專利名稱：：用于動(dòng)物廢物穩(wěn)定化和生物氣回收的厭氧消化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及污染控制，更具體而言，涉及用于動(dòng)物廢物處理，同時(shí)生產(chǎn)和回收生物氣的改進(jìn)的厭氧消化器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：家畜圈養(yǎng)設(shè)施產(chǎn)生大量可對(duì)環(huán)境和人類健康造成嚴(yán)重危害的動(dòng)物廢物。例如，動(dòng)物廢物組分(比如有機(jī)物、氮、磷、病原體和金屬)可降低水質(zhì)、空氣質(zhì)量、并不利地影響人類健康。例如，有機(jī)物含有高含量的生物可降解有機(jī)物，當(dāng)排放到地表水中時(shí)，將爭(zhēng)奪并耗盡現(xiàn)有的有限量的溶解氧，導(dǎo)致魚類死亡和其他不良影響。類似的來自氮和磷的養(yǎng)分載荷可導(dǎo)致地表水的富營(yíng)養(yǎng)化。因此，在美國(guó)通過清/^水茲^Q在其他發(fā)達(dá)國(guó)家，動(dòng)物廢物可能不排放，而是作為商品肥料的補(bǔ)充最終施用于土地上。在許多其他擁有大量家畜的國(guó)家沒有這些要求，動(dòng)物廢物會(huì)不利地影響環(huán)境質(zhì)量。例如，有越來越多地證據(jù)表明在多個(gè)全球流域中存在著由家畜廢物排入地表水引起水污染，并且現(xiàn)在還有證據(jù)表明這些排放影響比如在南中國(guó)海、泰國(guó)灣和墨西哥灣的沿海水域質(zhì)量。動(dòng)物廢物還影響空氣質(zhì)量，這包括臭氣和溫室氣體的散放。所述廢物還含有當(dāng)傳播給人類時(shí)，可不利地影響人類健康的病毒、細(xì)菌、原生動(dòng)物和寄生蟲，在很多情況下，其中一些是危及生命的。已經(jīng)使用了多種技術(shù)方法不同程度地減少這些危害。最基本地，將所述廢物儲(chǔ)存起來并以農(nóng)藝速率(agronomicrate)施用到土地上，以降低養(yǎng)分載荷和可能的徑流(run-offpotential)。然而，糞肥儲(chǔ)存不能穩(wěn)定所述廢物，因此不能減少臭氣、病原體或需氧物質(zhì)。較復(fù)雜的方法可采用預(yù)處理、初級(jí)、二級(jí)、和三級(jí)處理過程的組合，以使管理與環(huán)境和人類健康相關(guān)的問題的水平相對(duì)較高。當(dāng)二級(jí)和三級(jí)處理被認(rèn)為是降低需氧量、減少病原體、將氮和磷轉(zhuǎn)換成植物可吸收形式(特定的氨氮和磷酸鹽)的初級(jí)處理時(shí)，初級(jí)處理是必需的第一步。植物可吸收形式的營(yíng)養(yǎng)確保了當(dāng)相對(duì)于農(nóng)作物類型以農(nóng)藝速率進(jìn)行施用時(shí)，可預(yù)期高水平的吸收。家畜和其他高強(qiáng)度有機(jī)物的初級(jí)處理中使用典型的厭氧工藝，因?yàn)榕c好氧方法相比，它們?cè)诮?jīng)濟(jì)上是理想的。厭氧工藝將糞肥轉(zhuǎn)換成多種最終產(chǎn)物，包括消化液和生物氣。根據(jù)家畜類型、氣候和用水，在商業(yè)上已經(jīng)使用了不同的厭氧系統(tǒng)。用于稀釋糞肥處理的最常用的厭氧系統(tǒng)之一是厭氧處理塘。在所述塘或任何其他不混合的系統(tǒng)中，物質(zhì)分層為固體和液體組分。泥渣(生物降解固體)積聚在所述塘的底部，由沉降的不能生物降解的和固定的糞肥組分，以及活性和死亡的微生物細(xì)胞組成。泥渣是黑色、中等粘度的，一般為約10固體％和卯液體％，并且營(yíng)養(yǎng)素、細(xì)菌和有機(jī)物的含量高。泥渣是生物厭氧降解的副產(chǎn)品或有機(jī)物質(zhì)的生物降解組分。泥渣可用人工移出或用為較高含量固體應(yīng)用(即10—15固體％)設(shè)計(jì)的泵清除。泥渣上面的層是液層。此液體，即消化液的固體含量低(通常0.3—0.6固體％)，營(yíng)養(yǎng)素量中等，并易于用灌溉泵抽吸。如果所述液體和泥渣混雜，取決于工藝用水、降雨量和系統(tǒng)中泥渣的比例，固體含量介于<1%—8%。消化液和泥渣將含有初始糞肥中的所有剩余的(沒有揮發(fā)到空氣的)氮、磷、鉀、微量營(yíng)養(yǎng)素和金屬。這些可進(jìn)一步處理或施用到土地上。不利想的是，厭氧處理塘雖在穩(wěn)定有機(jī)物方面有效，但作為幵放系統(tǒng)可散發(fā)臭氣、揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)和許多其他有害組分到空氣中。這些氣體由甲烷(變暖潛能是二氧化碳23倍的溫室氣體)；氨氣和在細(xì)顆粒物質(zhì)(煙霧)形成中是必要?dú)怏w的VOC，以及臭氣化合物硫化氫(高濃度條件下也可致死)組成。然而，當(dāng)由約70%甲烷組成的該生物氣在各種類型的厭氧消化器中收集并利用其能量時(shí)，通過降低能源消耗它可以提供經(jīng)濟(jì)益處，同時(shí)減少各種消毀甲垸和硫化氫的燃燒過程對(duì)空氣的影響。在各種用途當(dāng)中，該生物氣可用于燃燒來提供熱量或用于發(fā)電機(jī)的燃料。所述熱和電可用在農(nóng)場(chǎng)上或售給他人。這里所用的"連續(xù)式生物氣系統(tǒng)"指將生物氣連續(xù)供給生物氣燃燒裝置(比如火炬和發(fā)動(dòng)機(jī))以供其運(yùn)轉(zhuǎn)。"