专利名称：寒冷地区农村“池-灶-炕-厨-卫”五位一体生产沼气的方法
技术领域：
本发明涉及北方农村火炕余热利用和生物发酵技术，具体讲是一种新型高效沼气发生器建设方法。
背景技术：
沼气作为一种新型的再生能源，它不仅替代节省了大量的传统能源，而且使大量 的垃圾得到转化利用，净化了环境。沼气的生成是通过有机物的发酵产生，可利用人和畜禽 粪便、农作物秸秆和屑壳、生活垃圾中的厨余、污水和污泥产生沼气，沼气工程在我国有将 近40年的推广应用，在不少地区已经初具规模，并取得了显著的社会经济效益。然而，沼气产率受温度影响显著，南方由于气候比较适宜，沼气工程发展比较迅 速，但北方地区由于自然气候条件限制，在低温季节普通沼气池里微生物很难发酵，冬季产 气率很低甚至不产气，长达数月无法正常供气，严重时还会冻坏沼气池造成报废池，使得用 户失去信心。虽然目前有北方有“四位一体”的日光温室大棚模式中的沼气池，然而这种设 施建设成本费用高，水电供给保证要求高，同时分户饲养对重大疫病的预防难度大，一般用 户无力承受。在实际过程中只适用于城郊菜农等使用，对于大多数北方农村地区依然无法 采用推广。因此，沼气池越冬问题已经成为制约北方沼气发展的一个重要瓶颈，开发适合气 候寒冷地区沼气工程增温、保温的技术措施与方法势在必行。
发明内容
针对北方气候寒冷地区冬季低温不利于沼气发酵装置运行的问题，结合北方农村 实际情况，本发明的目的是提供一种寒冷地区农村“池-灶-炕-厨-卫”五位一体生产沼 气的方法，该发明不仅可以解决寒冷地区冬季沼气池温度低的问题，也较好的解决了农村 厕所改卫生间室内化的问题。本发明的目的是这样实现的在北方农村火炕下部建立发酵反应池，池体采用螺 旋下料槽升流三相分离式沼气反应池(另案申请专利)分别连接室内草木灰座便器(另案 申请专利)入料口，锅灶草木灰入料口，厨房厨余粉碎入料口，以及外接秸秆畜禽粪便入料 口，进料的按照经实验计算的量与配比(另案申请专利)。发酵反应池利用地基的墙体保 温，同时利用火炕流动烟气向下加热水解酸化池的入料。反应池由螺旋式入料反应槽和升 流三相分离器组成。该系统作用是使发酵反应槽进料螺旋下降，延长停留时间，对进料加热 增温，增大反应表面积。升流三相分离器主要作用是固液分离，利用上升流推动池内液体流 动。储气供气系统是由储气罐，压力表、间阀和输气管所组成，设置在房屋的顶部，和发酵反 应池的三相分离器上部通过导气管连通。其作用是就是对发酵产生的沼气进行存储，并远 离火炕等热源，为用户提供稳定的气源。出料口和秸秆畜禽粪便入料口布置在室外沉井中， 便于真空泵抽吸操作残渣沼液，和添加秸秆畜禽粪便料，沉井上覆盖铁架井盖，下部可连接 下水管道。
该发明的工作原理是这样的当烧火做饭过程中，在加热火炕的同时，热烟气经过火炕内部流动时向下增温加热发酵反应池，配合房屋地基本身防冻保温作用，使反应室的 水温达到发酵要求的温度，在进料时，秸秆畜禽粪便入料口和厨余入料口设在反应室上部， 由手摇旋转螺纹绞碎装置加入。这样设计的作用一是便于加入，更重要是秸秆厨余畜禽粪 便等需要加热时间长，而流程长利于增温以及酸化。厕所卫浴的粪便尿液排泄物入口在中 部，考虑到水力水头、防止入料堵塞同时人体粪便等相对于厨余秸秆更易于酸化。而炉灶草 木灰等入口在螺旋式入料下部，靠近底部的反应槽。其作用是一是易于灶坑入料。形成厌 氧发酵酸化区和产甲烷区的隔离，起到调节PH值的作用。物料进入发酵反应室后，进料口 自动密封。