CN102215987A

CN102215987A - 生物气体捕获和/或收集系统

Info

Publication number: CN102215987A
Application number: CN2008801308135A
Authority: CN
Inventors: 吉尔·哈斯
Original assignee: Clearford Industries Inc
Current assignee: Clearford Industries Inc
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2011-10-12
Also published as: WO2009043141A1; AP2011005684A0; EP2344285A4; ECSP11011020A; EP2344285A1; ZA201103109B; AU2008307093A1; MA32767B1; US20120009668A1

Abstract

本发明提供一种生物气体捕获和/或收集系统，包括一个或多个生物气体捕获和/或收集单元(BCUU)，该单元捕获和/或收集在一个或多个生物气体生成室(BGC)内生成的生物气体。BCUU可以为与BGC可操作性地相连的管道，或者为吸收罐，该吸收罐可拆卸地与BGC相连，并且被设计为可逆地捕获BGC内生成的生物气体。与BGC可操作性地相连的废物输入系统被用于由一个或多个废物源供入到BGC内。任选地通过以下方式促进BGC内的生物气体生成，所述方式为：将至少一部分废物在BGC内保留足以由于降解而释放气体的一段时间，或者采用促进微生物处理的机构(如加热机构、定位通风机构或用于原位产生氢和氧的机构)。所提取的生物气体在气体利用中心被用于以下应用(但是不限于)：发电、用作燃料以及用于化学合成。气体利用中心可以局部性地位于单独的废物源处或者位于中央位置。

Description

生物气体捕获和/或收集系统

技术领域

一般而言，本发明涉及生物气体生成领域，具体而言，本发明涉及生物气体捕获和/或收集系统。

背景技术

当天然存在的微生物分解并且消化有机废物时，废物会发生分解，从而导致生成生物气体。在采用游离气态氧(或空气)的含氧体系中，有机废物降解的终产物主要为CO₂和H₂O。在厌氧体系中，废物降解的中间终产物主要是醇、醛和有机酸以及CO₂。在被称为甲烷微生物的特定微生物的存在下，这些中间体被转化为最终的终产物CH₄、CO₂以及痕量的H₂S。

在厌氧环境中通过甲烷微生物形成甲烷被称为甲烷生成。

用于厌氧消化的简化总体化学方程式如下所示：

C₆H₁₂O₆→3CO₂+3CH₄。

还已经表明，甲烷生成采用来自其它有机化合物的碳，所述有机化合物例如为甲酸、甲醇、甲胺、二甲基硫醚和甲硫醇。

厌氧废物消化的主要产物为生物气体、水和厌氧沼渣，它们可用作土壤改善材料。生物气体是主要含有甲烷和二氧化碳的气态混合物，但是也包含痕量的氢和毒性H₂S(其由于硫酸盐的分解而形成)。所获得的生物气体可能需要利用擦洗和清洁设备进一步处理(如氨气处理)，以使H₂S处于可接受的水平，并且降低硅氧烷(其在汽缸上诱导矿化的沉积物，从而导致磨耗和破裂加重)的量。由上述过程获得的甲烷可用于各种应用，包括发电和化合物(包括甲醇等)的化学合成。

现有的生物气体生成系统并没有被设计为有效地捕获由于分散式废水系统中的淤积物分解而释放的气体。

提供上述背景信息是为了揭露申请人认为与本发明最为相关的信息。既不是旨在承认，也不应当解释为任何上述的信息构成了本发明的抵触本发明的现有技术。

发明概述

本发明的目的是提供一种生物气体捕获和/或收集系统。

根据本发明的一个方面，提供一种生物气体捕获和/或收集系统，该系统包括一个或多个生物气体捕获和/或收集单元，该单元被构造为捕获和/或收集在一个或多个生物气体生成室中通过由一个或多个废物源接收的废物的降解而生成的基本上所有的生物气体，其中污物处理中心任选地为渗滤场。

附图简述

图IA-C示出根据本发明的一个实施方案，与生物气体捕获和/或收集单元可操作性地连接的具有两个室的澄清池的不同视图。

图2示出生物气体捕获和/或收集系统的一个实施方案，其中生物气体生成室为污物储存池。

图3示出生物气体捕获和/或收集系统的一个实施方案，其中生物气体生成室为污物处理用的腐化池。

图4示出生物气体捕获和/或收集系统的一个实施方案，其中生物气体生成室为在高效废物管道系统(HPSS)中的澄清池。

图5A示出生物气体捕获和/或收集系统的一个实施方案，其中气体利用中心局部性地位于污物源处。

图5B示出生物气体捕获和/或收集系统的一个实施方案，其中气体利用中心位于中央，并且由该多个气体生成室共用。

图6示出生物气体捕获和/或收集系统的一个实施方案，其中生物气体生成室为与经典废物管道系统(HSS)相接合的澄清池。

图7A示出生物气体捕获和/或收集系统的一个实施方案，其中污物源供入到多个生物气体生成室内。

图7B示出生物气体捕获和/或收集系统的一个实施方案，其中一个或多个废水源供入到单个的生物气体生成室内。

图8A和8B示出用于用于将废物输入系统和废物输出系统与生物气体生成室相连的连接组件的一个实施方案。

图9A-C示出用于在用作生物气体生成室的澄清池的不同室之间进行流体连通的管道的不同实施方案的侧视图。

图10A和10B示出根据本发明的一个实施方案，与生物气体生成室的废物输出系统一起使用的流量控制机构。

图11A示出根据本发明的一个实施方案的污物收集干管的端部横截面图。

图11B为根据本发明的一个实施方案的隔离并加热的管的截面的示意图。

图12-14分别示出用于加热、通风和电解的结构，其用于促进生物气体生成室内的微生物处理。

图15A示出在本发明的一个实施方案中，基于澄清池的高效废物管道系统(HPSS)的总体布置。图15B示出在图15A中使用的澄清池的详细情况。为了清楚的目的没有示出澄清池的生物气体捕获和/或收集单元。

图16A和16B示出根据本发明的一个实施方案，与HPSS一起使用的土壤过滤器和通气机构的侧面和平面透视图。

图17A和17B示出根据本发明的一个实施方案，与HPSS一起使用的人孔和清洁系统的侧面和平面透视图。

图18A和18B示出根据本发明的一个实施方案，与HPSS一起使用的泵站的平面和侧视图。

图19为根据本发明的一个实施方案的电极组件的侧视图。

图20示出根据本发明的一个实施方案，用于居住社区的HPSS的布置方式，并且示出气体收集干管和污物收集干管与多个澄清池的连接情况。

图21示出根据本发明的一个实施方案，既含有气体收集干管、又含有污物收集干管的HPSS管沟的侧视图。

图22示出根据本发明的一个实施方案，HPSS布置方式的侧视图，其中气体收集干管和污物收集干管均容纳到道路中心下方的相同管沟内。

图23示出根据本发明的一个实施方案的澄清池的侧视图。还示出用于污物输入/输出的污物进入管和排出管。

图24A至24E示出根据本发明的一个实施方案的澄清池的不同视图。

图25A示出生物气体生成室的一个实施方案：澄清池包括两个串联的室。图25B示出包括串联的两个以上的室的澄清池的另一个实施方案。

图26A示出包括多个室的澄清池的一个实施方案，其中所述的多个室形成用于污物处理的串联和并联的通道。图26B-D示出具有用于污物处理的串联和并联的混合通道的澄清池的三个实施方案的横截面图。

