本發(fā)明涉及一種用在養(yǎng)殖污水處理領(lǐng)域的厭氧消化裝置，具體涉及的是一種以覆膜為主體材料的厭氧發(fā)酵裝置及其工藝。

背景技術(shù)：
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厭氧發(fā)酵裝置作為廢棄物在厭氧條件下通過微生物的代謝活動(dòng)消化降解大部分有機(jī)物并產(chǎn)生甲烷和二氧化碳等氣體的反應(yīng)器，在養(yǎng)殖污水處理領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，國內(nèi)外諸多研究機(jī)構(gòu)在厭氧消化工藝技術(shù)、型體結(jié)構(gòu)及主體材料、應(yīng)用效應(yīng)等方面作了大量的基礎(chǔ)研究和創(chuàng)新性研究，推動(dòng)了厭氧消化技術(shù)的推廣和應(yīng)用，特別是在我國農(nóng)村能源建設(shè)和規(guī)模化養(yǎng)殖場大中型沼氣工程建設(shè)中的廣泛應(yīng)用，為提供清潔能源和養(yǎng)殖污染物處理作出了歷史性貢獻(xiàn)，但是，基于厭氧消化環(huán)境條件的高密封性技術(shù)要求，技術(shù)應(yīng)用的適應(yīng)性以及工藝運(yùn)行的高效性和穩(wěn)定性的應(yīng)用需求，隨著材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新性應(yīng)用，針對厭氧發(fā)酵裝置建造基材及其相應(yīng)配套技術(shù)的開放應(yīng)用，已成為諸多專家學(xué)者和政府職能部門共同關(guān)注的問題，以期突破厭氧消化技術(shù)應(yīng)用的高成本、低效應(yīng)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展技術(shù)的短板。

但目前使用到的沼氣池、罐等厭氧裝置還有諸多缺點(diǎn)，如沼氣池的施工需要有資質(zhì)的專業(yè)技術(shù)人員才能進(jìn)行，施工要求高、成本高；而沼氣罐雖然已經(jīng)批量制成成品，施工較為簡易，但其體積還是有限，無法應(yīng)用在大容量的場合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于提供一種覆膜厭氧發(fā)酵裝置及其工藝，該覆膜為主體材料的厭氧發(fā)酵裝置結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理，有利于縮短施工周期、降低施工難度和成本。

本發(fā)明覆膜為主體材料的厭氧發(fā)酵裝置，其特征在于：包括在土壤表面挖設(shè)有半橢球形凹坑和鋪設(shè)在半橢球形凹坑內(nèi)的下覆膜，所述下覆膜上連接有上覆膜，所述下覆膜側(cè)部插入有進(jìn)料管，該進(jìn)料管位于離底部2/3高度之橢圓長軸頂端處，所述進(jìn)料管的出料端連接有叉形管，所述下覆膜位于進(jìn)料管的相對側(cè)設(shè)有導(dǎo)氣管和出料管，所述出料管高出進(jìn)料管20-30mm。

進(jìn)一步的，上述叉形管為兩端交叉形成90度的管件，叉形管的交叉位置與進(jìn)料管的出料端連接。

進(jìn)一步的，上述叉形管所在平面與下覆膜交集形成的輪廓線為橢圓形，叉形管的交叉點(diǎn)位于橢圓形長軸位置的1/16，叉形管的兩出料點(diǎn)連線中點(diǎn)位于橢圓形長軸的1/8位置。

進(jìn)一步的，上述下覆膜內(nèi)側(cè)設(shè)有環(huán)形的導(dǎo)熱管，所述導(dǎo)熱管在下覆膜上方呈倒錐形彈簧布置，其導(dǎo)熱管的進(jìn)端位于上部，其導(dǎo)熱管的出端位于下部，導(dǎo)熱管的進(jìn)、出端錯(cuò)位180度。

