[發明專利]一種自動調控堿度預防厭氧混合發酵酸化的裝置及其方法

在審

• 申請號: 201510438564.8
• 申請日: 2015-07-23
• 公開（公告）號: CN105000928A
• 公開（公告）日: 2015-10-28
• 發明（設計）人: 李子富;王雪梅;程世昆;高瑞嶺;白雪;周曉琴;白曉鳳
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C05F17/02
• 分類號: C05F17/02
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明涉及環保及可再生能源領域，特別是一種應用自動調節控制技術預防混合發酵酸化并實現工藝穩定運行的一種自動調控堿度預防厭氧混合發酵酸化的裝置及其方法。

背景技術

能源的合理利用已成為影響和制約人類可持續發展的重要問題。生物質能源屬于可再生能源，是目前國家重點鼓勵的新能源發展領域。其中，混合發酵為農作物秸稈和人畜糞便等有機廢棄物的資源化利用提供了有效途徑，是實現農業廢棄物資源化利用的重要途徑。多種物料混合厭氧發酵技術，可避免單一原料厭氧發酵缺陷，提高沼氣發酵產氣效率，從而高效率地解決環境污染與能源生產問題。

實際工程應用中，由于季節變化等客觀因素的影響，物料性質易波動，導致混合發酵系統內部碳氮比和系統的緩沖能力不穩定，從而容易引起酸化問題，導致系統崩潰。混合發酵中非產甲烷菌降解有機物的過程可產生大量的揮發性脂肪酸（VFA）?和CO₂，明顯降低系統pH；而產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體系內pH?穩定在一個適宜的范圍內，并使有機物順利地分解，產生甲烷。然而，相對于非產甲烷菌而言，產甲烷菌對溫度、pH、堿度、碳氮比及有毒物質等均很敏感，各種因素的適宜范圍均較窄，要求更加苛刻。所以當系統中溫度、pH、堿度等影響因素或者有機負荷劇烈變化時，產甲烷菌的活性會受到一定程度抑制，而非產甲烷菌活性所受的影響較小，其產生的VFA?不能全部被產甲烷菌利用，使得厭氧體系內VFA?大量積累，兩大類細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致酸化現象的產生。發生酸化的系統內，VFA大量累積，抑制了甲烷菌的活性。甚至，根據前人經驗，當VFA超過8.87mmol/L時，甲烷菌大量死亡。酸化問題是制約高效混合發酵效能提升和穩定運行的關鍵因素，已成為混合發酵研究的熱點和難點。

雖然，pH?是后續厭氧消化穩定性的最佳指示劑，但是當系統內可檢測到的pH值已經超出合理范圍，系統內部早已經發生酸化，很難逆轉。pH?作為微生物發酵活性的指示劑主要依賴于?CO₂的分壓和發酵液中酸堿物質的平衡，而堿度能夠穩定發酵液的?pH?值，它反應了消化系統的緩沖能力。當堿度降低，超出閾值，預示著系統緩沖能力下降，將產生酸化問題。如果能夠及時檢測到系統內堿度降低，可在pH開始下降之前對系統進行維護，補充堿度，調節系統平衡，可有效預防混合發酵中的酸化問題。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出一種自動調控堿度預防厭氧混合發酵酸化的裝置及其方法，不僅可以穩定系統運行，提高混合物料的利用率，同時避免經濟損失，提高實際工程的生產效率和經濟效益。本發明的目的是應用堿度在線監測系統對混合發酵系統中緩沖能力下降的問題及時預警，并通過緩沖液自動補充系統迅速調節，有效預防混合發酵過程中產生酸化問題。

為實現上述目的，本發明采用一下技術方案：

一種自動調控堿度預防厭氧混合發酵酸化的裝置，所述裝置采用堿度在線監測系統對發酵過程中緩沖能力下降的問題及時預警，并通過緩沖液自動補充系統迅速調節，預防混合發酵過程中產生酸化。

進一步的，所述裝置包括：厭氧發酵罐、攪拌系統、堿度在線監測系統、緩沖液自動補充系統，所述堿度在線監測系統包括：堿度控制器、蜂鳴器、堿度在線監測電極A、堿度在線監測電極B、堿度在線監測電極C，所述緩沖液自動補充系統包括：緩沖液控制器、補液罐和進液管。

進一步的，所述堿度在線監測電極A、堿度在線監測電極B和堿度在線監測電極C分別與所述厭氧發酵罐連接，所述堿度在線監測電極A、堿度在線監測電極B和堿度在線監測電極C的檢測端分別設置于發酵罐內的上部、中部與下部，所述堿度在線監測電極A、堿度在線監測電極B和堿度在線監測電極C的另一端皆與所述堿度控制器的輸入端連接。

進一步的，所述蜂鳴器與所述堿度控制器的一個輸出端連接，所述堿度控制器的另一個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液罐的輸入端連接；所述補液罐的輸出端與進液管的入口連接；所述進液管的出口設置于厭氧發酵罐的上部。

進一步的，所述攪拌系統安裝在厭氧發酵罐內部。

進一步的，所述緩沖液自動補充系統的緩沖液采用1mol/L碳酸氫鈉或1mol/L的碳酸鈉。

進一步的，所述補液罐、進液管、攪拌系統、堿度在線監測電極A、B、C材料均采用耐腐蝕材料。