適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器及沼氣生產(chǎn)設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器及沼氣生產(chǎn)設(shè)備，該預(yù)處理反應(yīng)器包括水解罐(1)，水解罐(1)設(shè)有進(jìn)料口、進(jìn)水口和出料口，水解罐(1)內(nèi)設(shè)有攪拌裝置(2)，水解罐(1)底部設(shè)有向罐內(nèi)空間提供氣體的間隔曝氣裝置。將該預(yù)處理反應(yīng)器和厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(21)連通組成沼氣生產(chǎn)設(shè)備。預(yù)處理反應(yīng)器將木質(zhì)纖維素原料的水解酸化過(guò)程獨(dú)立出來(lái)，采用間隔曝氣裝置創(chuàng)造了適宜大量有益微生物繁殖共生的環(huán)境，提高了水解酶活性，縮短水解時(shí)間；同時(shí)也減小了對(duì)產(chǎn)甲烷菌的沖擊，提高了體系穩(wěn)定性，厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣效率提高，降低了運(yùn)行成本；預(yù)處理程度大，使得厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(21)的容積大大減小，也降低了投資成本。
【專利說(shuō)明】
適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器及沼氣生產(chǎn)設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及利用木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)原料生產(chǎn)沼氣的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器及沼氣生產(chǎn)設(shè)備?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]世界上生物質(zhì)資源數(shù)量龐大，種類繁多。植物通過(guò)光合作用產(chǎn)生的木質(zhì)纖維素是地球上最豐富的可再生資源之一。人類通過(guò)各種技術(shù)途徑將木質(zhì)纖維素原料轉(zhuǎn)化為不同類型的能源燃料。在木質(zhì)纖維素原料中，農(nóng)作物秸桿可通過(guò)厭氧發(fā)酵工藝生產(chǎn)沼氣，沼氣可以用以發(fā)電或者提純?yōu)樘烊粴庾鳛檐囉萌細(xì)饣虿⑷胩烊粴夤芫W(wǎng)。這已被證明是一種具有很高綜合價(jià)值的利用途徑。
[0003]農(nóng)作物木質(zhì)纖維素原料包括秸桿，比如玉米秸桿、小麥秸桿和水稻秸桿等，具有分布廣泛、產(chǎn)量巨大且易于收集等特點(diǎn)。以往人們會(huì)把這些秸桿當(dāng)作廢棄物遺棄或者燃燒處理，這不僅造成能源的浪費(fèi)也會(huì)污染環(huán)境。現(xiàn)在，利用農(nóng)作物秸桿進(jìn)行沼氣生產(chǎn)的實(shí)踐正在廣泛進(jìn)行中。但木質(zhì)纖維素原料由于其自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得厭氧發(fā)酵的轉(zhuǎn)化過(guò)程存在一定的技術(shù)難度。
[0004]農(nóng)作物秸桿是由大量的有機(jī)物和少量的無(wú)機(jī)物及水所組成的，其有機(jī)物的主要成分是纖維素類的碳水化合物和可溶性糖以及少量的粗蛋白質(zhì)和粗脂肪。其中纖維類碳水化合物主要包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等，這些也是構(gòu)成植物細(xì)胞壁的主要成分。對(duì)于農(nóng)作物秸桿，尤其是干化的秸桿，沼氣的轉(zhuǎn)化主要來(lái)源于其中的碳水化物纖維素和半纖維素的厭氧降解，而木質(zhì)素則難以水解并厭氧轉(zhuǎn)化為沼氣。
