[發明專利]一種纖維素、木質素發酵產沼氣的微氧預處理裝置及方法

在審

• 申請號: 201710935960.0
• 申請日: 2017-10-10
• 公開（公告）號: CN107460120A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 左東升;馬程;陳寧
• 申請（專利權）人: 英普（北京）環境科技有限公司
• 主分類號: C12M1/38
• 分類號: C12M1/38;C12M1/36;C12M1/34;C12M1/107;C12M1/04;C12M1/02;C12P5/02
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1.一種纖維素、木質素發酵產沼氣的微氧預處理裝置及方法，其特征在于，所述裝置包括：

預處理罐、攪拌器、熱交換器、微氧曝氣裝置、調節閥、風機、切割機、循環泵、ORP儀、DO儀、溫度計、控制系統；

所述預處理罐依靠內部安裝的攪拌器與外部設置的切割機、循環泵實現物料均勻混合、破碎及防止沉淀與結殼；

所述熱交換器與溫度計連鎖并控制罐體內物料溫度；

所述微氧曝氣裝置、調節閥、風機、ORP儀、DO儀組成微氧曝氣系統，為木質素、纖維素水解提供適宜環境；

所述控制系統接收并處理以上設備與儀表返回的信號，自動調節系統運行狀態。

2.根據權利要求1所述的一種纖維素、木質素發酵產沼氣的微氧預處理裝置，其特征在于，所述預處理罐為帶保溫、內部防腐的鋼制罐或混凝土池，罐頂密封，底部呈錐斗狀；預處理罐內部安裝有攪拌器以實現罐體內含固率5-10％的物料能夠均勻混合，攪拌器形式可以是中心垂直攪拌器、潛水攪拌器、中心倒流筒等；預處理罐外部設置了切割機、循環泵并通過管道連接，切割機、循環泵均為能夠處理或輸送大顆粒物料的設備，其中循環泵可將底部物料吸出并在切割機作用下進行二次切割破碎后噴射至預處理罐上部，以此實現物料于預處理罐外部循環，同時可有效防止物料罐底沉積與罐頂結殼。

3.根據權利要求1所述的一種纖維素、木質素發酵產沼氣的微氧預處理裝置，其特征在于，所述熱交換器可根據罐體材質與形式布置與罐體內壁、罐外保溫層中，熱交換器形式可以采用盤管式、混合式及直接加熱式等，其與罐內安裝的溫度計進行溫控連鎖控制，為物料水解提供較佳的溫度環境；環境溫度根據物料形式不同可控制在35-50℃間。

4.根據權利要求1所述的一種纖維素、木質素發酵產沼氣的微氧預處理裝置，其特征在于，所述微氧曝氣裝置、調節閥、風機、ORP儀、DO儀組成微氧曝氣系統，為木質素、纖維素水解提供適宜環境，即溶解氧濃度控制在0.3-0.7mg/L、氧化還原電位控制在-300～-150mV；其中，微氧曝氣裝置可采用穿孔管、膜片式、盤式等形式，安裝于罐體底部；風機采用高壓、低噪型鼓風機，風壓根據罐體高度確定；調節閥安裝在風機與微氧曝氣裝置連接的管路上，其開度可調整；ORP儀、DO儀安裝與罐體上并實時反映罐體內物料的氧化還原電位與溶解氧濃度，其信號通過線纜傳至控制系統。

5.根據權利要求1所述的一種纖維素、木質素發酵產沼氣的微氧預處理裝置，其特征在于，所述控制系統接收ORP儀、DO儀、溫度計的信號，以此判斷預處理罐內物料反應狀態，并通過內部數據處理模型來調整攪拌器、熱交換器、調節閥、風機、切割機、循環泵等運行狀態；即通過調整攪拌器、切割機、循環泵的運行狀態以確保物料均勻混合及防止沉淀與結殼，以溫度計數據為依據通過調整熱交換器以確保預處理罐處于最佳運行溫度，以ORP儀、DO儀數據為依據通過調整調節閥、風機來確保木質素、纖維素最佳水解環境。

6.一種纖維素、木質素發酵產沼氣的微氧預處理裝置及方法，其特征在于，該方法包括：

采用上述權利要求1～5任一項所述的一種纖維素、木質素發酵產沼氣的微氧預處理裝置；

經過初步粉碎的纖維素、木質素類物質進入預處理罐內與回流沼液或營養液混合成含固率5-10％物料，利用內部安裝的攪拌器實現罐體內均勻混合，同時通過外部設置的切割機、循環泵亦可將物料從底部吸出并二次粉碎后噴至罐體頂部以實現物料破碎、防止物料罐底沉淀與罐頂結殼；罐體配套設置的熱交換器與溫度計連鎖并控制罐體內物料反應溫度，由微氧曝氣裝置、調節閥、風機、ORP儀、DO儀組成的微氧曝氣系統可為木質素、纖維素水解提供適宜環境，即溶解氧濃度0.3-0.7mg/L、氧化還原電位-300～-150mV；這個過程均是利用控制系統接收ORP儀、DO儀、溫度計的信號，以此判斷預處理罐內物料反應狀態，并通過內部數據處理模型來調整攪拌器、熱交換器、調節閥、風機、切割機、循環泵等運行狀態來達到；預處理后的物料即可進入厭氧發酵系統中進行產甲烷，最終將纖維素、木質素類物質轉化為沼氣、沼肥等具有一定經濟價值的產品。該系統及方法增強了水解酶等兼氧微生物活性、提高了水解預處理的效率、縮短了預處理時間、提高厭氧體系穩定性與產氣率，近而降低了整個工程的投資及運行成本。