图27A-B示出具有几何布置不同的三个室的澄清池的两个实施方案，其中图27B示出具有阶梯状地板的池子。

图28示出具有三个入口以及两个彼此流体连通的室的澄清池的一个实施方案。

图29示出包括用于淤积物减缩的原位生物气体控制机构的系统的一个实施方案，所述机构包括便携的气体压缩、燃烧和加热系统，该系统包括淤积层加热系统或线圈。

图30示出包括甲烷迁移机构的系统的一个实施方案，所述机构包括通过鹅颈管与生物气体收集管道相连的通气管。

图31示出根据本发明一个实施方案的澄清池的侧视图。还示出了用于污物输入/输出的污物进入管和排出管。还示出了具有相连的甲烷收集管的甲烷捕获室。

发明详述

定义

如本文所用，术语“约”是指与标称值具有+/-10％的偏差。应当理解，该偏差总是包括在本文所提供的任何给定值内，而无论是否特别指明。

术语“废物”用于定义进入生物气体生成室内的固态、液态和气态物质。合适的“废物”的例子包括(但是不限于)：城市废物、由工业活动生成的废物、污物和肥料。

本文所用的术语“污物”包括(但是不限于)：农业污物、生活污物、生物质和工业污物。

术语“排出液”用于定义污物的基本上液体部分。

术语“淤积物”用于定义污物的基本上固体部分。

术语“微生物”用于包括细菌和其它微生物体。

除非另外指明，否则本文所用的所有技术和科学术语均具有本发明所属领域内的技术人员所通常理解的相同含义。

本发明包括用于捕获和/或收集由诸如污物等废物生成的生物气体的系统。该系统包括一个或多个生物气体捕获和/或收集单元(BCCU)，该单元与其可操作性连接的一个或多个生物气体生成室(BGC)一起使用，以用于捕获和/或收集BGC内生成的气体。

BCCU可以使用(例如)管路系统而彼此相连。或者，BCCU可以用作独立的单元，该单元以适当的周期获取存储在其内的生物气体。所储存的生物气体任选地原位用于包括家庭应用在内的各种应用。

使用BCCU提取的生物气体可以在气体利用中心进行利用，所述气体利用中心可局部性位于单独的废物源处，或者位于中心位置。生物气体任选地在气体利用中心用于多种应用中的一种或多种应用，其包括(但是不限于)发电、用作燃料和用于化学合成。或者，可以使生物气体燃烧，以将甲烷转化为二氧化碳，或生物气体可用于加热BGC，或通过通气管内的甲烷营养细菌的作用将生物气体而转化为二氧化碳。

在BGC内，通过使用诸如管路系统等废物输入系统由一个或多个来源供入的废物的降解而生成生物气体。废物输入系统任选地包括一些预处理阶段，如分类、研磨或聚焦脉冲技术。可以任选地通过使至少一部分废物在BGC内保留足以由于降解而释放气体的一段时间，或者使用用于促进微生物处理的机构(加热机构、通风机构或用于原位产生氧和氢的机构)，从而促进生物气体生成。

生物气体捕获和/或收集单元

生物气体捕获和/或收集系统包括一个或多个生物气体捕获和/或收集单元(BCCU)，该单元与其可操作性连接的一个或多个生物气体生成室(BGC)一起使用，以用于捕获和/或收集BGC内生成的气体。任选地是，将BCCU构造为使得它们对BGC的操作造成最低程度的破坏，并且将其构造为除去BGC内生成的大部分气体。

在其中BGC适合用作污物处理系统中的澄清池的本发明的一个实施方案中，参照图1A，BCCU旨在最大程度地由BGC捕获生物气体，并且任选地置于BGC的顶部附近。该位置考虑以下因素：(a)生物气体生成主要发生在收集大部分淤积物并且发生降解的第一室内；(b)生物气体比空气轻，因此倾向于收集在BGC的顶部附近。

在本发明的一个实施方案中，由一个或多个BCCU收集的生物气流使用(例如)管路系统合并在一起。在本发明的一个实施方案中，BCCU用作独立的单元，该单元基于适当的周期获取存储在其内的生物气体。

BCCU可以使用主动手段、被动手段或它们的某种组合，以从BGU捕获和/或收集生物气体。在本发明的一个实施方案中，BCCU为被动的，并且包括一个或多个与BGC可操作性地连接的管道，以用于捕获BGC内的生物气体。在本发明的一个实施方案中，BCCU借助于管道采用主动的抽吸技术，以按照间歇方式或连续抽吸的方式从BGC中提取生物气体。

在本发明的一个实施方案中，BCCU为与一个或多个生物气体转移元件(BTE)相连的管道，其中所述BTE用于将生物气体输送到一个或多个气体利用中心。在本发明的一个实施方案中，BCCU为诸如吸收罐等容器，该容器与BGC可拆卸地相连，并且被设计为可逆地捕获BGC内生成的生物气体。任选地是，容器填充有被设计为可逆地捕获所选分子类别的气体的材料。

管道

在本发明的的一个实施方案中，BCCU为使用连接组件与BGC相连的管道。本领域内的技术人员将会理解，希望本领域内已知的不同类型的连接组件包括在本发明的范围内。

在本发明的一个实施方案中，参照图1A，BCCU为U形管道，使得偶然进入BCCU(例如，在BGC溢流时)的任何非气态物质不会向下游进一步转移。BCCU被定位并布置为使其通过BGC上方的平板离开BGC，从而保持BGC的完整性，因为BCCU不会在其侧面离开BGC。

在本发明的一个实施方案中，用作BCCU的管道由HDPE制成。HDPE的挠性降低了对管路的剪切破坏。HDPE对从污物中提取的典型气体也是非腐蚀性的。本领域内的技术人员已知的密封机构(如上述的那些)可用于密封BGC和BCCU之间的连接。

任选地是，采用气密性连接方式将BCCU与BGC进行连接。可以按照与测试腐化池的完整性的方式(即真空测试)类似的方式原位测试污物管线系统中所有连接的基本上气密性，这对于本领域内的技术人员而言是已知的。将污物管线的一部分密封，施加真空并且采用具有量表的定期读取仪确定该部分是否在丧失其真空。

可逆捕获单元

在本发明的一个实施方案中，BCCU为诸如吸收罐等容器，该容器与BGC可拆卸地相连，并且被设计为可逆地捕获BGC内生成的生物气体。在一个实施方案中，BCCU为管道和吸收罐的混杂组合，其中与BGC可操作性地连接的管道捕获BGC内的生物气体，并且将其输送到可拆卸地相连的吸收罐(其可逆地捕获生物气体)内。

在捕获的生物气体饱和之后，将吸收罐或其内的内容物与BGC分离，并且任选地输送到其中再次提取所捕获的生物气体以进一步处理、储存和/或利用的设施(例如气体利用中心)内。基于吸收罐的生物气体收集方法非常适合于独立的腐化池和储存池，其中不存在污物收集干管避免了对管沟的需要。

各种材料可用于捕获生物气体用的吸收罐内，以利用吸收或其它机制而捕获生物气体。这些材料中的一些材料如下所述。本领域内的技术人员将会理解，以下所列的材料仅是实例性的，并且本领域内已知的适合于捕获生物气体的其它材料也被认为包括在本发明所述的范围内。

