CN108341574A - 一种粪便用环保沼气发生系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粪便用环保沼气发生系统。本发明包括沼气池，与沼气池连通的粪便存储罐，所述沼气池包括具有进料口和出料口的沼气池本体；所述沼气池本体内的进料口上连接有伸入沼气池本体底部的进料管道；所述粪便存储罐的物料出口通过连接管道与进料口连通；所述沼气池本体内安装有溢流装置，沼气池本体顶端设置有溢流口；所述溢流装置包括一端端口伸入沼液内的溢流管；所述溢流管的另一端与溢流口连通，且溢流口上连通有溢流外管；溢流外管位于沼气池本体外部，出料口位于沼气池本体底端位置处；所述出料口上设置有截止阀，所述连接管道和溢流外管上分别设置有一个单向阀。本发明具有自动进料和出料等优点。
Description
技术领域
本发明属于粪便处理领域，具体涉及一种粪便用环保沼气发生系统。
背景技术
沼气是有机物质在厌氧环境中，在一定的温度、湿度、酸碱度的条件下，通过微生物发酵作用，产生的一种可燃气体。
随着我国经济的发展、社会的进步，城市居民生活得到进一步的提高，但农村居民生活仍存在很多问题。由于人类活动频繁，大量消耗能源、大量露天堆放秸秆和畜禽粪便等，造成了大量二氧化碳排放，加重了温室效应。
为全面建设小康社会，社会主义新农村建设显得十分必要。这就要求发展农村生态农业生产方式，改善农村环境，增加农民收入的宏伟目标。其中综合利用沼气池就是改变农村环境的一个重要途径，沼气池的使用，一定程度上能减少以上问题的产生。且，建设一个沼气池可以使用20年左右，综合利用好沼气池不仅可以节约能源、改善和保护环境，还有节约化肥和农药、提高农作物的产量和质量、促进和带动饲养业的发展等诸多好处。
现有技术中，沼气池中的进料和出料通常是人为的去设置，有采用人工定时进出料的方式，也有采用电学控制的方式实现物料的进出。但无论何种方式，都无法及时根据沼气池内实时情况实时调整进出物料的量和时间，尤其是当人工失误或电子器件损坏时，容易导致进出料不可控、沼气产生量不可控的情况发生。
但当沼气池中沼气的使用量不大时，容易导致沼气在沼气池中大量堆积，进而会极大地增加池内压力，容易引起安全隐患。为了解决上述问题，现有技术中通常的做法有两种，一种是直接排出到大气中，缓解沼气池内压力，该方法会导致能量浪费以及环境污染，当沼气中的甲烷和空气按照一定比例混合时，还可能引起爆炸，引发安全隐患；第二种是会在沼气池外另外设置一个气体收集装置备用，但对于普通家庭而言，通常池内沼气过量的情况较少，如果单独设置一个气体收集装置，不仅仅增加成本，而且增加占地面积和安全隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有技术中当人工失误或电子器件损坏时，无法及时根据沼气池内实时情况实时调整进出物料的量和时间，容易导致进出料不可控的情况发生的问题，目的在于提供解决上述问题的一种粪便用环保沼气发生系统。
本发明通过下述技术方案实现：
一种粪便用环保沼气发生系统，包括沼气池，与沼气池连通的粪便存储罐，所述沼气池包括具有排气口、进料口和出料口的沼气池本体；所述沼气池本体内的进料口上连接有伸入沼气池本体底部的进料管道，排气口位于沼气池本体的顶端位置处；
所述粪便存储罐的物料出口通过连接管道与进料口连通；所述沼气池本体内安装有溢流装置，沼气池本体顶端设置有溢流口；所述溢流装置包括一端端口伸入沼液内的溢流管；所述溢流管的另一端与溢流口连通，且溢流口上连通有溢流外管；溢流外管位于沼气池本体外部，出料口位于沼气池本体底端位置处；
