CN105779281B - 特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池 - Google Patents

特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池，包括：池主体、保温底和集热顶，池主体侧壁呈螺旋状且最内一圈为保温水箱、底部为呈圆弧状且向下凹陷的钢板，钢板内侧铺有热水循环盘管，流道内分段设置有搅拌机，物料在其内进行螺旋单向循环发酵；保温底采用圈梁作为侧壁，圈梁内为复合保温层，池主体的底部设置在复合保温层之上；集热顶利用太阳能集热，向保温水箱和热水循环盘管提供热水，包括：集热水箱和外罩。本发明的有益之处在于：(1)池主体侧壁呈螺旋状，新料与旧料不互混，新料发酵充分，排出的旧料中无新料、无病毒和病菌；(2)可在50℃‑55℃下高温运行，产气率达到普通池的3倍以上；(3)可一体化建造成任意大小。

Description

特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池
技术领域
本发明涉及一种发酵池，具体涉及一种特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池，属于发酵技术领域。
背景技术
沼气池，又名发酵池，其建设和使用是一项绿色环保工程。
目前，已有的发酵池主要存在以下一些问题：
一、干湿不兼容
现有的发酵池，分为湿法发酵池和干法发酵池，二者不能兼容，即湿法发酵池不能用于干法发酵，干法发酵池不能用于湿法发酵。
二、高温发酵成本高
发酵池内的物料，其发酵所需要的温度完全依靠锅炉加热提供。若要进行高温发酵，则需要提供很多的热量来是物料达到高温，这就需要使用掉较多的能源，进而导致产气的成本加大。
三、产气率受限
为了控制产气成本，现有的发酵池通常只进行中温发酵。然而，高温厌氧发酵产气率是中温厌氧发酵产气率的3倍以上，故相比于高温发酵，中温发酵的产气率受到了限制。
四、规模小、造价高
现有的发酵池，其最大只能建造成2500立方米的单体，规模小，所以造价高。
五、进料与排料混合
由于进料与排料混合，所以，一方面发酵不充分，排出的物料通常会带有好多未发酵的物料，不仅造成了物料浪费，而且还带来了二次环境污染；另一方面还有好多多年发酵完成的物料，将永远无法排出池体，占据池体，造成池体容积减少，进而导致产气量减少。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池，包括：池主体(1)、保温底(2)和集热顶(3)，三者密封连接，为发酵提供厌氧环境，其特征在于，
前述池主体(1)的侧壁(101)呈螺旋状，最外一圈设置有保温层，最内一圈采用保温水箱作为池壁，保温水箱中的热水来自集热顶(3)，池主体(1)的底部(102)为呈圆弧状且向下凹陷的钢板，前述钢板的内侧铺设有热水循环盘管(103)，热水循环盘管(103)内的热水来自集热顶(3)，池主体(1)的流道内分段设置有若干搅拌机(4)，物料从池主体(1)的最外圈进入到池主体(1)内，在池主体(1)内经过螺旋单向循环厌氧发酵后，从最内圈的底部排出池主体(1)，厌氧发酵过程中产生的沼气通过沼气导管进入到储气柜中；
前述保温底(2)呈圆弧状，向下凹陷，大小和凹陷的弧度与池主体(1)的底部(102)保持一致，保温底(2)采用圈梁(201)作为侧壁，圈梁(201)内为复合保温层，前述复合保温层从下至上依次包括：原土夯实层(202)、素混凝土垫层(203)、第一防水层(204)、第一钢筋混凝土层(205)、第二防水层(206)和第二钢筋混凝土层(207)，池主体(1)的底部(102)焊接在第二钢筋混凝土层(207)之上；
前述集热顶(3)利用太阳能集热，包括：集热水箱(301)和外罩(302)，集热水箱(301)在下、外罩(302)在上，二者密封连接，集热水箱(301)上设置有热水出口和冷水回收口；
池主体(1)中的保温水箱、热水循环盘管(103)以及集热顶(3)中的集热水箱(301)三者是贯通的，集热水箱(301)中的热水通过热水循环泵(9)送入池主体(1)中的保温水箱和热水循环盘管(103)中，形成热水循环，保温水箱和热水循环盘管(103)中的冷水通过冷水循环泵(10)送回集热水箱(301)中，形成冷水循环，热水循环泵(9)和冷水循环泵(10)的启闭由控制柜和温度传感器自动控制。
前述的特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池，其特征在于，前述侧壁(101)的最外圈的保温层包括：热水保温层(104)和空气保温层(105)，热水保温层(104)在内、空气保温层(105)在外，热水保温层(104)中的热水来自集热顶(3)。
