申请日2013.04.26
公开(公告)日2013.09.11
IPC分类号C12M1/107; C02F3/28; C02F3/34; C12M1/02
摘要
本发明公开了一种产气发酵池及城市污水处理方法，包括池体、盖体、进料口、出料口及排气口，所述池体内依次设有沉降室、产气室及上升室，所述进料口与沉降室的上部连通，出料口与上升室的上部连通;产气室的底部通过设置一分隔墙将产气室分为第一产气室和第二产气室;所述沉降室的底部与第一产气室的底部连通，第一产气室顶部与第二产气室顶部连通，第二产气室底部与上升室的底部连通;产气室内设有用于防止物料液面结块的搅拌装置。本产气发酵池的产气率高，空间利用率高，且气体排出量大，排出的废渣基本不含气体。
权利要求书
1.一种产气发酵池，包括池体(1)、罩于池体开口处且与池体密封配合的盖体(2)、供物料进入的进料口(11)、供物料排出的出料口(12)及用于将气体排出的排气口(3)，所述池体的侧壁和底部均设有具有保温作用的保温层(4)，其特征在于：所述池体内依次设有沉降室(13)、产气室及上升室(16)，所述进料口(11)与沉降室(13)的上部连通，出料口(12)与上升室(16)的上部连通;产气室的底部通过设置一分隔墙(141)将产气室分为第一产气室(14)和第二产气室(15);所述沉降室(13)的底部与第一产气室(14)的底部连通，第一产气室(14)顶部与第二产气室(15)顶部连通，第二产气室(15)底部与上升室(16)的底部连通;产气室内设有用于防止物料液面结块的搅拌装置。
2.根据权利要求1所述的产气发酵池，其特征在于：所述搅拌装置为搅拌叶片或喷水管，该喷水管的一端穿出池体与自来水的出水龙头连接，另一端位于产气室内的物料液面上方处。
3.根据权利要求1所述的产气发酵池，其特征在于：所述上升室(16)上设有一吸料口(161)，该吸料口连接一用于吸吐物料的吸料装置;所述产气室上设有用于观察其内物料液面变化的密封透光窗(9)。
4.根据权利要求1所述的产气发酵池，其特征在于：所述第一产气室内设有热电偶温度计(82)。
5.根据权利要求1所述的产气发酵池，其特征在于：所述出料口(12)上设有用于开闭出料口的闸门(121)，所述沉降室(13)上设有用于观察物料沉降情况的进料观察口(131)。
6.一种城市污水处理方法，包括如下步骤：
(1)将工业生产污水、城市游泳池污水、美容美发室污水、公共浴池污水及雨水进行混合过滤、沉淀、消毒及提取有毒重金属后，达到自来水三类标准后排入江河;
(2)将城市卫生间的粪便(含工业、商业、学校公厕)、住宅洗澡水、洗脸水、洗衣水和厨房内污水经密闭管道流入配料间;将城市有机垃圾运入配料间, 农作物垃圾、家畜粪便的混合物粉碎后投入配料间;
(3)将步骤(2)中所述的各种污水、粪便、垃圾作为发酵原料混合均匀形成配合料，调节各发酵原料的比例，使配合料的PH值处于7-10之间;对配料间进行加温，并加入包含发酵细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌三类厌氧微生物的接种料进行搅拌，每日翻动2-3次，待配合料中冒出较多小气泡时，停止翻动，配合料达到初步发酵;
