[發(fā)明專利]智能控制兩相厭氧生物膜沼氣發(fā)酵系統(tǒng)及工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611143569.9
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106754321B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫婷;趙光;冀麗爽;郭星
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧工業(yè)大學
• 主分類號: C12M1/36
• 分類號: C12M1/36;C12M1/34;C12M1/107;C12Q3/00;C12P5/02
• 代理公司: 錦州遼西專利事務(wù)所(普通合伙) 21225
• 代理人: 趙月娜

1.一種智能控制兩相厭氧生物膜沼氣發(fā)酵系統(tǒng)，包括水解酸化相發(fā)酵裝置、產(chǎn)甲烷相發(fā)酵裝置和PLC智能控制器，其特征在于：所述水解酸化相發(fā)酵裝置和產(chǎn)甲烷相發(fā)酵裝置之間設(shè)置酸化物料儲存固液分離裝置，所述酸化物料儲存固液分離裝置下部設(shè)有酸化液進料口，上部設(shè)有酸化液出料口，底部設(shè)有殘渣出料口，所述酸化液進料口與水解酸化相發(fā)酵裝置的出料口之間設(shè)有連接管路并在該連接管路上設(shè)有酸化液進料泵，所述殘渣出料口與水解酸化相發(fā)酵裝置的進料口之間設(shè)有連接管路并在該連接管路上設(shè)有殘渣回流泵，所述酸化液出料口與產(chǎn)甲烷相發(fā)酵裝置的進料口之間設(shè)有連接管路并在該連接管路上設(shè)有產(chǎn)甲烷相進料泵，所述水解酸化相發(fā)酵裝置、酸化物料儲存固液分離裝置和產(chǎn)甲烷相發(fā)酵裝置頂部均設(shè)有出氣口，所述出氣口利用管線與集氣罐連接，所述集氣罐另連接氣體流量計；所述產(chǎn)甲烷相發(fā)酵裝置底部設(shè)有進料口且該進料口采用三通電磁閥，除與產(chǎn)甲烷相發(fā)酵裝置直接相連的端口外，其中一個端口作為進料端口與產(chǎn)甲烷相進料泵所在連接管路相連，另一個作為出料端口利用管線連接沼液循環(huán)泵，所述產(chǎn)甲烷相發(fā)酵裝置的上部設(shè)有沼液回流口，所述沼液回流口內(nèi)側(cè)連接回流分散器，外側(cè)與所述沼液循環(huán)泵的出口管線相連，所述PLC智能控制器通過控制產(chǎn)甲烷相進料泵和沼液循環(huán)泵調(diào)整進料負荷與沼液回流量，所述產(chǎn)甲烷相發(fā)酵裝置內(nèi)部對應回流分散器下方位置設(shè)有可拆分的載體承托裝置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能控制兩相厭氧生物膜沼氣發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于：所述水解酸化相發(fā)酵裝置、酸化物料儲存固液分離裝置與產(chǎn)甲烷相發(fā)酵裝置的體積比為2-4：1：1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能控制兩相厭氧生物膜沼氣發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于：所述水解酸化相發(fā)酵裝置采用雙層螺旋連續(xù)攪拌釜式裝置，其底部設(shè)有進料口且該進料口采用三通電磁閥，除與水解酸化相發(fā)酵裝置直接相連的端口外，其中一個進料端口外側(cè)利用管線連接有機廢棄物進料泵，另一個進料端口外側(cè)與所述殘渣回流泵所在連接管路相連，所述PLC智能控制器通過控制有機廢棄物進料泵和殘渣回流泵調(diào)整進料負荷與沉渣回料負荷，所述水解酸化相發(fā)酵裝置的上部設(shè)有出料口，所述水解酸化相發(fā)酵裝置內(nèi)部設(shè)置雙層螺旋電動攪拌器、熱電偶加熱器、溫度傳感器、pH計及氧化還原電位計。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能控制兩相厭氧生物膜沼氣發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于：所述產(chǎn)甲烷相發(fā)酵裝置的徑高比為1：5-8，所述PLC智能控制器通過控制產(chǎn)甲烷相進料泵和沼液循環(huán)泵調(diào)整進料負荷與沼液回流量，所述產(chǎn)甲烷相發(fā)酵裝置內(nèi)部對應回流分散器下方位置設(shè)有可拆分的載體承托裝置，所述產(chǎn)甲烷相發(fā)酵裝置內(nèi)另設(shè)有pH計及氧化還原電位計。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能控制兩相厭氧生物膜沼氣發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于：所述回流分散器為倒置漏斗狀，底面均勻設(shè)置多孔圓形沼液噴淋口，直徑為產(chǎn)甲烷相發(fā)酵裝置直徑的3/5-4/5。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能控制兩相厭氧生物膜沼氣發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于：所述可拆分的載體承托裝置位于距產(chǎn)甲烷相發(fā)酵裝置頂部的2/3處，承托的載體高度為產(chǎn)甲烷相發(fā)酵裝置高度的1/5-1/3，所述可拆分的載體承托裝置的上、下底面均勻設(shè)置多個通孔，用于固定軟質(zhì)填料。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能控制兩相厭氧生物膜沼氣發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于：所述水解酸化相發(fā)酵裝置的雙層螺旋電動攪拌器的上、下兩層攪拌槳位于距水解酸化相發(fā)酵裝置頂部的1/3與2/3處，所述攪拌槳由等間隙平行柵條組成，攪拌頻次由PLC智能控制器自動控制。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能控制兩相厭氧生物膜沼氣發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于：所述水解酸化相發(fā)酵裝置的外部設(shè)有聚氨酯保溫層，厚度為2-5cm。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能控制兩相厭氧生物膜沼氣發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于：所述水解酸化相發(fā)酵裝置和產(chǎn)甲烷相發(fā)酵裝置分別設(shè)有多個高度不同的取樣口。

