CN101460413A - 用于动物废物稳定化和生物气回收的厌氧消化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于厌氧消化动物废物，同时生产并回收生物气的环境温度厌氧消化器系统。该厌氧消化器系统包括用于厌氧消化动物废物同时产生生物气的具有充分柔性的囊，并将生物气传输到至少一个生物气储存容器、生物气应用装置或它们的组合，在优选方式中，所述具有充分柔性的囊在其顶面含有废物入口、消化液出口、一个或多个泥渣进入口和生物气出口。在没有能量消耗和很少的资本费用条件下，所述厌氧消化器系统可经济地、简便地、可靠地并有效地用于处理动物废物，因此使典型地由动物废物引起的污染最小化。

Description

用于动物废物稳定化和生物气回收的厌氧消化系统
技术领域
本发明涉及污染控制，更具体而言，涉及用于动物废物处理，同时生产和回收生物气的改进的厌氧消化器系统。
背景技术
家畜圈养设施产生大量可对环境和人类健康造成严重危害的动物废物。例如，动物废物组分(比如有机物、氮、磷、病原体和金属)可降低水质、空气质量、并不利地影响人类健康。例如，有机物含有高含量的生物可降解有机物，当排放到地表水中时，将争夺并耗尽现有的有限量的溶解氧，导致鱼类死亡和其他不良影响。类似的来自氮和磷的养分载荷可导致地表水的富营养化。因此，在美国通过清洁水法案和在其他发达国家，动物废物可能不排放，而是作为商品肥料的补充最终施用于土地上。在许多其他拥有大量家畜的国家没有这些要求，动物废物会不利地影响环境质量。例如，有越来越多地证据表明在多个全球流域中存在着由家畜废物排入地表水引起水污染，并且现在还有证据表明这些排放影响比如在南中国海、泰国湾和墨西哥湾的沿海水域质量。
动物废物还影响空气质量，这包括臭气和温室气体的散放。所述废物还含有当传播给人类时，可不利地影响人类健康的病毒、细菌、原生动物和寄生虫，在很多情况下，其中一些是危及生命的。
已经使用了多种技术方法不同程度地减少这些危害。最基本地，将所述废物储存起来并以农艺速率(agronomic rate)施用到土地上，以降低养分载荷和可能的径流(run-off potential)。然而，粪肥储存不能稳定所述废物，因此不能减少臭气、病原体或需氧物质。较复杂的方法可采用预处理、初级、二级、和三级处理过程的组合，以使管理与环境和人类健康相关的问题的水平相对较高。当二级和三级处理被认为是降低需氧量、减少病原体、将氮和磷转换成植物可吸收形式(特定的氨氮和磷酸盐)的初级处理时，初级处理是必需的第一步。植物可吸收形式的营养确保了当相对于农作物类型以农艺速率进行施用时，可预期高水平的吸收。
家畜和其他高强度有机物的初级处理中使用典型的厌氧工艺，因为与好氧方法相比，它们在经济上是理想的。厌氧工艺将粪肥转换成多种最终产物，包括消化液和生物气。根据家畜类型、气候和用水，在商业上已经使用了不同的厌氧系统。
用于稀释粪肥处理的最常用的厌氧系统之一是厌氧处理塘。在所述塘或任何其他不混合的系统中，物质分层为固体和液体组分。泥渣(生物降解固体)积聚在所述塘的底部，由沉降的不能生物降解的和固定的粪肥组分，以及活性和死亡的微生物细胞组成。泥渣是黑色、中等粘度的，一般为约10固体％和90液体％，并且营养素、细菌和有机物的含量高。泥渣是生物厌氧降解的副产品或有机物质的生物降解组分。泥渣可用人工移出或用为较高含量固体应用(即10—15固体％)设计的泵清除。
泥渣上面的层是液层。此液体，即消化液的固体含量低(通常0.3—0.6固体％)，营养素量中等，并易于用灌溉泵抽吸。如果所述液体和泥渣混杂，取决于工艺用水、降雨量和系统中泥渣的比例，固体含量介于<1％—8％。消化液和泥渣将含有初始粪肥中的所有剩余的(没有挥发到空气的)氮、磷、钾、微量营养素和金属。这些可进一步处理或施用到土地上。
