CN104593238A - 水压式马蹄形沼液循环对流的高效沼气池 - Google Patents

Abstract

本发明公布了水压式马蹄形沼液循环对流的高效沼气池，由进料管、出料管、U型发酵管道、水压间构成，进料管和出料管可拆卸的插入U型发酵管道两端侧并且进料管侧壁和出料管侧壁深入U型发酵管道内，水压间放置于U型发酵管道顶部，水压间与进料管之间连接有水平放置的进料管排水管，水压间与出料管之间连接有水平放置的出料管排水管，U型发酵管道上设置有导气管；其发酵路线长，沼液流动搅拌效果显著，有效的促进菌种均匀分布。

Description

水压式马蹄形沼液循环对流的高效沼气池

技术领域

本发明涉及一种厌氧发酵装置，特别涉及一种沼气发酵系统。

背景技术

传统沼气池的工作原理，当池内产生沼气时，储气间内的沼气不断增多，压力不断增高，迫使主池内液面下降，挤压出一部分料液到水压间内。当人们打开炉灶时，沼气池内的压力逐渐下降，水压间料液不断流回至主池，这样，不断地产气和用气，使发酵间和出料间始终维持压力平衡地状态。

传统沼气池发酵路线短，沼液流动性差，菌种分布不均匀，造成整个发酵系统的产气率下降。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是传统沼气池的发酵效率路线短，发酵效率低，沼液对流效果差造成菌种分布不均匀等。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是。

水压式马蹄形沼液循环对流的高效沼气池，由进料管、出料管、U型发酵管道、水压间构成，进料管和出料管可拆卸的插入U型发酵管道两端侧并且进料管侧壁和出料管侧壁深入U型发酵管道内，水压间放置于U型发酵管道顶部，水压间与进料管之间连接有水平放置的进料管排水管，水压间与出料管之间连接有水平放置的出料管排水管，U型发酵管道上设置有导气管；发酵管道内还设置有位于进料管侧壁和出料管侧壁之间的挡气板，挡气板至少有一个，进/出料管侧壁与相邻的挡气板之间或者相邻的挡气板之间形成一个发酵区，各个发酵区顶部连接有独立的导气管，导气管上设置有阀体；发酵系统还包括布菌装置，布菌装置由排水管、布菌管道和布菌孔组成，排水管一端侧连接水压间，另一端侧连接布菌管道，布菌管道为U型并且固定于U型发酵管道内，布菌管道在U型发酵管道内延伸并延伸至各个发酵区内，布菌管道上设置有多个竖直方向贯穿的布菌孔；进料管排水管上设置有控制水压间内沼液单向流入进料管的单向阀，布菌装置的排水管上设置有控制水压间内沼液单向流入发酵管道的单向阀，出料管排水管的最低点所在的水平面高于进料管排水管最低点所在的水平面。

进一步改进的方案。

布菌装置的布菌管道安装位置低于挡气板最低位置并高于进/出料管侧壁最低位置。

进一步改进的方案。

排水管为多个并且分布于各个发酵区内，提升整个发酵系统内的沼液流动性能。

上述技术方案的进一步改进。

挡气板在竖直方向上的投影长度小于进/料管侧壁深入发酵管道内的长度。

上述技术方案的进一步改进。

进料管和出料管深入U型发酵管道内的侧壁在竖直方向上的投影长度小于U型发酵管道竖直方向高度的三分之二。

上述技术方案的进一步改进。

水压间顶部采用密封结构并且水压间顶部还连通有与大气连通的排气管。

水压式马蹄形沼液循环对流的高效沼气池产生沼气的方法，其步骤包括：

A、发酵原料通过进料管倒入U型发酵管道内并在U型发酵管道内发酵产生沼气，沼气聚集于进/出料管侧壁与相邻的挡气板之间或者相邻的挡气板之间形成一个发酵区内，沼气占据发酵区内空间并挤压发酵区内的沼液对流，发酵管道内排出的沼液流向进料管、出料管和布菌装置中，通过出料管排水管流入水压间中；

