一种三相一体推流式沼气发酵系统及发酵方法技术方案

一种三相一体推流式沼气发酵系统及发酵方法,所述三相一体推流式沼气发酵系统包括反应管道，水解相HCl喷淋装置，酸化相HCl或NaOH喷淋装置，以及产甲烷相NaOH喷淋装置。所述水解相HCl喷淋装置与所述反应管道相连通以在反应管道上形成水解区并用于向所述反应管道的内部喷淋HCl溶液。所述酸化相HCl或NaOH喷淋装置与所述反应管道相连通以在反应管道上形成酸化区并用于向所述反应管道的内部喷淋HCl溶液或NaOH溶液。所述产甲烷相NaOH喷淋装置与所述反应管道相连通以在反应管道上形成产甲烷区并用于向所述反应管道的内部喷淋NaOH溶液。本发酵系统随着物料的持续加入推动反应装置中的物料从另一端排出，进而使得无需物料提升，能源消耗低。

【技术实现步骤摘要】
一种三相一体推流式沼气发酵系统及发酵方法
本专利技术涉及沼气发酵
，特别涉及一种三相一体推流式沼气发酵系统及发酵方法。
技术介绍
沼气发酵技术是生物质有机固废物处理领域常用的生物处理技术，可用于秸秆的减量化和生态循环利用。沼气发酵技术通过厌氧微生物的代谢作用，将复杂的有机物大分子逐步分解为沼气，在废弃物减量化的同时获得沼气能源，从而形成环境和经济效益。沼气发酵过程主要有四个阶段：水解阶段，酸化阶段，产乙酸阶段和产甲烷阶段。单相发酵工艺中，四个阶段的生化反应可以在一个体系中进行。但是非产甲烷阶段的微生物种类多，生长繁殖快，遇到易降解有机物可以生产大量有机酸。非产甲烷阶段的最适生长pH值为5.0-6.0。然而产甲烷阶段对环境条件要求苛刻，繁殖缓慢，其最适生长pH值为6.5-7.5。同时产甲烷阶段在大量有机酸体系中容易出现生长抑制，造成产酸和产甲烷两相分离，从而导致沼气发酵失败。基于单相反应器的繁杂与沼气发酵四阶段原理，两相反应器应运而生，其基本原理是将产酸和产甲烷过程在两个反应器内完成以达到分离的目的。两相反应器之间一般通过串联的方式操作运行。对于秸秆类物料，为了发酵顺利进行并方便两相反应器之间的物料流动，发酵液浓度一般小于15％，从而造成反应器体积较大，用水量较高，而且两相反应器之间的物料提升需要额外能源来提供动力。为了解决反应器体积太大的缺陷，目前有使用高浓度发酵来解决该问题。高浓度发酵是将物料干物质浓度控制在15％～40％之间，从而可以大大缩小反应器体积，提高容积产气率。但是，高浓度发酵存在的不足在于反应器传热传质受限，有机酸积累和水力停留时间较长，使得总体工作效率较低。目前常常使用的两相反应器为推流式反应器。推流式反应器是一种变相的两相反应装置，物料从一端进入，随着物料的持续加入从而推动反应装置中的物料从另一端排出。在推流式反应器中，由于进料端水解酸化作用较强，产甲烷阶段随着物料向出料方向流动而增强，并呈现出渐进式的由酸化相向产甲烷相逐渐转变。然而在推流式反应器中，物料干物质浓度需要低于8％，因此也不能达到缩小反应器体积和提高容积产气率的目的。另外，还有一种秸秆的酸性预处理技术，其通过加快水解过程，达到提高物料的可降解性能和提高物料产气效率的目的。但因为目前预处理环节与沼气发酵环节相分离，造成物料提升和转移从而导致额外的能源消耗。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种可以克服上述弊端的三相一体推流式沼气发酵系统及发酵工艺，以解决上述问题。一种三相一体推流式沼气发酵系统,其包括一个反应管道，一个设置在所述反应管道上的水解相HCl喷淋装置，一个设置在所述反应管道上的酸化相HCl或NaOH喷淋装置，以及一个设置在所述反应管道上的产甲烷相NaOH喷淋装置。所述酸化相HCl或NaOH喷淋装置设置在所述水解相HCl喷淋装置与产甲烷相NaOH喷淋装置之间。所述水解相HCl喷淋装置与所述反应管道相连通以在反应管道上形成水解区并用于向所述反应管道的内部喷淋HCl溶液。通过在水解区喷淋HCl溶液使水解区的pH值介于4～5。所述酸化相HCl或NaOH喷淋装置与所述反应管道相连通以在反应管道上形成酸化区并用于向所述反应管道的内部喷淋HCl溶液或NaOH溶液。通过在酸化区喷淋HCl溶液或NaOH溶液使酸化区的pH值介于5～7。所述产甲烷相NaOH喷淋装置与所述反应管道相连通以在反应管道上形成产甲烷区并用于向所述反应管道的内部喷淋NaOH溶液。通过在产甲烷区喷淋NaOH溶液使产甲烷区的pH值介于7～8。进一步地，所述反应管道为蛇形往复结构或由内向外的螺旋管道。