進(jìn)一步的，上述上、下覆膜連接形成密閉腔體，在進(jìn)料發(fā)酵產(chǎn)氣后形成橢球形。

進(jìn)一步的，上述上、下覆膜的邊緣處具有兩道環(huán)形熱熔焊圈，其中外道環(huán)形熱熔焊圈陷在凹坑周邊土壤的凹環(huán)溝內(nèi)。

進(jìn)一步的，上述覆膜為高密度聚乙烯膜。

進(jìn)一步的，上述導(dǎo)氣管位于上覆膜上。

本發(fā)明覆膜為主體材料的厭氧發(fā)酵裝置的工藝，特征在于：所述覆膜為主體材料的厭氧發(fā)酵裝置包括在土壤表面挖設(shè)有半橢球形凹坑和鋪設(shè)在半橢球形凹坑內(nèi)的下覆膜，所述下覆膜上連接有上覆膜，所述下覆膜側(cè)部插入有進(jìn)料管，所述進(jìn)料管的出料端連接有叉形管，所述下覆膜位于進(jìn)料管的相對側(cè)設(shè)有導(dǎo)氣管和出料管；施工時(shí)，首先場地開挖處理及管件預(yù)埋：在土壤表面按照設(shè)計(jì)需要挖設(shè)半橢球形凹坑和凹坑上周邊緣環(huán)形溝，清理坑內(nèi)及溝內(nèi)硬物并均勻鋪平，在離底部2/3高度之橢圓長軸頂端處安裝進(jìn)料管、叉形管和導(dǎo)熱管，對稱橢圓長軸頂端處安裝出料管，且出料管高出進(jìn)料管20-30mm；接著覆膜熱熔焊接成型：在半橢球形凹坑和環(huán)形溝上鋪平覆膜，修整后采用熱熔器將覆膜焊接成半橢球形下覆膜，同樣再次鋪平覆膜修整后熱熔焊接成半橢球形上覆膜并安裝導(dǎo)氣管，之后通過凹坑上周邊緣環(huán)形溝處覆膜的熱熔焊接覆土成型。

進(jìn)一步的，下覆膜預(yù)先安裝進(jìn)料管，在進(jìn)料管端部連接叉形管，所述叉形管為兩端交叉形成90度的管件。

本發(fā)明覆膜厭氧發(fā)酵裝置及其工藝的顯著優(yōu)點(diǎn)：

1）本發(fā)明在型體設(shè)計(jì)上采用橢球體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)a=Kb和c=b/K，所以V=4πb3/3，參數(shù)K值的選擇結(jié)合建設(shè)場地條件按c《5m條件確定(橢球體長軸半徑a、短軸半徑b、Z軸軸向半徑c），由于進(jìn)料和出料沿長軸方向，增加了料液在厭氧裝置內(nèi)的流程，同時(shí)在進(jìn)料管處連接有叉形管形成雙向射流，實(shí)現(xiàn)厭氧裝置內(nèi)新舊料液的無動(dòng)力均衡攪拌，也充分?jǐn)噭?dòng)了該裝置中的厭氧菌，從而不會產(chǎn)生厭氧死角，也更能徹底降解粗纖維；有利于進(jìn)一步提高厭氧產(chǎn)氣效率和出水水質(zhì)；

2）本發(fā)明在覆膜厭氧裝置內(nèi)設(shè)計(jì)螺旋式導(dǎo)熱管，熱能來源于沼氣發(fā)電余熱或沼氣鍋爐產(chǎn)生的蒸汽，實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)殖污水處理厭氧消化附產(chǎn)物的高值化循環(huán)利用，同時(shí)，進(jìn)一步增強(qiáng)了厭氧裝置內(nèi)原料的消化降解能力；

3）本發(fā)明以高密度聚乙烯膜為厭氧發(fā)酵裝置建造材料，充分保障了厭氧發(fā)酵裝置材料力學(xué)性能及密封性，避免了因人工技術(shù)或地勢條件的差異性而影響厭氧裝置建造質(zhì)量，施工方便、建造成本低，提升了厭氧發(fā)酵裝置應(yīng)用的適應(yīng)性；

4）本發(fā)明的一種養(yǎng)殖污水覆膜厭氧發(fā)酵裝置及其工藝，施工方便，適應(yīng)性強(qiáng)，厭氧消化能力強(qiáng)，建造成本低，對養(yǎng)殖污水消化降解效果顯著，具備良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做到變化與修飾都應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明的構(gòu)造示意圖；

