一种耦合硝化作用的三段式沼气发酵设备及其方法技术

本发明专利技术公开了一种耦合硝化作用的好氧厌氧三段式沼气发酵设备及其发酵方法，属于沼气发酵领域，其主要包括有氧降解单元、水解酸化单元以及产甲烷单元，在有氧降解阶段耦合硝化作用，通过强化曝气，提升高浓度生物质的快速降解，同时利用流加硝化细菌的氨氧化作用，改善发酵液碳、氮营养，并保持高浓度发酵液良好的滤过性能；由水解酸化单元提供兼性厌氧的环境，促进降解的有机生物质快速酸化，为产甲烷提供充足的原料；酸化后的发酵液进入厌氧反应罐，通过流加反硝化菌，产甲烷过程耦合反硝化作用，降低产甲烷过程中氨中毒的风险，在实现高效率产气的同时，部分消除氨氮。部分消除氨氮。部分消除氨氮。

【技术实现步骤摘要】
一种耦合硝化作用的三段式沼气发酵设备及其方法


[0001]本专利技术涉及沼气发酵
，尤其是涉及一种可用于高浓度种养废弃生物质，同步去除部分氨氮的耦合硝化作用的好氧厌氧三段式沼气发酵设备及相应的方法。

技术介绍

[0002]我国是农业废弃物产生量最大的国家，根据《第二次全国污染源普查公报》，2017年全国农作物秸秆年产生量8.05亿吨，畜禽粪污年产生量约38亿吨。厌氧发酵制备沼气是目前普遍采用的废弃生物质生态化处理和资源化利用手段，也是国内外研究的热点。
[0003]国外沼气工程技术具有多原料混合发酵、原材料预处理、多级分温控制及工程自动化、智能化运营管理等特点，一般设有二级或三级以上反应器，发酵滞留期短，有效容积产气率较高。目前国内制沼原料主要集中在养殖废弃物和生活污水的处理上，进料结构单一，池型老旧、结构不尽合理，导致整体产气效率偏低、发酵周期长。以秸秆、粪水为主的种养废弃生物质高浓度混合原料制沼技术还存在发酵液流动性差，进出料困难、沼渣残留量大、沼液沼渣分离困难的问题；沼液氨氮含量高易引起氨氮中毒和后期二次污染等技术缺陷，导致目前种养废弃生物质高浓度混合发酵技术和装备还难以大面积推广，严重制约了沼气工程技术在种养废弃生物质处置及循环利用中纽带作用的有效发挥。
[0004]因此，本专利技术根据“有氧降解
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水解酸化
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产甲烷”三阶段沼气发酵的氧需求特点，耦合硝化
‑
反硝化作用，提升发酵效率、改善发酵液的传质状况，在实现高效率产气的同时，部分消除氨氮，为种养废弃生物质高浓度混合沼气发酵提供了一种更加高效、安全的发酵设备以及方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了避免现有技术存在的不足之处，提供了一种耦合硝化作用的好氧厌氧三段式沼气发酵设备，实现高效率降解、前置除渣、酸化协同产甲烷菌预培养、高效率产甲烷且同步去除部分氨氮。
[0006]本专利技术解决技术问题采用如下技术方案：
[0007]本专利技术提供的一种耦合硝化作用的好氧厌氧三段式沼气发酵设备，包括：有氧降解单元，所述有氧降解单元包括硝化细菌种子罐、有氧降解罐、曝气机构以及滤渣过滤提升机构，所述硝化细菌种子罐用以培养和/或储存硝化菌种子液，所述硝化细菌种子罐与有氧降解罐相连通，所述曝气机构设置在有氧降解罐底部且用以向有氧降解罐内输送空气，所述有氧降解罐用以在有氧环境下结合硝化菌种子液降解原料液，所述滤渣过滤提升机构设置在有氧降解罐内，所述滤渣过滤提升机构用以过滤原料液降解产生的滤渣并将滤渣输送至有氧降解罐外部；水解酸化单元，所述水解酸化单元包括酸化反应罐以及回流机构，所述酸化反应罐与有氧降解罐相连通，所述酸化反应罐用以接收经过过滤的原料液并进行静置酸化，甲烷产生单元，所述甲烷产生单元包括厌氧反应罐、反硝化菌种子罐、滤渣收集机构，所述厌氧反应罐与酸化反应罐以及反硝化菌种子罐相连通，酸化后的原料液在厌氧反应罐
内进行反应并产生甲烷，所述反硝化菌种子罐用以培养和/或储存反硝化菌种子液，所述滤渣收集机构与厌氧反应罐相连通且用以将厌氧反应罐内的滤渣进行收集。
[0008]在数个实施方式中，硝化细菌种子罐设置在有氧降解罐的上方位置，所述硝化细菌种子罐上设置有控制阀，所述控制阀用以控制硝化菌种子液流入有氧降解罐的流速与频率。
[0009]在数个实施方式中，滤渣过滤提升机构与硝化细菌种子罐设置在有氧降解罐的相对两侧，所述滤渣过滤提升机构包括筛网以及驱动装置，所述驱动装置带动筛网循环运动，所述滤渣过滤提升机构倾斜设置。
[0010]在数个实施方式中，滤渣过滤提升机构一端伸入有氧降解罐底部，所述滤渣过滤提升机构的另一端延伸至有氧降解罐外侧，所述滤渣过滤提升机构的另一端下方设置有输送带，所述输送带用以将滤渣进行输送。
[0011]在数个实施方式中，酸化反应罐设置在靠近滤渣过滤提升机构一侧，所述回流机构包括回流管道以及设置在回流管道上的回流阀，所述回流管道用以连通酸化反应罐与厌氧反应罐。
