[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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技術領域

本發明屬于固體廢棄物處理及資源化領域，特別是纖維素、木質素類廢棄物的處理與處置，具體涉及到一種纖維素、木質素發酵產沼氣的微氧預處理裝置及方法。

背景技術

我國秸稈類生物質資源豐富，每年產量可達7億噸以上，除了少數秸稈被作為牲畜飼料、農家肥和農村燃料外，大多數秸稈被堆置或直接粉碎還田或直接焚燒，這不僅造成資源浪費，也帶來了嚴重的環境污染問題。如將秸稈類生物質進行厭氧發酵處理，廢物通過微生物的代謝活動而被穩定化，同時伴有甲烷和CO₂產生的反應，其中甲烷俗稱沼氣是一種可再生利用的生物質能源。其發酵殘余物--沼液、沼渣亦可作為肥料進行資源化，這樣高品質資源化還可減少環境污染。

秸稈類農業廢棄物主要由植物細胞壁組成，干化黃秸稈的基本成分為纖維素、半纖維素和木質素等，還有少量的鉀、鎂、鈣、硅等化合物的礦物質。纖維素和半纖維素由多糖構成，是產沼氣的能量來源。目前，在國內大型沼氣工程實踐中，主要采用的預處理方式有物理粉碎預處理與堿液預處理。其中，物理粉碎預處理是通常采用的粉碎方式有切割破碎與研磨破碎，而實際應用中發現粉碎預處理效果很有限、不能從本質上改變秸稈的結晶結構。堿液預處理是利用NaOH等極性溶液可以作為潤脹劑滲入纖維內部，使得纖維素部分氫鍵被破壞，部分酯鍵皂化反應消失，潤脹作用提高了厭氧微生物系統可及度，一定程度上提高了原料可降解性。但其對于纖維素結晶區的影響極小，晶體類型沒有本質改變，無法充分挖掘產氣潛力且運行成本偏高。

使得目前工程化項目均在預處理方面存在著原料受限、預處理技術單一且效率低、發酵效率低且周期長、易發生堵塞與浮渣等問題急需解決。

發明內容

本發明提供了一種纖維素、木質素發酵產沼氣的微氧預處理裝置及方法，可以有效解決上述問題。

本發明采用的技術方案如下：

本發明提供的一種纖維素、木質素發酵產沼氣的微氧預處理裝置，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；

其中，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；

根據本發明的第二方面，在本發明的預處理罐為帶保溫、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；

根據本發明的第三方面，在本發明的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；

根據本發明的第四方面，在本發明的微氧曝氣裝置、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；

根據本發明的第五方面，在本發明的控制系統接收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；