B、 使用任意一个发酵区内存储的沼气，该发酵区内的沼气气压下降，相邻的发酵区中沼液流向该使用沼气的发酵区中，并使得水压间内存储的沼液通过进料管排水管和布菌装置的排水管单向回流至发酵管道内，水压间内存储的沼液还可以通过出料管排水管回流至出料管中，当水压间内存储的沼液液面低于出料管排水管最低点位置时，水压间内存储的沼液只能通过进料管排水管和布菌装置的排水管单向回流至发酵管道内，从而完成沼液的循环流动；

C、 按照上述A、B的方法不断的产生沼气以及使用沼气，促进沼液的循环流动。

上述发酵原料可以为动物粪便、秸秆、污水等。

本发明相对于现有技术的优点在于：利用U型的发酵管道增加发酵路径，沼气发酵过程中挤压沼液的循环流动，不需要人工干预，降低发酵装备的操作难度；进料管和出料管与U型发酵管道的插入式连接方式，代替传统的进料管挡气板和出料管挡气板，更加方便进料和出料，并且降低了生产的难度，以及池体的清理等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的俯视图。

图2为本发明的A-A剖面示意图。

图3为本发明的B-B剖面示意图。

图4为本发明的C-C剖面示意图。

图中标示为：

10、进料管；12进料管排水管。

20、出料管；22出料管排水管。

30、发酵管道；32、导气管；34、挡气板。

40、水压间；42、排气管。

50、布菌装置；51、排水管；52、布菌管道。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

如图1所示，水压式马蹄形沼液循环对流的高效沼气池，其主要由进料管10、出料管20、发酵管道30、水压间40构成，发酵管道30为U型发酵管道，U型发酵管道的剖面形状可以为原形、矩形、椭圆形等几何形状，U型发酵管道30水平放置并且U发酵管道30两端位置设置有与进料管10和出料管20相匹配的插口，进料管10和出料管20可拆卸的插入U型发酵管道30的两端并且进料管10和出料管20的侧壁深入U型发酵管道30的沼液液面以下位置，代替传统的进料管挡气板和出料管挡气板，U型发酵管道30内发酵产生沼气集聚于进料管侧壁和出料管侧壁之间，沼气集聚量大于进料管侧壁和出料管侧壁的容纳量时，多余的沼气将从进料管侧壁和出料管侧壁底部溢出；水压间40放置于U型发酵管道30顶部，水压间40与进料管10之间连接有水平放置的进料管排水管12，水压间40与出料管20之间连接有水平放置的出料管排水管22；U型发酵管道30内发酵产生沼气，沼气占据U型发酵管道30内的空间，并挤压U型发酵管道内的沼液通过进料管排水管12和出料管排水管流入水压间40内；使用发酵管道内存储的沼气时，U型发酵管道内的沼气气压下降，并使得水压间40内存储的沼液通过进料管排水管12和出料管排水管22回流至发酵管道内，完成沼液的循环流动。

水压间40顶部采用密封结构，防止杂物落入水压间内造成阻塞，并且水压间40顶部设置有一与大气连通的排气管，保证水压间40内气压与外部大气压一致。

进料管10、出料管20、U型发酵管道30以及水压间40均可以采用混凝土浇筑或者采用PVC管道连接制成或者采用玻璃钢材料制成。

进料管10和出料管20与U型发酵管道30的可拆卸连接，不仅方便运输，方便组装，并且降低了制作难度以及成本，当进料管倾斜插入U型发酵管道时，更加方便进料，利用沼液的流动更加容易促进进料，当出料管倾斜插入U型发酵管道时，更加方便出料，更容易掏渣。

传统的水压式沼气池的沼液流动性能差，发酵原料不易深入发酵系统内部，菌种分布不均匀，降低了整个发酵系统的发酵效率，并且现有的U型发酵系统或者S型发酵系统，虽然解决了传统的沼气发酵系统的发酵路线短问题，但是，沼液的流动搅拌还是需要人工干预，使得农户使用沼气不方便。