在本发明的一个实施方案中，生物气体收集于填充有吸附材料的吸收罐内。主要包含甲烷的生物气体吸附于吸附介质的孔隙内和表面上。甲烷分子倾向于吸附在直径为1.0-1.5nm的孔隙内。在本发明的一个实施方案中，吸收罐填充有具有高孔隙(宽度小于1.6nm)体积的材料(当采用总孔隙体积的百分比时)。

由于具有高的吸附能力，活性炭一直用于从液体和气体中除去杂质并且回收有用的物质，其中“活化”是指由此增强孔隙结构的各种处理中的任意处理。在本发明的一个实施方案中，高微多孔的炭被用于捕获生物气体用的吸收罐内。微多孔炭通过各种不同的技术(如对活性炭进一步化学活化)制备。制备高微多孔的炭的方法在US 5,626,637中有所提供。

容器还可以填充有其中结晶的晶格结构或晶粒构造能够可逆地捕获甲烷分子的材料。在本发明的一个实施方案中，这些材料具有这样的晶格结构，该晶格结构允许甲烷分子渗入固体物质的内部并且相对于甲烷分子具有内部表面活性，如允许表面附着性至少达到增强捕获效果所需的程度。在本发明的一个实施方案中，可以采用已知笼状品格结构的沸石，如US 4,495,900所述的那些。

在本发明的一个实施方案中，容器填充有有廉价的芳香族前体(如柯啶、焦炭和石油)制得的含硫活化炭。用于制备这种材料的方法在US5,639,707中所有提供。

在本发明的一个实施方案中，BCCU吸收罐填充有由玉米棒子制得的纳米多孔炭。在该实施方案中，玉米棒子被烘烤为在不规则状孔隙空间内捕获生物气体的炭饼。孔隙的不规则性质使得比其它结构获得更高的捕获效率。孔隙的尺寸影响炭饼的生物气体收集能力。基于活化处理的不同类型，可以由玉米棒子制得约80种不同类型的炭。

在本发明的一个实施方案中，通过促进形成笼形水合物从BGC中收集生物气体。笼形水合物为一类其中气体分子占据由氢结合的水分子构成的“笼子”的固体。这些笼子在空位时是不稳定的，从而塌陷为常规的冰晶结构，但是它们通过在其内包合适当尺寸的分子而得以稳定。大多数低分子量气体(如O₂、H₂、N₂、CO₂、H₂S、Ar、Kr、Xe和甲烷)以及一些高级烃和氟氯烷在特定的压力-温度条件下会形成水合物。一旦形成水笼形物，其通常可以通过升高温度和/或降低压力而分解。

所提取的生物气体可以在一个或多个气体利用中心用于各种应用。在本发明的一个实施方案中，在位于中部的气体利用中心由提取的生物气体分理出甲烷，并且用于发电。在本发明的一个实施方案中，气体利用中心位于单独的废物源的局部。在本发明的一个实施方案中，气体利用中心位于中央，并且由多个BGC共用。

生物气体生成室

生物气体生成室为通过废物输入系统从一个或多个废物源接收废物的封闭容器。在BGC内通过废物的降解而生成生物气体。一个或多个生物气体捕获和/或收集单元(BCCU)可操作性地与BGC相连，以提取BGC内生成的生物气体。任选地是，废物输出系统可操作性地与BGC相连，以从其中除去至少一部分废物。本领域内的技术人员将会理解，可以采用不同的技术促进在BGC内生成生物气体。

BGC可以由混凝土(如至少35mPa(4,500psi)的高强度增强混凝土)制成，但是也可以使用任何适合的材料，如玻璃纤维、高密度聚乙烯(HDPE)，或实现所需水平的系统密封的本领域内已知的其它材料。

BGC可以被构造为任何形状。可以基于BGC的应用而选择其尺寸。技术人员将会认识到，对BGC的尺寸进行选择，以使其适合其所用的应用。在本发明的一个实施方案中，BGC用于从单独的住所接收污物，并且其容量范围在3,600至4,500升之间。用于从多住所建筑或工业废物接收污物的BGC可以更高的容量。

任选地是，BGC包括两个或多个室，其中相邻的室由内壁隔开。图1A和1B示出根据本发明的一个实施方案、具有两个室21和22的BGC的顶视图和侧视图。图1C示出该实施方案的顶部截面图。任选地是，内壁25的上边缘稍微低于BGC20的上边缘，以允许在两个室21、22之间进行气体交换。内壁25还包括允许两个室之间可操作性地连通的管道24。可以基于应用的要求来选择BGC的尺寸。BGC任选地在顶部具有一个或多个开孔和唇状物28，以能够实现维护、修复和本领域内的技术人员容易得知的其它目的。

参见图31，在一个实施方案中，BGC的第一室装有甲烷捕获室或隔板，其用于将甲烷定位于甲烷收集管内。图31还示出各种其它特征，包括空气流量控制阀以及通过管路的废水排出孔管。

在一个实施方案中，废物为污物。BGC可以用作污物储存池、腐化池或澄清池。作为澄清池，BGC可以用作高效废物管道系统(HPSS)的一部分，或者与经典废物管道系统(HSS)相接。

在本发明的一个实施方案中并且根据图2，BGC120为污物储存池。废物输入系统110用于将污物由一个或多个污物源102输送到BGC120内，其中由于污物的降解而生成气体。在本发明的一个实施方案中，废物输入系统110包括一个或多个污物进入管。使用一个或多个BCCU140提取由BGC120释放的气体，并且送入气体利用中心180，以用于上述的各种应用。在该应用中，BGC120在其基本填满时，通常被封闭或遗弃。

在本发明的一个实施方案中并且参照图3，BGC220为腐化池。污物通过废物输入系统210进入BGC220内，其中淤积物沉降到底部。在本发明的一个实施方案中，废物输入系统210包括一个或多个污物进入管。然后使用废物输出系统230将污物的基本液体部分(即排放液)排放到渗滤场，其中残余的杂质在土壤中分解，并且水通过深入土壤中而消除。在本发明的一个实施方案中，废物输出系统230包括一个或多个污物排出管。任选地是，BGC220包括两个室，其中一个室从污物源202接收污物，并且允许大部分淤积物沉降，而第二个室允许任何淤积物进一步沉降，并且允许排出液流出到渗滤场内。经常从BGC220内除去淤积物，以确保有效的操作。采用一个或多个BCCU240提取由于淤积物在BGC220内降解而释放的气体。

在本发明的一个实施方案中并且参照图1和25A-B，BGC为用于处理污物的澄清池20。BGC20包括使用管道24而彼此流体连通的串联的两个或多个室21、22、23。第一室21用于通过一个或多个用作废物输入系统10的污物进入管从一个或多个污物源接收污物。污物在第一室21内沉降，而排出液通过管道24从第一室流入到第二室22内。第二室22允许悬浮在排出液内的任何残留的淤积物颗粒在排出液传送进入其余的室23内之前析出。设置附加的室23使得额外的淤积颗粒在排出液从中排出之前由其内析出。一个或多个BCCU40提取由于淤积物在BGC20的各室21、22、23内的降解而释放的气体。当将一个或多个检查口28固定在BGC20上，并且堵住污物进入管10和排出管时，BGC20是基本上气密性的。