圖2是圖1的k-k剖面圖；

圖3是圖1的A部放大圖；

圖4是圖1中導(dǎo)熱管的左視圖；

圖5是本發(fā)明另一種實(shí)施例的構(gòu)造示意圖；

圖6、圖7是實(shí)施例1的效果表；

圖8、圖9是實(shí)施例2的效果表。

具體實(shí)施方式：

本發(fā)明的覆膜為主體材料的厭氧發(fā)酵裝置，包括在土壤表面挖設(shè)有半橢球形凹坑1和鋪設(shè)在半橢球形凹坑1內(nèi)的下覆膜2，所述下覆膜2上連接有上覆膜3，所述下覆膜2側(cè)部插入有進(jìn)料管4，進(jìn)料管4的進(jìn)料液為間隙性進(jìn)料，所述進(jìn)料管4的出料端連接有叉形管5，所述下覆膜2位于進(jìn)料管4的相對側(cè)設(shè)有導(dǎo)氣管6。該進(jìn)料管位于離下覆膜2底部2/3高度（該總高度為半橢球形凹坑1的深度）之橢圓長軸頂端處，所述進(jìn)料管4的出料端連接有叉形管5，所述下覆膜位于進(jìn)料管的相對側(cè)設(shè)有導(dǎo)氣管6和出料管13，所述出料管13高出進(jìn)料管20-30mm，即出料管口高出進(jìn)料管口20-30mm。

工作時(shí)，新沼液從進(jìn)料管4進(jìn)入叉形管5，由叉形管5的兩出端通入下覆膜2內(nèi)裝設(shè)的舊沼液，在經(jīng)過若干時(shí)間的發(fā)酵，產(chǎn)生了沼氣可以從導(dǎo)氣管6排出。

進(jìn)一步的，為了設(shè)計(jì)合理，上述叉形管為兩端交叉形成90度的管件，叉形管的交叉位置與進(jìn)料管的出料端連接，上述叉形管所在平面與下覆膜交集形成的輪廓線為橢圓形，叉形管的交叉點(diǎn)位于橢圓形長軸位置的十六分之一，叉形管的兩出料點(diǎn)連線中點(diǎn)位于橢圓形長軸的八分之一位置。上述上、下覆膜連接形成密閉腔體，在進(jìn)料發(fā)酵產(chǎn)氣后形成橢球形。本發(fā)明上、下覆膜連接形成密閉腔體，在進(jìn)料發(fā)酵產(chǎn)氣后形成橢球形，以及在出料端連接叉開90度的叉形管，以及叉形管的交叉點(diǎn)和叉形管的兩出料點(diǎn)的位置，從而形成雙向進(jìn)料射流，有利于加快和充分?jǐn)嚢?、混合新舊料液，實(shí)現(xiàn)充分發(fā)酵；其次，該裝置中的厭氧菌得以充分混合、攪動(dòng)，減少產(chǎn)生厭氧死角；以及增加了水力的流程，也更能徹底降解粗纖維。

進(jìn)一步的，為了調(diào)節(jié)溫度，上述下覆膜內(nèi)側(cè)設(shè)有環(huán)形的導(dǎo)熱管12，導(dǎo)熱管在下覆膜上方呈倒錐形彈簧布置，其導(dǎo)熱管的進(jìn)端1201位于上部，其導(dǎo)熱管的出端1202位于下部，導(dǎo)熱管出端的管從錐形底部垂直往上，直至與導(dǎo)熱管的進(jìn)端平齊輸出，導(dǎo)熱管的進(jìn)、出端錯(cuò)位180度，即導(dǎo)熱管的進(jìn)、出端位于同一直線上，導(dǎo)熱管的進(jìn)、出端導(dǎo)熱管的溫度在60-70攝氏度，該設(shè)計(jì)可以保證該裝置內(nèi)料液得到較好、較均衡的工作溫度，有利于提高發(fā)酵的效率。導(dǎo)熱管的熱源可以是發(fā)電余熱或是本發(fā)明裝置產(chǎn)生沼氣燃燒鍋爐發(fā)熱。

半橢球形凹坑的長軸半徑、短軸半徑及Z軸軸向半徑c設(shè)計(jì)為a=Kb和c=b/K，參數(shù)K值的選擇結(jié)合建設(shè)場地條件按c《5m和V=4πb3/3條件確定；叉形管到半橢球形凹坑的坑底垂直距離是叉形管到土壤表面距離的兩倍；導(dǎo)熱管的上端面大圓直徑為半橢球形凹坑短軸直徑的二分一，導(dǎo)熱管的上端面到半橢球形凹坑坑底的垂直高度是半橢球形凹坑Z軸（豎向軸）軸向半徑的四分之三，導(dǎo)熱管下端錐底到半橢球形凹坑坑底的垂直高度是半橢球形凹坑Z軸軸向半徑的四分之一，導(dǎo)熱管的螺距為半橢球形凹坑Z軸軸向半徑的八分之一。