(4)将初步发酵好的配合料输送至如权利要求1-5中任一项所述的产气发酵池内进行产气发酵，控制产气发酵池的温度为10-70℃;输送前，先将一部分配合料从上升室内送入，送向第二产气室，直至第二产气室内的配合料液面即将与分隔墙顶部持平时停止送料;同时配合料开始依次经过进料口、沉降室及第一产气室后，与第二产气室内的配合料汇合，控制配合料的容体占整个产气发酵池的70-90%，产出的气体经排气口输送至出储气包，储气包鼓涨后通过一加压泵，将气体压入储气罐，或直接将气体输送至储气罐产;产气完毕的废渣液经上升室后从出料口排入废渣池进行沉淀，上层沼液和下层沼渣供应给农户或肥料加工厂。
7.根据权利要求6所述的城市污水处理方法，其特征在于：所述步骤(4)中，产气发酵池内配合料的容量达到整个产气发酵池的70%时，用吸料装置在上升室上吸料口吸取配合料，并观察从产气室上的密封观察窗观察产气室内的液面是否下降，若液面下降，则每隔2小时用吸料装置从上升室上的吸料口将配合料吸进吐出，同时喷洒20±5℃的温水以调节液面的湿度和料液的含水量，待配合料正常产气时停止喷水;若液面没有下降，即用20±5℃的温水由上向下冲击液面，直至液面下降为止，液面下降后，每隔2小时用吸料装置从上升室上的吸料口将配合料吸进吐出，同时喷洒20±5℃的温水以调节液面的湿度和料液的含水量，待配合料正常产气时停止喷水。
8.根据权利要求6所述的城市污水处理方法，其特征在于：所述步骤(3)中，若配合料的PH值低于6，则可取出配料间内的部分配合料，并补充等量的含氮较多的发酵原料和水进行调节;或采用人畜粪尿拌入草木灰，一同加到产气发酵池内混合均匀;或在配合料中加入石灰水澄清液气发酵池内混合均匀。
9.根据权利要求6所述的城市污水处理方法，其特征在于：所述的接种物选自污水处理厂的污泥、河床底层的河泥、坑塘污泥、老粪坑的粪底、老沼气池中的沼渣中的一种或几种。
10.根据权利要求6所述的城市污水处理方法，其特征在于：在所述配料间内设置一空气输送管，该空气输送的另一端连接一气泵后置于第一产气室内配合料的液面以下;当配料间内气压高于室外气压时，开启气泵，将配料间的气体泵送至第一产气室内对配合料进行空气搅拌，当配料间的气压恢复后，关闭气泵。
说明书
产气发酵池及城市污水处理方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域，尤其是涉及一种产气发酵池及城市污水处理方法。
背景技术
我国城市建设都是仿效欧洲集中型城市化模式，实际走的却是美国蔓延式城市化的道路。造成我国环境危机还将持续，尤其是随着城市人口的聚集、工业的扩张，水资源危机、气候变化、能源危机、与污水处理压力将越来越大，由于冶炼厂、造纸厂、洗衣粉厂、印染厂、制革厂等污水含有不同有害污染物和重金属从而造成污水厂污泥含有重金属，农田直接使用工业污水灌溉，和污水厂污泥作肥料，恶化了土壤原有的理化性状，其结果是土地生产潜力减退、产品质量恶化并对人类和动植物造成严重危害。
十八大报告明确提出要加大生态系统和环境保护力度，“以解决损害群众健康突出环境问题为重点，强化水、大气、土壤等污染防治”。这意味着必须走新型工业化道路，加大科技创新所创造的价值，而非靠牺牲环境成本来掠夺价值，十六大以来实践证明，在关系国民经济命脉和国家安全的关键领域，真正的核心技术和关键技术只能靠我们自己，拥有自主知识产权，才能真正将国家发展与安全的命运牢牢掌握在自己手中，到2035年，中国的能源需求将占全球的50%以上，下一个十年，工业、农业、和城市用水问题的加剧，必须寻找水问题的中国解决之道。