[0005]在秸桿中，纖維素主要是由葡萄糖分子通過(guò)￠-1-4糖苷鍵連接起來(lái)的線性高分子聚合物。半纖維素不是由某一種單糖組成的均一性聚糖，它是由戊糖、己糖等單糖和糖醛酸組成的帶有支鏈的復(fù)合聚糖。半纖維素互相交叉連接，吸附到纖維素上，捆綁結(jié)構(gòu)蛋白和木質(zhì)素，形成矩陣結(jié)構(gòu)的一部分，是微生物和酶解的物理障礙。木質(zhì)素是由苯基丙烷單元通過(guò)醚鍵和碳碳鍵連接而成的具有三維空間結(jié)構(gòu)的高聚物。木質(zhì)素可以與半纖維的小部分形成共價(jià)化學(xué)健，這種連接提供了木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)剛性和完整度，使得木質(zhì)纖維素不易發(fā)生潤(rùn)脹作用。這三種物質(zhì)以及果膠等物質(zhì)共同粘結(jié)組成的空間結(jié)構(gòu)稱為纖維素結(jié)晶結(jié)構(gòu)。秸桿的高結(jié)晶度對(duì)于厭氧的微生物菌群形成了一種屏障，尤其是干化秸桿的分子化學(xué)鍵具有更強(qiáng)的疏水性，微生物及酶很難進(jìn)入到秸桿纖維內(nèi)部進(jìn)行水解作用。此外，木質(zhì)素與纖維素和半纖維素之間對(duì)水解酶存在一定競(jìng)爭(zhēng)性吸附，這也一定程度上抑制了秸桿的水解反應(yīng)。 如果木質(zhì)纖維素不能被高效地水解，后續(xù)的發(fā)酵酸化和甲烷化過(guò)程將無(wú)法正常進(jìn)行。
[0006]目前對(duì)于木質(zhì)纖維素的預(yù)處理措施主要有物理預(yù)處理、化學(xué)預(yù)處理和生物預(yù)處理，但這些預(yù)處理方法在改善木質(zhì)纖維素原料特性、提高原料消化率和增加產(chǎn)氣量的同時(shí)也存在一系列問(wèn)題，各有其不同的局限性。
[0007]中國(guó)專利申請(qǐng)公布號(hào)0價(jià)01870988六(公布日2010.10.27)公開(kāi)了一種木質(zhì)纖維素原料兼氧-厭氧順序交替發(fā)酵工藝，其生產(chǎn)過(guò)程分別在固相兼氣厭氧發(fā)酵區(qū)和液相厭氧發(fā)酵區(qū)兩個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)器中進(jìn)行，但并沒(méi)有公開(kāi)具體的固相兼氧厭氧發(fā)酵區(qū)的裝置結(jié)構(gòu)。產(chǎn)氣周期長(zhǎng)。
[0008]中國(guó)專利申請(qǐng)公布號(hào)101012436A(公布日2007年8月8日)公開(kāi)了一種處理木質(zhì)素纖維原料的厭氧反應(yīng)器，其包括產(chǎn)甲烷發(fā)酵間和產(chǎn)酸發(fā)酵間，加水潤(rùn)濕接種的木質(zhì)纖維素原料在產(chǎn)酸發(fā)酵間進(jìn)行3?7天的堆慪處理，結(jié)束后再進(jìn)行噴水(帶入氧氣)。產(chǎn)生的滲濾液進(jìn)入儲(chǔ)液間，濾液一部分栗入甲烷發(fā)酵間(栗入的濾液加水混勻)，另一部分回流到產(chǎn)酸發(fā)酵間(同時(shí)栗入水或者甲烷發(fā)酵間出水)。裝置復(fù)雜，占用空間大。
[0009]不論采用什么預(yù)處理方式，木質(zhì)纖維素的水解、酸化過(guò)程主要還是通過(guò)厭氧發(fā)酵實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)化周期長(zhǎng)，為了保持沼氣的持續(xù)供應(yīng)，需要更大的反應(yīng)器容積。木質(zhì)纖維素原料中單位有機(jī)質(zhì)的沼氣轉(zhuǎn)化率低下，尤其是秸桿，產(chǎn)氣量更低。秸桿還容易在反應(yīng)器中形成漂浮層，進(jìn)而形成結(jié)殼層，為避免浮渣層，需更長(zhǎng)的攪拌時(shí)間和攪拌能耗，導(dǎo)致投資和運(yùn)行成本非常高。另外，反應(yīng)系統(tǒng)的進(jìn)出料和物料傳送難度高，管道閥門(mén)經(jīng)常容易堵塞，需要采用一些化學(xué)的方式進(jìn)行預(yù)處理，這樣又導(dǎo)致維護(hù)費(fèi)用高，而且容易造成二次污染?