儲(chǔ)存式生物氣系統(tǒng)"指儲(chǔ)存生物氣供間歇燃燒和使用。世界上使用有很多種厭氧消化器系統(tǒng)和多種規(guī)模。這些包括簡(jiǎn)單的不6加熱系統(tǒng)(比如加蓋的處理塘)，和較復(fù)雜的加熱到約100°F或更高溫度的系統(tǒng)。保持較高的恒溫減小了處理和穩(wěn)定廢物所需的反應(yīng)器體積。傳統(tǒng)的厭氧消化器系統(tǒng)一般包括下列組件糞肥轉(zhuǎn)移和混合坑，由鋼、玻璃纖維、混凝土、泥土或其他適合的材料(如果需要包括還加熱和混合設(shè)備)制成的消化器，生物氣處理和傳輸，以及氣體終端應(yīng)用(燃燒)設(shè)備(比如發(fā)電設(shè)備)。常用的厭氧消化器根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)模式和溫度，也可需要有效的操作監(jiān)控。常用的厭氧消化器系統(tǒng)還需要適當(dāng)設(shè)計(jì)和尺寸設(shè)計(jì)，以保持擔(dān)負(fù)廢物處理和穩(wěn)定化的重要菌群，從而維持長(zhǎng)期可預(yù)測(cè)的性能。尺寸設(shè)計(jì)要求基于水力停留時(shí)間(HRT)和加載速率，其中操作溫度影響這些尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)。這些因素(尺寸、材料、操作要求)影響消化成本，這可能是資本十分密集的，并且在某些經(jīng)濟(jì)體和農(nóng)場(chǎng)規(guī)模上可能不能承受或如果沒有有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員可能是行不通的。可承受能力和可操作性的問題在發(fā)展中國(guó)家或經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型國(guó)家中尤為突出。這些國(guó)家主要位于南北緯35。之間，那里農(nóng)場(chǎng)規(guī)模范圍可能是非常小的家庭農(nóng)場(chǎng)到非常大的集體生產(chǎn)導(dǎo)向型農(nóng)場(chǎng)。此范圍可包括每個(gè)飼養(yǎng)場(chǎng)5-100,000頭豬或1-10,000頭奶牛的農(nóng)場(chǎng)規(guī)模。這些區(qū)域也顯示出由人口大幅增長(zhǎng)和高人口密度造成的嚴(yán)重的環(huán)境退化跡象，特別是水和人類健康。這些區(qū)域在不同程度上促進(jìn)了用以控制成本的由一系列當(dāng)?shù)乜扇〉玫牟牧蠘?gòu)成并在環(huán)境溫度下運(yùn)行的各種厭氧消化器，和用于較大規(guī)模的農(nóng)場(chǎng)的較昂貴且操作復(fù)雜的系統(tǒng)的研究。在許多情況中，這些較小的系統(tǒng)采用耐用性和使用期有限的低質(zhì)量材料來控制成本，而較大規(guī)模的系統(tǒng)可能成本-效益不合算或不可移動(dòng)。此外，主要用于較小規(guī)模的系統(tǒng)的尺寸設(shè)計(jì)方法基于反應(yīng)器體積，來滿足家庭或農(nóng)場(chǎng)的日常氣體需求(生物氣為約20立方英尺/人/天)。此方法一般導(dǎo)致僅能部分地穩(wěn)定廢水，因?yàn)榫菏艿經(jīng)_洗、短流和/或過高加載速率的作用。而且，這些系統(tǒng)積聚固體，而沒有考慮到這些固體的移出。固體和/或泥渣積聚減小了反應(yīng)器體積和HRT，并增大加載速率，導(dǎo)致氣體產(chǎn)量降低、氣流中的C02濃度增大和/或系統(tǒng)失效。這些系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)記錄顯示較差的性能。盡管在市場(chǎng)上提供可負(fù)擔(dān)的技術(shù)是重要的，具有同時(shí)提高人和動(dòng)物健康的環(huán)境和衛(wèi)生條件性能的質(zhì)量也是重要的。因此，需要新的改進(jìn)的用于處理動(dòng)物廢物的厭氧消化器系統(tǒng)和方法，其可預(yù)測(cè)、有效、耐用、可負(fù)擔(dān)、操作簡(jiǎn)便、輕便、人工效率高、環(huán)境友好、并且在位于南北緯35。間的熱帶和亞熱帶地區(qū)中是基本上全年可靠的，其中這些區(qū)域的平均環(huán)境溫度(當(dāng)處于海平面或稍高時(shí))為約65°F或更高，可使消化器被動(dòng)加熱。還需要用于小、中等和大規(guī)模農(nóng)場(chǎng)的初級(jí)廢物處理和生物氣生產(chǎn)的新的、改進(jìn)的厭氧消化器和方法。還需要可與提高環(huán)境性能(相對(duì)于空氣、水和人類健康質(zhì)量)的二級(jí)和三級(jí)處理結(jié)合的新的厭氧消化器系統(tǒng)和方法。另外需要有助于控制由家畜廢物造成的空氣和水污染、保護(hù)公眾健康并為廢物用作可再生能源提供可能性的、新的、改進(jìn)的厭氧消化器系統(tǒng)和方法。本發(fā)明滿足了這些需要并具有其他相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及厭氧消化器系統(tǒng)，其包含在生物氣生產(chǎn)和回收條件下，厭氧消化動(dòng)物廢物的具有充分柔性的囊。所述具有充分柔性的囊在其頂面上具有一個(gè)或多個(gè)廢物入口、消化液出口、泥渣進(jìn)入口和生物氣出口。