不利想的是，厌氧处理塘虽在稳定有机物方面有效，但作为开放系统可散发臭气、挥发性有机化合物(VOC)和许多其他有害组分到空气中。这些气体由甲烷(变暖潜能是二氧化碳23倍的温室气体)；氨气和在细颗粒物质(烟雾)形成中是必要气体的VOC，以及臭气化合物硫化氢(高浓度条件下也可致死)组成。然而，当由约70％甲烷组成的该生物气在各种类型的厌氧消化器中收集并利用其能量时，通过降低能源消耗它可以提供经济益处，同时减少各种消毁甲烷和硫化氢的燃烧过程对空气的影响。
在各种用途当中，该生物气可用于燃烧来提供热量或用于发电机的燃料。所述热和电可用在农场上或售给他人。这里所用的“连续式生物气系统”指将生物气连续供给生物气燃烧装置(比如火炬和发动机)以供其运转。“储存式生物气系统”指储存生物气供间歇燃烧和使用。
世界上使用有很多种厌氧消化器系统和多种规模。这些包括简单的不加热系统(比如加盖的处理塘)，和较复杂的加热到约100℉或更高温度的系统。保持较高的恒温减小了处理和稳定废物所需的反应器体积。传统的厌氧消化器系统一般包括下列组件：粪肥转移和混合坑，由钢、玻璃纤维、混凝土、泥土或其他适合的材料(如果需要包括还加热和混合设备)制成的消化器，生物气处理和传输，以及气体终端应用(燃烧)设备(比如发电设备)。常用的厌氧消化器根据运转模式和温度，也可需要有效的操作监控。常用的厌氧消化器系统还需要适当设计和尺寸设计，以保持担负废物处理和稳定化的重要菌群，从而维持长期可预测的性能。尺寸设计要求基于水力停留时间(HRT)和加载速率，其中操作温度影响这些尺寸设计参数。这些因素(尺寸、材料、操作要求)影响消化成本，这可能是资本十分密集的，并且在某些经济体和农场规模上可能不能承受或如果没有有经验的技术人员可能是行不通的。
可承受能力和可操作性的问题在发展中国家或经济转型国家中尤为突出。这些国家主要位于南北纬35°之间，那里农场规模范围可能是非常小的家庭农场到非常大的集体生产导向型农场。此范围可包括每个饲养场5-100,000头猪或1-10,000头奶牛的农场规模。这些区域也显示出由人口大幅增长和高人口密度造成的严重的环境退化迹象，特别是水和人类健康。这些区域在不同程度上促进了用以控制成本的由一系列当地可取得的材料构成并在环境温度下运行的各种厌氧消化器，和用于较大规模的农场的较昂贵且操作复杂的系统的研究。在许多情况中，这些较小的系统采用耐用性和使用期有限的低质量材料来控制成本，而较大规模的系统可能成本-效益不合算或不可移动。此外，主要用于较小规模的系统的尺寸设计方法基于反应器体积，来满足家庭或农场的日常气体需求(生物气为约20立方英尺/人/天)。此方法一般导致仅能部分地稳定废水，因为菌群受到冲洗、短流和/或过高加载速率的作用。而且，这些系统积聚固体，而没有考虑到这些固体的移出。固体和/或泥渣积聚减小了反应器体积和HRT，并增大加载速率，导致气体产量降低、气流中的CO2浓度增大和/或系统失效。这些系统的运转记录显示较差的性能。尽管在市场上提供可负担的技术是重要的，具有同时提高人和动物健康的环境和卫生条件性能的质量也是重要的。
因此，需要新的改进的用于处理动物废物的厌氧消化器系统和方法，其可预测、有效、耐用、可负担、操作简便、轻便、人工效率高、环境友好、并且在位于南北纬35°间的热带和亚热带地区中是基本上全年可靠的，其中这些区域的平均环境温度(当处于海平面或稍高时)为约65℉或更高，可使消化器被动加热。还需要用于小、中等和大规模农场的初级废物处理和生物气生产的新的、改进的厌氧消化器和方法。还需要可与提高环境性能(相对于空气、水和人类健康质量)的二级和三级处理结合的新的厌氧消化器系统和方法。另外需要有助于控制由家畜废物造成的空气和水污染、保护公众健康并为废物用作可再生能源提供可能性的、新的、改进的厌氧消化器系统和方法。本发明满足了这些需要并具有其他相关的优点。
发明内容