10.一種如權(quán)利要求1所述的智能控制兩相厭氧生物膜沼氣發(fā)酵系統(tǒng)的沼氣發(fā)酵工藝，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、先將單一有機廢物發(fā)酵原料或多種有機廢物混合發(fā)酵原料中混入的沙粒分離出去，再與粉碎后的秸稈混合，最后調(diào)整混合物料的總固體濃度(TS％)為6％-12％、碳氮比(C/N)為20-30：1；向水解酸化相發(fā)酵裝置中投入酸化相接種物，所述酸化相接種物為中溫發(fā)酵沼氣池沼液，接入量為水解酸化相發(fā)酵裝置總?cè)莘e的30％，然后將混合物料泵入到水解酸化相發(fā)酵裝置中至設(shè)定容量；通過酸堿中和原理調(diào)整混合物料的初始pH值在7.0-7.5之間，并加熱混合物料至30-35℃后啟動連續(xù)發(fā)酵運行模式，水解酸化相發(fā)酵裝置定時定量排放酸化物料至儲存固液分離裝置，同時補入與排放物料等量的新鮮混合物料，在此過程中，進料負荷為0.5-1.0kgVS/m3d，物料停留時間為35-40天，利用攪拌器每3h以120-150rpm/min攪拌8-10min；

步驟2、當水解酸化相發(fā)酵裝置中混合物料pH值降至6.5以下，同時通過取樣測定短鏈揮發(fā)性脂肪酸以乙酸和丁酸為主要末端液相發(fā)酵產(chǎn)物時，由PLC智能控制器反饋pH值變化，提高進料負荷至2.0-2.5kgVS/m3d，物料停留時間縮短至25-30天，攪拌器每3h以120-150rpm/min攪拌8-10min；

步驟3、酸化物料的儲存固液分離裝置將分離出的酸化液以連續(xù)進料的方式泵入產(chǎn)甲烷相發(fā)酵裝置，進料負荷為1.5-2.5kgVS/m3d，產(chǎn)甲烷接種物取自城市污水處理廠厭氧反應器中的厭氧顆粒污泥，保持產(chǎn)甲烷相發(fā)酵裝置中發(fā)酵溫度不低于25℃，停留時間25-30天，物料回流比為30～50％，水解酸化相發(fā)酵裝置、酸化物料的儲存固液分離裝置和產(chǎn)甲烷相發(fā)酵裝置產(chǎn)生的沼氣分別收集于集氣罐。