进一步地，所述三相一体推流式沼气发酵系统还包括一个设置在所述反应管道上的进料口，所述进料口用于投加生物质原料和活化后的接种物。进一步地，所述活化后的接种物由浓度为8％～15％的物质，活化温度为35～38℃，活化时间为1～5天。进一步地，所述生物质原料在投入进料口前，需要预处理即使用1％～5％HCl喷淋生物质原料粉碎物使其含水量介于60％～85％，并在35～38℃条件下停留0.5-2天。进一步地，所述三相一体推流式沼气发酵系统还包括一个设置在所述反应管道上的沼气发酵反应器罐体，一个设置在所述反应管道上的出气口，以及一个设置在所述反应管道上的出料口，所述沼气发酵反应器罐体设置在所述产甲烷相NaOH喷淋装置与出气口之间，所述出气口设置在所述沼气发酵反应器罐体与所述出料口之间。一种三相一体推流式沼气发酵工艺，其包括如下步骤：提供活化后的接种物，所述活化后的接种物由浓度为8％～15％的物质，活化温度为35～38℃，活化时间为1～5天；提供生物质原料并对该生物质原料进行预处理，即使用1％～5％HCl喷淋生物质原料粉碎物使其含水量介于60％～85％，并在35～38℃条件下停留0.5-2天；提供一个反应管道，一个设置在所述反应管道上的水解相HCl喷淋装置，一个设置在所述反应管道上的酸化相HCl或NaOH喷淋装置，以及一个设置在所述反应管道上的产甲烷相NaOH喷淋装置，所述水解相HCl喷淋装置与所述反应管道相连通以在反应管道上形成水解区并用于向所述反应管道的内部喷淋HCl溶液，所述酸化相HCl或NaOH喷淋装置与所述反应管道相连通以在反应管道上形成酸化区并用于向所述反应管道的内部喷淋HCl溶液或NaOH溶液，所述产甲烷相NaOH喷淋装置与所述反应管道相连通以在反应管道上形成产甲烷区并用于向所述反应管道的内部喷淋NaOH溶液；将所述活化后的接种物及预处理后的生物质原料投入所述反应管道并保留15～30天以在该反应管道内形成酸化相与产甲烷相的渐变分离；每天向所述反应管道投入预处理后的生物质原料使发酵运行，同时每天通过水解相HCl喷淋装置在水解区喷淋HCl溶液使水解区的pH值介于4～5，通过酸化相HCl或NaOH喷淋装置在酸化区喷淋HCl溶液或NaOH溶液使酸化区的pH值介于5～7,通过所述产甲烷相NaOH喷淋装置在产甲烷区喷淋NaOH溶液使产甲烷区的pH值介于7～8；使所述反应管道内的生物质物料进行反应并使使发酵稳定运行以产生沼气。进一步地，所述反应管道放于36至40℃的气候箱中恒温运行。进一步地，在投入活化后的接种物后，该活化后的接种物的用量为反应管道的工作体积的1/3～2/3。进一步地，每天投入所述预处理的生物质原料的有机负荷为10～25g干物质/升/天。与现有技术相比，本专利技术提供的三相一体推流式沼气发酵系统及发酵工艺中所使用的反应管道可以制成蛇形或螺旋形，从而可以减小整个系统的体积，而所述反应管道上还依次设置水解相HCl喷淋装置，酸化相HCl或NaOH喷淋装置，以及产甲烷相NaOH喷淋装置，并通过分别控制三相中合适的pH值，实现功能分离，使细菌水解、产酸菌、产甲烷菌在各相中分别达到最优生长状态，从而达到提高物料浓度、提升总体反应效率的目的，产气效率高，而且该发酵系统结构简单，运行方便，故障少。同时水解区，酸化区，以及产甲烷区位于一个反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三相一体推流式沼气发酵系统，其特征在于：所述三相一体推流式沼气发酵系统包括一个反应管道，一个设置在所述反应管道上的水解相HCl喷淋装置，一个设置在所述反应管道上的酸化相HCl或NaOH喷淋装置，以及一个设置在所述反应管道上的产甲烷相NaOH喷淋装置，所述酸化相HCl或NaOH喷淋装置设置在所述水解相HCl喷淋装置与产甲烷相NaOH喷淋装置之间，所述水解相HCl喷淋装置与所述反应管道相连通以在反应管道上形成水解区并用于向所述反应管道的内部喷淋HCl溶液，通过在水解区喷淋HCl溶液使水解区的pH值介于4～5，所述酸化相HCl或NaOH喷淋装置与所述反应管道相连通以在反应管道上形成酸化区并用于向所述反应管道的内部喷淋HCl溶液或NaOH溶液，通过在酸化区喷淋HCl溶液或NaOH溶液使酸化区的pH值介于5～7,所述产甲烷相NaOH喷淋装置与所述反应管道相连通以在反应管道上形成产甲烷区并用于向所述反应管道的内部喷淋NaOH溶液，通过在产甲烷区喷淋NaOH溶液使产甲烷区的pH值介于7～8。/n

