两相双循环餐厨垃圾制沼气系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及有机物厌氧发酵产沼气技术领域，具体涉及一种两相双循环餐厨垃圾制沼气系统及方法。包括：进料装置、水解产酸装置、发酵产甲烷装置、气相循环装置、液相循环装置、甲烷收集装置、碱溶液容器、分别位于发酵产甲烷装置和水解产酸装置侧部的联合安全检测装置；本发明专利技术通过结构上的创新，实现了产酸菌在适宜的弱酸性条件下进行反应，而产沼气菌适宜在中性偏碱性条件下反应，使产沼气能在高负荷下持续高效进行，即TS在30％

【技术实现步骤摘要】
两相双循环餐厨垃圾制沼气系统及方法

：
[0001]本专利技术涉及有机物厌氧发酵产沼气
，具体涉及一种两相双循环餐厨垃圾制沼气系统及方法。

技术介绍
:
[0002]厨余垃圾，其中含水量约为78％，有机固相物质占厨余垃圾中固相物质比例甚至达到97％。传统的厨余垃圾处理方式有卫生填埋、堆肥、焚烧，都会造成巨大的环境污染。不仅影响环境卫生，并且浪费了生物质资源。利用厌氧发酵技术资源化利用厨余垃圾中的大量有机物，并产生沼气，是最有效利用厨余垃圾的方法之一。
[0003]沼气厌氧发酵技术由水解产酸菌和产甲烷菌共同完成，其中产酸菌适宜在弱酸性条件下进行催化作用，而产沼气菌适宜在中性偏碱性条件下催化反应，且产酸菌对酸碱性的变化比较敏感。由于餐厨垃圾中含有大量的易降解有机质，且水解产酸菌反应速率较快，因此单相厌氧发酵中产酸速率远高于产甲烷速率，导致沼液偏酸性，甚至导致酸化失败，目前单相反应装置无法在高负荷下持续发酵产生沼气。
[0004]餐厨垃圾产沼气过程中需不断对产酸区进行搅拌，使产酸菌在反应物中均匀分布，传统意义上的搅拌消耗不少能量，物资并且效率低，成本高。同时由于沼气厌氧发酵技术高压且不稳定的发酵环境，这一技术很难在大范围内实现规模化应用，从而使全国每年产生大量的餐厨垃圾再利用率低，不能满足可持续和节约环保的目的。
[0005]已有的两相产沼气设备，采用批量式进料方式，需要定期进行换料清洗，过程复杂，不利于工业化连续生产，另外，每次进行换料操作时，需要用空气对装置内的沼气进行吹脱，存在空气污染隐患。

技术实现思路
：
[0006]为解决上述问题，本专利技术提供了一种两相双循环半连续进料餐厨垃圾制沼气的系统及方法，所采取的技术方案如下：
[0007]两相双循环餐厨垃圾制沼气系统，包括：进料装置1、水解产酸装置2、发酵产甲烷装置4、气相循环装置3、液相循环装置5、甲烷收集装置12、碱溶液容器6、分别位于发酵产甲烷装置和水解产酸装置侧部的联合安全检测装置8；
[0008]餐厨垃圾在所述水解产酸装置中反应，生成乙酸以及丙酸、丁酸、戊酸物质，随着反应的进行，相对分子质量较高的有机酸逐渐分解，同时反应产生了少量二氧化碳、氢气气体；所述发酵产甲烷装置以乙酸为原料，在产甲烷菌的作用下产生甲烷；所述气相循环装置以二氧化碳、氢气为原料，在产甲烷菌的作用下产生甲烷；
[0009]所述水解产酸装置位于所述进料装置下方，所述发酵产甲烷装置位于所述水解产酸装置下方；
[0010]所述水解产酸装置的上部通过第一管路27与气相循环装置相连；气相循环装置的底部通过第二管路15与水解产酸装置的下部连通，气相循环装置液体中难溶物和固体通过
第二管路返回水解产酸装置；
[0011]气相循环装置的顶部通过第三管路24及位于其上的第一单向阀10与发酵产甲烷装置的上部单向连通，气体只能从气相循环装置的顶部流向发酵产甲烷装置的上部，反之则不行；
[0012]气相循环装置的上部通过第四管路26及位于其上的液相阀29、第二单向阀18与发酵产甲烷装置的下部单向连通，当气相循环装置内的液面达到预设的出液口时，液体流向发酵产甲烷装置；
[0013]所述发酵产甲烷装置的下部通过第五管路16与液相循环装置的底部相连；
[0014]所述液相循环装置通过第六管路42及第六管路上依次设置设置的液体蠕动泵9、限流阀22，然后与水解产酸装置的上部连通，部分液体通过液体喷口17进入水解产酸装置；
[0015]所述甲烷收集装置12通过压力阀14与发酵产甲烷装置顶部连接；