根据调研城市污水厂污泥大多数是粪便，污泥内含有重金属，提取成本太高，又污水厂的污水和有毒重金属多数来源于工业。据了解，四川是全国农村沼气建设起步较早的地区之一，农村用沼气池实现了粪便、秸秆、有机垃圾等农村主要废弃物的无害化处理、最后产出沼气(甲烷)、沼液、沼渣，支援农业，四川近2000万农民用上了清洁能源，每年为农民节支增收60亿元。可惜农村沼气池一般每半年人工大换料1次，同时清池时一般需要耗时一月左右，不能连续使用，冬季气温低于10℃无法产气。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供一种可连续使用，清理方便的产气发酵池及利用该产气发酵池处理城市污水的方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种产气发酵池，包括池体、罩于池体开口处且与池体密封配合的盖体、供物料进入的进料口、供物料排出的出料口及用于将气体排出的排气口，所述池体的侧壁和底部均设有具有保温作用的保温层，所述池体内依次设有沉降室、产气室及上升室，所述进料口与沉降室的上部连通，出料口与上升室的上部连通;产气室的底部通过设置一分隔墙将产气室分为第一产气室和第二产气室;所述沉降室的底部与第一产气室的底部连通，第一产气室顶部与第二产气室顶部连通，第二产气室底部与上升室的底部连通;产气室内设有用于防止物料液面结块的搅拌装置。
本产气发酵池结构新颖，物料依次经过进料口、沉降室、产气室、上升室，最后经出料口排出;沉降室的设置，可以延长物料的流动时间，促使物料到达产气室时可直接产气，提高效率;物料从沉降室上部送入，再从沉降室底部排向产气室，通过新进物料的推动作用和物料本身的重力作用，物料即可轻松的自上而下移动，节约了动力，还充分利用了沉降室的空间;通过从沉降室的底部流向第一产气室，物料经第一产气室的底部自下而上移动，促进物料的循环，起到一个搅拌的作用，有助于物料更好的发酵，提高产气率;分隔墙的设置，将产气室一分为二，通过沉降室的拖延时间，物料到达第一产气室时，基本已开始发酵，产出的沼气随着物料的向上移动，充分地从发酵物料中排出，大大增加产气率，改变了传统发酵池产气率不高、沼气随沼渣排走的缺点;同时，第一产气室内的物料产出气体后，翻过分隔墙，向第二产气室的下部移动，在第一产气室内未排完气的物料在第二产气室内可以继续排出，将气体充分、完全的排出;分隔墙的设置，延长了物料的流动时间，同时促进了物料的循环，有助于产气和排气;上升室的设置，给物料一个向上移动的空间，增加物料排出的阻力，可以防止物料从第二产气室出来后直接排出，延缓了物料的流动速度，继而提高了气体的产气率和排气率;由于整个产气室必须是密封的，故而为了防止物料液面在产气室内结块，一旦结块，气体将无法排出，我们需要进行搅拌，通过在产气室内设置一个搅拌装置，可以有效防止结块。
进一步的，所述搅拌装置为搅拌叶片或喷水管，该喷水管的一端穿出池体与自来水的出水龙头连接，另一端位于产气室内的物料液面上方处。
进一步的，所述上升室上设有一吸料口，该吸料口连接一用于吸吐物料的吸料装置;所述产气室上设有用于观察其内物料液面变化的密封透光窗。吸料装置将物料来回吸吐，继而可以观察物料结块情况;初次发酵时，需要从池体两侧进行输送物料，当物料初次翻过分隔墙时已经开始产气，若单侧输料，物料从高处掉落，容易发生爆炸,故而需要从池体两侧进行分别输料;一般也可以从出料口进行输料，但是有时候出料口直接连接废渣池，故而可以在上升室上另外设置一吸料口和吸料装置，吸料装置可以为真空吸污车。
再进一步的，所述第一产气室内设有热电偶温度计，更加方便的对温度进行实时监控。