厭氧消化器系統(tǒng)可進(jìn)一步包含一個(gè)或多個(gè)生物氣儲(chǔ)存容器，用于容納來自所述具有充分柔性的囊的生物氣。所述囊和一個(gè)或多個(gè)生物氣儲(chǔ)存容器可用增強(qiáng)土工膜材料構(gòu)成?？梢栽O(shè)計(jì)所述囊的尺寸，以便在環(huán)境溫度約是65°F或更高的位于南北緯35。間的區(qū)域保持重要菌群，并容納來自畜牧場(chǎng)的不同廢物量。所述具有充分柔性的囊可以是便攜式的、工廠制造的和現(xiàn)場(chǎng)安裝的。所述囊可包括內(nèi)隔板，用于界定具有入口側(cè)和出口側(cè)的U-形內(nèi)部。廢物入口和一個(gè)或多個(gè)泥渣進(jìn)入口限定在囊的入口側(cè)，而消化液出口和一個(gè)或多個(gè)生物氣出口限定在囊的出口側(cè)。可選地，廢物入口和消化液出口可以在囊的相對(duì)兩端。動(dòng)物廢物從廢物入口進(jìn)入囊并流經(jīng)囊，在由消化液出口排出供進(jìn)一步加工或土地施用前進(jìn)行細(xì)菌消化。用于一級(jí)廢物處理的囊可以由其他用于二級(jí)和三級(jí)廢物處理的結(jié)構(gòu)補(bǔ)充。所述一個(gè)或多個(gè)泥渣進(jìn)入口可用于從所述囊回收泥渣。泥渣泄降管(sludgedrawdowntube)可從各泥渣進(jìn)入口延伸到具有充分柔性的囊的內(nèi)部。泥渣可以和液體部分(即消化液)分離，并且都可以經(jīng)一個(gè)或多個(gè)泥渣進(jìn)入口通過人工或機(jī)械移出。囊中由動(dòng)物廢物厭氧消化產(chǎn)生的生物氣，可經(jīng)生物氣出口排放到生物氣導(dǎo)管，而傳輸?shù)揭粋€(gè)或多個(gè)生物氣應(yīng)用裝置和/或一個(gè)或多個(gè)生物氣儲(chǔ)存容器。囊內(nèi)的壓力可通過壓力計(jì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。閥門對(duì)生物氣從囊流出和流入及流出一個(gè)或多個(gè)生物氣儲(chǔ)存容器進(jìn)行調(diào)節(jié)。生物氣可進(jìn)行出售、分配和在裝置外使用，所述生物氣儲(chǔ)存容器可以是便攜式的?？蛇x地，所述生物氣可存儲(chǔ)在囊內(nèi)供就地使用。當(dāng)以此方式使用時(shí)，系統(tǒng)還包含外部置換罐(displacementtank)。外部置換罐設(shè)計(jì)用于容納由囊內(nèi)部壓力置換的廢物。當(dāng)生物氣在囊內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)，廢物被從消化液出口推入到外部置換罐中，并且當(dāng)使用生物氣時(shí)，置換的廢物經(jīng)消化液出口流回到囊中。參考附圖，下面將更詳細(xì)地描述本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖用于舉例說明本發(fā)明的原理。附圖舉例說明本發(fā)明。在這些圖中-圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的具有充分柔性的囊的透視圖，顯示囊在其頂面具有廢物入口、泥渣進(jìn)入口、消化液出口和生物氣出口；圖2是用于圖1囊的示例性壓力計(jì)的透視圖3是圖1囊的內(nèi)部透視圖，囊以虛線顯示以說明其內(nèi)部，在囊的入口和出口側(cè)之間具有隔板，并且泥渣泄降管從泥渣進(jìn)入口向內(nèi)延伸，在其上具有充分密封的蓋；圖3A是圖1和3的囊的另一內(nèi)部運(yùn)行透視圖，用箭頭說明動(dòng)物廢物(未顯示)進(jìn)入廢物入口和排出消化液出口的移動(dòng)，及生物氣經(jīng)連接到圖2的示例性壓力計(jì)的生物氣排出管的釋放；圖3B與圖3A的視圖相似，顯示生物氣到傳輸?shù)绞纠陨餁鈨?chǔ)存容器；圖3C是圖3A的俯視圖4是可選結(jié)構(gòu)的具有充分柔性的囊的透視圖4A是圖4囊的內(nèi)部運(yùn)行透視圖，用箭頭說明動(dòng)物廢物進(jìn)入廢物入口和排出消化液出口的移動(dòng)，及生物氣經(jīng)連接到圖2的示例性壓力計(jì)的生物氣排出管的釋放，以及泥渣通過泥渣泄降管和泥渣進(jìn)入口的移出；圖5是示例性厭氧消化器系統(tǒng)的示意圖，顯示具有充分柔性的囊作為初級(jí)廢物處理的用途；圖6是連接球閥的示例性生物氣儲(chǔ)存容器的透視圖，用箭頭顯示生物氣進(jìn)出生物氣儲(chǔ)存容器的傳輸；圖6A是圖6的示例性生物氣儲(chǔ)存容器在其頂部具有加強(qiáng)片的另一透視圖7是用于儲(chǔ)存多個(gè)示例性圓柱狀生物氣儲(chǔ)存容器的具有柔性支撐體的支撐臺(tái)的俯視圖8是多個(gè)示例性的層疊的基本上為矩形的生物氣儲(chǔ)存容器的透視圖，顯示生物氣由此排出；圖9是厭氧消化器系統(tǒng)的可選實(shí)施方案的透視圖，地面以虛線顯示，具有充分柔性的囊在地下，置換罐和入口盆與其流體相通；圖9A是圖9的厭氧消化器系統(tǒng)的側(cè)視圖；和圖10是與具有充分柔性的囊或生物氣儲(chǔ)存容器中的生物氣出口相連接的3通球閥的裝配圖。具體實(shí)施例方式如用來說明的附圖所示，本發(fā)明涉及用于厭氧消化動(dòng)物廢物，同時(shí)生產(chǎn)和回收生物氣的改進(jìn)的厭氧消化器系統(tǒng)，在附圖中一般用標(biāo)記數(shù)字10標(biāo)定系統(tǒng)。