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0010]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中利用木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)沼氣的裝置生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)條件調(diào)節(jié)不方便、設(shè)備占用空間大等缺陷，本實(shí)用新型提供了一種適用于木質(zhì)纖維素原料的水解預(yù)處理裝置，具體為一種適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器，使得在木質(zhì)纖維素原料進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵生產(chǎn)沼氣前先進(jìn)行充分的水解預(yù)處理，提高產(chǎn)氣量，縮短生產(chǎn)周期。 [〇〇11] 該兼氧發(fā)酵預(yù)處理反應(yīng)器，適用于通過(guò)曝氣兼氧發(fā)酵預(yù)處理工藝和厭氧發(fā)酵工藝組成的沼氣生產(chǎn)方法。這種方法是首先將經(jīng)過(guò)粉碎的木質(zhì)纖維素原料加入到動(dòng)物糞便培養(yǎng)液中，在溫度35?45°C、pH值6?8、曝氣10?40分鐘與停止曝氣10?40分鐘交替進(jìn)行且曝氣時(shí)間多停止曝氣時(shí)間的條件下，進(jìn)行兼氧發(fā)酵預(yù)處理，預(yù)處理水力停留時(shí)間為12?48小時(shí)； 然后將預(yù)處理后的發(fā)酵料液導(dǎo)入?yún)捬醢l(fā)酵反應(yīng)器(21)進(jìn)行厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣。為適應(yīng)該沼氣生產(chǎn)過(guò)程的預(yù)處理步驟，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種兼氧發(fā)酵預(yù)處理反應(yīng)器。[〇〇12]該適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器，包括水解罐(1 )，水解罐(1)設(shè)有進(jìn)料口、進(jìn)水口和出料口，水解罐(1)內(nèi)設(shè)有攪拌裝置(2 )，水解罐(1)底部設(shè)有向罐內(nèi)空間提供氣體的間隔曝氣裝置。間隔曝氣裝置采用間歇運(yùn)行控制，通過(guò)間隔曝氣裝置的間歇運(yùn)行，滿足預(yù)處理反應(yīng)器內(nèi)物料體系間隔曝氣的目的，實(shí)現(xiàn)兼氧和厭氧交替進(jìn)行的發(fā)酵過(guò)程， 提高原料水解效率，縮短了水解時(shí)間，提高產(chǎn)氣效率。[〇〇13]作為一種優(yōu)選方案，上述適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器中，所述間隔曝氣裝置包括曝氣器(11)、曝氣風(fēng)機(jī)(13)以及將二者連通的曝氣管(12)，曝氣管(12)位于水解罐(1)內(nèi)的部分圍設(shè)于水解罐(1)底部，多個(gè)曝氣器(11)裝設(shè)在水解罐(1)內(nèi)部的曝氣管(12)上。這種曝氣管在水解罐底部的設(shè)計(jì)可以保證充入的氣體在攪拌裝置的配合下在物料體系中分布均勻，使物料體系供氧充足，充分滿足好氧微生物和水解酶的氧氣需求。 [〇〇14]作為一種優(yōu)選方案，上述適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器中，還包括在線氣體分析儀(10)，在線氣體分析儀(10)設(shè)有取樣軟管(101 )，取樣軟管(101)伸入水解罐(1)內(nèi)的頂部空間。由于物料體系在發(fā)酵罐內(nèi)并不全部充滿，上部會(huì)留一小部分空間，這樣，反應(yīng)器工作時(shí)可以通過(guò)氣體在線分析儀分析物料液面上方空氣的氣體成分，監(jiān)測(cè)反應(yīng)體系運(yùn)行狀態(tài)，以更好地控制工況，及時(shí)調(diào)整反應(yīng)器的運(yùn)行，使體系環(huán)境保持最佳狀態(tài)。
[0015]作為一種優(yōu)選方案，上述兼氧發(fā)酵預(yù)處理反應(yīng)器中，水解罐(1)還設(shè)有溫度監(jiān)測(cè)裝置(14)和溶解氧D0值監(jiān)測(cè)裝置(15)。這兩個(gè)裝置便于監(jiān)控反應(yīng)器內(nèi)物料體系的溫度和溶解氧情況，調(diào)整曝氣量、曝氣時(shí)間、溫度等工況，使預(yù)處理環(huán)境保持在最適于微生物生長(zhǎng)和酶發(fā)揮活性的狀態(tài)。