本发明设计了多种促进沼液流动的方案，通过沼液的流动带动菌种的均匀分布，并促进进料，使得整个发酵系统的发酵效率提高，在沼液的流动过程中，不需要人工的干预，使用沼气更加方便，具体的方案如下。

第一种促进沼液流动搅拌的方案（以下简称第一种方案）。

进料管排水管上设置有控制水压间内沼液单向流入进料管的单向阀，出料管排水管上设置有控制出料管中沼液单向流入水压间的单向阀。

发酵原料通过进料管进入发酵系统内并在U型发酵管道内发酵产生沼气，沼气集聚于Ｕ型发酵管道内，占据Ｕ型发酵管道内的空间，挤压Ｕ型发酵管道内的沼液通过进料管侧壁的底部和出料管侧壁的底部流入进料管和出料管内，随着沼气气压的增加，进料管和出料管中的沼液液面不断上升；在单向阀的控制下，Ｕ型发酵管道内的沼液通过出料管排水管单向流入水压间内，并将出料管附近富含菌种的沼液带入水压间内；使用Ｕ型发酵管道内存储的沼气时，Ｕ型发酵管道内的沼气气压下降，水压间内存储的沼液通过出料管排水管单向回流至Ｕ型发酵管道内，水压间内的沼液回流过程中，将富含菌种的沼液带入进料管内，并通过流动的沼液带动发酵原料深入发酵系统内部；利用沼液的循环流动搅拌，促进整个发酵系统的发酵效率。

第二种促进沼液流动搅拌的方案（以下简称第二种方案）。

进料管排水管上设置有控制水压间内沼液单向流入进料管内的单向阀，出料管排水管的最低位置所在的水平面高于进料管排水管最低点所在的水平面。

发酵原料通过进料管进入发酵系统内并在U型发酵管道内发酵产生沼气，沼气集聚于Ｕ型发酵管道内，占据Ｕ型发酵管道内的空间，挤压Ｕ型发酵管道内的沼液通过进料管侧壁的底部和出料管侧壁的底部流入进料管和出料管内，随着沼气气压的增加，进料管和出料管中的沼液液面不断上升；在进料管排水管单向阀的控制下，U型发酵管道内的沼液通过出料管排水管流入水压间内，随着U型发酵管道内沼气存储量的增加，U型发酵管道内沼液流入水压间的量越大；使用U型发酵管道内存储的沼气，U型发酵管道内沼气气压下降，水压间内存储的沼液通过进料管排水管单向回流至进料管内，并且水压间内存储的沼液还可以通过出料管排水管回流至出料管内，由于进料管排水管和出料管排水管的高低位置关系，使得水压间内较多的沼液通过进料管排水管单向回流至进料管中，并将含菌量丰富的沼液带入进料管内，利用沼液的流动促进发酵原料流入发酵系统内。

第三种促进沼液流动搅拌的方案（以下简称第三种方案）。

发酵管道内还设置有位于进料管侧壁和出料管侧壁之间的挡气板，挡气板至少有一个，优选的，挡气板为两个，进/出料管侧壁与相邻的挡气板之间或者相邻的挡气板之间形成一个发酵区，挡气板在竖直方向上的投影长度小于进/料管侧壁深入发酵管道内的长度，各个发酵区顶部连接有独立的导气管32，各个导气管32之间相互不连通，保证各个发酵区的相互独立，并且导气管32上设置有控制导气管开启和关闭的阀体。

进/出料管侧壁深入U型发酵管道内沼液液面以下长度小于U型发酵管道竖直方向上的长度的三分之二。

发酵原料通过进料管进入发酵系统内并在U型发酵管道内发酵产生沼气，沼气集聚于发酵管道内的各个发酵区中，发酵区中集聚的沼气占据发酵区内的空间，并挤压发酵区内的沼液流向相邻的发酵区，促进沼液的对流搅拌，沼液的对流搅拌过程中促进菌种均匀分布以及促进发酵原料流入发酵系统内；由于发酵原料、菌种等分布不均匀，使得各个发酵区的发酵效率不同，首先收集满沼气的发酵区继续产生的沼气通过挡气板底部流入相邻的发酵区内，直至发酵管道内的各个发酵区连通，并共同挤压发酵管道内的沼气流入进料管和出料管；利用沼气的气压作用，高效的促进沼液的对流搅拌。