发酵物料在酸化区沿螺旋槽随水流下移，过程中升温受热水解酸化，同时水中PH 随酸化过程中降低。当快达到下部的主发酵区时，易溶于水的草木灰加入使溶液PH升高， 利于进行产甲烷菌的大量繁殖。产生的沼气(主要是甲烷和C02)大量气泡上升，携带沼液 和悬浮污泥随气泡进入三相分离器升流，进入气液分离区被提升的混合物中的沼气在此 与泥水分离并导出处理系统，泥水混合物则沿着溢流流入螺旋下料区，与反应器的进进料 充分混合随加入的固体返回到最下端的混合区，实现了混合液的内部循环。完全发酵分解 后的余物沉积到沼气发酵池底部，定期通过真空抽吸泵抽吸排料。本发明具有一定的新颖性，具体体现在在申请日之前没有同样的发明或者实用新 型，在国内外出版物上公开发表过，在国内外公开使用过或者以其他方式为公众所知，也没 有同样的发明或实用新型由他人向专利局提出过申请并且记载在申请日以后公布的专利 申请文件中。该发明也具有一定的创造性，具体体现在申请日以前，我国目前常用的沼 气发酵技术没有解决对于大多数北方农村地区普通农民的沼气发酵装置的保温问 题。该发明针对北方寒冷地区火炕技术的特点，将其与沼气发酵技术相结合，首次提出 “池-灶-炕-厨-卫”五位一体生产沼气的方法。不仅可以保持沼气池冬季保温安全越 冬，而且可以使产气率大幅提高。提高了土炕的热能耗利用率。也较好地解决了农村室内 厕所厨卫垃圾的处理问题。可以随时进料。和目前国内同类技术模式相比，具有突出的实 质性特点和显著的进步。该发明也具有一定的实用性，具体体现在该发明能够制造或者使用，并且能够产 生以下积极有益的效果(1)该发明由于与北方寒冷地区的土炕的建筑能源模式相结合，将发酵反应池设 置在落地土炕的底部，不仅可以通过地基防寒抗冻，更主要通过火炕加热大幅度增温升温。 在环境温度较低时仍可以高效产气，同比产气率提高75%以上，同时也提高土炕的热利用率。(2)该发明将“池-灶-炕-厨-卫”五位一体的集中于室内的生态模式，除了利 用有效利用火炕热能外，与房屋融为一体有利于人的粪便排泄物和厨余的及时入料，利于 沼气的连续发酵运行。同时，由于土木灰的及时入料利用其自身燃烧后的底温且可以调节 PH，是厌氧发酵的水解酸化和产甲烷两阶段分布有效进行。(3)该发明将沼气集气罐和发酵反应池分离，通过三相分离器将沼气与泥水分离 并被导出，存储在位于远离火炕的位于房屋顶部的专用储气罐中，这种模式由于沼气池不 设有水压式的沼气储气间，降低沼气池的气密性要求，不需要水压式面对气压变化对池壁的破坏作用。提高整个系统安全性的同时减少了沼气发酵反应池的空间体积要求。五位一 体利于沼气灯，沼气炉等的安装使用。
图1是该发明一实施例侧立面剖视图。其中螺旋下料槽升流三相分离式沼气池和草木灰坐便器另案申请专利，仅作原理 不意。其中1炉灶、2螺旋下料槽上升三相分离式室内沼气池、3火炕炕面、4火炕支撑 柱、5、火墙(烟墙)、6沼气储集罐、7草木灰座便器、8厨余入料口、9草木灰入料口、10厕卫 粪便入料口、11沼渣出料口、12螺旋下料槽、13三相分离器。
