CN105441316B - 一种木质纤维素原料厌氧发酵制沼气的反应系统及使用方法 - Google Patents

一种木质纤维素原料厌氧发酵制沼气的反应系统及使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105441316B
CN105441316B CN201610001925.7A CN201610001925A CN105441316B CN 105441316 B CN105441316 B CN 105441316B CN 201610001925 A CN201610001925 A CN 201610001925A CN 105441316 B CN105441316 B CN 105441316B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fermentation
tank
assistant
flow
main tank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610001925.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105441316A (zh
Inventor
瞿广飞
涂灿
解若松
宁平
胡博彩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kunming University of Science and Technology
Original Assignee
Kunming University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kunming University of Science and Technology filed Critical Kunming University of Science and Technology
Priority to CN201610001925.7A priority Critical patent/CN105441316B/zh
Publication of CN105441316A publication Critical patent/CN105441316A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105441316B publication Critical patent/CN105441316B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/04—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/36—Means for collection or storage of gas; Gas holders
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/58—Reaction vessels connected in series or in parallel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/18—External loop; Means for reintroduction of fermented biomass or liquid percolate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/08—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate
    • C12P7/10—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate substrate containing cellulosic material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)

Abstract

本发明公开了一种木质纤维素原料厌氧发酵制沼气的反应系统及使用方法，该系统包括进料池、导流结构Ⅰ、发酵主罐、导流结构Ⅱ、发酵副罐、储气罐、气路回流组件；本发明系统能对反应基质进行能持续并高强度混合，从而使得沼气生产率得到大大提升；整个反应系统的搅拌是由非机电部件作用完成的，降低了建造成本以及维护费用；本发明装置结构简单，适于产业化应用。

Description

一种木质纤维素原料厌氧发酵制沼气的反应系统及使用方法
技术领域
本发明涉及一种木质纤维素原料厌氧发酵制沼气的反应系统及使用方法，属于有机固体废物生态能源化循环利用领域。
背景技术
总结沼气技术的发展历史，农业沼气系统大致分为两种：一种是用于生产做饭的小规模沼气池，满足农户能源自给自足；另一种是以能源作物为基础的用于发电的农用工业沼气厂，生产电能＞100kW。但是这两种基本类型的沼气厂通常在经济上都是不可行的。专利CN103145308A提供了一种大型沼气工程生产沼气的方法，该方法在现有普遍的厌氧发酵技术基础上加上了一道水解酸化处理阶段，虽能加大处理量和沼气产量，但是此方法的经济成本与推广性得到大大限制。故此，找到一种便于推广且经济可行的反应器类型和发酵基质混合系统是十分必要的。
现今，高木质纤维素含量原料储量丰富，具有巨大的能源化和资源化潜能。将木质纤维素原料进行厌氧发酵处理，在减少环境固体废物污染的同时，还能提供生物质能源-沼气，厌氧发酵后残余的沼渣和沼液还是很好的有机肥料。然而，受限于结构的复杂性，木质纤维素是微生物难以分解利用的物质，导致木质纤维素的降解成为整个沼气发酵过程中的限速步骤，木质纤维素在传统的沼气发酵工艺中的降解效率很低，找到一种提高木质纤维素降解效率的方法尤为重要。专利CN 101775412A提供了一种利用木质纤维素制备沼气的方法，该方法是对木质纤维素原料挤压膨化预处理后，再进行厌氧发酵。该法仅以物理方法对原料进行预处理，而挤压膨化对于复杂的木质纤维素结构难以得到有效的解构，这就使得在厌氧发酵阶段中菌酶对于木质纤维素的降解效率依旧不高。专利93114841.3提供了强化发酵的方法，该方法利用高电压对污水厌氧发酵过程的接种物制备、适应步骤及发酵平稳阶段进行电刺激，以高电压激发能提高发酵效率的菌种并提供高电压电场环境，但由于加载的电压过高，会导致能耗过大；同时持续的高电压刺激具有一定的危险性，不利于推广。
本发明旨在以高木质纤维素含量原料为主要物料，通过对厌氧发酵系统及方法的改进，使得提高沼气生产率，也提升木质纤维素的降解率。
发明内容
本发明提供了一种木质纤维素原料厌氧发酵制沼气的反应系统，实现了整个反应系统中发酵主罐和发酵副罐中发酵基质能持续并高强度混合，从而提高沼气生产率；另外低电压持续强化生物降解技术配合瞬时脉冲放电技术，也显著提高了木质纤维素的降解率。
本发明通过以下技术方案实现发明目的：
本发明的木质纤维素原料厌氧发酵制沼气的反应系统包括进料池1、导流结构Ⅰ2、发酵主罐4、导流结构Ⅱ6、发酵副罐8、储气罐14、气路回流组件；其中进料池1通过管道与设置在发酵主罐4上部的导流结构Ⅰ2连通，发酵副罐下部通过导流结构Ⅱ6与发酵主罐下部连通；发酵主罐4通过通气阀3与储气罐14连通，储气罐下部通过气路回流组件与发酵副罐下部连通；发酵主罐下端设置有排料口5；其中发酵副罐8顶部设置有弹簧7，弹簧7下端连接有压力承托板10，发酵副罐罐体上设置有警报刻度线9，发酵主罐4内设置有阳电极和/或阴电极，发酵副罐8中设置有1对脉冲电极、阳电极和/或阴电极，阳电极、阴电极、脉冲电极分别与电源连接；