使用任意一个发酵区内收集的沼气时，该发酵区内的沼气气压下降，相邻的发酵区的沼液流向该使用沼气的发酵区，U型发酵管道内的沼气空间减小，水压间内存储的沼液通过进料管排水管和出料管排水管回流至发酵管道内，补充减少的沼气空间。

第四种促进沼液流动搅拌的方案（以下简称第四种方案）。

在第三种方案的基础上进行改进，本发明还包括布菌装置，布菌装置由排水管、布菌管道和布菌孔组成，排水管一端侧连接水压间，另一端侧连接布菌管道，布菌管道为U型并且固定于U型发酵管道内，布菌管道在U型发酵管道内延伸并延伸至各个发酵区内，布菌管道上设置有多个竖直方向贯穿的布菌孔，优选地，排水管为多个并且分布于各个发酵区内。

发酵原料进入发酵管道内发酵产生沼气并在各个发酵区内积聚，沼气占据发酵区内的空间，挤压沼液对流，并最终流向进料管、出料管和布菌装置中，随着沼气气压的增大，发酵管道内的沼液通过进料管排水管、出料管排水管以及布菌装置的排水管流入水压间内，使得整个发酵系统内的沼液流动搅拌效果得到增强；使用任意一个发酵区内存储的沼气时，U型发酵管道内的沼气气压下降，使得水压间内存储的沼液通过进料管排水管、出料管排水管以及布菌装置的排水管回流至发酵管道内，从而完成沼液的循环流动，沼液的流动过程中带动菌种的均匀分布，以及促进进料。

第五种促进沼液流动搅拌的方案（以下简称第五种方案）。

在第四种方案的基础上进行改进，进料管排水管上设置有控制水压间内沼液单向流入进料管的单向阀，出料管排水管上设置有控制出料管内沼液单向流入水压间的单向阀，布菌装置的排水管与水压间连接位置的最低点所在的水平面高于出料管排水管最低点所在的水平面。

发酵管道内发酵产生沼气并且沼气在各个发酵区内积聚，沼气占据各个发酵区内的空间，挤压各个发酵区底部的沼液对流，并首先通过出料管排水管单向流入水压间内，待水压间内存储的沼液液面达到布菌装置的排水管与水压间连接位置的最低点时，发酵管道内的沼液还可以通过布菌装置的排水管流入水压间中，使得整个发酵管道内的沼液搅拌性能得到增强；使用任意一个发酵区中存储的沼气时，发酵管道内存储的沼气气压下降，使得水压间内存储的沼液通过进料管排水管单向回流至进料管内以及通过布菌装置的排水管回流至发酵管道内，当水压间内存储的沼液液面低于布菌装置的排水管与水压间连接位置的最低点时，水压间内存储的沼液通过进料管排水管单向流入进料管中，并将富含菌种的沼液带入进料管内，利用沼液的流向性促进进料。

第六种促进沼液流动搅拌的方案（以下简称第六种方案）。

在第四种方案的基础上进行改进，进料管排水管上设置有控制水压间内沼液单向流入进料管的单向阀，布菌装置的排水管上设置有控制水压间内沼液单向流入发酵管道的单向阀，出料管排水管的最低点所在的水平面高于进料管排水管最低点所在的水平面。