又进一步的，所述出料口上设有用于开闭出料口的闸门，初次输料时，先不进行排料，故而将出料口关上;所述沉降室上设有用于观察物料沉降情况的进料观察口。
本发明还提供了一种城市污水处理方法，包括如下步骤：
(1)将工业生产污水、城市游泳池污水、美容美发室污水、公共浴池污水及雨水进行混合过滤、沉淀、消毒及提取有毒重金属后，达到自来水三类标准后排入江河;
(2)将城市卫生间的粪便(含工业、商业、学校公厕)、住宅洗澡水、洗脸水、洗衣水和厨房内污水经密闭管道流入配料间;将城市有机垃圾运入配料间, 农作物垃圾、家畜粪便的混合物粉碎后投入配料间;
(3)将步骤(2)中所述的各种污水、粪便、垃圾作为发酵原料混合均匀形成配合料，调节各发酵原料的比例，使配合料的PH值处于6-10之间;对配料间进行加温，并加入包含发酵细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌三类厌氧微生物的接种料进行搅拌，每日翻动2-3次，待配合料中冒出较多小气泡时，停止翻动，配合料达到初步发酵;
(4)将初步发酵好的配合料输送至如权利要求1-5中任一项所述的产气发酵池内进行产气发酵，控制产气发酵池的温度为10-70℃;输送前，先将一部分配合料从上升室内送入，送向第二产气室，直至第二产气室内的配合料液面即将与分隔墙顶部持平时停止送料;同时配合料开始依次经过进料口、沉降室及第一产气室后，与第二产气室内的配合料汇合，控制配合料的容体占整个产气发酵池的70-90%，产出的气体经排气口输送至储气包，储气包鼓涨后通过一加压泵，将气体压入储气罐，或直接将气体输送至储气罐;产气完毕的废渣液经上升室后从出料口排入废渣池进行沉淀，上层沼液和下层沼渣供应给农户或肥料加工厂。
进一步的，所述步骤(4)中，产气发酵池内配合料的容量达到整个产气发酵池的70%时，用吸料装置在上升室上吸料口吸取配合料，并观察从产气室上的密封观察窗观察产气室内的液面是否下降，若液面下降，则每隔2小时用吸料装置从上升室上的吸料口将配合料吸进吐出，同时喷洒20±5℃的温水以调节液面的湿度和料液的含水量，待配合料正常产气时停止喷水;若液面没有下降，即用20±5℃的温水由上向下冲击液面，直至液面下降为止，液面下降后，每隔2小时用吸料装置从上升室上的吸料口将配合料吸进吐出，同时喷洒20±5℃的温水以调节液面的湿度和料液的含水量，待配合料正常产气时停止喷水。
进一步的，所述步骤(3)中，若配合料的PH值低于6.0，则可取出配料间内的部分配合料，并补充等量的含氮较多的发酵原料和水进行调节;或采用人畜粪尿拌入草木灰，一同加到产气发酵池内混合均匀;或在配合料中加入石灰水澄清液气发酵池内混合均匀。
再进一步的，所述的接种物选自污水处理厂的污泥、河床底层的河泥、坑塘污泥、老粪坑的粪底、老沼气池中的沼渣中的一种或几种。
又进一步的，在所述配料间内设置一空气输送管，该空气输送的另一端连接一气泵后置于第一产气室内配合料的液面以下;当配料间内气压高于室外气压时，开启气泵，将配料间的气体泵送至第一产气室内对配合料进行空气搅拌，当配料间的气压恢复后，关闭气泵。
本污水处理方法将污水分成两种来处理，一种包括工业生产产出的污水、城市游泳池的污水、美容美发室的污水、公共浴池污水及雨水等，这些污水直接排入现有的污水厂内进行处理;这类污水不含粪便，则污水中的污泥很少，同时工业污水中有的含碱、有的含酸，酸、碱中和，在现有污水厂工艺中，很快便可以使颗粒沉入污水池中，使有毒重金属便于以后提取，大大降低污水处理成本，同时又提高了出厂水的质量，避免污水排入河中，河流水不受污染。