[0016]所述碱溶液容器通过第八管路43及位于其上的第二滴管阀门25与发酵产甲烷装置相连；所述碱溶液容器通过第九管路44及位于其上的第一滴管阀门23与水解产酸装置相连；碱溶液容器分别向水解产酸装置和发酵产甲烷装置输出碱液；
[0017]所述联合安全检测装置包括：液体pH值检测装置34、液体温度检测装置35、电源37、检测信息集合装置38、信息发送装置39、气体压力检测装置40。
[0018]在上述系统上实现的两相双循环餐厨垃圾制沼气方法，包括如下过程：
[0019]步骤1：进料；进料时，进料装置的顶部阀门打开，底部阀门关闭，将预处理过的餐厨垃圾注入进料装置；
[0020]步骤2：原料注入水解产酸装置；进料装置注满后，关闭顶部阀门，打开底部阀门，餐厨垃圾进入水解产酸装置，然后关闭进料装置的底部阀门，开始反应；联合安全检测装置确保反应环境在弱酸性条件下进行，若偏离该条件，则启动碱溶液容器通过第九管路向水解产酸装置注入碱液；当反应存在安全风险时，启动碱溶液容器通过第九管路以最大流速向水解产酸装置注入大量碱液，破坏菌类生存环境，使得反应停止；
[0021]步骤3：水解产酸装置中较上层液体通过第一管路27进入气体循环装置，气体循环装置中的难溶物和固体通过第二管路15返回水解产酸装置，继续进行分解，延长水解反应物的反应路径；
[0022]步骤4：当气体循环装置中的液面达到气体循环装置内预设的出液口时，较上层液体通过第四管路26及其上面布置的液相阀29、第二单向阀18流入发酵产甲烷装置；当气体循环装置中的气压高于发酵产甲烷装置中的气压时，气体第三管路24及其上面的第一单向阀10流入发酵产甲烷装置的上部；联合安全检测装置确保发酵产甲烷装置反应环境在弱碱性条件下进行，若偏离该条件，则启动碱溶液容器通过第八管路向发酵产甲烷装置注入碱液；当反应存在安全风险时，启动碱溶液容器通过第八管路以最大流速向发酵产甲烷装置注入大量碱液，破坏菌类生存环境，使得反应停止；
[0023]步骤5：液相循环装置通过第六管路42及第六管路上设置的液体蠕动泵9与水解产酸装置的上部连通，部分液体通过第六管路进入水解产酸装置；同时，液相循环装置的负压又将发酵产甲烷装置底部的液体通过第五管路16吸入液相循环装置；
[0024]步骤6：发酵产甲烷装置的压力达到一定值时，压力阀14打开，甲烷进入甲烷收集装置。
[0025]优选方案一，还包括：位于发酵产甲烷装置顶部的气泵33，位于水解产酸装置底部的多孔式气体喷出口32，位于水解产酸装置底部的水解产酸装置卸料口30，位于发酵产甲烷装置底部的甲烷装置卸料口31；所述气泵与多孔式气体喷出口通过第七管路13相连；甲烷对上侧水解产酸装置内的反应物进行气体搅拌，使上侧水解反应物和水解产酸菌混合，水解反应速率加快。
[0026]当水解产酸装置内的反应速率下降时，位于发酵产甲烷装置顶部的气泵33将甲烷气体通过第七管路13进入水解产酸装置，通过多孔式气体喷出口32喷出，甲烷气体对上侧水解产酸装置内的反应物进行气体搅拌，使上侧水解反应物和水解产酸菌混合，水解反应速率加快。
[0027]优选方案二，所述进料装置包括：顶部阀门20，橄榄形主容器，底部阀门21，排水阀19，与橄榄型主容器容积相同的进料容器；所述进料装置的顶部与液相循环装置通过第十管路28连通，实现液相循环装置向橄榄形主容器内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.两相双循环餐厨垃圾制沼气系统，其特征在于，包括：进料装置(1)、水解产酸装置(2)、发酵产甲烷装置(4)、气相循环装置(3)、液相循环装置(5)、甲烷收集装置(12)、碱溶液容器(6)、分别位于发酵产甲烷装置和水解产酸装置侧部的联合安全检测装置(8)；餐厨垃圾在所述水解产酸装置中反应，生成乙酸以及丙酸、丁酸、戊酸物质，随着反应的进行，相对分子质量较高的有机酸逐渐分解，同时反应产生了少量二氧化碳、氢气气体；所述发酵产甲烷装置以乙酸为原料，在产甲烷菌的作用下产生甲烷；所述气相循环装置以二氧化碳、氢气为原料，在产甲烷菌的作用下产生甲烷；所述水解产酸装置位于所述进料装置下方，所述发酵产甲烷装置位于所述水解产酸装置下方；所述水解产酸装置的上部通过第一管路(27)与气相循环装置相连；气相循环装置的底部通过第二管路(15)与水解产酸装