前述的特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池，其特征在于，前述空气保温层(105)的中间设置有纸浆板，前述纸浆板的内外两面粘接有防辐射铝箔。
前述的特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池，其特征在于，前述第一钢筋混凝土层(205)为双向2-4层钢筋混凝土层，其上表面还浇筑有肋筋(208)，前述肋筋(208)呈放射状布置，肋筋(208)和第一钢筋混凝土层(205)均位于第二防水层(206)的下方。
前述的特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池，其特征在于，前述第二防水层(206)的上表面铺设有防辐射铝箔(209)。
前述的特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池，其特征在于，前述防辐射铝箔(209)的上表面铺设有高密度泡沫苯板(210)，高密度泡沫苯板(210)位于第二钢筋混凝土层(207)的下方。
前述的特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池，其特征在于，前述集热顶(3)的集热水箱(301)采用钢板和铝板制成，钢板作底面，铝板做侧面和顶面，底面的内侧焊接有若干道工字钢上翻梁、外侧涂有重防腐涂料，顶面的外表面涂有吸热涂料。
前述的特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池，其特征在于，前述集热顶(3)的外罩(302)采用双中空pc板或者中空钢化玻璃制成，并且呈北面高、南面低的坡型结构。
前述的特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池，其特征在于，还包括：进料排料连体池(5)，前述进料排料连体池(5)由两圈池壁共同围成，其中，内圈池壁所围成的空间为进料池(501)，外圈池壁与内圈池壁之间的空间为排料池(502)，进料池(501)内的待发酵物料通过进料管(503)进入到池主体(1)中，发酵完毕的物料通过排料管(504)排出到排料池(502)中，发酵完毕的物料带有余热高温，能够为进料池(501)内的待发酵物料增温。
前述的特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池，其特征在于，前述进料排料连体池(5)的上方建有阳光房。
本发明的有益之处在于：
(1)池主体的侧壁呈螺旋状，物料从最外圈进入到池主体内，在池主体内经过螺旋单向循环厌氧发酵后，从最内圈的底部排出池主体，新料与池中旧料不互混，新料发酵充分，产气完全，排出的旧料中无新料、无病毒和病菌，达到了无公害化排放，填补了国内空白；
(2)集热顶利用太阳能集热，集热水箱的涂有吸热涂料的铝板空载运行温度可达到150℃-200℃，满水后温度可达到85℃-95℃，池主体在50℃-55℃下高温运行，产气率是2.5--3.5m3/d.m3，而普通池产气率仅0.7m3/d.m3，产气率达到普通池的3倍以上，这是国内外没有的先例；
(3)可以一体化建造成任意大小，小到几十立方米，大到几万立方米，解决了传统沼气池只能建造2500立方米左右的问题，规模增大，不仅产气率得到提高，而且造价得到降低。
附图说明
图1是本发明的发酵池的主视图；
图2是本发明的池主体和进料排料连体池的俯视图；
图3是图1中的保温底的剖面图。
图中附图标记的含义：1-池主体、2-保温底、3-集热顶、4-搅拌机、5-进料排料连体池、6-溢流管、7-检测井、8-检测天窗、9-热水循环泵、10-冷水循环泵、101-侧壁、102-底部、103-热水循环盘管、104-热水保温层、105-空气保温层、201-圈梁、202-原土夯实层、203-素混凝土垫层、204-第一防水层、205-第一钢筋混凝土层、206-第二防水层、207-第二钢筋混凝土层、208-肋筋、209-防辐射铝箔、210-高密度泡沫苯板、301-集热水箱、302-外罩、501-进料池、502-排料池、503-进料管、504-排料管。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参照图1，本发明的干湿两用的特大型螺旋单向循环高温厌氧发酵池，其包括：池主体1、保温底2和集热顶3，三者密封连接，为发酵提供厌氧环境。
下面分别详细介绍池主体、保温底和集热顶的结构。