[0016]作為一種優(yōu)選方案，上述適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器中，包括循環(huán)水調(diào)溫系統(tǒng)。水解過(guò)程有時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量反應(yīng)熱，當(dāng)散熱不及時(shí)會(huì)導(dǎo)致水解池內(nèi)部溫度持續(xù)上升，對(duì)微生物不利，需要采用循環(huán)水調(diào)溫系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)環(huán)境溫度。
[0017]作為一種優(yōu)選方案，上述適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器中，所述循環(huán)水調(diào)溫系統(tǒng)包括設(shè)置在水解罐(1)內(nèi)的加熱盤(pán)管(3)，以及通過(guò)管道與加熱盤(pán)管(3)連通的冷水箱(16)和熱水箱(17)，管道上設(shè)有控制閥。加熱盤(pán)管(3)的設(shè)置需要滿足不影響攪拌裝置(2)正常工作的要求，確保反應(yīng)器能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。優(yōu)選加熱盤(pán)管(3)盤(pán)繞設(shè)置在水解罐(1) 內(nèi)壁上。[〇〇18]作為一種優(yōu)選方案，上述適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器中，所述冷水箱(16)設(shè)有第一出水管和第一回水管，第一出水管上設(shè)有冷水栗(5)和冷水流量計(jì)(9)， 熱水箱(17)設(shè)有第二出水管和第二回水管，第二出水管上設(shè)有熱水栗(4)和熱水流量計(jì) (8)，第一出水管和第二出水管匯合形成供水總管，與加熱盤(pán)管(3)的進(jìn)水端連通，供水總管上設(shè)有冷水溫度計(jì)(7 )，第一回水管和第二回水管匯合形成加熱盤(pán)的回水總管，回水總管上設(shè)有熱水溫度計(jì)(6)。采用這種循環(huán)水調(diào)溫系統(tǒng)，通過(guò)流量計(jì)和溫度計(jì)來(lái)監(jiān)測(cè)進(jìn)入水解罐內(nèi)的水流速度和溫度，調(diào)節(jié)流量以適應(yīng)水解罐內(nèi)體系，通過(guò)緩和的調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)罐內(nèi)溫度達(dá)到最適，不會(huì)影響體系中微生物和酶的活性。溫度高時(shí)通入冷水，溫度低時(shí)通入熱水。[〇〇19]作為一種優(yōu)選方案，上述適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器中，所述攪拌裝置(2)包括一旋轉(zhuǎn)軸以及安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的攪拌葉片，在水解罐(1)內(nèi)圍繞攪拌葉片設(shè)有中心導(dǎo)流筒(20)。攪拌裝置的旋轉(zhuǎn)軸由動(dòng)力機(jī)構(gòu)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)軸上可分段安裝多個(gè)攪拌葉片。中心導(dǎo)流筒(20)為筒形結(jié)構(gòu)，圍繞著攪拌葉片設(shè)置，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)攪拌葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，中心導(dǎo)流筒(20)內(nèi)料液流速加快，可以引導(dǎo)料液表層漂浮的秸桿等木質(zhì)纖維素原料浮渣向下流動(dòng)，使整個(gè)水解罐(1)內(nèi)料液流態(tài)達(dá)到循環(huán)，浮渣與料液混合均勻，增加料液中氧氣量，促進(jìn)木質(zhì)纖維素原料被充分水解。