厭氧消化器系統(tǒng)大體上包含，由增強(qiáng)土工膜材料構(gòu)成的具有充分柔性的囊12和120，用以厭氧消化廢物同時(shí)生產(chǎn)生物氣，在其頂面22上有一個(gè)或多個(gè)廢物入口14、消化液出口16、泥渣進(jìn)入口18和生物氣出口20，并基于緯度設(shè)計(jì)尺寸，使其運(yùn)轉(zhuǎn)體積保持選定的每1,000ftS最大每日揮發(fā)性固體(VS)加載速率，或適于甲烷生產(chǎn)的最小水力停留時(shí)間(HRT)兩者中的較大者。厭氧消化器系統(tǒng)10可進(jìn)一步包含一個(gè)或多個(gè)生物氣儲(chǔ)存容器24和240，用以接收來自具有充分柔性的囊12和120的生物氣。供初級(jí)廢物處理的囊12或120，通過生物方法穩(wěn)定動(dòng)物廢物。生物氣生產(chǎn)是厭氧工藝的副產(chǎn)物。生物氣可作為可再生能源進(jìn)行回收，或作為能源或出于空氣質(zhì)量目的(比如臭氣或溫室生物氣排放控制的燃燒)輸送到燃燒裝置，以保護(hù)空氣質(zhì)量。如圖1所示，囊12和120包括具有頂面22和底面26的具有充分柔性的袋。囊12和120可由大致具有下列物理性質(zhì)的增強(qiáng)土工膜材料構(gòu)成物理性質(zhì)測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)厚度ASTMD751最小20-30mil撕裂強(qiáng)度(tearstrength)ASTMD4533梯形撕裂最小35lbf抗斷抗屈強(qiáng)度ASTMD751抓斗拉伸(GrabTensile)550/550Lbf尺寸穩(wěn)定性ASTMD1204212°F-1小時(shí)各方向最大1%熱熔接縫附著力ASTMD751介電熔接最小35lbf/2英寸恒載荷縫剪切強(qiáng)度MIL-T-52983E(修正)，4.5.2.19節(jié)2英寸縫、4小時(shí)、1英寸條70°F時(shí)210lbf160°F時(shí)105lbf耐破強(qiáng)度ASTMD751球尖典型的6501bf典型的800lbf層間附著力ASTMD2413戳穿強(qiáng)度ASTMD4833典型的50lbf撕扯強(qiáng)度,lbfASTMD5884切口撕裂55分鐘耐臭氧性100pphm、168小時(shí)ASTMD1149無裂紋耐氤弧風(fēng)化1ASTMG1550.70W/m280oCB.P.T.無裂紋無抗斷強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度損失ASTM=AmericanSocietyforTestingandMaterials在此弓I入作為參考1約等于在0.35W/m2輻照下曝光8000小時(shí)適合用作囊的材料包括增強(qiáng)土工膜材料，比如可購自SeamanCorporation,Wooster，Ohio的XR-58130或XR-3⑧8228增強(qiáng)土工膜，和來自CooleyEngineeredmembranes,Pawucket，RI的增強(qiáng)土工膜等。所述材料可用稀松布等材料增強(qiáng)。所述材料應(yīng)耐久(抗刺穿)，尺寸穩(wěn)定性高(各方向上最大為約1%)，并具有抗紫外線性。所述土工膜材料的最小厚度約為20mil?？梢杂秒娊橘|(zhì)或楔形焊接法或相似類型的方法在工廠制造所述囊，得到優(yōu)質(zhì)的不漏氣的切痕28。接縫強(qiáng)度可為用作充分氣密密封的材料的撕裂li強(qiáng)度的約5-10%。所述囊可用適合于上述電介質(zhì)或楔形焊接技術(shù)的材料進(jìn)行制造。所述囊的形狀和尺寸可考慮生產(chǎn)中的實(shí)際情況來限定。圖1和3-3B中顯示了基本為矩形的枕形囊12。所述囊還可以是圖4-4A所示的基本為圓柱形。盡管不希望限于任何形狀或尺寸，但在制造所述囊時(shí)，可以使廢物入口和消化液出口間的距離最大。囊12和120的長(zhǎng)/寬比可以為約3:1—約5:1，優(yōu)選長(zhǎng):寬比為3:1。設(shè)計(jì)囊12和120的尺寸，以便保持重要的菌群并適應(yīng)來自畜牧場(chǎng)的不同廢物量。尺寸設(shè)計(jì)基于參數(shù)比如水力停留時(shí)間(HRT)和加載速率。這些由季節(jié)性溫度決定。廢物必須在消化器中保留一段時(shí)間以便發(fā)生消化。水力停留時(shí)間可根據(jù)畜牧場(chǎng)遇到的廢物量的不確定性和/或局部環(huán)境溫度的季節(jié)性波動(dòng)而增加。如果局部環(huán)境溫度低于約65°F，那么水力停留時(shí)間必須增加。環(huán)境溫度的厭氧消化囊(ambientanaerobicdigestionbladder)可基于下表進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)，以便保持用于處理和穩(wěn)定廢物的菌群，其中設(shè)計(jì)的運(yùn)轉(zhuǎn)體積應(yīng)當(dāng)基于每1,000ftS最大每日揮發(fā)性固體(VS)加載速率，或適于甲烷生產(chǎn)的最小水力停留時(shí)間(HRT)，兩者中較大的一個(gè)。最大每日VS加載速率和最小HRT可根據(jù)緯度選自下表1中的數(shù)值。在系統(tǒng)位于所列諱度之間的情況中，可選擇較高的緯度參數(shù)。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>有兩個(gè)影響尺寸設(shè)計(jì)的因素?fù)]發(fā)性固體和工藝用水。這兩者都可變化，工藝用水的可變性最大。