在本发明的一个实施方案中并且参照图4，BGC320为用作高效废物管道系统(HPSS)301的一部分的澄清池。HPSS特别适合于安装在偏远地区，以及在地面附近具有大量岩石(其阻碍使用私人污物排放系统，如腐化系统)的区域。此处，BGC320从污物源302(如住所)收集污物，并且使用污物收集干管350将排出液输送到污物处理中心(图4中未示出)，以进行处理。

在本发明的一个实施方案501中并且参照图5B，污物处理中心570位于中央，并由多个BGC520共用。通过在各室中基本上分离淤积物，污物收集干管350、550中从BGC320、520的最后一个室接收的排出液在进入污物处理中心570之前，被有效地预处理。这能够使得位于中央的污物处理中心570的尺寸和复杂性降低。此外，在最后一个室内从排出液中析出的任何淤积物也可以降解，并且以与第一个室相似的方式被除去。

在本发明的一个实施方案601中，现存的HSS605被改造为与用作BGC620的澄清池相接。参照图6，使用废物输入系统610使现存的HSS605改向至一个或多个BGC620。为了提高效率，用于该应用的BGC620通常大于在HPSS中的单独居所处安装的那些BGC。一旦淤积物在BGC620的第一室内发生沉降，排出液通过用作废物输出系统630的污物排出管而被输送回HSS605中。该实施方案允许社区吸收澄清池的优点，而不会更改其现有的HSS。

根据本发明的一个实施方案并且参照图1A-C，BGC在顶部任选地具有一个或多个唇形物28和开口29，其能够用于维护、维修和检查。在本发明的一个实施方案中，它们也可以用于除去淤积物。安装至少一个与地表齐平的唇形物能够容易地实现常规的维护，以及除去淤积物，而不会对周围的地面造成破坏。可以向开口添加附加的元件，以防止在安装后未经授权地或偶然进入到BGC内。

在上述的各吸收罐中，根据废物管道系统要求和土地的可用性，各污物源可以与一个或多个BGC相连，或者多个污物源可以与一个BGC相连。图6和7分别示出一个污物源702与多个BGC720的连接情况以及多个污物源802与一个BGC820的连接情况。

可以采用各种技术在BGC内促进生物气体生成。生物气体生成的关键因素为提供用于废物分解的充分时间。所生成的生物气体的量随着废物费解的时间延长而增加。还可以通过优化环境条件(如温度、pH、组分、营养物水平、水分或水含量以及通风水平)来促进生物气体生成。通过延长污物分解的时间来促进生物气体生成

可供废物分解用的时间高度取决于整个废物管理系统的设计。在本发明的一个实施方案中，可以通过适当地设计BGC和/或整个污物处理系统来延长用于污物分解的时间。

在本发明的其中BGC由两个或多个室构成并且用于处理污物的实施方案中，由一个或多个污物源接收的污物的淤积部分在BGC的各室(主要在第一室)内沉积，而排出液使用一个或多个污物排出管从BGC流入到HSS、HPSS或渗滤场(在腐化池的情况下)内。由于只有淤积物留在BGC内，因此清洗循环可能较长。在本发明的一个实施方案中，第一室与虹吸管相连，使得可以在常规的清洗过程中从BGC中取出淤积物。

沉积在BGC的第一室的底部的淤积物由于微生物消化的作用而减少。容纳较大量的淤积物的较大的第一室延长了清洗循环；起到涌流抑制器的作用，从而降低污物通过系统的流动；并且增加液压保持时间。所有这些因素均导致淤积物在第一室内沉积增加，由此使生物气体生成增加。

随着时间的推移，在BGC的第一室内形成三个基本可区分的污物层：1)混杂层，该层基本上为液体和固体淤积物。混杂物由比重比水小的材料(如油脂、油和脂肪)组成；2)中间层，该层包含液体和悬浮的固体，其中这些固体通常为在液体层中时继续降解的极小的有机材料；3)底部淤积层，其包含比重比水大、密度比高大并且得自大部分固体淤积物的材料。

本领域内的技术人员将会理解，根据BGC是与HSS、HPSS还是渗滤场相连，系统的各部件(包括但是不限于出口、管线、管线与其它部件的接头、管道、泵站等)具有不同的设计要求。

通过优化环境条件促进生物气体的生成

在一个实施方案中，可以通过优化环境条件(如温度、pH、组分、营养物水平、水分或水含量以及通风水平)来促进生物气体生成。在本发明的一个实施方案中，BGC包括用于优化一种或多种环境条件以促进微生物消化的机构。任选地是，BGC还可以包括用于监测废物的固体部分内的环境条件的机构，包括一个或多个传感器，例如(但是不限于)温度传感器、pH传感器、水分传感器、通风传感器等。在本发明的一个实施方案中，BGC包括响应于环境指示的反馈系统，以作为响应于由一个或多个传感器接收的信号而优化一种或多种环境条件的机构。

温度的控制

在本发明的一个实施方案中，通过增加热量来优化BGC中淤积物的微生物消化速率。保持淤积物的温度在优化范围可以增加消化速率。增加BGC内的温度优化分解淤积物的微生物的生长速率。本领域内的技术人员知道充分的微生物反应所需的最优温度范围。

例如，根据所存在的甲烷营养细菌的种类，存在两个用于厌氧消化的常规的操作温度范围：(a)嗜温：其优选在约37℃-41℃或者约25-45℃的环境温度下进行，其中采用嗜温菌作为消化剂，以及嗜热：其优选在约50-52℃(至多升高至70℃)下进行，其中采用嗜热菌作为消化剂。

嗜温细菌比嗜热菌更耐受环境条件的变化。因此，据认为，嗜温消化体系比嗜热消化体系更稳定。然而，后者有利于更快的反应速率，因此在升高的温度下气体生成的速率更快。

在本发明的一个实施方案中，提供这样的BGC，其被绝热，以参照BGC外部的环境温度(其可能是或不是最优的)增加和/或保持恒定的所需优化温度。

在本发明的其中BGC部分或全部位于地面以上的实施方案中，至少一部分BGC被涂成黑色，或者由吸收太阳热量的材料制成。

参照图12，在本发明的一个实施方案中，通过加热机构71升高BGC的温度。加热机构可以由诸如太阳板阵列等电源72或本领域内的技术人员容易理解的其它能源供能。加热机构可以位于BGC内，或者位于BGC的外部。任选地是，加热机构可以由捕获的生物气体供能。

参照图29，系统还可以包括用于淤积物缩减的现场甲烷控制系统，该系统包括气体压缩、燃烧和加热系统以及淤积物覆层加热系统。该现场甲烷控制系统通过现场燃烧甲烷并且将所生成的热供应给淤积物覆层以加快淤积物降解过程，从而使得甲烷气体转化为二氧化碳，并且使得抽空循环延长。

在其中加热机构位于BGC的外部的实施方案中，加热机构包括用于加热BGC的壁的机构，如板坯加热器。或者，含有固体成分的废物可以在进入BGC之前进行预加热。

在一个实施方案中，加热机构还包括温度传感机构，如温度调节装置。在一个实施方案中，加热机构还包括反馈系统，该系统从温度传感器(如温度调节装置)接收信息，并且控制加热机构以便保持预设的最优温度。