【技术特征摘要】
1.一种三相一体推流式沼气发酵系统，其特征在于：所述三相一体推流式沼气发酵系统包括一个反应管道，一个设置在所述反应管道上的水解相HCl喷淋装置，一个设置在所述反应管道上的酸化相HCl或NaOH喷淋装置，以及一个设置在所述反应管道上的产甲烷相NaOH喷淋装置，所述酸化相HCl或NaOH喷淋装置设置在所述水解相HCl喷淋装置与产甲烷相NaOH喷淋装置之间，所述水解相HCl喷淋装置与所述反应管道相连通以在反应管道上形成水解区并用于向所述反应管道的内部喷淋HCl溶液，通过在水解区喷淋HCl溶液使水解区的pH值介于4～5，所述酸化相HCl或NaOH喷淋装置与所述反应管道相连通以在反应管道上形成酸化区并用于向所述反应管道的内部喷淋HCl溶液或NaOH溶液，通过在酸化区喷淋HCl溶液或NaOH溶液使酸化区的pH值介于5～7,所述产甲烷相NaOH喷淋装置与所述反应管道相连通以在反应管道上形成产甲烷区并用于向所述反应管道的内部喷淋NaOH溶液，通过在产甲烷区喷淋NaOH溶液使产甲烷区的pH值介于7～8。


2.如权利要求1所述的三相一体推流式沼气发酵系统，其特征在于：所述反应管道为蛇形往复结构或由内向外的螺旋管道。


3.如权利要求1所述的三相一体推流式沼气发酵系统，其特征在于：所述三相一体推流式沼气发酵系统还包括一个设置在所述反应管道上的进料口，所述进料口用于投加生物质原料和活化后的接种物。


4.如权利要求3所述的三相一体推流式沼气发酵系统，其特征在于：所述活化后的接种物由浓度为8％～15％的物质，活化温度为35～38℃，活化时间为1～5天。


5.如权利要求3所述的三相一体推流式沼气发酵系统，其特征在于：所述生物质原料在投入进料口前，需要预处理即使用1％～5％HCl喷淋生物质原料粉碎物使其含水量介于60％～85％，并在35～38℃条件下停留0.5-2天。


6.如权利要求1所述的三相一体推流式沼气发酵系统，其特征在于：所述三相一体推流式沼气发酵系统还包括一个设置在所述反应管道上的沼气发酵反应器罐体，多个设置在所述反应管道上的出气口，以及一个设置在所述反应管道上的出料口，所述沼气发酵反应器罐体设置在所述产甲烷相NaOH喷淋装置与一个出气口之间，多个所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃进，孙辰，曹卫星，王娟，徐劼，郑芳，朱成媛，
申请(专利权)人：嘉兴恒创环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33