[0012]在数个实施方式中，酸化反应罐底部设置有一第一管道，所述反硝化菌种子罐底部设置有一第二管道，所述厌氧反应罐包括插入地下的下半部体以及位于地面上的上半部体，所述第一管道与第二管道均伸入地下且与下半部体的底部相连通。
[0013]在数个实施方式中，上半部体的内壁上环绕设置有沉积板，所述沉积板一端与上半部体的内壁相连接，所述沉积板的另一端斜向上的向上半部体的中心方向延伸。
[0014]在数个实施方式中，滤渣收集机构包括泵体、收集管道以及收集池，所述收集管道一端延伸至沉积板与上半部体内壁之间，所述收集管道另一端延伸至收集池，所述泵体设置在收集管道上用以将沉积板内的滤渣通过收集管道吸引至收集池。
[0015]本专利技术还提供了一种采用了上述沼气发酵设备的沼气发酵方法，包括以下阶段：
[0016]S1000，有氧降解阶段，对原料液在有氧环境下，结合好氧微生物以及硝化菌，进行好氧降解耦合硝化反应，反应过程中保持曝气补充氧气；S1001，将S1000中反应完成的原料液进行过滤，得到二段液，同时将过滤的滤渣进行收集；
[0017]S2000，水解酸化阶段，对二段液进行静置，在兼性厌氧环境下结合酸化细菌进行酸化，得到三段液；
[0018]S3000，甲烷产生阶段，将三段液在厌氧环境下，结合甲烷菌与反硝化菌，进行甲烷产生耦合反硝化反应，得到甲烷气体，并通过对三段液进行过滤得到沼液。
[0019]在数个实施方式中，所述S2000中包括S2001，所述S2001为沼液回用阶段，包括提取部分沼液至静置的二段液，进行再次酸化。
[0020]本专利技术具有如下有益效果：
[0021]1)强化曝气并耦合硝化反应，大幅度提升种养废弃生物质的降解效率，缩短发酵周期，同时改善水解菌及后后续酸化细菌、产甲烷菌营养条件；2)前置除渣，解决高浓度混合发酵的传质问题，同时解决沼渣产生量大、臭味浓、不易与沼液分离的难题(仅在后期产生少量沼泥)；3)同时采用地上、地下分层布局的方法，大部分原料可用自流的方式输送，厌氧罐也可获得较好的保温性能，降低动力和能源消耗；4)酸化阶段消耗发酵液的残留氧，为后期厌氧发酵菌提供良好生境；5)沼液部分回用的同时，实现产甲烷菌预培养；6)产甲烷耦
合反硝化反应，实现高效率产气的同时，部分消除氨氮。
附图说明
[0022]本文所描述的附图仅用于所选择实施例的阐述目的，而不代表所有可能的实施方式，且不应认为是本专利技术的范围的限制。
[0023]图1示意性地示出了一实施例中的沼气发酵设备的整体结构；
[0024]图2示意性地示出了一实施例中的沼气发酵方法的流程图。
具体实施方式
[0025]下面，详细描述本专利技术的实施例，为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耦合硝化作用的三段式沼气发酵设备，其特征在于，包括：有氧降解单元，所述有氧降解单元包括硝化细菌种子罐、有氧降解罐、曝气机构以及滤渣过滤提升机构，所述硝化细菌种子罐用以培养和/或储存硝化菌种子液，所述硝化细菌种子罐与有氧降解罐相连通，所述曝气机构设置在有氧降解罐底部且用以向有氧降解罐内输送空气，所述有氧降解罐用以在有氧环境下结合硝化菌种子液降解原料液，所述滤渣过滤提升机构设置在有氧降解罐内，所述滤渣过滤提升机构用以过滤原料液降解产生的滤渣并将滤渣输送至有氧降解罐外部；水解酸化单元，所述水解酸化单元包括酸化反应罐以及回流机构，所述酸化反应罐与有氧降解罐相连通，所述酸化反应罐用以接收经过过滤的原料液并进行静置酸化，甲烷产生单元，所述甲烷产生单元包括厌氧反应罐、反硝化菌种子罐、滤渣收集机构，所述厌氧反应罐与酸化反应罐以及反硝化菌种子罐相连通，酸化后的原料液在厌氧反应罐内进行反应并产生甲烷，所述反硝化菌种子罐用以培养和/或储存反硝化菌种子液，所述滤渣收集机构与厌氧反应罐相连通且用以将厌氧反应罐内的滤渣进行收集。2.根据权利要求1所述的一种耦合硝化作用的三段式沼气发酵设备，其特征在于，所述硝化细菌种子罐设置在有氧降解罐的上方位置，所述硝化细菌种子罐上设置有控制阀，所述控制阀用以控制硝化菌种子液流入有氧降解罐的流速与频率。3.根据权利要求2所述的一种耦合硝化作用的三段式沼气发酵设备，其特征在于，所述滤渣过滤提升机构与硝化细菌种子罐设置在有氧降解罐的相对两侧，所述滤渣过滤提升机构包括筛网以及驱动装置，所述驱动装置带动筛网循环运动，所述滤渣过滤提升机构倾斜设置。4.根据权利要求3所述的一种耦合硝化作用的三段式沼气发酵设备，其特征在于，所述滤渣过滤提升机构一端伸入有氧降解罐底部，所述滤渣过滤提升机构的另一端延伸至有氧降解罐外侧，所述滤渣过滤提升机构的另一端下方设置有输送带，所述输送带用以将滤渣进行输送。5.根据权利要求4所述的一种耦合硝化作用的三段式沼气发酵设备，其特征在于，所述酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：单胜道，向天勇，
申请(专利权)人：嘉兴职业技术学院，
类型：发明
国别省市：