置的下部连通，气相循环装置液体中难溶物和固体通过第二管路返回水解产酸装置；气相循环装置的顶部通过第三管路(24)及位于其上的第一单向阀(10)与发酵产甲烷装置的上部单向连通，气体只能从气相循环装置的顶部流向发酵产甲烷装置的上部，反之则不行；气相循环装置的上部通过第四管路(26)及位于其上的液相阀(29)、第二单向阀(18)与发酵产甲烷装置的下部单向连通，当气相循环装置内的液面达到预设的出液口时，液体流向发酵产甲烷装置；所述发酵产甲烷装置的下部通过第五管路(16)与液相循环装置的底部相连；所述液相循环装置通过第六管路(42)及第六管路上依次设置设置的液体蠕动泵(9)、限流阀(22)，然后与水解产酸装置的上部连通，部分液体通过液体喷口(17)进入水解产酸装置；所述甲烷收集装置(12)通过压力阀(14)与发酵产甲烷装置顶部连接；所述碱溶液容器通过第八管路(43)及位于其上的第二滴管阀门(25)与发酵产甲烷装置相连；所述碱溶液容器通过第九管路(44)及位于其上的第一滴管阀门(23)与水解产酸装置相连；碱溶液容器分别向水解产酸装置和发酵产甲烷装置输出碱液；所述联合安全检测装置包括：液体pH值检测装置(34)、液体温度检测装置(35)、电源(37)、检测信息集合装置(38)、信息发送装置(39)、气体压力检测装置(40)。2.根据权利要求1所述两相双循环餐厨垃圾制沼气系统，其特征在于，还包括：位于发酵产甲烷装置顶部的气泵(33)，位于水解产酸装置底部的多孔式气体喷出口(32)，位于水解产酸装置底部的水解产酸装置卸料口(30)，位于发酵产甲烷装置底部的甲烷装置卸料口(31)；所述气泵与多孔式气体喷出口通过第七管路(13)相连；甲烷对上侧水解产酸装置内的反应物进行气体搅拌，使上侧水解反应物和水解产酸菌混合，水解反应速率加快。3.根据权利要求1所述两相双循环餐厨垃圾制沼气系统，其特征在于，所述进料装置包括：顶部阀门(20)，橄榄形主容器，底部阀门(21)和排水阀(19)；所述进料装置的顶部与液相循环装置通过第十管路(28)连通，实现液相循环装置向橄榄形主容器内注水。4.根据根据权利要求3所述两相双循环餐厨垃圾制沼气系统，其特征在于，所述进料装置还包括：与橄榄型主容器容积相同的进料容器，进料容器包括底部出料阀门，所述底部出料阀门与进料装置的顶部阀门相连。
5.根据权利要求1
‑
4任何一项所述两相双循环餐厨垃圾制沼气系统，其特征在于，还包括：位于发酵产甲烷装置侧部的气体泄漏检测装置(7)，与第一单向阀并联连接的安全阀(11)。6.在权利要求1所述系统上实现的两相双循环餐厨垃圾制沼气方法，其特征在于，包括如下过程：步骤1：进料；进料时，进料装置的顶部阀门打开，底部阀门关闭，将预处理过的餐厨垃圾注入进料装置；步骤2：原料注入水解产酸装置；进料装置注满后，关闭顶部阀门，打开底部阀门，餐厨垃圾进入水解产酸装置，然后关闭进料装置的底部阀门，开始反应；联合安全检测装置确保反应环境在弱酸性条件下进行，若偏离该条件，则启动碱溶液容器通过第九管路向水解产酸装置注入碱液；当反应存在安全风险时，启动碱溶液容器通过第九管路以最大流速向水解产酸装置注入大量碱液，破坏菌类生存环境，使得反应停止；步骤3：水解产酸装置中较上层液体通过第一管路(27)进入气体循环装置，气体循环装置中的难溶物和固体通过第二管路(15)返回水解产酸装置，继续进行分解，延长水解反应物的反应路径；步骤4：当气体循环装置中的液面达到气体循环装置内预设的出液口时，较上层液体通过第四管路(26)及其上面布置的液相阀(29)、第二单向阀(18)流入发酵产甲烷装置；当气体循环装置中的气压高于发酵产甲烷装置中的气压时，气体第三管路(24)及其上面的第一单向阀(10)流入发酵产甲烷装置的上部；联合安全检测装置确保发酵产甲烷装置反应环境在弱碱性条件下进行，若偏离该条件，则启动碱溶液容器通过第八管路向发酵产甲烷装置注入碱液；当反应存在安全风险时，启动碱溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏，岳修龙，龚海鑫，吴雨伦，曹蕊，杨昕明，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：