本发明中导流结构Ⅰ和导流结构Ⅱ均为中空圆台结构，该结构内壁上设置有螺旋凸起（从圆台大口到小口螺旋渐缩），具有增压聚流效果，导流结构Ⅰ和导流结构Ⅱ的倾斜角α为35°~75°，该倾斜角α是指圆台母线与圆台下底面圆直径的夹角。
所述气路回路组件包括气体压缩机13、高压泵12、止回阀11，发酵副罐8通过止回阀11与高压泵12连接，高压泵12通过气体压缩机13与储气罐14连通。
所述发酵主罐和发酵副罐中阴电极和/或阳电极为棒状、平板状、螺旋状或网状，电极垂直或水平安装在罐体内。
所述发酵副罐中脉冲电极为平板电极、同轴电极或针状电极，电极垂直或水平安装在罐体内。
所述警报刻度线9压力设置为0.23MPa～0.26MPa。
上述木质纤维素原料厌氧发酵制沼气的反应系统的使用方法，包括下述步骤：
（1）将发酵原料破碎后，在进料池配料调节pH为6~8后，由管道从导流结构Ⅰ旋转进入发酵主罐和发酵副罐中，在10℃~60℃下进行厌氧发酵，发酵总固体含量浓度（TS）为2%~12%；
（2）发酵主副罐中发酵基质在持续低电压作用下进行厌氧发酵，产生沼气堆积在主罐顶部，罐体压强增大，使得主罐发酵基质压向发酵副罐中，其中低电压为0.01V~1.2V；
（3）当发酵主罐和发酵副罐中产生沼气增多时，增大至0.23MPa~0.26MPa时，发酵副罐中压力将压力承托板推至警报刻度线，开启通气阀，将发酵主罐产生的沼气导入储气罐，同时通过气路回流结构中的气体压缩机吸入部分沼气对其压缩，再通过高压泵将压缩沼气经过止回阀泵入发酵副罐中，此时对发酵副罐中基质进行脉冲放电，电场强度10 KV/cm ~50KV/cm，每次脉冲作用次数为1~4个脉冲；
（4）发酵主罐沼气排出后压力释放，压强减小，对发酵副罐中的发酵基质产生牵引力，牵引发酵副罐发酵基质倒流进发酵主罐，同时发酵副罐中泵入的高压沼气与厌氧基质水汽混合后，整个基质密度降低，形成气举效果，发酵基质从发酵副罐经过导流构造Ⅱ进入发酵主罐并呈漩涡式上升，从而对发酵主罐中发酵基质起到高强度混合搅拌作用；
（5）当发酵副罐中的压力降至0.1MPa~0.15MPa时，关闭通气阀，发酵主罐继续厌氧发酵，并重复上述步骤。
本发明中发酵原料为畜禽粪便、作物秸秆、糖料产业炼制废渣、木屑、草本等木质纤维素含量高的废物。
本发明反应系统以双重方式利用气体压力来高强度混合主副罐中的发酵物料：发酵主罐气体的导出使得压力释放，吸引发酵副罐中发酵基质倒流；配合发酵副罐基质混合高压沼气产生的气举。两种形式的物料回流通过导流构造Ⅱ使得发酵主罐和发酵副罐中发酵基质呈持续并且高强度混合，从而使得沼气生产率得到大大提升。
另外，整个反应系统的搅拌是由非机电部件作用完成的，降低了反应的建造成本以及维护费用。
本发明提供的高压脉冲配合低电压技术持续强化生物发酵的方法。
首先，该方法在发酵罐中通入低电压，在电场中，微生物作为一种电介质能被电场极化，若细菌的极化频率与外电场的频率保持一致，就有可能产生共振现象，当共振现象发生时，细菌的细胞膜通透性可能是最高的，此时，细菌的代谢速度最快，其生长繁殖都有可能达到最佳的速度。由于低频电场作用于细菌有一个窗口效应，故在经过低电压2~3个生命周期的持续诱导刺激下，可使得厌氧发酵基质中诱导出能在低温、中温及高温条件下都具备生长速率快、繁殖周期短、发酵效率高、产气品质纯、同时能高效降解含木质纤维素高的废物等优点的厌氧发酵菌群；
在厌氧发酵阶段，当整个发酵基质处于被阴极电化学作用时，如图1所示，厌氧环境下，厌氧菌群吸收水分和营养物质，产生电子以及质子，释放生物降解酶；在阴电极作用下，阴极以生物酶作为介质快速吸收电子转移质子，加快了整个反应基质的传质速率；而生物酶在这期间作为介质使得与木质纤维素充分接触，反应几率提升，从而提高酶降解木质纤维素的效率。