具体实施例方式由附图中所示，发酵反应池(2)建在火炕正下方，采用砖石钢筋混凝土材料，四周 通过房屋地基墙体保温，上部通过炉灶(1)烟气加热。当烧火做饭过程中，在加热火炕的同 时，热烟气经过火炕内部流动时向下增温加热发酵反应池，配合房屋地基本身防冻保温作 用，使反应室的水温达到发酵要求的温度。沼气池边壁向上延伸作为火炕支撑柱(4)来支 撑上部的火炕炕面(3)，火炕炕面(3)以预制板钢筋混凝土为材料。烟气经过火炕加热室内及沼气反应池后，沿烟墙(5)通过烟筒排出，烟墙为砖砌 结构。为防止火炕下方的沼气聚集，沼气反应池设置三相分离器将沼气输送到沼气储气罐 (6)，其材质为钢结构，同时沼气池壁上部开沼液出液口，保证上部没有沼气聚集。沼气罐在 房屋顶部，远离火炕等热源。储气供气系统是由储气罐，压力表、间阀和输气管所组成，和发 酵反应池的三相分离器上部由导气管连通。反应池由螺旋式入料槽(12)和升流三相分离器(13)组成。池壁分别连接室内厕 卫粪便入料口(10)，锅灶草木灰入料口(9)，厨房厨余粉碎入料口(8)，以及外接秸秆畜禽 粪便入料口。螺旋式入料槽(12)作用是使发酵反应槽进料螺旋下降，延长停留时间，对进 料加热增温，增大反应表面积。升流三相分离器(13)主要作用是固液分离，利用上升流推 动池内液体流动。出料口和秸秆畜禽粪便入料口(11)布置在室外沉井中，便于真空泵抽吸 操作残渣沼液，和添加秸秆畜禽粪便料，沉井上覆盖铁架井盖，下部可连接下水管道。在上述图示中，虽然列举了本发明较佳实施例进行了说明，但众所周之，不应由 该实施例反而限制了本发明的权利保护范围，亦即，任何熟悉发明创新点的工程技术科学 研究人员，若应用本发明主要之特征，进行若干细节的变动，皆仍属于本发明的专利保护范 围。
权利要求
一种寒冷地区农村“池-灶-炕-厨-卫”五位一体生产沼气的方法，其特征在于将沼气发酵反应池建立在北方农村火炕的下部，发酵反应池利用地基的墙体保温，同时通过火炕流动烟气向下加热沼气发酵池的升温。室内的厨卫垃圾粪便直接排入沼气发酵池，炉灶草木灰加入沼气池调节pH和提供氮磷无机物。
2.根据实现权利要求1所述一种寒冷地区农村“池_灶-炕-厨-卫”五位一体生产沼 气的方法，其特征还包括池体分别连接室内各入料口，即草木灰座便器(另案申请专利) 入料口，锅灶草木灰入料口，厨房厨余粉碎入料口，以及外接秸秆畜禽粪便入料口，进料的 按照经实验计算的量与配比(另案申请专利)。
3.根据实现权利要求1所述一种寒冷地区农村“池-灶-炕-厨-卫”五位一体生产 沼气的方法，其特征还包括储气供气系统设置在房屋的顶部，由储气罐，压力表、间阀和输 气管所组成，发酵反应池的上部由导气管连通。其作用是就是对发酵产生的沼气进行存储， 并远离火炕等热源，为用户提供稳定的气源。
4.根据实现权利要求1所述一种寒冷地区农村“池_灶-炕-厨-卫”五位一体生产沼 气的方法，其特征还包括出料口和秸秆畜禽粪便入料口布置在室外沉井中，便于真空泵抽 吸操作残渣沼液，和添加秸秆畜禽粪便料，沉井上可覆盖铁架井盖，下部可连接下水管道。
全文摘要
一种寒冷地区农村“池-灶-炕-厨-卫”五位一体生产沼气的方法，将沼气发酵反应池建立在北方农村火炕的下部，发酵反应池利用地基的墙体保温，同时通过火炕流动烟气向下加热沼气发酵池的升温。室内的厨卫垃圾粪便直接排入沼气发酵池，炉灶草木灰加入沼气池调节pH和提供氮磷无机物。池体分别连接各入料口，沼气储气室与沼气发酵池隔离，通过导气管将沼气存储于屋顶的储气罐。“池-灶-炕-厨-卫”所有设施在同一屋内，既利于保温产沼气，又易于随时投料，同时便于沼气使用，实现了功能的集中耦合。
文档编号F17D1/04GK101864453SQ200910131300
公开日2010年10月20日 申请日期2009年4月14日 优先权日2009年4月14日
发明者李泽唐 申请人:李泽唐