本发明涉及厌氧消化器系统，其包含在生物气生产和回收条件下，厌氧消化动物废物的具有充分柔性的囊。所述具有充分柔性的囊在其顶面上具有一个或多个废物入口、消化液出口、泥渣进入口和生物气出口。厌氧消化器系统可进一步包含一个或多个生物气储存容器，用于容纳来自所述具有充分柔性的囊的生物气。所述囊和一个或多个生物气储存容器可用增强土工膜材料构成。可以设计所述囊的尺寸，以便在环境温度约是65℉或更高的位于南北纬35°间的区域保持重要菌群，并容纳来自畜牧场的不同废物量。所述具有充分柔性的囊可以是便携式的、工厂制造的和现场安装的。
所述囊可包括内隔板，用于界定具有入口侧和出口侧的U-形内部。废物入口和一个或多个泥渣进入口限定在囊的入口侧，而消化液出口和一个或多个生物气出口限定在囊的出口侧。可选地，废物入口和消化液出口可以在囊的相对两端。
动物废物从废物入口进入囊并流经囊，在由消化液出口排出供进一步加工或土地施用前进行细菌消化。用于一级废物处理的囊可以由其他用于二级和三级废物处理的结构补充。
所述一个或多个泥渣进入口可用于从所述囊回收泥渣。泥渣泄降管(sludge drawdown tube)可从各泥渣进入口延伸到具有充分柔性的囊的内部。泥渣可以和液体部分(即消化液)分离，并且都可以经一个或多个泥渣进入口通过人工或机械移出。
囊中由动物废物厌氧消化产生的生物气，可经生物气出口排放到生物气导管，而传输到一个或多个生物气应用装置和/或一个或多个生物气储存容器。囊内的压力可通过压力计进行调节。阀门对生物气从囊流出和流入及流出一个或多个生物气储存容器进行调节。
生物气可进行出售、分配和在装置外使用，所述生物气储存容器可以是便携式的。可选地，所述生物气可存储在囊内供就地使用。当以此方式使用时，系统还包含外部置换罐(displacement tank)。外部置换罐设计用于容纳由囊内部压力置换的废物。当生物气在囊内部产生时，废物被从消化液出口推入到外部置换罐中，并且当使用生物气时，置换的废物经消化液出口流回到囊中。
参考附图，下面将更详细地描述本发明的其他特征和优点，附图用于举例说明本发明的原理。
附图说明
附图举例说明本发明。在这些图中：
图1是体现本发明的具有充分柔性的囊的透视图，显示囊在其顶面具有废物入口、泥渣进入口、消化液出口和生物气出口；
图2是用于图1囊的示例性压力计的透视图；
图3是图1囊的内部透视图，囊以虚线显示以说明其内部，在囊的入口和出口侧之间具有隔板，并且泥渣泄降管从泥渣进入口向内延伸，在其上具有充分密封的盖；
图3A是图1和3的囊的另一内部运行透视图，用箭头说明动物废物(未显示)进入废物入口和排出消化液出口的移动，及生物气经连接到图2的示例性压力计的生物气排出管的释放；
图3B与图3A的视图相似，显示生物气到传输到示例性生物气储存容器；
图3C是图3A的俯视图；
图4是可选结构的具有充分柔性的囊的透视图；
图4A是图4囊的内部运行透视图，用箭头说明动物废物进入废物入口和排出消化液出口的移动，及生物气经连接到图2的示例性压力计的生物气排出管的释放，以及泥渣通过泥渣泄降管和泥渣进入口的移出；
图5是示例性厌氧消化器系统的示意图，显示具有充分柔性的囊作为初级废物处理的用途；
图6是连接球阀的示例性生物气储存容器的透视图，用箭头显示生物气进出生物气储存容器的传输；
图6A是图6的示例性生物气储存容器在其顶部具有加强片的另一透视图；
图7是用于储存多个示例性圆柱状生物气储存容器的具有柔性支撑体的支撑台的俯视图；
图8是多个示例性的层叠的基本上为矩形的生物气储存容器的透视图，显示生物气由此排出；
图9是厌氧消化器系统的可选实施方案的透视图，地面以虚线显示，具有充分柔性的囊在地下，置换罐和入口盆与其流体相通；
图9A是图9的厌氧消化器系统的侧视图；和
图10是与具有充分柔性的囊或生物气储存容器中的生物气出口相连接的3通球阀的装配图。
具体实施方式