当整个基质处于被阳极电化学作用时，如图2所示，以木质纤维素为反应中心，阳极电极释放电子以生物酶为介质传递到反应中心，而微生物在生命活动中产生的质子也经生物酶传递到反应中心，期间不但整个基质的传质速率加快，同时也使得在反应中心的酶活动反应强度加强，从而可使酶有效降解木质纤维素。
其次，给发酵副罐中发酵基质进行高压脉冲时，当细胞跨膜电位高于1V时，会使细胞膜出现穿透现象，引致细胞穿孔破裂，使得微生物的细胞质发生溶出，这时发酵副罐中降解木质纤维素的生物酶增多，当发酵主罐和发酵副罐中发酵基质混合时，生物酶能对整个基质进行催化反应，进而使得整个物料的木质纤维素降解率大大提升。
本发明的优点及效果如下：
首先，本发明系统能对反应基质进行长持续时间并且高强度混合，从而使得沼气生产率得到大大提升；
另外，整个反应系统的搅拌是由非机电部件作用完成的，降低了反应的建造成本以及维护费用；
再次，低电压持续强化技术可驯化出能在低温、中温及高温条件下都具备生长速率快、繁殖周期短、发酵效率高、产气品质纯、同时能高效降解含木质纤维素高的废物等优点的厌氧发酵菌群，也加快了系统的传质速度；
最后，脉冲放电作用于基质，使得基质中降解木质纤维素的生物酶量增多，在高强度混合作用下，整个系统对于木质纤维素的降解率得到大大提升。
附图说明
图1为本发明反应系统的结构示意图；
图2为厌氧发酵基质阴极电化学作用示意图；
图3为厌氧发酵基质阳极电化学作用示意图。
图4为本发明中导流结构倾斜角示意图，图中α表示导流结构倾斜角；
图5为本发明中导流结构剖面结构示意图，图中α表示导流结构倾斜角；
图6为本发明导流结构示意图；
图中：1是进料池，2是导流结构Ⅰ，3是通气阀，4是发酵主罐，5是排料口，6是导流结构Ⅱ，7是弹簧及连接， 8是发酵副罐，9是警报刻度线，10是压力承托板，11是止回阀，12是高压泵，13是气体压缩机，14是储气罐，15-螺旋凸起，α是导流结构的倾斜角。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围不局限于所述内容。
实施例1：以奶牛粪便为主料混合作物秸秆为原料的奶牛养殖厂配套发酵罐为例
如图1-6所示，本木质纤维素原料厌氧发酵制沼气的反应系统包括进料池1、导流结构Ⅰ2、发酵主罐4、导流结构Ⅱ6、发酵副罐8、储气罐14、气路回流组件；其中进料池1通过管道与设置在发酵主罐4上部的导流结构Ⅰ2连通，发酵副罐下部通过导流结构Ⅱ6与发酵主罐下部连通；发酵主罐4通过通气阀3与储气罐14连通，储气罐下部通过气路回流组件与发酵副罐下部连通；发酵主罐下端设置有排料口5；气路回路组件包括气体压缩机13、高压泵12、止回阀11，发酵副罐8通过止回阀11与高压泵12连接，高压泵12通过气体压缩机13与储气罐14连通；发酵副罐8顶部设置有弹簧，弹簧下端连接有压力承托板10，发酵副罐罐体上设置有警报刻度线9，发酵主罐4内设置有阴电极和阳电极，阳极形状为网状，阴极为棒状，发酵副罐8中设置有1对脉冲电极（铜钨合金电极）、阴极棒状电极、阳极网状电极，阴阳电极、脉冲电极分别与电源连接；
所述发酵系统中发酵主罐容积：20m3；发酵副罐容积：15m3；原料投加量：发酵初始5t，每日投加100~200kg；发酵TS浓度：5%~10%；警报刻度线9压力设置为0.25MPa；导流结构Ⅰ和导流结构Ⅱ均为中空圆台结构，该结构内壁上设置有螺旋凸起15（从圆台大口到小口螺旋渐缩），具有增压聚流效果，导流结构Ⅰ和导流结构Ⅱ的倾斜角α为35°。
上述系统以牛粪和作物秸秆为原料进行厌氧发酵制沼气，具体步骤如下：
（1）将发酵原料破碎后，在进料池调节pH为7后，由管道从导流结构Ⅰ高速进入进入发酵主罐和发酵副罐中，在常温下进行厌氧发酵；
