[發(fā)明專利]一種自動(dòng)調(diào)控堿度預(yù)防厭氧混合發(fā)酵酸化的裝置及其方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510438564.8
• 申請(qǐng)日: 2015-07-23
• 公開（公告）號(hào): CN105000928A
• 公開（公告）日: 2015-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李子富;王雪梅;程世昆;高瑞嶺;白雪;周曉琴;白曉鳳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C05F17/02
• 分類號(hào): C05F17/02
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及環(huán)保及可再生能源領(lǐng)域，特別是一種應(yīng)用自動(dòng)調(diào)節(jié)控制技術(shù)預(yù)防混合發(fā)酵酸化并實(shí)現(xiàn)工藝穩(wěn)定運(yùn)行的一種自動(dòng)調(diào)控堿度預(yù)防厭氧混合發(fā)酵酸化的裝置及其方法。

背景技術(shù)

能源的合理利用已成為影響和制約人類可持續(xù)發(fā)展的重要問題。生物質(zhì)能源屬于可再生能源，是目前國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)的新能源發(fā)展領(lǐng)域。其中，混合發(fā)酵為農(nóng)作物秸稈和人畜糞便等有機(jī)廢棄物的資源化利用提供了有效途徑，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的重要途徑。多種物料混合厭氧發(fā)酵技術(shù)，可避免單一原料厭氧發(fā)酵缺陷，提高沼氣發(fā)酵產(chǎn)氣效率，從而高效率地解決環(huán)境污染與能源生產(chǎn)問題。

實(shí)際工程應(yīng)用中，由于季節(jié)變化等客觀因素的影響，物料性質(zhì)易波動(dòng)，導(dǎo)致混合發(fā)酵系統(tǒng)內(nèi)部碳氮比和系統(tǒng)的緩沖能力不穩(wěn)定，從而容易引起酸化問題，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。混合發(fā)酵中非產(chǎn)甲烷菌降解有機(jī)物的過程可產(chǎn)生大量的揮發(fā)性脂肪酸（VFA）?和CO₂，明顯降低系統(tǒng)pH；而產(chǎn)甲烷菌則在利用乙酸、甲酸、氫形成甲烷的過程中消耗酸和CO₂。兩者的共同作用可使反應(yīng)體系內(nèi)pH?穩(wěn)定在一個(gè)適宜的范圍內(nèi)，并使有機(jī)物順利地分解，產(chǎn)生甲烷。然而，相對(duì)于非產(chǎn)甲烷菌而言，產(chǎn)甲烷菌對(duì)溫度、pH、堿度、碳氮比及有毒物質(zhì)等均很敏感，各種因素的適宜范圍均較窄，要求更加苛刻。所以當(dāng)系統(tǒng)中溫度、pH、堿度等影響因素或者有機(jī)負(fù)荷劇烈變化時(shí)，產(chǎn)甲烷菌的活性會(huì)受到一定程度抑制，而非產(chǎn)甲烷菌活性所受的影響較小，其產(chǎn)生的VFA?不能全部被產(chǎn)甲烷菌利用，使得厭氧體系內(nèi)VFA?大量積累，兩大類細(xì)菌的代謝平衡被破壞。因而溫度、pH、堿度、碳氮比等條件均能導(dǎo)致酸化現(xiàn)象的產(chǎn)生。發(fā)生酸化的系統(tǒng)內(nèi)，VFA大量累積，抑制了甲烷菌的活性。甚至，根據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)VFA超過8.87mmol/L時(shí)，甲烷菌大量死亡。酸化問題是制約高效混合發(fā)酵效能提升和穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素，已成為混合發(fā)酵研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