如用来说明的附图所示，本发明涉及用于厌氧消化动物废物，同时生产和回收生物气的改进的厌氧消化器系统，在附图中一般用标记数字10标定系统。厌氧消化器系统大体上包含，由增强土工膜材料构成的具有充分柔性的囊12和120，用以厌氧消化废物同时生产生物气，在其顶面22上有一个或多个废物入口14、消化液出口16、泥渣进入口18和生物气出口20，并基于纬度设计尺寸，使其运转体积保持选定的每1,000ft3最大每日挥发性固体(VS)加载速率，或适于甲烷生产的最小水力停留时间(HRT)两者中的较大者。厌氧消化器系统10可进一步包含一个或多个生物气储存容器24和240，用以接收来自具有充分柔性的囊12和120的生物气。
供初级废物处理的囊12或120，通过生物方法稳定动物废物。生物气生产是厌氧工艺的副产物。生物气可作为可再生能源进行回收，或作为能源或出于空气质量目的(比如臭气或温室生物气排放控制的燃烧)输送到燃烧装置，以保护空气质量。
如图1所示，囊12和120包括具有顶面22和底面26的具有充分柔性的袋。囊12和120可由大致具有下列物理性质的增强土工膜材料构成：
 
物理性质 测试方法 标准
厚度 ASTM D751 最小20-30mil
撕裂强度(tear strength) ASTM D4533梯形撕裂  最小35lbf
抗断抗屈强度 ASTM D751抓斗拉伸(Grab Tensile) 550/550Lbf
尺寸稳定性 ASTM D1204212℉-1小时 各方向最大1％
热熔接缝附着力 ASTM D751介电熔接 最小35lbf/2英寸
恒载荷缝剪切强度 MIL-T-52983E(修正)，4.5.2.19节 2英寸缝、4小时、1英寸条70℉时210lbf160℉时1051bf          
耐破强度 ASTM D751球尖     典型的650lbf典型的800lbf
层间附着力 ASTM D2413
戳穿强度 ASTM D4833 典型的50lbf
撕扯强度，1bf ASTM D5884切口撕裂  55分钟
耐臭氧性100pphm、168小时 ASTM D1149 无裂纹
耐氙弧风化1 ASTM G1550.70W/m280℃ B.P.T. 无裂纹无抗断强度或抗拉强度损失
ASTM＝American Society for Testing and Materials在此引入作为参考
1约等于在0.35W/m2辐照下曝光8000小时
适合用作囊的材料包括增强土工膜材料，比如可购自SeamanCorporation，Wooster，Ohio的
Figure A200780020563D00111
 8130或 8228增强土工膜，和来自Cooley Engineered membranes，Pawucket，RI的增强土工膜等。所述材料可用稀松布等材料增强。所述材料应耐久(抗刺穿)，尺寸稳定性高(各方向上最大为约1％)，并具有抗紫外线性。所述土工膜材料的最小厚度约为20mil。
可以用电介质或楔形焊接法或相似类型的方法在工厂制造所述囊，得到优质的不漏气的切痕28。接缝强度可为用作充分气密密封的材料的撕裂强度的约5-10％。所述囊可用适合于上述电介质或楔形焊接技术的材料进行制造。
所述囊的形状和尺寸可考虑生产中的实际情况来限定。图1和3-3B中显示了基本为矩形的枕形囊12。所述囊还可以是图4-4A所示的基本为圆柱形。尽管不希望限于任何形状或尺寸，但在制造所述囊时，可以使废物入口和消化液出口间的距离最大。囊12和120的长/宽比可以为约3:1—约5:1，优选长:宽比为3:1。
设计囊12和120的尺寸，以便保持重要的菌群并适应来自畜牧场的不同废物量。尺寸设计基于参数比如水力停留时间(HRT)和加载速率。这些由季节性温度决定。废物必须在消化器中保留一段时间以便发生消化。水力停留时间可根据畜牧场遇到的废物量的不确定性和/或局部环境温度的季节性波动而增加。如果局部环境温度低于约65℉，那么水力停留时间必须增加。环境温度的厌氧消化囊(ambient anaerobic digestion bladder)可基于下表进行尺寸设计，以便保持用于处理和稳定废物的菌群，其中设计的运转体积应当基于每1,000ft3最大每日挥发性固体(VS)加载速率，或适于甲烷生产的最小水力停留时间(HRT)，两者中较大的一个。最大每日VS加载速率和最小HRT可根据纬度选自下表1中的数值。在系统位于所列纬度之间的情况中，可选择较高的纬度参数。