如果用水少，那么系統(tǒng)按加載速率設(shè)計(jì)尺寸，并受加載速率限制。如果用水多，那么系統(tǒng)將受HRT限制，并且比加載速率限制的系統(tǒng)大。用水越多，所需體積越大。囊尺寸設(shè)計(jì)公式如下A=VSLbs的總和。A的值可由下表(比如下面對(duì)美國(guó)的豬所列的示例性表2)，或由包括取樣和物質(zhì)分析的其他代表性方法確定。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>(USDA/NRCSFieldWasteManagementHandbook)。應(yīng)當(dāng)理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可參考類似的表來確定下列值B=廢物總體積立方英尺/天0=立方英尺工藝用水/天其中(B+C)xHRT(適合緯度)=D(總體積)然后核對(duì)加載速率A/D如果加載速率超過表l中所列的最大值，則增大HRT至條件滿足。在圖1和4所示的優(yōu)選形式中，所述囊具有一個(gè)廢物入口、一個(gè)消化液出口、一個(gè)生物氣出口和一個(gè)或多個(gè)泥渣進(jìn)入口。如圖3所示，基本上為矩形的囊12可包括內(nèi)隔板30，界定出具有入口側(cè)32和出口側(cè)34的U形內(nèi)部。對(duì)于有空間限制的農(nóng)場(chǎng)或根據(jù)農(nóng)場(chǎng)廢物處理系統(tǒng)希望入口和出口在相同側(cè)的情況，所述U形內(nèi)部一般具有較好的軌跡(footprint)(更緊密)。如圖1所示，廢物入口14和泥渣進(jìn)入口18限定在囊12的入口側(cè)32，而消化液和生物氣出口16和20限定在囊的出口側(cè)34。如圖3所示，廢物入口14和消化液出口16可分別安裝相應(yīng)的蓋子36，以便在運(yùn)輸過程中起保護(hù)作用，并在囊的測(cè)試過程中保持水和壓力。當(dāng)安裝使用時(shí)，可以去除蓋子。在如圖4和4A所示的基本上為圓柱狀的囊120中，廢物入口14可以在第一端38，消化液出口16在頂面22的第二端40。如圖4A所示，生物氣出口20可以充分接近消化液出口16，并且泥渣進(jìn)入口18基本上在圓柱狀囊120的頂面22的中央。廢物入口14、消化液出口16、泥渣進(jìn)入口18和生物氣出口20在囊12和120的頂面上，使它們易于進(jìn)行維修等，而囊的底面26在地面或地板上。所述一個(gè)或多個(gè)泥渣進(jìn)入口18可用于從囊12和120回收泥渣。如圖3和4A所示，泥渣泄降管42可從各泥渣進(jìn)入口18延伸到所述具有充分柔性的囊12和120的內(nèi)部。泥渣可與液體部分(即消化液)分離，并經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)泥渣進(jìn)入口18從一個(gè)或多個(gè)泄降管46移出。在容量為約3,000ft3的較小的囊中，一般具有一個(gè)具有相應(yīng)泥渣泄降管的泥渣進(jìn)入口，距廢物入口約2—約3英尺，或從廢物入口沿所述囊的長(zhǎng)度約1/4—1/3的長(zhǎng)度。當(dāng)囊的容量增大時(shí)，可增大泥渣進(jìn)入口和相應(yīng)的泥渣泄降管的數(shù)量。由于廢物位于囊中，泥渣積聚在囊的底部。泥渣進(jìn)入口可包括用于連接來自泵(未顯示)的軟管(未顯示)的轉(zhuǎn)換接頭(未顯示)，以便機(jī)械移出固體?？蛇x地，所述固體可用篩勺(screenedscoop)/鏟斗(dipper)或其他簡(jiǎn)單的手動(dòng)操作的移出裝置通過泥渣進(jìn)入口進(jìn)行人工移出。所述一個(gè)或多個(gè)泥渣進(jìn)入口的直徑可以是約2—約6英寸。如圖3所示，可以除去一個(gè)或多個(gè)泥渣進(jìn)入口18上面的充分氣密的密封蓋44，以便人工提起或泵出泥渣。典型的，在輸送通過廢物入口14前，將牛(反芻動(dòng)物)的糞肥中的固體與液體部分分離，因?yàn)榕＜S固體漂浮并可能迂回到泥渣泄降管。對(duì)于豬糞，一般可使用泄降管抽出泥渣或固體。囊12和120中由動(dòng)物廢物厭氧消化產(chǎn)生的生物氣可經(jīng)生物氣出口20排放到生物氣排出管46，而傳輸?shù)揭粋€(gè)或多個(gè)生物氣應(yīng)用裝置(未顯示)和/或一個(gè)或多個(gè)如下所述的生物氣儲(chǔ)存容器24和240。囊12和120可由生物氣的產(chǎn)生進(jìn)行加壓(受力)，因此生物氣將在沒有生物氣處理設(shè)備(比如鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī))的條件下流動(dòng)。囊中的壓力可通過壓力計(jì)48進(jìn)行調(diào)節(jié)?？刹捎脠D2所示的示例性壓力計(jì)，其包括裝滿水的第一軟管50和附加瓶52。將所述瓶設(shè)計(jì)成通過置換來自入口連接的水來自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力，使生物氣從延伸到水平面以上的第二導(dǎo)管54排出。當(dāng)囊中壓力下降時(shí)，水以預(yù)定壓力(約24英尺水柱)返回到壓力計(jì)中。雖然已經(jīng)描述了適用于小農(nóng)場(chǎng)的壓力計(jì)，應(yīng)當(dāng)理解在本發(fā)明范圍內(nèi)可使用其他類型的壓力計(jì)。如下所述，壓力計(jì)可不在囊12和120或生物氣儲(chǔ)存容器上。