由于叉開90度的叉形管和導(dǎo)熱管的設(shè)計(jì)，使得本裝置的產(chǎn)氣率較大，較傳統(tǒng)的產(chǎn)氣池或產(chǎn)氣罐多增加20-50%的產(chǎn)氣量。

進(jìn)一步的，為了提高兩層覆膜連接的密封性，上述上、下覆膜的邊緣處具有兩道環(huán)形熱熔焊圈7，其中外道環(huán)形熱熔焊圈陷在凹坑周邊土壤的凹環(huán)溝8內(nèi)。兩道環(huán)形熱熔焊圈7可實(shí)現(xiàn)雙層密封保護(hù)，確保不漏氣。外道環(huán)形熱熔焊圈陷在凹環(huán)溝8內(nèi)，而內(nèi)道環(huán)形熱熔焊圈設(shè)在上表面9上，上表面9與凹環(huán)溝8之間具有豎直面10，上、下覆膜通過上表面9與凹環(huán)溝8，以及豎直面10，兩道環(huán)形熱熔焊圈7在凹環(huán)溝8和豎直面10的布置，使得兩道環(huán)形熱熔焊圈7產(chǎn)生錯(cuò)層，更好確保密封性，在凹環(huán)溝8和上表面9上填蓋覆土11。每道環(huán)形熱熔焊圈7的寬度為半橢球形凹坑長軸長度的二百分之一。

進(jìn)一步的，為了設(shè)計(jì)合理，上述覆膜為高密度聚乙烯膜。

進(jìn)一步的，上述導(dǎo)氣管位于上覆膜上，導(dǎo)氣管伸入上覆膜10厘米。

在進(jìn)料管的入料端設(shè)有進(jìn)料過渡井14，在進(jìn)料管的相對側(cè)設(shè)有出料管13，所述出料管的出料端設(shè)有出料過渡井15，所述出料過渡井與進(jìn)料過渡井均沒入土層中，進(jìn)料過渡井底面比出料過渡井底面低20-30mm，并通過過渡井高度設(shè)計(jì)以調(diào)節(jié)裝置運(yùn)行壓力，保證裝置運(yùn)行的安全性。

本發(fā)明覆膜為主體材料的厭氧發(fā)酵裝置的施工工藝，所述覆膜為主體材料的厭氧發(fā)酵裝置包括在土壤表面挖設(shè)有半橢球形凹坑和鋪設(shè)在半橢球形凹坑內(nèi)的下覆膜，所述下覆膜上連接有上覆膜，所述下覆膜側(cè)部插入有進(jìn)料管，所述進(jìn)料管的出料端連接有叉形管，所述下覆膜位于進(jìn)料管的相對側(cè)設(shè)有導(dǎo)氣管；施工時(shí)，先在需要安裝該裝置的土壤上挖半橢球形凹坑，然后在半橢球形凹坑內(nèi)鋪設(shè)下覆膜，并使下覆膜不會相對凹坑滑動(dòng)，在凹坑上周邊緣挖設(shè)環(huán)形溝，在下覆膜上蓋設(shè)上覆膜，并用熱熔焊方式，使上、下覆膜邊緣連接密封，焊接時(shí)形成兩道環(huán)形熱熔焊圈7，每道環(huán)形熱熔焊圈7寬度為2厘米，兩道環(huán)形熱熔焊圈之間間距為4厘米。

進(jìn)一步的，下覆膜預(yù)先安裝進(jìn)料管，在進(jìn)料管端部連接叉形管，所述叉形管為兩端交叉形成90度的管件。

本發(fā)明通過上述進(jìn)料管、出料管、叉形管和導(dǎo)熱管的結(jié)構(gòu)、位置的綜合特殊設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了該厭氧裝置內(nèi)新、舊料液的無動(dòng)力均衡攪拌，充分?jǐn)噭?dòng)了該裝置中的厭氧菌，從而不會產(chǎn)生厭氧死角，更能徹底降解粗纖維；顯著提高了厭氧產(chǎn)氣效率和出水水質(zhì)；厭氧產(chǎn)氣效率提高20-50%和出水水質(zhì)各種指標(biāo)提高30%以上。

實(shí)施例1：

實(shí)施地點(diǎn)福建省福州市北峰某養(yǎng)殖場，生豬存欄3000頭，建設(shè)本發(fā)明的養(yǎng)殖污水覆膜厭氧發(fā)酵裝置400m³。

