环形沟，在下覆膜上盖设上覆膜，并用热熔焊方式，使上、下覆膜边缘连接密封，焊接时形成两道环形热熔焊圈7，每道环形热熔焊圈7宽度为2厘米，两道环形热熔焊圈之间间距为4厘米。

进一步的，下覆膜预先安装进料管，在进料管端部连接叉形管，所述叉形管为两端交叉形成90度的管件。

本实用新型通过上述进料管、出料管、叉形管和导热管的结构、位置的综合特殊设计，实现了该厌氧装置内新、旧料液的无动力均衡搅拌，充分搅动了该装置中的厌氧菌，从而不会产生厌氧死角，更能彻底降解粗纤维；显著提高了厌氧产气效率和出水水质；厌氧产气效率提高20-50%和出水水质各种指标提高30%以上。

实施例1：

实施地点福建省福州市北峰某养殖场，生猪存栏3000头，建设本实用新型的养殖污水覆膜厌氧发酵装置400m³。

1）覆膜厌氧装置型体尺寸设计：

建设本实用新型的养殖污水覆膜厌氧发酵装置400m³，取K=1.5计算求得b=4.6，c=3.06和a=6.9。

2）场地开挖处理及管件预埋：

在土壤表面挖设7.0m×5.0m×3.0m（取整数）的半椭球形凹坑和凹坑上周边缘环形沟，清理坑内及沟内硬物并均匀铺平，在离底部2/3高度之椭圆长轴顶端处安装进料管、叉形管和导热管，对称椭圆长轴顶端处安装出料管，且出料管高出进料管20-30mm。

3）覆膜热熔焊接成型：

在半椭球形凹坑和环形沟上铺平覆膜，修整后采用热熔器将覆膜焊接成半椭球形下覆膜，同样再次铺平覆膜修整后热熔焊接成半椭球形上覆膜并安装导气管（覆膜可预先留好定位孔），之后通过凹坑上周边缘环形沟处覆膜的热熔焊接覆土成型。

4）覆膜厌氧发酵装置启动运行与效果测定：

按照厌氧发酵装置原理从进料管导入适量接种物和养殖污水启动本实用新型的覆膜厌氧发酵装置，运行稳定后对主要技术指标如VS产气率、甲烷体积积分数、COD_CR、BOD₅、SS等进行适时跟踪测定如下表所示，COD_CR、BOD₅和SS降解率均达到80%以上，甲烷体积积分数在6d后达到68.2%以上，具有显著的厌氧消化效果。

实施例2：

实施地点福建省莆田市某国家生猪储备基地，生猪存栏25000头，建设本实用新型的养殖污水覆膜厌氧发酵装置3000m³。

1）覆膜厌氧装置型体尺寸设计：

建设本实用新型的养殖污水覆膜厌氧发酵装置3000m³，取K=2.0计算求得b=9.0、c=4.5、a=18。

2）场地开挖处理及管件预埋：

在土壤表面挖设18m×9m×4.5m的半椭球形凹坑和凹坑上周边缘环形沟，清理坑内及沟内硬物并均匀铺平，在离底部2/3高度之椭圆长轴顶端处安装进料管、叉形管和导热管，对称椭圆长轴顶端处安装出料管，且出料管高出进料管20-30mm。

3）覆膜热熔焊接成型：

在半椭球形凹坑和环形沟上铺平覆膜，修整后采用热熔器将覆膜焊接成半椭球形下覆膜，同样再次铺平覆膜修整后热熔焊接成半椭球形上覆膜并安装导气管（覆膜可预先留好定位孔），之后通过凹坑上周边缘环形沟处覆膜的热熔焊接覆土成型。

4）覆膜厌氧发酵装置启动运行与效果测定：

按照厌氧发酵装置原理从进料管导入适量接种物和养殖污水启动本实用新型的覆膜厌氧发酵装置，运行稳定后对主要技术指标如VS产气率、甲烷体积积分数、COD_CR、BOD₅、SS等进行适时跟踪测定如下表所示，COD_CR、BOD₅和SS降解率均达到80%以上，甲烷体积积分数在6d后达到72.1%以上，具有显著的厌氧消化效果。