所述出料口和排气口上设置有截止阀，所述连接管道和溢流外管上分别设置有一个单向阀，所述溢流外管上的单向阀的流向为从沼气池本体内部朝向沼气池本体外部，所述连接管道上的单向阀的流向为从沼气池本体外部朝向沼气池本体内部；
所述粪便存储罐内粪便的顶端水平高度不高于溢流口位置处的水平高度。
本发明通过上述结构的设置，使用时，关闭出料口上的截止阀，打开排气口上的截止阀，持续将粪便加入到粪便存储罐中，粪便存储罐中的粪便通过单向阀流入到沼气池本体内，当溢流口位置处的溢流外管有粪便流出时，通过排气口进行抽空气，空气抽出完成后，关闭排气口上的截止阀，沼气池本体内形成负压，在负压作用下，持续将粪便存储罐中的粪便抽入到沼气池本体内直至填满；继续向粪便存储罐中添加粪便，当溢流口位置处的溢流外管再次有粪便流出时，停止向粪便存储罐中添加粪便，此时粪便存储罐内粪便的顶端水平高度与沼气池本体上溢流口的高度保持一致。由于粪便存储罐中的粪便高度与溢流口位置处的高度一致，不存在压差的关系，因此，粪便存储罐内粪便停止输入到沼气池本体内。沼气池本体内粪便开始发酵产生气体，一段时间后，气体增多进而导致沼气池本体内压力升高，从而将沼气池本体内部分粪便通过溢流管从沼气池本体内导出，维持沼气池本体内压力，当从溢流管中排出的液体体积等于沼气池本体内部溢流口上部的空间大小时，沼气池本体内部上部气体的压力等于一个标准大气压；然后，持续发酵，在持续发酵的状态下，沼气池本体内部上部气体的压力持续增加，进而继续将沼气池本体内部的沼液粪便从溢流口压出，进而保持沼气池本体内部的压力平衡，保证运行的安全。
当使用沼气时，通过排气口导出气体，进而使沼气池本体内压力降低，由于出料口上的截止阀以及两个单向阀的协同作用，有效将粪便存储罐内粪便吸入到沼气池本体内，为沼气池本体补充发酵物质，实现持续发酵。
本发明无需人工确定加入沼气池本体的物质的量，只需要将粪便加入到粪便存储罐中，保证粪便存储罐中粪便的顶端水平高度不高于溢流口位置处的水平高度即可，粪便的加入更加自动方便，效果十分显著。
进一步，所述溢流装置还包括放置在沼气池本体中沼液表面的浮板，固定在浮板下方的浮子；所述溢流管包括贯穿浮板且伸入到沼液内的溢流内管，以及一端与溢流内管的顶端端口连通、另一端与溢流口连通的连接软管；所述溢流内管固定在浮板上，设伸入到沼液内的溢流内管的长度为L，则L小于20cm。
本发明中的浮板会跟随沼液的升降而升降，始终位于沼气池本体中沼液的表面，因而能有效在沼气含量增加导致沼气池本体中压力增加时，仅仅将沼液压出沼气池本体。因而，通过上述结构的设置，在沼气过量的情况下，不用排出沼气，通过沼气的压力将沼液压入到溢流内管中，通过连接软管将压入溢流内管的沼液排出到溢流外管，进而从溢流外管排出沼气池本体，缓解沼气池本体内的压力，解决沼气堆积过多引起的安全隐患。
本发明的方式通过溢流内管和浮板之间的联合作用，使溢流内管底端一直保持处于沼液的上层清液中，因而仅仅只排出沼液中的上层清液，通过及时将上层清液排出降低沼气池本体内的压力，进而保证沼气池的安全。因而本发明在保证沼气池安全的情况下，不仅仅能有效避免沼气排出到空气中，降低甚至避免污染，有效节省沼气排空导致的能源浪费，以及沼气排空过程中存在的安全隐患；而且，通过本发明的设置也无需在沼气池外另增设一个沼气收集装置，减小增加沼气收集装置而增加的占地面积，同时减少增加气体收集装置的成本投入，效果更加显著。
而且，通过本发明结构的设置，还能有效隔离沼液中的浮渣，避免浮渣的排出，该设置不仅仅能最大化的利用浮渣发酵生成沼气，提高有机物的有效利用率，而且，还能有效避免浮渣的排出导致的环境污染，效果十分显著。