1）覆膜厭氧裝置型體尺寸設(shè)計(jì)：

建設(shè)本發(fā)明的養(yǎng)殖污水覆膜厭氧發(fā)酵裝置400m³，取K=1.5計(jì)算求得b=4.6，c=3.06和a=6.9。

2）場地開挖處理及管件預(yù)埋：

在土壤表面挖設(shè)7.0m×5.0m×3.0m（取整數(shù)）的半橢球形凹坑和凹坑上周邊緣環(huán)形溝，清理坑內(nèi)及溝內(nèi)硬物并均勻鋪平，在離底部2/3高度之橢圓長軸頂端處安裝進(jìn)料管、叉形管和導(dǎo)熱管，對稱橢圓長軸頂端處安裝出料管，且出料管高出進(jìn)料管20-30mm。

3）覆膜熱熔焊接成型：

在半橢球形凹坑和環(huán)形溝上鋪平覆膜，修整后采用熱熔器將覆膜焊接成半橢球形下覆膜，同樣再次鋪平覆膜修整后熱熔焊接成半橢球形上覆膜并安裝導(dǎo)氣管（覆膜可預(yù)先留好定位孔），之后通過凹坑上周邊緣環(huán)形溝處覆膜的熱熔焊接覆土成型。

4）覆膜厭氧發(fā)酵裝置啟動(dòng)運(yùn)行與效果測定：

按照厭氧發(fā)酵裝置原理從進(jìn)料管導(dǎo)入適量接種物和養(yǎng)殖污水啟動(dòng)本發(fā)明的覆膜厭氧發(fā)酵裝置，運(yùn)行穩(wěn)定后對主要技術(shù)指標(biāo)如VS產(chǎn)氣率、甲烷體積積分?jǐn)?shù)、COD_CR、BOD₅、SS等進(jìn)行適時(shí)跟蹤測定如圖6、7所示，COD_CR、BOD₅和SS降解率均達(dá)到80%以上，甲烷體積積分?jǐn)?shù)在6d后達(dá)到68.2%以上，具有顯著的厭氧消化效果。

實(shí)施例2：

實(shí)施地點(diǎn)福建省莆田市某國家生豬儲備基地，生豬存欄25000頭，建設(shè)本發(fā)明的養(yǎng)殖污水覆膜厭氧發(fā)酵裝置3000m³。

1）覆膜厭氧裝置型體尺寸設(shè)計(jì)：

建設(shè)本發(fā)明的養(yǎng)殖污水覆膜厭氧發(fā)酵裝置3000m³，取K=2.0計(jì)算求得b=9.0、c=4.5、a=18。

2）場地開挖處理及管件預(yù)埋：

在土壤表面挖設(shè)18m×9m×4.5m的半橢球形凹坑和凹坑上周邊緣環(huán)形溝，清理坑內(nèi)及溝內(nèi)硬物并均勻鋪平，在離底部2/3高度之橢圓長軸頂端處安裝進(jìn)料管、叉形管和導(dǎo)熱管，對稱橢圓長軸頂端處安裝出料管，且出料管高出進(jìn)料管20-30mm。

3）覆膜熱熔焊接成型：

在半橢球形凹坑和環(huán)形溝上鋪平覆膜，修整后采用熱熔器將覆膜焊接成半橢球形下覆膜，同樣再次鋪平覆膜修整后熱熔焊接成半橢球形上覆膜并安裝導(dǎo)氣管（覆膜可預(yù)先留好定位孔），之后通過凹坑上周邊緣環(huán)形溝處覆膜的熱熔焊接覆土成型。

4）覆膜厭氧發(fā)酵裝置啟動(dòng)運(yùn)行與效果測定：

按照厭氧發(fā)酵裝置原理從進(jìn)料管導(dǎo)入適量接種物和養(yǎng)殖污水啟動(dòng)本發(fā)明的覆膜厭氧發(fā)酵裝置，運(yùn)行穩(wěn)定后對主要技術(shù)指標(biāo)如VS產(chǎn)氣率、甲烷體積積分?jǐn)?shù)、COD_CR、BOD₅、SS等進(jìn)行適時(shí)跟蹤測定如圖8、9所示，COD_CR、BOD₅和SS降解率均達(dá)到80%以上，甲烷體積積分?jǐn)?shù)在6d后達(dá)到72.1%以上，具有顯著的厭氧消化效果。