通风的控制

增加微生物可供利用的氧会促进废物在BGC内的好氧消化，而限制氧则通过厌氧消化而促进含甲烷的生物气体的生成。通过在BGC内建立促进好氧消化或厌氧消化的局限性区域，含有甲烷的生物气体生成可能达到最大化，而淤积物蓄积可以达到最小化。可以通过预先对废物进行通风使得在氧气利用时生成厌氧区域，或者通过以位置特异性方式对废物进行后通风，从而实现有效的通风。通过引入空气或高纯度氧气可以进行通风，并且该通风可以是间歇式的或者连续的。

在本发明的一个实施方案中，通风的水平处于这样的范围内，保持生物质的能量需求，并且支持有效的兼性细菌反应，而造成新的生物质的净产生。

参照图13，在本发明的一个实施方案中，提供一种通风机构，包括：压缩机74，其对空气加压，并且将其输送到BGC内；和曝气器73，其在BGC20内分散空气，以允许淤积物通过好氧消化而分解。曝气结构是本领域内已知的，并且包括大气泡曝气器、小气泡曝气器、射流通风机、静态通风机和机械混合器或机械表面通风机，或本领域内的技术人员容易理解的其它通风设备。压缩器系统可以由诸如太阳板阵列等电源(图中未示出)、或者本领域内的技术人员容易理解的其它电源进行供能。

原位产生氧和氢的控制

原位产生氧和氢既促进好氧处理，又促进厌氧处理。氧被用作好氧细菌的电子受体，而氢则在厌氧条件下进行消耗，并且能够促进消化处理由酸生成阶段转化为甲烷生成。

原位产生氧和/或氢的机构是本领域内已知的，并且可以包括能够电解的任何机构，包括电解盒、电解池或电解室。能够电解的机构可以电解水。在本发明的一个实施方案中，能够电解的结构可以产生氧化剂。

适合用于本发明的水电解装置的类型随着系统的功能需求而不同。本领域内的技术人员将会理解，电解装置可以间歇式工作或连续工作。电解装置可以按照预设的方式或相应于(例如)传感器的信号而打开或关闭。

在一个实施方案，电解装置包括两个或多个电极，以及能源或电源。

在一个实施方案中，电极位于淤积物层中。

在一个实施方案中，电解装置包括与一个或多个电解装置可操作性地连接的处理控制器以及一个或多个传感器。处理控制器可以包括这样的器件，其能够由一个或多个传感器接收信号，并且解析信号，处理所接收的信号，并且将指令发送给一个或多个电解装置，以按照基本上最低的成本来优化结果。处理控制器还可以进行监控功能，如监测系统失效等。

在一个实施方案中，处理控制器还包括传感机构，该机构用于检测pH水平，并且能够以pH依赖方式调节水的电解，以防止由于H+累积而导致淤积物酸化。

电解装置

在本发明的一个实施方案中，电解装置包括位于BGC内表面的两个或多个电极。参照图14，在本发明的一个实施方案中，两个电极75和76可操作性地与位于BGC20外部的电源77相连。在水电解过程中，阴极75或负极产生氢，并且阳极76或正极产生氧。或者，电解单元可能产生其它(非氧)氧化剂。

通过促进蓄积的淤积物在BGC内的消化，电解装置间接起到增加清洗周期的作用。淤积物较长时间的蓄积起到增加生物气体生成的作用。

本领域内已知各种类型的电极，包括平电极、网状电极、杆电极、中空圆筒电极、板电极或多板电极等。本领域内的技术人员根据系统的功能要求将会知道那种类型的电极适合用于本发明中。

固体颗粒粘附在上升到表面并且离开处理区域的气泡上。此外，在形成氧气泡时，由于氧气不能扩散而在系统内导致低效能。在本发明的一个实施方案中，阳极的构造被选择为减少或防止气泡的形成。

电极可以由各种材料形成。电解材料必须充分耐用，以承受在本发明的电解过程中施加的升高的电压和电流水平，而不会使得电解过度降解。给定的电极可以是金属或非金属的。在电解为金属时，电解可以包括镀铂的钛以及本领域内的技术人员容易理解的其它组成。在电极为非金属时，电解可以包括石墨炭，或者可以为本领域内的技术人员容易理解的各种导电陶瓷材料中的一种或多种。

在不偏离本发明的范围内，电解池的阳极和阴极可具有各种不同的组成和/或构造。

在本发明的一个实施方案中，阳极和阴极基本上是等价的，以有利于双极工作，从而减少污垢在电极上累积。电解过程可能在电解表面上产生薄膜或沉积物，其可能降低水处理过程的效率。可以通过周期性地将工作极性逆转(将阳极和阴极板转换为相反的极性)，对电解进行去污垢，以除去某些膜。自动的逻辑控制允许程序性地或连续地去污垢，从而降低劳动和维护成本。

在本发明的一个实施方案中，参照电极被整合到电解装置内。参照电极为具有公知的稳定的平衡电极电势的电极，该电势被用作可以测量其它电极的电势的参照点。虽然各种电极构造均能符合上述要求，但是但是本领域内的技术人员将会容易地理解用于本发明的合适电极，并且其包括银/氯化银电极、甘汞电极、标准氢电极等。

在本发明的一个实施方案中，一个或多个电极中的至少一个基本上浸没于淤积物中。在一个实施方案中，所有电极均基本上浸没于淤积物内。在本发明的一个实施方案中，一个或多个电极中的至少一个电极部分浸没于淤积物中。在一个实施方案中，所有电极均部分浸没于淤积物中。

电极的放置方式可以根据系统要求而改变。电极可以位于固定的位置或者可移动地安装。电极可以安装于BGC的壁上和/或地板上。在本发明的一个实施方案中，电解使用本领域内已知的手段而悬浮于淤积物内。

电极装置的合适能源是本领域内已知的，并且技术人员将会知道哪种能源最适合于系统的构造。能源会输送具有由系统要求确定的值的受控电荷。能源或电源可以是标准或可再充电的电池、直流连接端子或太阳能以及本领域内已知的其它能源或电源。

其它方法

微通风的方法通常涉及优化淤积物内的环境条件，使得有利于微生物处理。

在该方法的一个实施方案中，淤积物被加热或进行通风。

在本发明的一个实施方案中，淤积物或其组分的pH被调节，以改变微生物处理情况。

在本发明的一个实施方案中，通过改变条件或者通过用特定的微生物接种淤积物来调节微生物群落。

在本发明的一个实施方案中，在接种之前，通过(例如)加热或臭氧处理将淤积物灭菌。

在本发明的一个实施方案中，通过水电解间断地或连续地原位产生氧和氢。

在本发明的一个实施方案中，原位生成其它的氧化剂。

与其它固体废物缩减系统和方法进行整合

上述的用于基本上优化固体废物分解的系统或方法可以与用于最大程度地减少废物的其它系统和方法(例如，包括前酶处理和后酶处理等)进行整合。

在本发明的一个实施方案中，本发明的系统和方法可以与使用电解预处理污物的系统整合，所述系统例如在美国专利No.4,089,761和4,124,481所公开的那样。

本领域内的技术人员将会容易理解，可以将本文所述的用于促进微生物处理的一个或多个系统组合。

向气体利用中心输送生物气体

使用BCCU提取的生物气体任选地在气体利用中心用于多种应用中的一种或多种，包括(但是不限于)发电、用作燃料和用于化学合成。在本发明的一个实施方案中并且参照图5A，气体利用中心位于废物源的原地。在本发明的一个实施方案中个并且参照图5B，气体利用各中心为由多个BGC共用的中央设施。