（2）发酵主副罐和发酵副罐中发酵基质在持续低电压作用下进行厌氧发酵，产生沼气，罐体压强增大，使得发酵基质压向发酵副罐并在其中低电压作用下发酵，其中低电压为0.08V；
（3）当发酵主罐和发酵副罐中产生沼气增多时，增大至0.25MPa时，发酵副罐中压力将压力承托板推至警报刻度线，开启通气阀，将发酵主罐产生的沼气导入储气罐，同时通过气路回流结构中的气体压缩机吸入部分沼气对其压缩，再通过高压泵将1m3压缩沼气经过止回阀泵入发酵副罐中，此时对发酵副罐中基质进行脉冲放电，释放电场强度为50KV/cm的1个脉冲处理；
（4）发酵主罐沼气排出后压力释放，压强减小，对发酵副罐中的发酵基质产生牵引力（牵引发酵副罐发酵基质倒流进发酵主罐），同时发酵副罐中泵入的高压沼气与厌氧基质水汽混合后，整个基质密度降低，形成气举效果，发酵基质从发酵副罐经过导流构造Ⅱ进入发酵主罐并呈漩涡式上升，从而对发酵主罐中发酵基质起到高强度混合搅拌作用；
（5）当发酵副罐中的压力降至0.1MPa时，关闭通气阀，发酵主罐继续厌氧发酵，并重复上述步骤。
发酵效果：产气量：55~60m3/日；物料纤维素降解率：50%~65%；甲烷比例：70%~73%。
实施例2：以农作物秸秆为主料混合人畜粪便为原料的社区配套发酵罐为例
如图1-6所示，本木质纤维素原料厌氧发酵制沼气的反应系统包括进料池1、导流结构Ⅰ2、发酵主罐4、导流结构Ⅱ6、发酵副罐8、储气罐14、气路回流组件；其中进料池1通过管道与设置在发酵主罐4上部的导流结构Ⅰ2连通，发酵副罐下部通过导流结构Ⅱ6与发酵主罐下部连通；发酵主罐4通过通气阀3与储气罐14连通，储气罐下部通过气路回流组件与发酵副罐下部连通；发酵主罐下端设置有排料口5；气路回路组件包括气体压缩机13、高压泵12、止回阀11，发酵副罐8通过止回阀11与高压泵12连接，高压泵12通过气体压缩机13与储气罐14连通；其中发酵副罐8顶部设置有弹簧，弹簧下端连接有压力承托板10，发酵副罐罐体上设置有警报刻度线9，发酵主罐4内设置有阴极单螺旋状电极，发酵副罐8中设置有2对脉冲电极（镍钨合金电极）、阳极棒状电极，阳电极、脉冲电极分别与电源连接；
所述发酵系统中发酵主罐容积：50m3；发酵副罐容积：20m3；原料投加量：发酵初始10t，每日投加500~600kg；发酵TS浓度：8%~12%；警报刻度线9压力设置为0.23MPa；导流结构Ⅰ和导流结构Ⅱ均为中空圆台结构，该结构内壁上设置有螺旋凸起（从圆台大口到小口螺旋渐缩），具有增压聚流效果，导流结构Ⅰ和导流结构Ⅱ的倾斜角α为75°。
上述系统以农作物秸秆和人畜粪便为原料进行厌氧发酵制沼气，具体步骤如下：
（1）将发酵原料破碎后，在进料池配料调节pH为6后，由管道从导流结构Ⅰ高速进入进入发酵主罐和发酵副罐中，在35℃下进行厌氧发酵；
（2）发酵主副罐中发酵基质在持续低电压作用下进行厌氧发酵，产生沼气，罐体压强增大，使得发酵基质压向发酵副罐并在其中低电压作用下发酵，其中低电压为1.2V；
（3）当发酵主罐和发酵副罐中产生沼气增多时，增大至0.23MPa时，发酵副罐中压力将压力承托板推至警报刻度线，开启通气阀，将发酵主罐产生的沼气导入储气罐，同时通过气路回流结构中的气体压缩机吸入部分沼气对其压缩，再通过高压泵将2m3压缩沼气经过止回阀泵入发酵副罐中，此时对发酵副罐中基质进行脉冲放电，释放电场强度为20KV/cm的4个脉冲处理；
（4）发酵主罐沼气排出后压力释放，压强减小，对发酵副罐中的发酵基质产生牵引力（牵引发酵副罐发酵基质倒流进发酵主罐），同时发酵副罐中泵入的高压沼气与厌氧基质水汽混合后，整个基质密度降低，形成气举效果，发酵基质从发酵副罐经过导流构造Ⅱ进入发酵主罐并呈漩涡式上升，从而对发酵主罐中发酵基质起到高强度混合搅拌作用；
（5）当发酵副罐中的压力降至0.1MPa时，关闭通气阀，发酵主罐继续厌氧发酵，并重复上述步骤。