另一种污水则包含城市卫生间的粪便(含工业、商业、学校公厕)、住宅洗澡水、洗脸水、洗衣水和厨房内污水，这些污水通过密封的污水管道(避免雨水流入)流入配料间，也可以先将污水流入配料间附近的一储粪池内，储粪池出口要便于污水流入配料间;单独生活区，可以用真空吸污车将污物送入配料间内。
城市的有机垃圾如用菜叶、坏水果等用汽车运送进配料间，也可以先将有机垃圾运送进有机料加工车间，加工后采用密封管道或机械装置送入配料间。
农作物垃圾如秸秆、稻草、花生壳、麦麸、锯末等送进秸秆粉碎车间，粉碎后的秸秆、稻草、花生壳粉或小条块、麦麸、锯末堆放在仓库内，随后采用密封管道或用机械方法投入配料间中。
将部分发酵原料进行混合形成配合料，配合料由自动输送管投入各台产气发酵池中，产气发酵池可根据需要设置一台或多台;产出沼气(甲烷)供城市居民用或工业用气，沼液、沼渣，支援农业。
沼气微生物适宜环境的pH值应控制在6.0-10.0之间，过高过低都会影响它的活性沼气细菌的生长繁殖，适宜的温度通常池内温度保持在20-30℃之间产气量最高，温度适宜时，沼气细菌的生命活动就旺盛，沼气就产得多，产得快，低于20℃时，产气量较低，高于50℃时，产气量很少，主要以产无菌肥料为主，一般医院的粪便中细菌较多，要经过高温杀菌产出无菌肥料。
当配料间内产生一部分气体，导致配料间内气压高于室外气压时，可以开启抽气泵，将配料间内的气体通过输气管输入第一产气室中，对配合料进行一个气体搅拌，促进配合料发酵产气。
由于产气发酵池是连续产出沼气，即配料间需要定时、定量供料，通过加入新的配合料，来驱动产气完毕的废渣液排向出料口;废渣液由出料口流入废渣池中，渣水(沼液)流入沉淀池中进行沉淀，沼液可供农、林、渔，沼渣可作肥料，完全不含重金属，不会土地污染。
在初次发酵中，为了更加节能，本发明的配料间采用透光透紫外线材质，利用太阳光照射进行加热，人在外观查，控制加料、混合及出料，本系统还可自动检测混合料温度，当温度低于12℃时，即采用电加热来增温，通过加热媒体散发一定的热量，直接或间接的热交换，补充整个系统的热损失，以达到升温的正常工作要求;当料温高于25℃，即减少透光密度，如将顶盖上盖设一些遮光材料。
本发明提供的产气发酵池包括三层层结构，最外层和最里层均为钢筋水泥制成得到防漏层，也可采用耐酸碱高强度材料，中间层为保温材料制成的保温层;盖体与池体密封配合，如可用螺栓拧紧，不漏气。密封加保温的环境，提高产气量的同时也保证了安全，防止空气进入发生爆炸事故。
搅拌装置可以为搅拌叶片，或者喷水管，喷水管也可穿过盖体与水龙头连接，另一端悬置于配合料液面上方，当发现液面表面结块，则气体将无法在产气室内排出，则开启水龙头，对液面进行喷洒，即可化开结块的液面，使气体顺利排出。
产气发酵池建成投入运载时，首先在大投料前10-20天，在配料间先进行初次发酵;参与有机物厌氧发酵的微生物菌群数量较多，种类繁杂，不同种类的有机物降解都需相应微生物来完成。厌氧微生物主要由发酵细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌3大类组成，这3大类微生物菌种相互配合才能使复杂有机物分解成二氧化碳、甲烷和水;接种物一般可采用如污水处理厂的污泥、河床底层的河泥、坑塘污泥、老粪坑的粪底、老沼气池中的沼渣等，例如：比例为接种物50千克、粪100千克、污水150千克，按这个比例配制后，放在配料池内拌匀，每天翻动2-3次，等有许多小气泡冒出来时，就说明初次发酵完成。