进一步，所述浮板下方的浮子为多个，浮子呈上大下小的圆锥形结构，在浮子之间的浮板上设置有通气孔。所述浮板由硬质塑料板制成，所述浮子由泡沫塑料制成，浮板通过浮子的作用漂浮在沼液表面。
通过上述结构的设置，能极大地方便发酵产生的气体排放到沼气池本体上部空间，保证浮板始终漂浮在沼液表面，避免气体从溢流内管排出，效果更加显著。
优选地，所述连接软管为不锈钢金属软管，所述连接软管的长度与沼气池本体的内壁高度相同。所述L的长度为5～10cm，所述浮子的高度小于L至少1cm。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明通过压差的原理，自动将沼气池本体内发酵后的粪便排出到沼气池本体外或将粪便存储罐内粪便吸入到沼气池本体内，进而有效实现沼气池本体内粪便的补充和排出，实现持续发酵；
2、本发明的方式能有效避免沼气排出到空气中，降低甚至避免污染，有效节省沼气排空而导致的能源浪费以及安全隐患；且本发明无需增加占地面积，并且减少成本投入，提高安全性能，效果更加显著；同时，通过浮板隔离沼液中的浮渣，防止浮渣通过溢流管排出，避免浮渣的排出污染环境，同时更好的利用浮渣发酵生成沼气，提高有机物的利用率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明中沼气池的内部结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-沼气池，2-粪便存储罐，3-连接管道，4-截止阀，5-单向阀，6-溢流外管；
11-进料口，12-出料口，13-沼气池本体，14-浮板，15-浮子，16-通气孔，17-溢流内管，18-进料管道，19-连接软管。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
一种粪便用环保沼气发生系统，如图1所示，包括沼气池1，与沼气池1连通的粪便存储罐2，所述沼气池1包括具有排气口、进料口11和出料口12的沼气池本体13；所述沼气池本体13内的进料口11上连接有伸入沼气池本体13底部的进料管道18；
所述粪便存储罐2的物料出口通过连接管道3与进料口11连通；所述沼气池本体13内安装有溢流装置，沼气池本体13上部设置有溢流口；所述溢流装置包括一端端口伸入沼液内的溢流管；所述溢流管的另一端与溢流口连通，且溢流口上连通有溢流外管6，溢流外管6的进料口与溢流口连通，溢流外管6的整体位置都低于溢流口位置，为了更好地达到液封的目的，该溢流外管6的出料口上连接有一个部分区段具有水流向上的方向流动的弯折件，弯折件整体高度均低于溢流口位置，如图1所示；溢流外管6位于沼气池本体13外部，出料口12位于沼气池本体13底端位置处，排气口位于沼气池本体13的顶端位置处；
所述排气口和出料口12上设置有截止阀4，所述连接管道3和溢流外管6上分别设置有一个单向阀5，所述溢流外管6上的单向阀5的流向为从沼气池本体13内部朝向沼气池本体13外部，所述连接管道3上的单向阀5的流向为从沼气池本体13外部朝向沼气池本体13内部；
所述粪便存储罐2内粪便的顶端水平高度不高于溢流口位置处的水平高度。本实施例中该溢流管为硬质管道，溢流管的一端端口伸入到沼气池本体13的底端位置处。
通过上述结构的设置，使用时，出料口12上的截止阀4持续关闭，具体工作过程如下：
(1)持续将粪便加入到粪便存储罐2中，粪便存储罐2中的粪便通过单向阀5流入到沼气池本体13内；