一、池主体
参照图1和图2，池主体1的侧壁101呈螺旋状，最外一圈设置有保温层，最内一圈采用保温水箱作为池壁，保温水箱中的热水来自集热顶3，池主体1的底部102为呈圆弧状且向下凹陷的钢板，该钢板的表面涂刷重防腐涂料，并且内侧铺设有热水循环盘管103，热水循环盘管103用于从底部加温池主体1中的物料，其内的热水来自集热顶3，池主体1的流道内分段设置有若干搅拌机4，物料从池主体1的最外圈进入到池主体1内，在池主体1内经过螺旋单向循环厌氧发酵后，从最内圈的底部排出池主体1，厌氧发酵过程中产生的沼气通过沼气导管(未图示)进入到储气柜(未图示)中。
池主体1呈螺旋状，在搅拌机4的搅动下，物料在流道内螺旋单向循环向前推进，最终流到池主体1的中心部位，该中心部位即物料发酵完成的末端，由于进料与排料是分开的，所以排出的物料中不会带有未发酵的物料，既避免了物料浪费，又避免了二次环境污染。
由于在流道内分段设置了搅拌机4，搅拌机4可对物料进行分段搅拌、分段接种菌种，所以确保了物料的充分发酵。经检测，排出的废料沼渣与沼液中均无病毒及大肠杆菌，技术指标高于国家规定的标准。
作为一种优选的方案，侧壁101的最外圈的保温层包括：热水保温层104和空气保温层105，热水保温层104在内、空气保温层105在外，热水保温层104中的热水来自集热顶3。
更为优选的是，空气保温层105的中间设置有纸浆板(未图示)，纸浆板的内外两面粘接有防辐射铝箔(未图示)，内侧的防辐射铝箔能够把热水保温层104内的热量反射到池主体1内，外侧的防辐射铝箔能够把温度较低的空气反射到外面。
由于池主体1内的物料全部被热水箱(保温水箱、热水保温层)包围，所以通过温度传感器(未图示)就可以控制热水箱永远恒温运行，促使池主体1内的物料水解、酸化、发酵产生大量沼气。
作为一种优选的方案，池主体1的进料端设置有溢流管6。排入到池主体1中的物料超过设计标准时，多余物料就会通过自动回流的溢流管6回流到进料池中。溢流管6的顶端敞口与集热顶3最低点之间的垂直距离≥100mm，以防止集热顶3的集热水箱高温杀死池主体1内的发酵菌种。
作为一种优选的方案，池主体1的进料端设置有地下式检测井7，井内设置有鼓风机(未图示)，同时，集热顶3的外罩302上设置有检测天窗8，窗口处安装有排风扇(未图示)，鼓风机和排风扇用于净化池主体1内部的空气，以便安全检修。
为了防止池主体1的进料端的池壁被物料压力传导涨坏，我们在池壁的内侧焊接了支拉点，通过支拉点和支拉线我们实现了支撑与拉接池主体1的进料端的池壁，使其牢固、不变形。
二、保温底
发酵池的底部约占发酵池表面积的1/3-1/4，散热面积很大，传统的发酵池不但未考虑发酵池底部的保温问题，也未考虑发酵池底部的增温问题。
本发明的发酵池，其底部不仅具有良好的保温效果，而且还具有良好的增温效果。
参照图1和图3，保温底2呈圆弧状，向下凹陷，其大小和凹陷的弧度与池主体1的底部102保持一致，该种形状的保温底整体性和力分散性好，不仅可以抵抗几百吨乃至上万吨物料所产生的向下的巨大压力，而且自身可以产生向上的反作用力，使压力接近平衡状态，从而有利于降低保温底2涨开、断裂、漏水的危险。保温底2采用圈梁201作为侧壁，圈梁201内为复合保温层，该复合保温层从下至上依次包括：原土夯实层202、素混凝土垫层203、第一防水层204、第一钢筋混凝土层205、第二防水层206和第二钢筋混凝土层207。使用时，池主体1的底部102焊接在第二钢筋混凝土层207之上。在该复合保温层中，第二防水层206用来防止水渗漏及防止因潮湿导热降温；第二钢筋混凝土层207一方面为了防止池主体1的底部102(钢板)凹陷，另一方面为了防止焊接池主体1的底部102(钢板)时，高温烧坏底部的其他结构，例如后面将要提到的高密度泡沫苯板210。
保温底2采用双层防水，既保证了保温底2干燥，又促进了保温底2保温，因为潮湿环境会加快导热、散热。
作为一种优选的方案，第一钢筋混凝土层205为双向2-4层钢筋混凝土层，保证了保温底2不会断裂、拉开，第一钢筋混凝土层205的上表面还浇筑有肋筋208，该肋筋208呈放射状布置，主要是对池主体1的底部102(钢板)起支承作用，防止池主体1的底部102(钢板)在物料的重压下塌陷，肋筋208和第一钢筋混凝土层205均位于第二防水层206的下方。
更为优选的是，第二防水层206的上表面铺设有防辐射铝箔209，防辐射铝箔209用来防止热量向保温底2的底部辐射散失，其可减少70％因辐射而散失的热量，同时用来将保温底2内的温度反射到池主体1中，大量减少向池主体1外的散热途径。
更为优选的是，防辐射铝箔209的上表面铺设有高密度泡沫苯板210，高密度泡沫苯板210位于第二钢筋混凝土层207的下方，能够防止对流与热量传导。