[0020]本實(shí)用新型還提供了一種沼氣生產(chǎn)設(shè)備，由以上任一所述的適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器和厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(21)連通組成。兼氧發(fā)酵預(yù)處理反應(yīng)器在將原材料進(jìn)行水解處理后，水解料液可以通過(guò)管道(18)栗入?yún)捬醢l(fā)酵反應(yīng)器(21)以繼續(xù)進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣。水解料液栗入?yún)捬醢l(fā)酵反應(yīng)器(21)(即沼氣發(fā)酵罐)，厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(21) 內(nèi)的發(fā)酵液也可以回流到水解罐(1)。厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(21)有很多種形式，經(jīng)過(guò)水解處理的物料可以進(jìn)入各種形式的發(fā)酵罐，因此，對(duì)于厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(21)的結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有要求，只要實(shí)現(xiàn)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣的目的即可，可以選用現(xiàn)有已知的任何用于沼氣生產(chǎn)的厭氧發(fā)酵裝置。
[0021]作為一種優(yōu)選方案，上述沼氣生產(chǎn)設(shè)備中，所述厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(21)設(shè)有與水解罐(1)的進(jìn)水口連通的沼液回流管(19)。
[0022]從工藝穩(wěn)定性上講，實(shí)際工程中，沼液從發(fā)酵反應(yīng)器中出來(lái)的溫度與兼氧發(fā)酵預(yù)處理反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溫度相近，相對(duì)于常溫下的清水，對(duì)預(yù)處理反應(yīng)器中的微生物而言，溫度的變化沖擊更小。微生物不喜歡忽冷忽熱。沼液中仍舊含有未降解的有機(jī)質(zhì)，可以回流進(jìn)入系統(tǒng)中。從運(yùn)行成本上講，回流沼液可以利用沼液中的熱量，減少系統(tǒng)從外界補(bǔ)充熱量的需求，可以減少一部分運(yùn)行成本，最后，對(duì)于系統(tǒng)的沼液外排量也大大減少。因此設(shè)置沼液回流管以回流沼液有利于增加生物循環(huán)，減少熱量損失，減少沼液外排。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0024]1、本實(shí)用新型的預(yù)處理反應(yīng)器，將水解酸化過(guò)程從厭氧反應(yīng)器中分離出來(lái)，并且采用間隔曝氣裝置進(jìn)行間隔曝氣，創(chuàng)造了一個(gè)有利于微生物大量繁殖的共生環(huán)境，十分有利于水解酶發(fā)揮催化作用。木質(zhì)纖維素原料水解時(shí)間短，效率高，只需1?2天的停留時(shí)間， 水解液進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵反應(yīng)器(21)后可以快速進(jìn)行沼氣轉(zhuǎn)化；由于高效率的水解酸化預(yù)處理，沼氣轉(zhuǎn)化效率得到很大提高。
[0025]2、在兼氧發(fā)酵預(yù)處理過(guò)程中會(huì)伴隨著大量的熱量產(chǎn)生，所以設(shè)置循環(huán)水調(diào)溫系統(tǒng)一方面可以通過(guò)循環(huán)冷水帶走反應(yīng)器中的熱量，另一方面在溫度過(guò)低時(shí)也可以通過(guò)循環(huán)熱水來(lái)加熱，管路上設(shè)置的溫度計(jì)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控反應(yīng)體系溫度，再通過(guò)冷水栗(5)或熱水栗 (4)以及流量計(jì)互相配合來(lái)調(diào)整體系溫度達(dá)到最佳值?？刂品奖?，水可以循環(huán)利用，經(jīng)濟(jì)節(jié)約。[〇〇26]3、本實(shí)用新型的沼氣生產(chǎn)設(shè)備，使許多抑制性化學(xué)物質(zhì)在預(yù)處理反應(yīng)器得到降解緩沖，降低對(duì)產(chǎn)甲烷菌群的直接沖擊，厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣的效率更高，進(jìn)而降低運(yùn)行成本。 由于預(yù)處理程度大，使得厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(21)的容積大大減小，也降低了投資成本?！靖綀D說(shuō)明】