在本发明的一个实施方案中，使用被设计并且构造为可逆地捕获生物气体的容器(其用作BCCU)捕获在BGC中生成的生物气体。然后，这些容器被移送到气体利用中心，在那里它们被处理，以释放其内捕获的的气体(“解析附”)。本领域内的技术人员将会理解，解析附的方法随着吸收罐内所用的材料类型而改变，并且所有这些均应被认为在本发明的范围内。可以收到容器之后立即进行解析附过程，或者直至生物气体要进行利用时再进行解吸附过程(在这种情况下容器起到储存装置的作用)。

或者，容器可以被移送至中间位置，在那里它们发生解析附，并且然后使用诸如管线系统等生物气体输送元件(BTE)将所提取的生物气体输送到气体利用中心。

在本发明的一个实施方案中，使用与一个或多个BTE相连的管道形式的BCCU将生物气体收集至气体利用中心，以进一步处理、储存和/或利用。在中央气体利用中心的情况下，BTE起到气体收集干管的作用。

在本发明的一个实施方案中，使用直径通常为19-100mm的挠性的额定压力的高密度聚乙烯(HDPE)制备BTE。使用这种类型的管提供多种优点，如容易安装、管段之间的连接点较少、减少开挖以及表面复原等。BTE还可以由各种其它材料(如聚乙烯)制成。使用HDPE确保了BTE保持不受腐蚀达到所设计的大于100年的期限。

在本发明的其中气体利用中心位于中央并且BGC适合用于HPSS的实施方案中，BTE位于与污物收集干管相同的管沟内。对污物收集干管和BTE使用相同的管沟使得成本显著降低。还可以在相同的管沟内加入其它的服务设施，从而提供“捆绑式服务”。

本领域内的技术人员将会理解，必须注意确保没有气体从BTE泄漏到环境中，或者在气体利用中心泄漏。这包括使用对焊接或本领域内技术人员已知的其它连接密封方法来确保所有连接和接点均为密封连接的。可以使用上文讨论的真空测试方法确认BTE的各段之间的连接的实质气密性。在BGC内生成的甲烷可以与痕量的气体混合，以逐渐获得明显的刺激性气味(其可用于检测任何甲烷泄漏)。可用于该目的的气体包括(但不限于)丁基硫醇。

BTE还可以包括插入用于控制气体流动的标准气体流动装置，如压力监测器、阀、压缩器等。本领域内的技术人员将会理解沿着BTE适当地放置这些装置。在本发明的一个实施方案中，气体流动装置确保所提取的气流具有均一的压力。在本发明的一个实施方案中，这些流量控制装置被控制为间断地或连续地操作气体提取过程。可以使用经典的气体用流量控制机构(如压力阀)。

在本发明的主要从BGC中提取甲烷的实施方案中，重要是确保最低程度地向BTE内渗滤或从BTE中渗滤出，因为甲烷与空气的混合在甲烷的浓度为5％至15％之间时能够产生可燃混合物。可以在BTE内和气体利用中心设置安全措施，以确保不发生爆炸或不期望的泄露。这些安全措施包括(但是不限于)压力传感器。

生物气体处理和应用

在本发明的一个实施方案中，采用过滤机构除去或分离特定的气体。例如，这些过滤机构可以用于分离甲烷。本领域内的技术人员将会理解，这些过滤机构可以设置于气体流动通路的任何位置，该位置包括(但是不限于)下述位置：BGC内、BCCU内、BTE内或气体利用中心处。

可以对通过BCCU收集的生物气体流应用其它的后处理步骤。在本发明的一个实施方案中，可以采用擦洗技术，以从生物气体流中除去H₂S。本领域内的技术人员将会容易理解，本领域内已知的其它后处理步骤被认为在本发明的范围之内。

在本发明的一个实施方案中，由BGC收集的主要是甲烷，并且使用BTE将其输送至中央设施内，以在化学合成中进行工业应用，或者用于发电。在本发明的一个实施方案中，通过将甲烷在燃气涡轮、蒸气锅炉、往复式发动机或微型涡轮中作为燃料进行燃烧而利用其进行发电。与其它烃类燃料相比，燃烧甲烷相对于每单位所释放的热量会产生较少的CO₂，并且也会产生最多的热/单位质量。

在本发明的一个实施方案中，所收集的甲烷可以以与液态天然气(LNG)相似的液态形式作为燃料输送。压缩天然气(CNG)形式的甲烷也用作车辆的燃料，并且被认为比汽油和柴油更为环境友好。

在化学工业中，甲烷也作用生产氢、甲醇、乙酸和乙酸酐的原料。本领域内的技术人员将会理解在不同的下游应用的情况下于处理甲烷相关的不同的设计问题。在本发明的一个实施方案中，由各BGC收集的甲烷那被泵送回上游，以用于诸如对住所发电等应用。

在一个实施方案中，所捕获的甲烷原地被转化为二氧化碳。参照图30，系统可以装备甲烷减排机构，该机构通过在特定的土壤和混合介质中繁殖的甲烷营养细菌而促进甲烷气体生物转化为二氧化碳。甲烷减排机构包括通气管和表面下管沟(其含有促进甲烷营养细菌生长的介质)。任选的是，包括穿孔的PVC管在内的固体通气管通过鹅颈管与生物气体收集管相连。通气管位于包含支持甲烷营养细菌生长的介质(如混合介质)的表面下管沟内。

在一个实施方案中，甲烷减排机构包括甲烷消除机构。甲烷消除机构是本领域内已知的，并且包括催化转化器。任选地是，在甲烷转化过程中通过催化转化器生成的热被用于加热淤积物覆层。

实施例1

此处，我们描述了适合于与基于用作BGC的澄清池的高效废物管道系统(HPSS)一起使用的生物气体捕获和/或收集系统。该系统被设计为使得液体的流动主要通过重力驱动，同时在关键位置由泵辅助驱动。HPSS被设计为从诸如住所等污物源收集污物，并且输送排出液至中央污物处理中心，以进行处理。HPSS特别适合于安装在偏远地区，以及在地面附近具有大量岩石(其阻碍使用私人污物排放系统，如腐化系统)的区域。

参照图28A-C，污物进入管12将污物由污物源2引入到BGC20，BGC20包括由内壁25隔离的第一室21和第二室22。内壁25的上边缘稍微低于BGC20的上边缘，这允许在两个室21和22之间进行气体交换。

污物被转移至BGC的第一室21，在那里污物3基本上沉降，而排出液4通过管道24流入第二室24内。第二室22允许悬浮在排出液4内的任何残留的淤积物3颗粒析出。附加的室(如果存在的话)使得淤积物3与排出液4进一步分离。因此，最终通过污物排出管32离开BGC20的流出液4被优先地预处理。

随着时间的推移，在BGC20的第一室21内形成三个基本可区分的污物层：1)混杂层，该层基本上为液体和固体淤积物。混杂物由比重比水小的材料(如油脂、油和脂肪)组成；2)中间层，该层包含液体和悬浮的固体，其中这些固体通常为在液体层中时继续降解的极小的有机材料；3)底部淤积层，其包含比重比水大、密度比高大并且得自大部分固体淤积物的材料。