三、集热顶
参照图1，集热顶3利用太阳能集热，其包括：集热水箱301和外罩302，集热水箱301在下、外罩302在上，二者密封连接。其中，集热水箱301上设置有热水出口和冷水回收口。
作为一种优选的方案，集热顶3的集热水箱301采用钢板和铝板制成，钢板作底面，铝板做侧面和顶面，底面的内侧焊接有若干道工字钢上翻梁(未图示)、外侧涂有重防腐涂料，顶面的外表面涂有吸热涂料，涂有重防腐涂料的集热水箱301可耐35％硫酸腐蚀，工字钢上翻梁保证了集热水箱301的底面不会凹陷。
当阳光照射到集热水箱301的顶面时，涂有吸热涂料的铝板吸热，并把热量传递到集热水箱301内部的水中，从而加热集热水箱301内的水。
作为一种优选的方案，集热顶3的外罩302采用双中空pc板或者中空钢化玻璃制成，外罩302呈北面高、南面低的坡型结构，坡型结构便于吸热采光，只要有阳光就可以集热，由于干燥空气导热系数最低，仅0.023w/m.k(比泡沫苯板的导热系数0.05w/m.k低50％)，所以双中空pc板和中空钢化玻璃密封后，保温效果最好，可以有效减少空气对流与传导散热途径。
冬季及晚上可以在外罩302的外面覆盖铝箔卷帘，以防止温度向外辐射，保住集热水箱301内的温度不散失。
本发明的发酵池，其利用阳光集热，能够把阳光提供的热能存储于集热顶3的集热水箱301中，在池主体1内的物料需要加温时，通过热量交换使物料升温，不再依靠锅炉加热，一方面节约了能源，实现了节能减排，另一方面物料加热不再受产气成本制约，可以实现高温厌氧发酵。
经上万次实验证实，集热顶3利用太阳能集热，集热水箱301的涂有吸热涂料的铝板空载运行温度可达到150℃-200℃，满水后温度可达到85℃-95℃，池主体1在50℃-55℃下高温运行，产气率是2.5--3.5m3/d.m3，而普通池产气率仅0.7m3/d.m3，产气率达到普通池的3倍以上，这是国内外没有的先例。
发酵池保持恒温的过程是：当池主体1内物料的温度降低时，通过控制柜(未图示)及温度传感器(未图示)启动热水循环泵9，把集热水箱301内的高温热水送入侧壁101最内一圈的保温水箱中、热水保温层104中和热水循环盘管103中，进行热水循环，由于发酵池的各水箱和热水循环盘管103都是贯通的，因此池主体1完全被包围在保温水箱中，与此同时启动冷水循环泵10，把各水箱和热水循环盘管103中的低温水送回到集热水箱301内，从而形成冷热水循环；夏季温度过高时，还可以与自来水自动启动连接降温，从而始终保持池主体1内物料恒温。
此外，本发明的发酵池还包括：进料排料连体池。
四、进料排料连体池
下面详细介绍进料排料连体池的结构。
参照图2，进料排料连体池5由两圈池壁共同围成，其中，内圈池壁所围成的空间为进料池501，外圈池壁与内圈池壁之间的空间为排料池502。养殖场内的物料经过预处理后，通过地下管道流入到进料池501内，进料池501内的待发酵物料经过位于进料池501上部的搅拌机(未图示)搅拌均匀后，在进料泵(未图示)的带动下，经由进料管503进入到池主体1中，发酵完毕的物料通过排料管504排出到排料池502中，发酵完毕的物料(沼渣与沼液)带有余热高温，能够为进料池501内的待发酵物料增温，以利于向池主体1内进料时物料达到高温恒温产气。
作为一种优选的方案，进料排料连体池5的上方建有阳光房(未图示)。
本发明的发酵池可对人畜禽的粪便、作物秸秆以及餐厨垃圾进行发酵，发酵的类型包括：中温厌氧发酵、高温厌氧发酵。采用高温厌氧发酵时，产气率是传统池的3倍。同时，本发明的发酵池实现了干湿两用，既可以用来进行湿法发酵，又可以进行干法发酵，一池两用，大大提高了发酵池的使用率。
经实践，本发明的发酵池可以一体化建造成任意大小，小到几十立方米，大到几万立方米(属于超大型发酵池)，解决了传统沼气池只能建造2500立方米左右的问题，与中小型发酵池相比，不仅产气率得到大幅提高，而且工程造价可以减少两倍以上。
此外，本发明的发酵池，其既可以建造在地上，也可以建造在地下，还可以一部分建造在地上、一部分建造在地下，限制条件少，适用范围非常广泛。当然，发酵池以建在地下为优选，因为地下保温性能好，可以防止寒冷季节冷空气侵袭，从而保证发酵池内的物料正常发酵。
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池，包括：池主体(1)、保温底(2)和集热顶(3)，三者密封连接，为发酵提供厌氧环境，其特征在于，