当出料管排水管的最低点所在的水平面低于布菌装置的排水管与水压间连接位置的最低点时；发酵管道内发酵产生沼气并在各个发酵区内积聚，沼气占据发酵管道内的空间，并挤压发酵管道内的沼液流向进料管、出料管、布菌装置中，发酵管道内的沼液通过出料管排水管流入水压间内，随着沼气量的增加，发酵管道内沼液流入水压间越多，水压间内沼液液面上升并可达到布菌装置的排水管与水压间的连接位置；使用任意一个发酵区内存储的沼气时，发酵管道内的沼气气压下降，使得水压间内存储的沼液通过进料管排水管和布菌装置的排水管单向回流至发酵管道内，以及通过出料管排水管回流至出料管中，当水压间内存储的沼液液面低于布菌装置的排水管与水压间连接位置时，水压间内存储的沼液通过进料管排水管单向回流至进料管中以及通过出料管排水管回流至出料管中，水压间内存储的沼液液面继续下降时，当水压间内存储的沼液液面低于出料管排水管最低点所在的水平面时，水压间内存储的沼液只能通过进料管排水管单向回流至进料管中，很显然，水压间内存储的沼液大部分通过进料管排水管回流至进料管内，并将富含菌种的沼液带入进料管中，利用流入进料管中的沼液，可以促进发酵原料流入发酵系统内，从而完成发酵系统的沼液循环流动搅拌。

当出料管排水管的最低点所在的水平面高于布菌装置的排水管与水压间连接位置的最低点时；发酵管道内的沼液通过出料管排水管流入水压间中，随着发酵管道内的沼气气压增大，发酵管道内沼液流入水压间的量也越多；使用任意一个发酵区内存储的沼气时，发酵管道内的沼气气压下降，水压间内存储的沼液通过进料管排水管和布菌装置的排水管单向回流至发酵管道内以及通过出料管排水管回流至出料管中，当水压间内存储的沼液液面低于出料管排水管最低点位置时，水压间内存储的沼液将通过进料管排水管和出料管排水管单向回流至发酵管道内，完成沼液的循环流动搅拌。

第七种促进沼液流动搅拌的方案（以下简称第七种方案）。

在第四种方案的基础上进行改进，进料管排水管上设置有控制水压间内沼液单向流入进料管的单向阀，出料管排水管上设置有控制出料管中沼液单向流入水压间的单向阀，布菌装置的排水管上设置有控制水压间内沼液单向流入发酵管道的单向阀。

发酵管道内发酵产生沼气并在发酵系统内积聚，挤压发酵系统内的沼液流向进料管、出料管以及布菌装置，在单向阀的控制下，发酵管道内的沼液只能通过出料管排水管单向流入水压间内，并将出料管附近富含菌种的沼液带入水压间内；使用发酵管道内存储的沼气时，发酵管道内沼气气压下降，水压间内存储的沼液分别通过进料管排水管以及通过布菌装置的排水管单向流入至发酵管道内，从而完成沼液的循环流动；在沼液的循环流动过程中，促进了菌种的均匀分布以及促进进料管附近的发酵原料深入发酵系统内，提高整个发酵系统的发酵效率。

当布菌装置的排水管与水压间的连接位置最低点所在的水平面高于出料管排水管最低点所在的水平面时；水压间中存储的沼液回流过程中，当水压间内存储的沼液液面低于布菌装置的排水管最低点时，水压间内存储的沼液只能通过进料管排水管单向回流至进料管中，从而将富含菌种的沼液带入进料管中。

第八种促进沼液流动搅拌的方案（以下简称第八种方案）。

在第四种方案的基础上进行改进，进料管排水管上设置有控制水压间内沼液单向流入进料管的单向阀，出料管排水管上设置有控制出料管中沼液单向流入水压间的单向阀，布菌装置的排水管上设置有控制发酵管道内的沼液单向流入水压间的单向阀，布菌装置的排水管与水压间的连接位置最低点所在的水平面高于出料管排水管最低点所在的水平面。

发酵管道内发酵产生沼气并在发酵系统内积聚，挤压发酵系统内的沼液流向进料管、出料管以及布菌装置，在单向阀的控制下，发酵管道内的沼液首先通过出料管排水管单向流入水压间，水压间内的沼液液面不断上升并达到布菌装置的排水管最低位置时，发酵管道内的沼液再通过布菌装置的排水管单向流入水压间内；使用发酵管道内存储的沼气时，发酵管道内的沼气气压下降，水压间内存储的沼液通过进料管排水管单向流入进料管内，完成沼液的循环流动，将富含菌种的沼液带入进料管内并且流动的沼液促进发酵原料流入发酵系统内，达到促进进料的效果。

