[發明專利]一種兩段式厭氧發酵裝置及利用該裝置進行厭氧發酵產甲烷的方法

有效

• 申請號: 201310556387.4
• 申請日: 2013-11-11
• 公開（公告）號: CN103589633A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 王世偉;馬放;麻微微;孟祥博;黃金;游空;李樹本
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C12M1/107
• 分類號: C12M1/107;C12P5/02;C02F11/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明涉及利用生物質廢棄物進行兩段式厭氧發酵控制裝置。

背景技術

厭氧消化生物質廢棄物產沼氣技術已經發展應用了一個多世紀，然而事實上由于厭氧消化設備造價高，包括攪拌和加溫等附助設備能量消耗高，并未取得良好的經濟收益和普遍應用推廣。我國對于沼氣技術有了更深層次的認識和較廣范圍的應用主要始于20世紀80年代，此后在厭氧發酵微生物學原理和發酵工藝研究方面都取得了重要進展。目前，在我國南方應用較為成熟并應用推廣的沼氣技術如“一池三改”、“三位一體”、“四位一體”等生態工程模式已取得良好的應用效果。然而，我國北方自發展沼氣應用，一直立足于農村戶用型沼氣的推廣，基本采用的都是自然溫度混合批次發酵工藝或半連續發酵工藝，未對整個發酵過程進行工藝的優化和有效的調控。從國內外現有的厭氧法處理有機生物質的實例看出，應用較多的地區是溫、熱帶地區，而在北方低溫地區的工程較少。在北方的一些低溫地區容積產氣率約0.1m³/m³·d，沼氣池利用率約為50%，原料分解不到30%，沼氣池每年的使用時間只有3-6個月。這種狀況在一定程度上限制了北方地區沼氣的發展，也使的北方沼氣的普及和應用遠落后于南方的非低溫地區。為此，在北方低溫地區合理開發利用沼氣新技術是一個急待解決的問題。

目前，在現有發酵工藝中兩相厭氧發酵工藝是消化畜禽糞便等生物質廢棄物產沼氣較為穩定、高效的發酵工藝。由于其將發酵過程的生物相分離，使得整個復雜的厭氧發酵過程更易于進行生理、生態調控，可有效提高原料轉化效率，獲得較理想的產氣率?，F有較為高效的產甲烷相反應器主要以第二及第三代厭氧生物反應器為代表，如上流式厭氧污泥床(Upflow?Anaerobic?Sludge?Blanket,UASB)、升流式厭氧流化床(Upflow?Fluided?Bed,UFB)、內循環式反應器(Internal?Cyclic?Reactor,IC)、內外循環反厭氧應器（Internal?And?External?Circulation?Reactor，IEC）、旋流內循環厭氧反應器（Eddy?Internal?circulation?Reactor，EIC）等產氣率可達0.8m³·d以上。由于應用了固體的流態化技術、旋流技術及內外循環相結合的技術，為厭氧微生物的快速生長代謝提供了較為理想的物理環境。這些正是現有厭氧發酵裝置所不足之處。因此，應從考慮開發有利于創造優越的厭氧發酵宏觀物理環境入手，同時要適應不同底物性質（如糞便、秸稈或混合發酵底物等）的新型高效生物質厭氧消化反應器。同時優化運行操作參數，可以在一定程度上降低溫度對厭氧反應器效率的要求，同時可節省一定的輔助能源。同時，由于產甲烷相是兩相發酵工藝消化產能的最后階段，能否保證產甲烷相穩定運行，將直接影響發酵工藝的平衡及效率，其主要影響生態因子包括與產酸相合適的有機負荷量、適合產甲烷菌群代謝的PH調控等。

目前，利用牛糞為發酵底物進行一體式兩相厭氧發酵產沼氣工藝仍存在問題，在常規的一體式兩相厭氧發酵過程中，產甲烷細菌比產酸發酵細菌的種群和數量相差較大，兩大類微生物對環境的要求差異性較大，在一個池體維持它們的協調和平衡非常不易，當平衡失調，對產甲烷菌活性影響較大，導致產氣率下降，并且易造成有機酸積累，發生“酸化”現象，工藝運行過程失效。

發明內容

本發明要解決國內厭氧發酵技術存在的沼氣產量低，冬季運行不穩定，補熱能好大，管路堵塞難修，運行效率低下的問題，而提供一種兩段式厭氧發酵裝置及利用該裝置進行厭氧發酵產甲烷的方法。

一種兩段式厭氧發酵裝置，由產酸發酵段和產甲烷段組成，產酸發酵段為產酸發酵反應器，產甲烷段為產甲烷反應器；

其中，進料口A設置在產酸發酵反應器的一側的下部，氧化還原電極A設置在進料口A的上部，在產酸發酵反應器的另一側的上部設有出料口A、下部設有溫控溫度探頭A,溫控纏繞電阻絲A纏繞在產酸發酵反應器的外周，產酸發酵反應器的頂端蓋板與罐身采用法蘭盤連接，在產酸發酵反應器的頂端設有排氣口A，變速攪拌器A設置在產酸發酵反應器的內部，取樣口A設置在變速攪拌器A上，排渣口A設置在產酸發酵反應器的下端；

進料口B設置在產甲烷反應器的一側的下部，氧化還原電極B設置在進料口B的上部，在產甲烷反應器的另一側的上部設有出料口B、下部設有溫控溫度探頭B,溫控纏繞電阻絲B纏繞在產甲烷反應器的外周,在產甲烷反應器的頂端設有排氣口B,變速攪拌器B設置在產甲烷反應器的內部，取樣口B設置在變速攪拌器B上，排渣口B設置在產甲烷反應器的下端；