如圖10所示，球閥56可以調(diào)節(jié)氣體從所述囊流出并流入生物氣應(yīng)用裝置和/或進(jìn)出如下所述的生物氣儲(chǔ)存容器。球閥一般保持在開啟位置。球閥還可用作冷凝物排泄管。球閥56包括T-把手58，并具有如圖10所示可14以各自為內(nèi)螺紋的入口和出口60和62，可與外螺紋接頭64(典型的為套管)螺紋相接。球閥的入口60可與囊的生物氣出口和/或生物氣儲(chǔ)存容器中的壓緊接頭(bulkheadfitting)66連接。在球閥出口62處的轉(zhuǎn)換接頭64可與噴嘴68相連，以連接至將生物氣傳輸?shù)揭粋€(gè)或多個(gè)生物氣應(yīng)用裝置的氣體軟管(未顯示)。閥門材料可優(yōu)選由非腐蝕性材料(比如PVC等)制成。雖然說明和描述了3通球閥，應(yīng)當(dāng)理解在本發(fā)明范圍內(nèi)可采用其他類型的閥門。生物氣應(yīng)用裝置(未顯示)包括火炬、鍋爐、吸收冷卻器、發(fā)電機(jī)、爐灶、氣體照明等。其他生物氣應(yīng)用裝置在農(nóng)場(chǎng)上根據(jù)農(nóng)場(chǎng)基礎(chǔ)條件進(jìn)行選擇，有賴于農(nóng)場(chǎng)主的目的，即臭氣控制、電能、熱量、熱電聯(lián)產(chǎn)、烹飪、照明。當(dāng)使用者打開裝置時(shí)，生物氣可傳送到生物氣應(yīng)用裝置。生物氣還可被儲(chǔ)存在一個(gè)或多個(gè)外部生物氣儲(chǔ)存容器24和240中。儲(chǔ)存的生物氣可用于間歇性的烹飪、照明、加熱等。具有頂部和底部70和72的示例性外部基本上為圓柱狀的生物氣儲(chǔ)存容器24顯示于圖6和6A中。所述頂部和/或底部可以用膠合板74等增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，以充分防止當(dāng)生物氣排出時(shí)容器的塌陷。所述膠合板幫助生物氣儲(chǔ)存容器保持其形狀，并使生物氣儲(chǔ)存容器的壓縮更加均勻。所述膠合板可以是約1/4英寸—約3/4英寸厚，并在容器頂部和底部接縫密封。重物76(比如沙袋等)可載于膠合板增強(qiáng)的容器頂部和底部，以便在容器上保持充分恒定的正壓來傳輸氣體。所述容器可進(jìn)一步包括多個(gè)把手78，以便幫助如下所述的生物氣儲(chǔ)存容器的運(yùn)輸。所述把手可穿過所述膠合板和/或容器材料進(jìn)行固定。示例性圓柱狀生物氣儲(chǔ)存容器24可以高約6英尺，直徑為約4英尺，但在本發(fā)明范圍內(nèi)可采用其他尺寸和形狀。外部生物氣儲(chǔ)存容器可由與囊相同或不同的柔性土工膜材料構(gòu)成。生物氣儲(chǔ)存容器可隨生物氣產(chǎn)生而膨脹，當(dāng)生物氣使用時(shí)收縮。生物氣儲(chǔ)存容器24在靠近容器下端帶有開口80。開口80與具有充分柔性的囊中的生物氣出口流體相通。開口80可安裝如-圖10所示的壓緊接頭66，以便將生物氣儲(chǔ)存容器24連接到低壓3通球閥56。在可選的實(shí)施方案中，如圖8所示，一個(gè)或多個(gè)外部生物氣儲(chǔ)存容器240可以基本為矩形?；緸榫匦蔚纳餁鈨?chǔ)存容器可以進(jìn)行堆疊，并且各自在其頂面包括開口80，以便通過互連氣管82傳輸生物氣到球閥56。重物76可置于最上面的容器的頂面。壓力計(jì)48可與生物氣儲(chǔ)存容器(未顯示)一起使用以調(diào)節(jié)其中壓力。生物氣可進(jìn)行出售、分配和裝置外使用，生物氣儲(chǔ)存容器可以是便攜式的。當(dāng)采用此方式時(shí)，可使用把手以便更容易地運(yùn)輸生物氣儲(chǔ)存容器。生物氣儲(chǔ)存容器可以進(jìn)行填充、運(yùn)輸和再充填。此實(shí)施方案尤其適于大的消化器系統(tǒng)，其中將生物氣傳輸用于當(dāng)?shù)貞?yīng)用，比如烹飪和照明。雖然已描述便攜式的生物氣儲(chǔ)存容器用在厭氧消化器囊上，但應(yīng)當(dāng)理解這種便攜式的生物氣儲(chǔ)存容器可用在其他厭氧消化器系統(tǒng)上。對(duì)于氣體分配裝置，大的消化器需要用多個(gè)生物氣儲(chǔ)存容器，以輸送到用戶。一個(gè)或多個(gè)外部生物氣儲(chǔ)存容器24和240可存放在如圖7所示的支撐臺(tái)84中，該支撐臺(tái)安置在混凝土地板等之上，以便支撐容器。支撐臺(tái)84可具有柔性支架86，用于充分保持生物氣儲(chǔ)存容器24處于豎直位置。對(duì)于圖6所示的示例性生物氣儲(chǔ)存容器，開口可以是圓的，以與基本上為圓柱形的生物氣儲(chǔ)存容器相對(duì)應(yīng)。應(yīng)當(dāng)理解當(dāng)外部生物氣儲(chǔ)存容器使用其他形狀吋，支撐臺(tái)上開口的形狀和尺寸可變?yōu)榕c那些形狀和尺寸相對(duì)應(yīng)。例如，圖7所示支撐臺(tái)上的開口可支撐多個(gè)圖8所示示例性堆積的基本上為矩形的生物氣儲(chǔ)存容器。生物氣儲(chǔ)存容器的數(shù)量根據(jù)每日氣體應(yīng)用需求量和從消化器輸出的氣體量確定。在圖9一9A所示的可選實(shí)施方案中，生物氣可存儲(chǔ)在具有充分柔性的囊的內(nèi)部供現(xiàn)場(chǎng)使用。當(dāng)以這種方式使用時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)一步包含用于容納并將廢物傳輸?shù)侥抑械娜肟谂?8和外部置換罐卯。外部置換罐90設(shè)計(jì)用來容納由囊內(nèi)部壓力置換的廢物。入口盆88—般較小，尺寸約是囊體積的1/30。