[0027]圖1是本實(shí)用新型適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本實(shí)用新型適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器橫向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3是本實(shí)用新型沼氣生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]附圖標(biāo)記:1水解罐，2攪拌裝置，3加熱盤(pán)管，4熱水栗，5冷水栗，6熱水溫度計(jì)，7冷水溫度計(jì)，8熱水流量計(jì)，9冷水流量計(jì)，10在線氣體分析儀，101取樣軟管，11曝氣器，12曝氣管，13曝氣風(fēng)機(jī)，14溫度監(jiān)測(cè)裝置，15溶解氧D0值監(jiān)測(cè)裝置，16冷水箱，17熱水箱，18管道，19 沼液回流管，20中心導(dǎo)流筒，21厭氧發(fā)酵反應(yīng)器?！揪唧w實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合優(yōu)選的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，以助于理解本實(shí)用新型的內(nèi)容。[〇〇32]如圖1所示，本實(shí)用新型的適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器(簡(jiǎn)稱兼氧發(fā)酵預(yù)處理反應(yīng)器)，包括水解罐1，水解罐1設(shè)有進(jìn)料口、進(jìn)水口和出料口，水解罐1內(nèi)設(shè)有攪拌裝置2,攪拌裝置2包括一由動(dòng)力機(jī)構(gòu)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)有攪拌葉片，攪拌葉片的外周圍繞設(shè)置中心導(dǎo)流筒20。水解罐1底部設(shè)有向罐內(nèi)空間提供氣體的間隔曝氣裝置。水解罐外設(shè)有在線氣體分析儀10,在線氣體分析儀10設(shè)有取樣軟管101，取樣軟管101伸入水解罐1內(nèi)的頂部空間。水解罐1的側(cè)壁上還設(shè)有溫度監(jiān)測(cè)裝置14和溶解氧D0值監(jiān)測(cè)裝置15。
[0033]如圖1和圖2所示，所述間隔曝氣裝置包括曝氣器11、曝氣風(fēng)機(jī)13以及將二者連通的曝氣管12,曝氣管12位于水解罐1內(nèi)的部分圍設(shè)于水解罐1底部，多個(gè)曝氣器11裝設(shè)在水解罐1內(nèi)部的曝氣管12上。間隔曝氣裝置采用間歇運(yùn)行控制，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)置，調(diào)整參數(shù)來(lái)自動(dòng)控制曝氣時(shí)間和停止曝氣時(shí)間。
[0034]本實(shí)用新型的兼氧發(fā)酵預(yù)處理反應(yīng)器，還包括循環(huán)水調(diào)溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括設(shè)置在水解罐1內(nèi)的加熱盤(pán)管3,以及通過(guò)管道與加熱盤(pán)管3連通的冷水箱16和熱水箱17,管道上設(shè)有控制閥。
[0035]冷水箱16設(shè)有第一出水管和第一回水管，第一出水管上設(shè)有冷水栗5和冷水流量計(jì)9,熱水箱17設(shè)有第二出水管和第二回水管，第二出水管上設(shè)有熱水栗4和熱水流量計(jì)8， 第一出水管和第二出水管匯合形成供水總管，與加熱盤(pán)管3的進(jìn)水端連通，供水總管上設(shè)有冷水溫度計(jì)7，第一回水管和第二回水管匯合形成加熱盤(pán)的回水總管，回水總管上設(shè)有熱水溫度計(jì)6。