表1
Figure A200780020563D00121
有两个影响尺寸设计的因素：挥发性固体和工艺用水。这两者都可变化，工艺用水的可变性最大。如果用水少，那么系统按加载速率设计尺寸，并受加载速率限制。如果用水多，那么系统将受HRT限制，并且比加载速率限制的系统大。用水越多，所需体积越大。囊尺寸设计公式如下：
A＝VS Lbs的总和。A的值可由下表(比如下面对美国的猪所列的示例性表2)，或由包括取样和物质分析的其他代表性方法确定。
表2
 
动物类型 LbsVS/天/1,000lbs活体重量
生长期猪(40-220lb) 5.4
妊娠期母猪 2.13
泌乳期母猪 5.4
公猪 1.7
保育期(0-40lb)猪 8.8
(USDA/NRCS Field Waste Management Handbook)。应当理解本领域技术人员可参考类似的表来确定下列值
B＝废物总体积立方英尺/天
C＝立方英尺工艺用水/天
其中：
(B+C)×HRT(适合纬度)＝D(总体积)
然后核对加载速率：A/D
如果加载速率超过表1中所列的最大值，则增大HRT至条件满足。
在图1和4所示的优选形式中，所述囊具有一个废物入口、一个消化液出口、一个生物气出口和一个或多个泥渣进入口。如图3所示，基本上为矩形的囊12可包括内隔板30，界定出具有入口侧32和出口侧34的U形内部。对于有空间限制的农场或根据农场废物处理系统希望入口和出口在相同侧的情况，所述U形内部一般具有较好的轨迹(footprint)(更紧密)。如图1所示，废物入口14和泥渣进入口18限定在囊12的入口侧32，而消化液和生物气出口16和20限定在囊的出口侧34。如图3所示，废物入口14和消化液出口16可分别安装相应的盖子36，以便在运输过程中起保护作用，并在囊的测试过程中保持水和压力。当安装使用时，可以去除盖子。
在如图4和4A所示的基本上为圆柱状的囊120中，废物入口14可以在第一端38，消化液出口16在顶面22的第二端40。如图4A所示，生物气出口20可以充分接近消化液出口16，并且泥渣进入口18基本上在圆柱状囊120的顶面22的中央。
废物入口14、消化液出口16、泥渣进入口18和生物气出口20在囊12和120的顶面上，使它们易于进行维修等，而囊的底面26在地面或地板上。
所述一个或多个泥渣进入口18可用于从囊12和120回收泥渣。如图3和4A所示，泥渣泄降管42可从各泥渣进入口18延伸到所述具有充分柔性的囊12和120的内部。泥渣可与液体部分(即消化液)分离，并经由一个或多个泥渣进入口18从一个或多个泄降管46移出。在容量为约3,000ft3的较小的囊中，一般具有一个具有相应泥渣泄降管的泥渣进入口，距废物入口约2—约3英尺，或从废物入口沿所述囊的长度约1/4—1/3的长度。当囊的容量增大时，可增大泥渣进入口和相应的泥渣泄降管的数量。由于废物位于囊中，泥渣积聚在囊的底部。泥渣进入口可包括用于连接来自泵(未显示)的软管(未显示)的转换接头(未显示)，以便机械移出固体。可选地，所述固体可用筛勺(screened scoop)/铲斗(dipper)或其他简单的手动操作的移出装置通过泥渣进入口进行人工移出。所述一个或多个泥渣进入口的直径可以是约2—约6英寸。如图3所示，可以除去一个或多个泥渣进入口18上面的充分气密的密封盖44，以便人工提起或泵出泥渣。典型的，在输送通过废物入口14前，将牛(反刍动物)的粪肥中的固体与液体部分分离，因为牛粪固体漂浮并可能迂回到泥渣泄降管。对于猪粪，一般可使用泄降管抽出泥渣或固体。