來自入口盆的管92將廢物進(jìn)料到囊中的廢物入口14。來自置換罐的置換罐導(dǎo)管94可從置換罐底部的開口開始、經(jīng)過消化液出口16向下延伸到囊中，如圖9A所示。從置換罐延伸到囊中的管94的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)足夠長(zhǎng)以產(chǎn)生氣封，以充分防止本領(lǐng)域中熟知的氣體泄漏。所述置換罐可以很淺。置換罐的體積可以是所述囊體積的約1/3—約1/2。當(dāng)生物氣在囊內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)，廢物從消化液出口被推入到外部置換罐中，并且當(dāng)生物氣被使用時(shí)，置換的廢物經(jīng)消化液出口流回到囊中。外部置換罐可以根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件和花費(fèi)由混凝土、磚塊、鋼鐵或土工膜材料構(gòu)成。入口盆和置換罐可以是圓的、方的、矩形的、它們的組合或其他形狀。置換罐導(dǎo)管94可以是柔性并耐用的，約1英尺一約4英尺長(zhǎng)。半剛性管可從入口盆底部向下延伸到囊中的廢物入口。可將入口盆底部設(shè)在置換罐的壁高度水平，其中可將置換罐地板設(shè)在囊的頂面。入口盆在圖5中表示為"收集坑"。在使用中，所述囊可以是工廠裝配的和現(xiàn)場(chǎng)安裝的。如圖5所示，動(dòng)物廢物可用來自翻斗或軟管等的沖洗水傳輸?shù)饺肟谂?8或其他收集坑，在這里通過重力、隔膜泵96等傳輸?shù)侥?所謂的"柔性袋消化器")。動(dòng)物廢物在廢物入口14進(jìn)入囊12和120并流經(jīng)囊12和120，在由消化液出口16排出供進(jìn)一步加工或土地施用前進(jìn)行厭氧細(xì)菌消化。用于初級(jí)廢物處理的囊12和120可以由其他用于二級(jí)和三級(jí)廢物處理(即進(jìn)一步加工)的結(jié)構(gòu)補(bǔ)充。僅作為實(shí)例，如圖5所示，消化液可通過重力或其他輸送方式傳到淺的成排分離盆-梯級(jí)壩(shallowlinedseparationbasin-stepdam)98，然后在廢液處理前傳到兩室成排池(twocelllinedpond)100。淺線分離盆和兩室成排池為示例性結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明范圍內(nèi)沒有限制性。這里所用的"廢液處理"指進(jìn)一步處理或土地施用。廢物中的固體可在輸送到囊中之前移出，或可經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)泥渣泄降管移出。囊中產(chǎn)生的生物氣可由一個(gè)或多個(gè)生物氣應(yīng)用裝置(未顯示)使用，和/或存儲(chǔ)在裝有置換罐的囊中，和/或存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)外部生物氣儲(chǔ)存容器中。綜上所述，應(yīng)當(dāng)理解所述新的厭氧消化器系統(tǒng)和方法，在最低溫度在約65。F或更高的溫暖氣候中可簡(jiǎn)便地、可靠地和經(jīng)濟(jì)地處理動(dòng)物廢物，同時(shí)產(chǎn)生和回收生物氣。上述系統(tǒng)和方法幫助控制由家畜廢物造成的空氣和水污染、保護(hù)公眾健康并提供廢物用作可再生能源的可能性。在位于南北諱35。間的區(qū)域中，尺寸設(shè)計(jì)方法可以充分實(shí)現(xiàn)在環(huán)境溫度下厭氧消化處理稀釋的動(dòng)物廢物和其他稀釋的高強(qiáng)度廢物的生物穩(wěn)定化。所述消化器可以是工廠制造的和現(xiàn)場(chǎng)安裝的，使其特別適用于資源有限的小農(nóng)場(chǎng)。雖然為了舉例說明己對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方案進(jìn)行了詳細(xì)描述，但在不脫離本發(fā)明主旨和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種變化。因此，本發(fā)明除如所附權(quán)利要求外，沒有限制。權(quán)利要求1.環(huán)境溫度厭氧消化器，其包含具有充分柔性的囊，其由增強(qiáng)土工膜材料構(gòu)成，并具有一個(gè)或多個(gè)廢物入口、消化液出口、生物氣出口和泥渣進(jìn)入口；其中基于南北緯35°之間選定的緯度，設(shè)計(jì)所述具有充分柔性的囊的尺寸，使得在65℉或更高的溫度下，其總體積能夠保持每1,000ft3的最大每日揮發(fā)性固體(VS)加載速率或最小水力停留時(shí)間(HRT)兩者中的較大者。2.權(quán)利要求1的環(huán)境溫度厭氧消化器，其中所述增強(qiáng)土工膜材料的最小厚度為約20mils。3.權(quán)利要求1的環(huán)境溫度厭氧消化器，其中所述一個(gè)或多個(gè)泥渣進(jìn)入口為所述具有充分柔性的囊內(nèi)部的相應(yīng)泥渣泄降管提供開口。4.權(quán)利要求1的環(huán)境溫度厭氧消化器，其中內(nèi)部隔板界定出所述具有充分柔性的囊的入口側(cè)和出口側(cè)，所述廢物入口和一個(gè)或多個(gè)泥渣進(jìn)入口在所述具有充分柔性的囊的入口側(cè)，而所述生物氣出口和消化液出口在所述具有充分柔性的囊的出口側(cè)。5.