[0036]如圖3所示，本實(shí)用新型的兼氧發(fā)酵預(yù)處理反應(yīng)器的出料口通過(guò)管道18與厭氧發(fā)酵反應(yīng)器21聯(lián)通，管道18上設(shè)有栗，厭氧發(fā)酵反應(yīng)器21設(shè)有沼液回流管19，一端延伸在厭氧發(fā)酵反應(yīng)器21內(nèi)，另一端與水解罐1的進(jìn)水口聯(lián)通。管道18和沼液回流管19上均設(shè)有栗。
[0037]當(dāng)進(jìn)行沼氣生產(chǎn)時(shí)，首先將農(nóng)作物秸桿進(jìn)行破碎揉絲處理，使得秸桿纖維長(zhǎng)度在 2cm以內(nèi)，以備水解利用。
[0038]通過(guò)進(jìn)料口向水解罐1內(nèi)加入新鮮的牛糞，通過(guò)進(jìn)水口加水稀釋牛糞，調(diào)節(jié)至總固形物質(zhì)量百分比在8 %的糞漿，打開(kāi)熱水箱17的第二出水管，通過(guò)加熱盤(pán)管3將水解罐1加熱升溫并保持在40°C左右，培養(yǎng)大概一周時(shí)間，獲得奠便菌群培養(yǎng)液。
[0039]將處理好的秸桿原料通過(guò)進(jìn)料口投入水解罐1內(nèi)并開(kāi)啟攪拌裝置2進(jìn)行充分混合攪拌，加入秸桿的過(guò)程中開(kāi)啟間隔曝氣裝置，保持曝氣狀態(tài)，同時(shí)加入少量纖維素水解酶制劑(購(gòu)買(mǎi)市售商品)進(jìn)行催化水解?？刂扑夤?內(nèi)的體系中總固形物質(zhì)量百分比在6? 15%，pH值6?8。打開(kāi)曝氣風(fēng)機(jī)13,調(diào)整間隔曝氣裝置程序參數(shù)，將連續(xù)曝氣改為間隔曝氣， 時(shí)間為10?40分鐘曝氣，10?40分鐘關(guān)閉，且曝氣時(shí)間多停止曝氣時(shí)間，使預(yù)處理反應(yīng)器內(nèi)混合料液在曝氣狀態(tài)下的溶解氧濃度不超過(guò)1.5毫克/升，不斷重復(fù)該曝氣方式，進(jìn)行兼氧發(fā)酵預(yù)處理，水力停留時(shí)間在12?48小時(shí)，獲得水解發(fā)酵液。
[0040]停止曝氣和攪拌，開(kāi)啟管道18上的栗，栗出不超過(guò)水解罐1內(nèi)混合料液(即上述獲得的水解發(fā)酵液)總體積的50%進(jìn)入后續(xù)的厭氧發(fā)酵反應(yīng)器21，進(jìn)行厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，厭氧發(fā)酵反應(yīng)器21內(nèi)的物料水力停留時(shí)間通常小于30天。每次栗完之后需要向水解罐1中補(bǔ)充一定量秸桿和厭氧發(fā)酵反應(yīng)器21回流的沼液(通過(guò)沼液回流管19栗入)，當(dāng)沼液濃度過(guò)高時(shí)加清水稀釋，以保持水解罐1內(nèi)的總固形物質(zhì)量百分比維持在10?12 %。整個(gè)過(guò)程中每天都需要定時(shí)對(duì)水解罐1的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括通過(guò)溫度監(jiān)測(cè)裝置14監(jiān)測(cè)溫度，溶解氧D0值監(jiān)測(cè)裝置15監(jiān)測(cè)溶解氧，還可以包括監(jiān)測(cè)固體物濃度TS %、有機(jī)物濃度VS %、溫度T、 揮發(fā)性脂肪酸VFA以及兼氧發(fā)酵預(yù)處理反應(yīng)器產(chǎn)生的各種氣體成分等。根據(jù)需要調(diào)節(jié)工況以保持體系處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。[0041 ]水解罐1內(nèi)通過(guò)在加熱盤(pán)管3內(nèi)循環(huán)冷水或熱水的方式對(duì)混合料液進(jìn)行溫度調(diào)整， 控制在38?42 °C。
[0042]通過(guò)試驗(yàn)調(diào)整工況，使體系達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)后，農(nóng)作物秸桿作為原料生產(chǎn)的沼氣中甲烷的含量最高可達(dá)57%，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有沼氣生產(chǎn)工藝獲得的甲烷含量。沼氣生產(chǎn)時(shí)間大大縮短，而且運(yùn)行系統(tǒng)小型輕便，節(jié)約投資。