(2)由于出料口12上设置的截止阀4关闭，排气口上设置的截止阀开启，连接管道3和溢流外管6上分别设置有一个单向阀5，此时，粪便通过单向阀5的作用从粪便存储罐2流入到沼气池1中，当沼气池1中粪便高度高于溢流口位置时，粪便会从溢流口位置处的溢流外管6流出；此时，开启排气口上的截止阀，通过排气口对沼气池本体13进行抽真空，沼气池本体13内会出现负压，由于出料口12上的截止阀4关闭，单向阀5的单向导流作用，负压作用会持续将粪便存储罐2中的粪便抽入到沼气池本体13内直至填满，此时关闭排气口上的截止阀；
(3)然后继续向粪便存储罐2中添加粪便，当溢流口位置处的溢流外管6再次有粪便流出时，停止向粪便存储罐2中添加粪便，当溢流口位置处的溢流外管6没有粪便流出时，粪便存储罐2内粪便的顶端水平高度与沼气池本体13上溢流口位置处的高度会保持一致，因而，粪便存储罐2顶端液面与溢流口位置处之间不存在压差的关系，保证粪便不会从溢流口流出；此时，粪便存储罐2内粪便也将停止输入到沼气池本体13内；
(4)沼气池本体13内粪便开始发酵产生气体，一段时间后，气体增多进而导致沼气池本体13内压力升高，由于单向阀的作用，避免了压力将粪便从连接管道3处返回到粪便存储罐2，仅仅将部分粪便通过溢流管从沼气池本体13内导出，维持沼气池本体13内压力平衡，当从溢流管中排出的液体体积等于沼气池本体13内部溢流口上部的空间大小时，沼气池本体13内部上部气体的压力等于一个标准大气压；
(5)持续发酵的状态下，沼气池本体13内部上部气体的压力增加，为保证运行的安全，在压力增加的情况下，将沼气池本体13内部的粪便持续压出，缓解压力；
(6)当使用沼气时，打开排气口上的截止阀，通过排气口导出气体，进而使沼气池本体13内压力降低，通过出料口上的截止阀4以及两个单向阀5的协同作用，有效将粪便存储罐2内粪便吸入到沼气池本体13内，为沼气池本体13补充发酵物质，实现持续发酵；不使用沼气时，关闭排气口上的截止阀即可；
最后，重复上述步骤(5)和(6)即可有效实现自动加料和自动排料的效果。
当需要维护检修时，只需先打开排气口上的截止阀将沼气排放完后，再打开出料口12上的截止阀4将沼液排出即可。
现有技术中当沼气池中沼气的使用量不大时，容易导致沼气在沼气池中大量堆积，进而会极大地增加池内压力，容易引起安全隐患。为了解决上述问题，现有技术中通常的做法有两种，一种是直接排出到大气中，缓解沼气池内压力，该方法会导致能量浪费以及环境污染，当沼气中的甲烷和空气按照一定比例混合时，还可能引起爆炸，引发安全隐患；第二种是会在沼气池外另外设置一个气体收集装置备用，但对于普通家庭而言，通常池内沼气过量的情况较少，如果单独设置一个气体收集装置，不仅仅增加成本，而且增加占地面积和安全隐患。
本发明通过上述结构的优化设置，不仅仅能有效达到自动进出料的目的，而且还能在沼气使用量较小时增加沼气池中气体容量的目的，避免了沼气排空导致的安全隐患，也同时避免另外增设沼气存贮装置而导致的占地面积大、成本投入高等问题，效果十分显著。
由于气体存储较多的情况下，其排出的粪便也较多，因而发酵的物质也相应减少，发酵产生的气体也相应大幅度减少，自动延长沼气在沼气池本体1中的存储时间，进一步提高实用性。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中进一步优化了溢流装置的结构，本实施例的具体设置如下：
所述溢流装置还包括放置在沼气池本体13中沼液表面的浮板14，固定在浮板14下方的浮子15；溢流管包括贯穿浮板14且伸入到沼液内的溢流内管17，以及一端与溢流内管17的顶端端口连通、另一端与溢流口连通的连接软管19；所述溢流内管17固定在浮板14上，设伸入到沼液内的溢流内管17的长度为L，则L小于20cm。