所述池主体(1)的侧壁(101)呈螺旋状，最外一圈设置有保温层，最内一圈采用保温水箱作为池壁，保温水箱中的热水来自集热顶(3)，池主体(1)的底部(102)为呈圆弧状且向下凹陷的钢板，所述钢板的内侧铺设有热水循环盘管(103)，热水循环盘管(103)内的热水来自集热顶(3)，池主体(1)的流道内分段设置有若干搅拌机(4)，物料从池主体(1)的最外圈进入到池主体(1)内，在池主体(1)内经过螺旋单向循环厌氧发酵后，从最内圈的底部排出池主体(1)，厌氧发酵过程中产生的沼气通过沼气导管进入到储气柜中；
所述保温底(2)呈圆弧状，向下凹陷，大小和凹陷的弧度与池主体(1)的底部(102)保持一致，保温底(2)采用圈梁(201)作为侧壁，圈梁(201)内为复合保温层，所述复合保温层从下至上依次包括：原土夯实层(202)、素混凝土垫层(203)、第一防水层(204)、第一钢筋混凝土层(205)、第二防水层(206)和第二钢筋混凝土层(207)，池主体(1)的底部(102)焊接在第二钢筋混凝土层(207)之上；
所述集热顶(3)利用太阳能集热，包括：集热水箱(301)和外罩(302)，集热水箱(301)在下、外罩(302)在上，二者密封连接，集热水箱(301)上设置有热水出口和冷水回收口；
池主体(1)中的保温水箱、热水循环盘管(103)以及集热顶(3)中的集热水箱(301)三者是贯通的，集热水箱(301)中的热水通过热水循环泵(9)送入池主体(1)中的保温水箱和热水循环盘管(103)中，形成热水循环，保温水箱和热水循环盘管(103)中的冷水通过冷水循环泵(10)送回集热水箱(301)中，形成冷水循环，热水循环泵(9)和冷水循环泵(10)的启闭由控制柜和温度传感器自动控制。
2.根据权利要求1所述的特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池，其特征在于，所述侧壁(101)的最外圈的保温层包括：热水保温层(104)和空气保温层(105)，热水保温层(104)在内、空气保温层(105)在外，热水保温层(104)中的热水来自集热顶(3)。
3.根据权利要求2所述的特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池，其特征在于，所述空气保温层(105)的中间设置有纸浆板，所述纸浆板的内外两面粘接有防辐射铝箔。
4.根据权利要求1所述的特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池，其特征在于，所述第一钢筋混凝土层(205)为双向2-4层钢筋混凝土层，其上表面还浇筑有肋筋(208)，所述肋筋(208)呈放射状布置，肋筋(208)和第一钢筋混凝土层(205)均位于第二防水层(206)的下方。
5.根据权利要求4所述的特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池，其特征在于，所述第二防水层(206)的上表面铺设有防辐射铝箔(209)。
6.根据权利要求5所述的特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池，其特征在于，所述防辐射铝箔(209)的上表面铺设有高密度泡沫苯板(210)，高密度泡沫苯板(210)位于第二钢筋混凝土层(207)的下方。
7.根据权利要求1所述的特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池，其特征在于，所述集热顶(3)的集热水箱(301)采用钢板和铝板制成，钢板作底面，铝板做侧面和顶面，底面的内侧焊接有若干道工字钢上翻梁、外侧涂有重防腐涂料，顶面的外表面涂有吸热涂料。
8.根据权利要求1所述的特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池，其特征在于，所述集热顶(3)的外罩(302)采用双中空pc板或者中空钢化玻璃制成，并且呈北面高、南面低的坡型结构。
9.根据权利要求1至8任意一项所述的特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池，其特征在于，还包括：进料排料连体池(5)，所述进料排料连体池(5)由两圈池壁共同围成，其中，内圈池壁所围成的空间为进料池(501)，外圈池壁与内圈池壁之间的空间为排料池(502)，进料池(501)内的待发酵物料通过进料管(503)进入到池主体(1)中，发酵完毕的物料通过排料管(504)排出到排料池(502)中，发酵完毕的物料带有余热高温，能够为进料池(501)内的待发酵物料增温。
10.根据权利要求9所述的特大型螺旋式自动高温厌氧发酵池，其特征在于，所述进料排料连体池(5)的上方建有阳光房。
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