[0043]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器，包括水解罐(1)，水解罐(1)設(shè)有 進(jìn)料口、進(jìn)水口和出料口，水解罐(1)內(nèi)設(shè)有攪拌裝置(2 )，其特征在于，水解罐(1)底部設(shè)有 向罐內(nèi)空間提供氣體的間隔曝氣裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器，其特征在于，所 述間隔曝氣裝置包括曝氣器(11)、曝氣風(fēng)機(jī)(13)以及將二者連通的曝氣管(12)，曝氣管 (12)位于水解罐(1)內(nèi)的部分圍設(shè)于水解罐(1)底部，多個(gè)曝氣器(11)裝設(shè)在水解罐(1)內(nèi) 部的曝氣管(12)上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器，其特征在于，還 包括在線氣體分析儀(10)，在線氣體分析儀(10)設(shè)有取樣軟管(101 )，取樣軟管(101)伸入 水解罐(1)內(nèi)的頂部空間。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器，其特征在于，水 解罐(1)還設(shè)有溫度監(jiān)測(cè)裝置(14)和溶解氧DO值監(jiān)測(cè)裝置(15)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器，其特征在于，還 包括循環(huán)水調(diào)溫系統(tǒng)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器，其特征在于，所 述循環(huán)水調(diào)溫系統(tǒng)包括設(shè)置在水解罐(1)內(nèi)的加熱盤(pán)管(3)，以及通過(guò)管道與加熱盤(pán)管(3) 連通的冷水箱(16)和熱水箱(17 )，管道上設(shè)有控制閥。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器，其特征在于，所 述冷水箱(16)設(shè)有第一出水管和第一回水管，第一出水管上設(shè)有冷水栗(5)和冷水流量計(jì) (9 )，熱水箱(17)設(shè)有第二出水管和第二回水管，第二出水管上設(shè)有熱水栗(4)和熱水流量 計(jì)(8)，第一出水管和第二出水管匯合形成供水總管，與加熱盤(pán)管(3)的進(jìn)水端連通，供水總 管上設(shè)有冷水溫度計(jì)(7)，第一回水管和第二回水管匯合形成加熱盤(pán)的回水總管，回水總管 上設(shè)有熱水溫度計(jì)(6)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于木質(zhì)纖維素兼氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器，其特征在于，所 述攪拌裝置(2)包括一旋轉(zhuǎn)軸以及安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的攪拌葉片，在水解罐(1)內(nèi)圍繞攪拌葉 片設(shè)有中心導(dǎo)流筒(20)。9.一種沼氣生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于，由權(quán)利要求1?8任一所述的適用于木質(zhì)纖維素兼 氧發(fā)酵的預(yù)處理反應(yīng)器和厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(21)連通組成。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的沼氣生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于，所述厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(21)設(shè)有 與水解罐(1)的進(jìn)水口連通的沼液回流管(19)。
【文檔編號(hào)】C12M1/04GK205576160SQ201620418024
【公開(kāi)日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年5月10日
【發(fā)明人】王明明, 董瀧, 尹雅芳, 李旭源
【申請(qǐng)人】北京盈和瑞環(huán)保工程有限公司