權(quán)利要求1的環(huán)境溫度厭氧消化器，其中所述具有充分柔性的囊的長(zhǎng)寬比為約3:1—約5:1。6.權(quán)利要求1的環(huán)境溫度厭氧消化器，其中所述具有充分柔性的囊具有頂面和底面，并在其頂面具有廢物入口、消化液出口、生物氣出口及一個(gè)或多個(gè)泥渣進(jìn)入口。7.權(quán)利要求6的環(huán)境溫度厭氧消化器，其中所述廢物入口和消化液出口在所述具有充分柔性的囊的頂面的相對(duì)兩端。8.改進(jìn)的環(huán)境溫度厭氧消化器系統(tǒng)，其包含由增強(qiáng)生物膜材料構(gòu)成的具有充分柔性的囊，用于厭氧消化動(dòng)物廢物，該具有充分柔性的囊具有一個(gè)或多個(gè)廢物入口、消化液出口、生物氣出口和泥渣進(jìn)入口；和用于回收來自動(dòng)物廢物厭氧消化的生物氣的裝置，其中基于南北緯35。之間選定的諱度，設(shè)計(jì)所述具有充分柔性的囊的尺寸，使得在65。F或更高的溫度下，其總體積能夠保持每1,000ft3的最大每曰揮發(fā)性固體(VS)加載速率或最小水力停留時(shí)間(HRT)兩者中的較大者。9.權(quán)利要求8的改進(jìn)的厭氧消化器系統(tǒng)，其中用于回收生物氣的裝置包含與所述具有充分柔性的囊中的一個(gè)或多個(gè)生物氣出口流體連通的至少一個(gè)生物氣儲(chǔ)存容器、生物氣應(yīng)用裝置或它們的組合。10.權(quán)利要求8的改進(jìn)的厭氧消化器系統(tǒng)，其中所述用于回收生物氣的裝置包含置換罐，用來容納由所述具有充分柔性的囊內(nèi)產(chǎn)生的生物氣置換的動(dòng)物廢物。11.權(quán)利要求10的改進(jìn)的厭氧消化器系統(tǒng)，其中所述置換的動(dòng)物廢物通過一個(gè)或多個(gè)消化液出口排出和返回到具有充分柔性的囊。12.權(quán)利要求9的改進(jìn)的厭氧消化器系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)生物氣儲(chǔ)存容器包含囊。13.<image>imageseeoriginaldocumentpage0</image>14.<image>imageseeoriginaldocumentpage0</image>15.權(quán)利要求8的改進(jìn)的厭氧消化器系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)泥渣進(jìn)入口為所述具有充分柔性的囊內(nèi)部的相應(yīng)泥渣泄降管提供開口。16.處理動(dòng)物廢物同時(shí)生產(chǎn)并回收生物氣的方法，其包括下列步驟通過具有充分柔性的囊中的一個(gè)或多個(gè)廢物入口輸送動(dòng)物廢物；保持65°F或更高溫度下的最小HRT或所述具有充分柔性的囊中每、1000ft3的每日揮發(fā)性固體加載速率兩者中的較大者；通過所述具有充分柔性的囊中的一個(gè)或多個(gè)消化液出口從具有充分柔性的囊中移出消化液；通過所述具有充分柔性的囊中的一個(gè)或多個(gè)泥渣進(jìn)入口從具有充分柔性的囊中移出固體；及提供用于回收在所述具有充分柔性的囊中產(chǎn)生的生物氣的裝置。17.權(quán)利要求16的方法，其中用于回收在所述囊中產(chǎn)生的生物氣的裝置包含通過所述具有充分柔性的囊中一個(gè)或多個(gè)生物氣出口將生物氣從具有充分柔性的囊傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)生物氣應(yīng)用裝置、至少一個(gè)生物氣儲(chǔ)存容器或它們的組合。18.權(quán)利要求16的方法，其還包括下列步驟提供與所述一個(gè)或多個(gè)消化液出口中的至少一個(gè)流體連通的置換罐；和通過所述一個(gè)或多個(gè)消化液出口中的至少一個(gè)，將所述具有充分柔性的囊中的動(dòng)物廢物置換到置換罐中，從而將生物氣儲(chǔ)存在所述具有充分柔性的囊中。19.權(quán)利要求17的方法，其中所述至少一個(gè)生物氣儲(chǔ)存容器包含便攜式生物氣儲(chǔ)存容器。20.權(quán)利要求17的方法，其中所述至少一個(gè)生物氣儲(chǔ)存容器由增強(qiáng)土工膜材料構(gòu)成。全文摘要本發(fā)明提供用于厭氧消化動(dòng)物廢物，同時(shí)生產(chǎn)并回收生物氣的環(huán)境溫度厭氧消化器系統(tǒng)。該厭氧消化器系統(tǒng)包括用于厭氧消化動(dòng)物廢物同時(shí)產(chǎn)生生物氣的具有充分柔性的囊，并將生物氣傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)生物氣儲(chǔ)存容器、生物氣應(yīng)用裝置或它們的組合，在優(yōu)選方式中，所述具有充分柔性的囊在其頂面含有廢物入口、消化液出口、一個(gè)或多個(gè)泥渣進(jìn)入口和生物氣出口。在沒有能量消耗和很少的資本費(fèi)用條件下，所述厭氧消化器系統(tǒng)可經(jīng)濟(jì)地、簡(jiǎn)便地、可靠地并有效地用于處理動(dòng)物廢物，因此使典型地由動(dòng)物廢物引起的污染最小化。文檔編號(hào)C02F3/30GK101460413SQ200780020563公開日2009年6月17日申請(qǐng)日期2007年5月3日優(yōu)先權(quán)日2006年5月5日發(fā)明者K·F·羅斯申請(qǐng)人:由美國(guó)環(huán)境保護(hù)署署長(zhǎng)代表的美利堅(jiān)合眾國(guó)政府