在BGC内沉降的淤积物蓄积一段时间，此时其由于微生物作用而缩减，从而使得生物气体生成。在常规的清洗过程中，使用与BGC20可操作性地相连的虹吸管定期除去缩减的淤积物。通常，对于在住所应用中使用的BGC，第一室21可以承受17年的蓄积淤积物，但是7-10年的清洗维护循环能够使得系统在所需的效率水平内工作。

参见图1A和图9B，管道24在第一室21内与内壁25相邻设置，并且被布置为使得开口27位于混杂层之下和淤积层之上。一个或多个空管26从管道竖直地向下游延伸至BGC的底部。在制造过程中，一个或多个管26以相对于BGC20的竖直轴至少60度的角度布置。这会通过防止粘附在气泡上的特定物质进入管道24内，从而减少离开BGC的液体污物的TSS水平。

用于生物气体收集的BCCU为由HDPE制得的U型管道40，并且放置在BGC20的第一室21的顶部附近。U型确保了可能进入BCCU的任何液体不会进一步向下游转移。BCCU被定位并布置为使其通过BGC上方的平板离开BGC20。BCCU在BGC的第一室的顶部附近的位置确保了生物气体收集最大化。HDPE的挠性降低了对管路的剪切破坏。HDPE对从污物中提取的经典气体也是非腐蚀性的。采用密封手段来密封BGC和BCCU之间的连接。

参见图1A和1B，BGC20在其顶部包括一个或多个开口29和唇形物28，以能够进入BGC20的室21、22内从而进行维护和维修并且除去淤积物3。至少一个唇形物28被布置为使得其能够被除去，以进入第一室21内。开口29的直径足以允许由于油状混杂层的硬化而形成任何硬层被破坏并且除去，以便随后可以有效地除去淤积物3。在安装BGC20时，安装至少一个唇形物28，使得其与地面水平齐平，以容易地实现常规的维护和固体污物清除，而不会破坏周围的地面。参照图1A，环与BGC20内的开口29相连，以使得唇形物28与地面齐平。环或提升器可以由PVC或本领域内已知的任何其它类型的材料制成，该材料能够使得环在安装时容易且密封地与BGC20连接。

参照图1A、1C、8A和8B污物进入管12和污物排出管32通过连接组件而连接到BGC20上。参照图8A和8B，连接组件包括卡圈91、一个或多个基本上气密的垫圈93、进入管14或排出管34以及一个或多个三通管95的卡圈91与进入管14或排出管34相配合，所述的管延伸通过BGC20的侧面，并且超出该侧面。三通管95位于BGC20的内部，并且通过进入管14或排出管34与卡圈91相连。可以通过利用一个或多个A-LOK垫圈93使进入管14或排出管34与BGC20之间的密封性基本上是气密性的。参照图8B，侧面的废物管32的直径小于排出管34的直径。采用铃形连接器92将两个管32和34连接在一起。排出管34和卡圈91或铃形连接器92被热焊接，或者通过其它合适的方法与管12或32熔接。可以按照类似于测试腐化池或澄清池的完整性的方式的方式(即真空测试)原位测试污物管线系统中所有连接的实质性气密性，这对于本领域内的技术人员而言是已知的。将污物管线的一部分密封，施加真空并且采用具有量表的定期读取仪确定该部分是否在丧失其真空。可以理解获得测量结果。

污物进入管12和污物排出管32由挠性HDPE构成。在BGC的进入和排除部分使用挠性HDPE防止了剪切，否则，可能在安装之后BGC或管线在地面上沉降或移动时发生剪切。本领域内的技术人员将会基于安装时的特定土壤条件而知道不同移动的正常范围，并且在进入管和排出管内提供充分的松弛，以补偿这种移动。

整个HPSS被设计为使得所有连接均是气密性的。因此，在关闭出口(如下所述)后，整个系统均是气密性的。然而，在工作期间，出口保持打开，以避免液压锁定。部件和连接的密封构造提供了压力测试的手段，并且确保了在工作期间不发生渗入/渗出。所有部件均被密封，使得HPSS可以在出口密封时进行压力测试，因此系统基本上是气密性的。在安装之前，对BGC20进行压力测试，并且预安装。

设置多种密封机构来密封BGC和污物进入管、排出管之间的连接，以补偿由于(例如)热膨胀和地面结冰造成的管和BGC之间的过度差异移动。本领域内的技术人员将会知道提供基本上气密性密封所需的合适密封机构，如(而不限于)垫圈、挠性膜等。

密封机构被设计为充分挠性的，以补偿管与BGC之间在BGC的壁面上的相对移动，同时仍然保持基本上气密性密封。密封机构是充分挠性的，以补偿进入管和排出管与BGC之间在垂直于BGC的壁面的方向上相对移动，同时仍然保持基本上气密性密封。这种挠性需要补偿管与BGC之间的热膨胀系数之差。如本领域内的技术人员已知的那样，膨胀系数之差是构成管和BGC的材料的因子。

BGC包括一个或多个调节离开BGC的流速的流量衰减装置。因此，使用流量衰减装置使得离开BGC的排出液的流速更一致，从而能够在整个HPSS中使用较小的官尺寸，基本上消除了瞬间的剧增负荷并且增加了峰迁移。

参照图10A和图10B，流量衰减装置1190被整合到排出三通管95内，其中排出三通管95的内部包括沿着其纵轴将排出管95分为两个或多个管段1230、1231的一个或多个屏障1200。所述一个或多个屏障包括距离BGC20的上部最近的上边缘1210和相对的下边缘1220。所述三通管95的所述一个或多个管段1231的至少一个具有防止排出液进入管段1231的栓塞1240。所述栓塞1240包括限制排出液流入管段1231内的一个或多个孔1250。当液压负荷被施加到BGC20上时，排出液最初具有通过一个或多个孔1250限制性流动的阶段。一个或多个屏障1200被设计为使得一个或多个屏障1200的上边缘1210高于三通管95与排出管34相连的点。一个或多个屏障1200可以在持续的高液压负荷过程中用作溢流机构，并且一个或多个屏障1200的上边缘1210可以别水平切割，或者装有溢水栅或等价的梯度流动机构。

参照图15A，排出液4通过污物排出管32离开BGC20，其中污物排出管32将排出液4输送到污物收集干管50内。污物排出管32和污物收集干管50的直径基本上小于HSS中的那些的直径。直径通常为50-150mm的压力额定的挠性高密度聚乙烯(HDPE)管被用作污物收集干管。它们的节点通过(例如)加热焊接或本领域内已知的其它技术而密封形成，从而基本上排除了地下水的任何渗入或者排出液从废物管路系统中渗出。管的挠性能够使得系统的设计考虑土地的形貌和地质情况，以优化液体通过系统的流动。使用上述的真空测试原位确认各管段之间的连接的基本上气密性。

污物收集干管50用不可腐蚀的部件设计，并且具有超过一百年的设计寿命。系统被设计为使得建筑管道的后沉降不会对HPSS的液压性能造成不利的影响。

污物和排出液在污物收集干管内的冷冻可能导致管线破裂和堵塞。因此，参照图11A，污物收集干管50被置于管沟7的冰冻线下方，从而使其被周围的土壤隔离。污物收集干管50被铺砂层8包围，并且覆盖有诸如聚苯乙烯泡沫塑料等隔离材料9。