完成初次发酵的配合料首次进入产气发酵池时，需要对产气室两侧进行加料，配合料通过自动输送管道由进料口送入沉降室，继而进入第一产气室，同时用真空吸污车将一部分配合料从出料口流入上升室，再送向第二产气室，当第二产气室内的配合料液面高度与分隔墙差不多高时，即可停止真空吸污车的工作，当出料口与废渣池固连时，此处也可以在上升室上方开一个吸料口，真空吸污车通过该吸料口进行吸料和吐料;而另一侧的配合料继续由进料口进入，逐渐翻过分隔墙与第二产气室内的配合料混合;由于配合料在第一产气室内就开始大量产气，通过设置分隔墙，延长了配合料的流动路径，同时增加了流动时间，使产出的沼气更多、更完全地排出，大大提高沼气利用率和产出率;配合料在后续进料的推动下，向上翻过分隔墙形成一个向上的流动路径，同时有效的带动气体向上运动，继而更加顺利的排出;再者，翻过分隔墙的配合料向下运动，流动速度加快，有助于剩余沼气的更完全的排出。
产气发酵池温度由电热偶温度计进行测量，通常测量第一产气室的温度，测量好的温度结果反应在仪表上，新的培养接种料，不断从输料管通过进料口，流入产气发酵池中，使料液占发酵间的70-90%，剩下10-30%的空间作为产气空隙;达到要求后，用真空吸污车将从吸料口内将配合料吸出，从密封透光窗内查看配合料的液面是否下降，没有下降即打开水龙头，用水温20±5度由上向下冲击液面，直到液面下降为至，液面下降后，每隔2小时用真空吸污车将从吸料口内将料吸出吐进，保持料面不会结块，有利产气，同时用水龙头用水温20±5度调节液面湿度和料液的含水量，直到正常产气。
也可以在排气口上的连接一排气管道，在该排气管道内装入煤气炉炉层自动控制器，类似一个搅拌叶片，通过搅拌液面来保持料液高度和搅动料液料面，阻止料液结块和液面湿度。
产气发酵池产出沼气，一般来说，产气发酵池在夏天投料3-5天，冬天投料7-10天后产气，产气发酵池发酵初期产生的气体主要是二氧化碳，同时装池时池体内有大量空气，因此气体中的甲烷含量很低，通常不能燃烧。当发酵池的压力达到压力表的﹢3㎜左右时(正常生产为+1～2㎜)，应从排气管道上的一个气孔上放气试火;放气3-4次后，经化验室化验所产气体中甲烷含量达到30%以上时，即可点燃使用，说明沼气池内微生物数量已达到高峰，酸化和甲烷细菌的活动已趋于平衡，这时沼气发酵的启动阶段即告结束，沼气池就可以正常运转了，接好压力表打开出料口上的闸门，沼气通过管道流向储气包，当新配合料含接种物不断从进料口流入产气发酵池内，为了控制液面高度，逐步打开闸门，沼渣液从出料口流入废渣池中，投入正常生产。
综上所述，本发明具有以下优点：本产气发酵池结构巧妙，物料的产气率高，空间利用率高，且气体排出量大，排出的废渣基本不含气体;本污水处理方法将城市污水回收一分为二，使工业产出的污水和城市游泳池、美容美发室、公共浴池污水、以及雨水都进行处理，污水不再直接排入江河，使污泥大大减少，有利于重金属回收，又降低污水处理成本，同时又提高了出厂水的质量，使我国江河水质早日达到预定目标;城市卫生间的粪便、住宅生活污水和厨房内污水进行集中处理，通过发酵，产出沼气(甲烷)，支援城市居民用气;沼液、沼渣也可以做有机肥，支援农业用水和有机肥，减少化肥使用量，使之改善土壤，促进农业丰收;减少环境污染，减少工农业用水矛盾，使我国农产品质量走向有机农产品。