通过本发明结构的设置，还能有效隔离沼液中的浮渣，避免浮渣的排出，该设置不仅仅能最大化的利用浮渣发酵生成沼气，提高有机物的有效利用率，而且，还能有效避免浮渣的排出导致的环境污染，效果十分显著。
实施例3
本实施例与实施例2的区别在于，本实施例中进一步优化了浮板14、浮子15和连接软管19的结构，具体设置如下：
所述浮板14下方的浮子15为多个，浮子15呈上大下小的圆锥形结构，在浮子15之间的浮板14上设置有通气孔16。所述浮板14由硬质塑料板制成，所述浮子15由泡沫塑料制成，浮板14通过浮子15的作用漂浮在沼液表面。
所述连接软管19为不锈钢金属软管，所述连接软管19的长度与沼气池本体13的内壁高度相同。所述L的长度为5～10cm，所述浮子15的高度小于L至少1cm。
通过上述结构的设置，能有效保证浮板始终漂浮在沼液的表面，且方便沼液中生成的沼气堆积到沼气池本体的顶端，不影响沼气的生成。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种粪便用环保沼气发生系统，包括沼气池(1)，与沼气池(1)连通的粪便存储罐(2)，所述沼气池(1)包括具有排气口、进料口(11)和出料口(12)的沼气池本体(13)；所述沼气池本体(13)内的进料口(11)上连接有伸入沼气池本体(13)底部的进料管道(18)，所述排气口位于沼气池本体(13)的顶端位置处；其特征在于，
所述粪便存储罐(2)的物料出口通过连接管道(3)与进料口(11)连通；所述沼气池本体(13)内安装有溢流装置，沼气池本体(13)上部设置有溢流口；所述溢流装置包括一端端口伸入沼液内的溢流管；所述溢流管的另一端与溢流口连通，且溢流口上连通有溢流外管(6)；溢流外管(6)位于沼气池本体(13)外部，出料口(12)位于沼气池本体(13)底端位置处；
所述出料口(12)和排气口上均设置有截止阀(4)，所述连接管道(3)和溢流外管(6)上分别设置有一个单向阀(5)，所述溢流外管(6)上的单向阀(5)的流向为从沼气池本体(13)内部朝向沼气池本体(13)外部，所述连接管道(3)上的单向阀(5)的流向为从沼气池本体(13)外部朝向沼气池本体(13)内部；
所述粪便存储罐(2)内粪便的顶端水平高度不高于溢流口位置处的水平高度。
2.根据权利要求1所述的一种粪便用环保沼气发生系统，其特征在于，所述溢流装置还包括放置在沼气池本体(13)中沼液表面的浮板(14)，固定在浮板(14)下方的浮子(15)；溢流管包括贯穿浮板(14)且伸入到沼液内的溢流内管(17)，以及一端与溢流内管(17)的顶端端口连通、另一端与溢流口连通的连接软管(19)；所述溢流内管(17)固定在浮板(14)上，设伸入到沼液内的溢流内管(17)的长度为L，则L小于20cm。
3.根据权利要求1所述的一种粪便用环保沼气发生系统，其特征在于，所述浮板(14)下方的浮子(15)为多个，浮子(15)呈上大下小的圆锥形结构，在浮子(15)之间的浮板(14)上设置有通气孔(16)。
4.根据权利要求1所述的一种粪便用环保沼气发生系统，其特征在于，所述浮板(14)由硬质塑料板制成，所述浮子(15)由泡沫塑料制成，浮板(14)通过浮子(15)的作用漂浮在沼液表面。
5.根据权利要求1所述的一种粪便用环保沼气发生系统，其特征在于，所述连接软管(19)为不锈钢金属软管，所述连接软管(19)的长度与沼气池本体(13)的内壁高度相同。
6.根据权利要求1所述的一种粪便用环保沼气发生系统，其特征在于，所述L的长度为5～10cm，所述浮子(15)的高度小于L至少1cm。
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