为了额外的防抗低温并且参照图11B，污物收集干管50套有隔离材料52(如聚苯乙烯泡沫塑料)。此外，一个或多个电伴热54(其包括与一个或多个热源(图中未示出)可操作性地连接的铜线)设置于污物收集干管50内。热量通过铜线传导，并且防止干管50内的液体冷冻。

通常在居住区道路或大街的一边或下方进行安装。管沟并不像常规的HSS那么宽或深。可以用反铲挖土机、挖沟机或其它的开挖设备挖掘管沟。或者，通过水平定向钻孔钻安装管道。在主要由岩石构成的区域，可以通过爆炸并除去原料来准备管沟。水平钻孔技术缩短了安装时间，最大程度地减少了居民或当地商业的干扰，并且基本上降低了表面填平成本。

为了使液体顺畅地流过任何系统(如HPSS或HSS)而不产生气塞，需要通气机构，在曲折的区域、涌流之后的区域或开放流的区域尤其是如此。通气孔被设计为允许在废物管道系统和周围环境之间进行气体交换，但是被构造为防止污物或排出液从系统中逸出，或者地下水流入系统中。

参照图16A-B，提供侧向通气机构82，其由位于清洁石88的床上的穿孔管道83构成。通气机构82通过弯管接头84和管道86以如下的方式与废物管道系统相连，所述方式使得防止地下水渗入，以及排出液渗出到周围环境中。防止上述情况所需的弯管接头84和管道86的构造在某种程度上取决于通气机构在系统内的布置方式，并且其为本领域内的技术人员所公知的。

系统还包括密封的维护清洁口，设置该情节口是为了实现与常规废物管道系统中维护孔或人孔相同的功能。清洁口由合适的材料(如高级的耐久性塑料)构成。根据安装环境和各管圈的长度，清洁口可以相隔100m至300m安装，这也取决于通气的要求。在对上游的主处理单元进行清淤之后，清洁口容易实现常规的冲洗，这可能每7-10年进行一次。

参照图17A-B，提供清洁口1100，其包括通过接头1110和弯管接头1104与收集干管相连的竖直竖管1102。竖直管1102用盖子1068密封，盖子1068具有竖直的通气机构1112。

如图18A-B所详细示出的那样，泵站1200被插入到污物收集干管内，以有助于流出液流入到中央污物处理中心。泵站1200包括潜水式泵1052，该泵1052与优选位于地面以上的控制面板1054相连。进入管1056由收集干管将排出液排放到泵站1200。潜水式泵1052具有一系列浮子1058，该浮子1058在泵站1100内的排出液达到预定高度时将泵1052激活。排出液被泵送出储液池1100，并且进入压力干管1060内，压力干管1060将排出液输送到中央污物处理中心。诸如A-LOK垫圈等垫圈被用于保持泵站200的壁与进入管1056和压力干管1060之间的气密性连接。由于只有排出液被泵送同偶过泵站，因此潜水式泵1052只需要为液体泵，而不是经典废物管道系统所需的通常更为复杂和昂贵的污物泵。

BGC的特征在于第一室的容量比经典腐化池的室容量更大。因此，第一室可以包含较大容量的淤积物，其延长了清洁循环。较大的第一室还起到涌流抑制器的作用，以减慢污物通过系统的流速。较快的流速导致更少的沉积，较高的TSS水平以及更多的淤积物被导送出BGC。HSS系统采用设置于整个系统内的众多涌流抑制池来补偿涌流。这种池子在HPSS中并不需要，从而使得成本和系统的复杂性降低。相对较大的第一室还允许较长的液压保留时间，从而在污物被导送至第二室之前允许更多的沉积。

当天然存在的微生物分解并且消化废物时，淤积物在BGC内发生分解。优化分解是有利的，因为其会降低或逆转固体在BGC内的蓄积速率，这会延长清洁循环。如上所述，可以通过优化环境条件来促进淤积物的微生物消化，所述环境条件例如为温度、pH、组分、营养物水平、水分或水含量以及通风水平。

BGC包括用于优化一种或多种环境条件以促进微生物消化的机构。可以使用小试规模研究来评价废水电解和淤积物蓄积的影响，其中电解阳极和阴极被置于淤积层内。这会允许对上述过程和系统进行实质性优化。

参照图19，电极组件包括由塑料垫片隔开约5mm距离的阴极75和阳极76。阴极75可以为不锈钢阴极，并且阳极76可以为混合金属氧化物涂敷的钛网。

为了确定最优的电解调节，可以采用BGC淤积物或孵化池淤积物，并且进行分批试验，以评价淤积物降解的电化学和微生物机制，以允许进行优化。此外，可以在连续或间断的流动试验中评价电解总体效率。为了进行比较，还可以使用对照(无电极)装置。

居民区通常在早晨和傍晚产生每日峰流。任何废物管道系统的所有元件(包括中央污物处理中心)均针对该峰流进行设计。在HPSS中，由于大部分固体保留在单独的BGC内，因此峰值因素基本上被最小化。这降低的尺寸限制，并且确保了与常规的HSS相比，HPSS为具有更低资本成本的更小、复杂性更低的废物管道系统。

峰流速率的时间段也可以从常规的高需求段基本上迁移。在用这些BGC改造后，“峰迁移”的能力为由于在峰值要求段期间的高容量所限制的现有HSS提供了附加的容量。此外，BGC可以减少在中央污物处理中心处理的淤积物的量。

传统上，HSS需要较快的流动速率，以防止淤积物在污物收集干管内的累积。HPSS由于不存在流过其中的淤积物而允许降低排出液的流速。不存在淤积物还可以允许对系统更容易清洁。这降低了HPSS所要求的排出液的流速，从而能够在污物收集干管内实现更缓和的梯度。以分离的间隔沿着系统设置入口点(如维护清洁口和盖子)，它们均与系统密封连接。由于在排出液中基本上不存在固体并且容易清洁系统，因此这些入口点能够以比HSS中间隔更远的距离设置。对于HPSS，通常比HSS需要更少的冲洗次数，并且可以约每7年至10年进行一次(其总是在单元清淤之后)。

显而易见的是，本发明的上述实施方案是示例性的，并且可以按照多种方式进行改变。这种目前的改变以及以后的改变并不认为偏离本发明的范围，并且希望这些所有对于本领域内的技术人员显而易见的更改均包括在所附权利要求的范围内。

Claims

1.一种生物气体捕获和/或收集系统，包括一个或多个生物气体捕获和/或收集单元，该单元被构造为捕获和/或收集在一个或多个生物气体生成室中通过由一个或多个废物源接收的废物的降解而生成的基本上所有的生物气体。

2.根据权利要求1所述的生物气体捕获和/或收集系统，其中所述生物气体捕获和/或收集单元为可操作性地与所述生物气体生成室相连的管道。

3.根据权利要求1所述的生物气体捕获和/或收集系统，其中所述生物气体捕获和/或收集单元为这样的容器(吸收罐)，该容器与所述生物气体生成室可拆卸地相连，并且被设计为可逆地捕获所述生物气体生成室内生成的生物气体。

4.根据权利要求1所述的生物气体捕获和/或收集系统，其中所提取的气体在气体利用中心用于发电、用作燃料以及用于化学合成。

5.根据权利要求4所述的生物气体捕获和/或收集系统，其中所述气体利用中心局部性地位于单独的废物源处。

6.根据权利要求4所述的生物气体捕获和/或收集系统，其中所述气体利用中心位于中央位置。