雖然，pH?是后續(xù)厭氧消化穩(wěn)定性的最佳指示劑，但是當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)可檢測(cè)到的pH值已經(jīng)超出合理范圍，系統(tǒng)內(nèi)部早已經(jīng)發(fā)生酸化，很難逆轉(zhuǎn)。pH?作為微生物發(fā)酵活性的指示劑主要依賴于?CO₂的分壓和發(fā)酵液中酸堿物質(zhì)的平衡，而堿度能夠穩(wěn)定發(fā)酵液的?pH?值，它反應(yīng)了消化系統(tǒng)的緩沖能力。當(dāng)堿度降低，超出閾值，預(yù)示著系統(tǒng)緩沖能力下降，將產(chǎn)生酸化問題。如果能夠及時(shí)檢測(cè)到系統(tǒng)內(nèi)堿度降低，可在pH開始下降之前對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，補(bǔ)充堿度，調(diào)節(jié)系統(tǒng)平衡，可有效預(yù)防混合發(fā)酵中的酸化問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種自動(dòng)調(diào)控堿度預(yù)防厭氧混合發(fā)酵酸化的裝置及其方法，不僅可以穩(wěn)定系統(tǒng)運(yùn)行，提高混合物料的利用率，同時(shí)避免經(jīng)濟(jì)損失，提高實(shí)際工程的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明的目的是應(yīng)用堿度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)混合發(fā)酵系統(tǒng)中緩沖能力下降的問題及時(shí)預(yù)警，并通過緩沖液自動(dòng)補(bǔ)充系統(tǒng)迅速調(diào)節(jié)，有效預(yù)防混合發(fā)酵過程中產(chǎn)生酸化問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用一下技術(shù)方案：

一種自動(dòng)調(diào)控堿度預(yù)防厭氧混合發(fā)酵酸化的裝置，所述裝置采用堿度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)發(fā)酵過程中緩沖能力下降的問題及時(shí)預(yù)警，并通過緩沖液自動(dòng)補(bǔ)充系統(tǒng)迅速調(diào)節(jié)，預(yù)防混合發(fā)酵過程中產(chǎn)生酸化。

進(jìn)一步的，所述裝置包括：厭氧發(fā)酵罐、攪拌系統(tǒng)、堿度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、緩沖液自動(dòng)補(bǔ)充系統(tǒng)，所述堿度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括：堿度控制器、蜂鳴器、堿度在線監(jiān)測(cè)電極A、堿度在線監(jiān)測(cè)電極B、堿度在線監(jiān)測(cè)電極C，所述緩沖液自動(dòng)補(bǔ)充系統(tǒng)包括：緩沖液控制器、補(bǔ)液罐和進(jìn)液管。

進(jìn)一步的，所述堿度在線監(jiān)測(cè)電極A、堿度在線監(jiān)測(cè)電極B和堿度在線監(jiān)測(cè)電極C分別與所述厭氧發(fā)酵罐連接，所述堿度在線監(jiān)測(cè)電極A、堿度在線監(jiān)測(cè)電極B和堿度在線監(jiān)測(cè)電極C的檢測(cè)端分別設(shè)置于發(fā)酵罐內(nèi)的上部、中部與下部，所述堿度在線監(jiān)測(cè)電極A、堿度在線監(jiān)測(cè)電極B和堿度在線監(jiān)測(cè)電極C的另一端皆與所述堿度控制器的輸入端連接。

進(jìn)一步的，所述蜂鳴器與所述堿度控制器的一個(gè)輸出端連接，所述堿度控制器的另一個(gè)輸出端與所述緩沖液控制器的輸入端連接；所述緩沖液控制器的輸出端與所述補(bǔ)液罐的輸入端連接；所述補(bǔ)液罐的輸出端與進(jìn)液管的入口連接；所述進(jìn)液管的出口設(shè)置于厭氧發(fā)酵罐的上部。

進(jìn)一步的，所述攪拌系統(tǒng)安裝在厭氧發(fā)酵罐內(nèi)部。

進(jìn)一步的，所述緩沖液自動(dòng)補(bǔ)充系統(tǒng)的緩沖液采用1mol/L碳酸氫鈉或1mol/L的碳酸鈉。

進(jìn)一步的，所述補(bǔ)液罐、進(jìn)液管、攪拌系統(tǒng)、堿度在線監(jiān)測(cè)電極A、B、C材料均采用耐腐蝕材料。