囊12和120中由动物废物厌氧消化产生的生物气可经生物气出口20排放到生物气排出管46，而传输到一个或多个生物气应用装置(未显示)和/或一个或多个如下所述的生物气储存容器24和240。囊12和120可由生物气的产生进行加压(受力)，因此生物气将在没有生物气处理设备(比如鼓风机和压缩机)的条件下流动。囊中的压力可通过压力计48进行调节。可采用图2所示的示例性压力计，其包括装满水的第一软管50和附加瓶52。将所述瓶设计成通过置换来自入口连接的水来自动调节压力，使生物气从延伸到水平面以上的第二导管54排出。当囊中压力下降时，水以预定压力(约24英尺水柱)返回到压力计中。虽然已经描述了适用于小农场的压力计，应当理解在本发明范围内可使用其他类型的压力计。如下所述，压力计可不在囊12和120或生物气储存容器上。
如图10所示，球阀56可以调节气体从所述囊流出并流入生物气应用装置和/或进出如下所述的生物气储存容器。球阀一般保持在开启位置。球阀还可用作冷凝物排泄管。球阀56包括T-把手58，并具有如图10所示可以各自为内螺纹的入口和出口60和62，可与外螺纹接头64(典型的为套管)螺纹相接。球阀的入口60可与囊的生物气出口和/或生物气储存容器中的压紧接头(bulkhead fitting)66连接。在球阀出口62处的转换接头64可与喷嘴68相连，以连接至将生物气传输到一个或多个生物气应用装置的气体软管(未显示)。阀门材料可优选由非腐蚀性材料(比如PVC等)制成。虽然说明和描述了3通球阀，应当理解在本发明范围内可采用其他类型的阀门。
生物气应用装置(未显示)包括火炬、锅炉、吸收冷却器、发电机、炉灶、气体照明等。其他生物气应用装置在农场上根据农场基础条件进行选择，有赖于农场主的目的，即臭气控制、电能、热量、热电联产、烹饪、照明。当使用者打开装置时，生物气可传送到生物气应用装置。
生物气还可被储存在一个或多个外部生物气储存容器24和240中。储存的生物气可用于间歇性的烹饪、照明、加热等。具有顶部和底部70和72的示例性外部基本上为圆柱状的生物气储存容器24显示于图6和6A中。所述顶部和/或底部可以用胶合板74等增强结构，以充分防止当生物气排出时容器的塌陷。所述胶合板帮助生物气储存容器保持其形状，并使生物气储存容器的压缩更加均匀。所述胶合板可以是约1/4英寸—约3/4英寸厚，并在容器顶部和底部接缝密封。重物76(比如沙袋等)可载于胶合板增强的容器顶部和底部，以便在容器上保持充分恒定的正压来传输气体。所述容器可进一步包括多个把手78，以便帮助如下所述的生物气储存容器的运输。所述把手可穿过所述胶合板和/或容器材料进行固定。
示例性圆柱状生物气储存容器24可以高约6英尺，直径为约4英尺，但在本发明范围内可采用其他尺寸和形状。外部生物气储存容器可由与囊相同或不同的柔性土工膜材料构成。生物气储存容器可随生物气产生而膨胀，当生物气使用时收缩。生物气储存容器24在靠近容器下端带有开口80。开口80与具有充分柔性的囊中的生物气出口流体相通。开口80可安装如图10所示的压紧接头66，以便将生物气储存容器24连接到低压3通球阀56。
在可选的实施方案中，如图8所示，一个或多个外部生物气储存容器240可以基本为矩形。基本为矩形的生物气储存容器可以进行堆叠，并且各自在其顶面包括开口80，以便通过互连气管82传输生物气到球阀56。重物76可置于最上面的容器的顶面。压力计48可与生物气储存容器(未显示)一起使用以调节其中压力。
生物气可进行出售、分配和装置外使用，生物气储存容器可以是便携式的。当采用此方式时，可使用把手以便更容易地运输生物气储存容器。生物气储存容器可以进行填充、运输和再充填。此实施方案尤其适于大的消化器系统，其中将生物气传输用于当地应用，比如烹饪和照明。虽然已描述便携式的生物气储存容器用在厌氧消化器囊上，但应当理解这种便携式的生物气储存容器可用在其他厌氧消化器系统上。