第九种促进沼液流动搅拌的方案（以下简称第九种方案）。

在第四种方案的基础上进行改进，进料管排水管上设置有控制水压间内沼液单向流入进料管的单向阀，出料管排水管上设置有控制出料管中沼液单向流入水压间的单向阀，布菌装置的排水管上设置有控制发酵管道内的沼液单向流入水压间的单向阀，布菌装置的排水管与水压间的连接位置最低点所在的水平面低于出料管排水管最低点所在的水平面。

发酵管道内发酵产生沼气并在发酵管道内积聚，随着沼气气压的增大，挤压发酵管道内的沼液流向进料管、出料管以及布菌装置内，在单向阀的控制下，发酵管道内的沼液先通过布菌装置的排水管单向流入水压间内，待水压间内的沼液液面达到出料管排水管的最低位置时，出料管中的沼液再通过出料管排水管单向流入水压间内；使用发酵管道内的存储的沼气时，发酵管道内的沼气气压下降，水压间内存储的沼液通过进料管排水管单向流入进料管内，完成沼液的循环流动，水压间内的沼液回流至进料管过程中，将富含菌种的沼液带入进料管内并且流动的沼液促进发酵原料流入发酵系统内，达到促进进料的效果。

第八种方案与第九种方案的比较，第八种方案主要侧重于沼液的循环流动，并将富含菌种的沼液带入水压间中，利用水压间中沼液的回流，促使富含菌种的沼液流入发酵管道内的各个位置，提高菌种的均匀分布；第九种方案主要侧重于沼液的对流搅拌，发酵管道内的沼液首先通过布菌装置的布菌管道流入水压间中，促进了整个发酵系统内的沼液对流搅拌，在利用沼液的对流搅拌，促进菌种的均匀分布，提高整个发酵系统的发酵效率。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本发明中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或者范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限定于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.水压式马蹄形沼液循环对流的高效沼气池，由进料管、出料管、U型发酵管道、水压间构成，其特征在于，进料管和出料管可拆卸的插入U型发酵管道两端侧并且进料管侧壁和出料管侧壁深入U型发酵管道内，水压间放置于U型发酵管道顶部，水压间与进料管之间连接有水平放置的进料管排水管，水压间与出料管之间连接有水平放置的出料管排水管，U型发酵管道上设置有导气管；发酵管道内还设置有位于进料管侧壁和出料管侧壁之间的挡气板，挡气板至少有一个，进/出料管侧壁与相邻的挡气板之间或者相邻的挡气板之间形成一个发酵区，各个发酵区顶部连接有独立的导气管，导气管上设置有阀体；发酵系统还包括布菌装置，布菌装置由排水管、布菌管道和布菌孔组成，排水管一端侧连接水压间，另一端侧连接布菌管道，布菌管道为U型并且固定于U型发酵管道内，布菌管道在U型发酵管道内延伸并延伸至各个发酵区内，布菌管道上设置有多个竖直方向贯穿的布菌孔；进料管排水管上设置有控制水压间内沼液单向流入进料管的单向阀，布菌装置的排水管上设置有控制水压间内沼液单向流入发酵管道的单向阀，出料管排水管的最低点所在的水平面高于进料管排水管最低点所在的水平面。

2.根据权利要求1所述的水压式马蹄形沼液循环对流的高效沼气池，其特征在于，排水管为多个并且分布于各个发酵区内。

3.根据权利要求2所述的水压式马蹄形沼液循环对流的高效沼气池，其特征在于，进料管和出料管深入U型发酵管道内的侧壁在竖直方向上的投影长度小于U型发酵管道竖直方向高度的三分之二。

4.根据权利要求3所述的水压式马蹄形沼液循环对流的高效沼气池，其特征在于，水压间顶部采用密封结构并且水压间顶部还连通有与大气连通的排气管。