对于气体分配装置，大的消化器需要用多个生物气储存容器，以输送到用户。一个或多个外部生物气储存容器24和240可存放在如图7所示的支撑台84中，该支撑台安置在混凝土地板等之上，以便支撑容器。支撑台84可具有柔性支架86，用于充分保持生物气储存容器24处于竖直位置。对于图6所示的示例性生物气储存容器，开口可以是圆的，以与基本上为圆柱形的生物气储存容器相对应。应当理解当外部生物气储存容器使用其他形状时，支撑台上开口的形状和尺寸可变为与那些形状和尺寸相对应。例如，图7所示支撑台上的开口可支撑多个图8所示示例性堆积的基本上为矩形的生物气储存容器。生物气储存容器的数量根据每日气体应用需求量和从消化器输出的气体量确定。
在图9—9A所示的可选实施方案中，生物气可存储在具有充分柔性的囊的内部供现场使用。当以这种方式使用时，系统进一步包含用于容纳并将废物传输到囊中的入口盆88和外部置换罐90。外部置换罐90设计用来容纳由囊内部压力置换的废物。入口盆88一般较小，尺寸约是囊体积的1/30。来自入口盆的管92将废物进料到囊中的废物入口14。来自置换罐的置换罐导管94可从置换罐底部的开口开始、经过消化液出口16向下延伸到囊中，如图9A所示。从置换罐延伸到囊中的管94的长度应当足够长以产生气封，以充分防止本领域中熟知的气体泄漏。所述置换罐可以很浅。置换罐的体积可以是所述囊体积的约1/3—约1/2。当生物气在囊内部产生时，废物从消化液出口被推入到外部置换罐中，并且当生物气被使用时，置换的废物经消化液出口流回到囊中。外部置换罐可以根据当地条件和花费由混凝土、砖块、钢铁或土工膜材料构成。入口盆和置换罐可以是圆的、方的、矩形的、它们的组合或其他形状。置换罐导管94可以是柔性并耐用的，约1英尺—约4英尺长。半刚性管可从入口盆底部向下延伸到囊中的废物入口。可将入口盆底部设在置换罐的壁高度水平，其中可将置换罐地板设在囊的顶面。入口盆在图5中表示为“收集坑”。
在使用中，所述囊可以是工厂装配的和现场安装的。如图5所示，动物废物可用来自翻斗或软管等的冲洗水传输到入口盆88或其他收集坑，在这里通过重力、隔膜泵96等传输到囊(所谓的“柔性袋消化器”)。动物废物在废物入口14进入囊12和120并流经囊12和120，在由消化液出口16排出供进一步加工或土地施用前进行厌氧细菌消化。用于初级废物处理的囊12和120可以由其他用于二级和三级废物处理(即进一步加工)的结构补充。仅作为实例，如图5所示，消化液可通过重力或其他输送方式传到浅的成排分离盆-梯级坝(shallow lined separation basin-step dam)98，然后在废液处理前传到两室成排池(two cell lined pond)100。浅线分离盆和两室成排池为示例性结构，在本发明范围内没有限制性。这里所用的“废液处理”指进一步处理或土地施用。废物中的固体可在输送到囊中之前移出，或可经由一个或多个泥渣泄降管移出。囊中产生的生物气可由一个或多个生物气应用装置(未显示)使用，和/或存储在装有置换罐的囊中，和/或存储在一个或多个外部生物气储存容器中。
综上所述，应当理解所述新的厌氧消化器系统和方法，在最低温度在约65℉或更高的温暖气候中可简便地、可靠地和经济地处理动物废物，同时产生和回收生物气。上述系统和方法帮助控制由家畜废物造成的空气和水污染、保护公众健康并提供废物用作可再生能源的可能性。在位于南北纬35°间的区域中，尺寸设计方法可以充分实现在环境温度下厌氧消化处理稀释的动物废物和其他稀释的高强度废物的生物稳定化。所述消化器可以是工厂制造的和现场安装的，使其特别适用于资源有限的小农场。
虽然为了举例说明已对本发明的具体实施方案进行了详细描述，但在不脱离本发明主旨和范围的情况下，可以进行各种变化。因此，本发明除如所附权利要求外，没有限制。

Claims (18)

1.环境温度厌氧消化器，其包含：
具有充分柔性的囊，其由增强土工膜材料构成，并具有一个或多个废物入口、消化液出口、生物气出口和泥渣进入口；
其中基于南北纬35°之间选定的纬度，设计所述具有充分柔性的囊的尺寸，使得在65℉或更高的温度下，其总体积能够保持每1,000ft3的最大每日挥发性固体(VS)加载速率或最小水力停留时间(HRT)两者中的较大者。
2.权利要求1的环境温度厌氧消化器，其中所述增强土工膜材料的最小厚度为约20mils。
3.权利要求1的环境温度厌氧消化器，其中所述一个或多个泥渣进入口为所述具有充分柔性的囊内部的相应泥渣泄降管提供开口。
4.权利要求1的环境温度厌氧消化器，其中内部隔板界定出所述具有充分柔性的囊的入口侧和出口侧，所述废物入口和一个或多个泥渣进入口在所述具有充分柔性的囊的入口侧，而所述生物气出口和消化液出口在所述具有充分柔性的囊的出口侧。
5.权利要求1的环境温度厌氧消化器，其中所述具有充分柔性的囊的长宽比为约3:1—约5:1。
6.权利要求1的环境温度厌氧消化器，其中所述具有充分柔性的囊具有顶面和底面，并在其顶面具有废物入口、消化液出口、生物气出口及一个或多个泥渣进入口。
7.权利要求6的环境温度厌氧消化器，其中所述废物入口和消化液出口在所述具有充分柔性的囊的顶面的相对两端。
8.改进的环境温度厌氧消化器系统，其包含：
由增强生物膜材料构成的具有充分柔性的囊，用于厌氧消化动物废物，该具有充分柔性的囊具有一个或多个废物入口、消化液出口、生物气出口和泥渣进入口；和
用于回收来自动物废物厌氧消化的生物气的装置，
其中基于南北纬35°之间选定的纬度，设计所述具有充分柔性的囊的尺寸，使得在65℉或更高的温度下，其总体积能够保持每1,000ft3的最大每日挥发性固体(VS)加载速率或最小水力停留时间(HRT)两者中的较大者。
9.权利要求8的改进的厌氧消化器系统，其中用于回收生物气的装置包含与所述具有充分柔性的囊中的一个或多个生物气出口流体连通的至少一个生物气储存容器、生物气应用装置或它们的组合。
10.权利要求8的改进的厌氧消化器系统，其中所述用于回收生物气的装置包含置换罐，用来容纳由所述具有充分柔性的囊内产生的生物气置换的动物废物。
11.权利要求10的改进的厌氧消化器系统，其中所述置换的动物废物通过一个或多个消化液出口排出和返回到具有充分柔性的囊。
12.权利要求9的改进的厌氧消化器系统，其中所述至少一个生物气储存容器包含囊。
15.权利要求8的改进的厌氧消化器系统，其中所述一个或多个泥渣进入口为所述具有充分柔性的囊内部的相应泥渣泄降管提供开口。
16.处理动物废物同时生产并回收生物气的方法，其包括下列步骤：
通过具有充分柔性的囊中的一个或多个废物入口输送动物废物；
保持65℉或更高温度下的最小HRT或所述具有充分柔性的囊中每1000ft3的每日挥发性固体加载速率两者中的较大者；
通过所述具有充分柔性的囊中的一个或多个消化液出口从具有充分柔性的囊中移出消化液；
通过所述具有充分柔性的囊中的一个或多个泥渣进入口从具有充分柔性的囊中移出固体；及
提供用于回收在所述具有充分柔性的囊中产生的生物气的装置。
17.权利要求16的方法，其中用于回收在所述囊中产生的生物气的装置包含通过所述具有充分柔性的囊中一个或多个生物气出口将生物气从具有充分柔性的囊传输到至少一个生物气应用装置、至少一个生物气储存容器或它们的组合。
18.权利要求16的方法，其还包括下列步骤：
提供与所述一个或多个消化液出口中的至少一个流体连通的置换罐；和
通过所述一个或多个消化液出口中的至少一个，将所述具有充分柔性的囊中的动物废物置换到置换罐中，从而将生物气储存在所述具有充分柔性的囊中。
19.权利要求17的方法，其中所述至少一个生物气储存容器包含便携式生物气储存容器。
20.权利要求17的方法，其中所述至少一个生物气储存容器由增强土工膜材料构成。
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