发酵效果：产气量：90~105m3/日；物料纤维素降解率：60%~70%；甲烷比例：76%~81%。
实施例3：以木屑为主料混合糖料产业炼制废渣为原料的林场配套发酵罐为例
如图1-6所示，本木质纤维素原料厌氧发酵制沼气的反应系统包括进料池1、导流结构Ⅰ2、发酵主罐4、导流结构Ⅱ6、发酵副罐8、储气罐14、气路回流组件；其中进料池1通过管道与设置在发酵主罐4上部的导流结构Ⅰ2连通，发酵副罐下部通过导流结构Ⅱ6与发酵主罐下部连通；发酵主罐4通过通气阀3与储气罐14连通，储气罐下部通过气路回流组件与发酵副罐下部连通；发酵主罐下端设置有排料口5；气路回路组件包括气体压缩机13、高压泵12、止回阀11，发酵副罐8通过止回阀11与高压泵12连接，高压泵12通过气体压缩机13与储气罐14连通；发酵副罐8顶部设置有弹簧，弹簧下端连接有压力承托板10，发酵副罐罐体上设置有警报刻度线9，发酵主罐4内设置有阳极单网状电极，发酵副罐8中设置有2对脉冲电极（紫铜电极）、阴极平板电极，阴电极、脉冲电极分别与电源连接；
所述发酵系统中发酵主罐容积：35m3；发酵副罐容积：15m3；原料投加量：发酵初始6t，每日投加400~600kg；发酵TS浓度：6%~10%；警报刻度线9压力设置为0.26MPa；导流结构Ⅰ和导流结构Ⅱ均为中空圆台状结构，该结构内壁上设置有螺旋凸起（从圆台大口到小口螺旋渐缩），具有增压聚流效果，导流结构Ⅰ和导流结构Ⅱ的倾斜角α为55°。
上述系统以木屑和糖料产业炼制废渣为原料进行厌氧发酵制沼气，具体步骤如下：
（1）将发酵原料破碎后，在进料池配料调节pH为7后，由管道从导流结构Ⅰ高速进入发酵主罐和发酵副罐中，在40℃下进行厌氧发酵；
（2）发酵主副罐中发酵基质在持续低电压作用下进行厌氧发酵，产生沼气，罐体压强增大，使得发酵基质压向发酵副罐并在其中低电压作用下发酵，其中低电压为1.2V；
（3）当发酵主罐和发酵副罐中产生沼气增多时，增大至0.26MPa时，发酵副罐中压力将压力承托板推至警报刻度线，开启通气阀，将发酵主罐产生的沼气导入储气罐，同时通过气路回流结构中的气体压缩机吸入部分沼气对其压缩，再通过高压泵将3m3压缩沼气经过止回阀泵入发酵副罐中，此时对发酵副罐中基质进行脉冲放电，释放电场强度为10KV/cm的3个脉冲处理；
（4）发酵主罐沼气排出后压力释放，压强减小，对发酵副罐中的发酵基质产生牵引力（牵引发酵副罐发酵基质倒流进发酵主罐），同时发酵副罐中泵入的高压沼气与厌氧基质水汽混合后，整个基质密度降低，形成气举效果，发酵基质从发酵副罐经过导流构造Ⅱ进入发酵主罐并呈漩涡式上升，从而对发酵主罐中发酵基质起到高强度混合搅拌作用；
（5）当发酵副罐中的压力降至0.1MPa时，关闭通气阀，发酵主罐继续厌氧发酵，并重复上述步骤。
发酵效果：产气量：70~95m3/日；物料纤维素降解率：65%~70%；甲烷比例：75%~78%。

Claims (5)

1.一种木质纤维素原料厌氧发酵制沼气的反应系统，其特征在于：其包括进料池（1）、导流结构Ⅰ（2）、发酵主罐（4）、导流结构Ⅱ（6）、发酵副罐（8）、储气罐（14）、气路回流组件；其中进料池（1）通过管道与设置在发酵主罐（4）上部的导流结构Ⅰ（2）连通，发酵副罐下部通过导流结构Ⅱ（6）与发酵主罐下部连通；发酵主罐（4）通过通气阀（3）与储气罐（14）连通，储气罐下部通过气路回流组件与发酵副罐下部连通；发酵主罐下端设置有排料口（5）；其中发酵副罐（8）顶部设置有弹簧（7），弹簧（7）下端连接有压力承托板（10），发酵副罐罐体上设置有警报刻度线（9），发酵主罐（4）内设置有阳电极和/或阴电极，发酵副罐（8）中设置有1对脉冲电极、阳电极和/或阴电极，阳电极和/或阴电极、脉冲电极分别与电源连接；
所述导流结构Ⅰ和导流结构Ⅱ均为中空圆台结构，该结构内壁上设置有螺旋凸起，导流结构Ⅰ和导流结构Ⅱ的倾斜角α为35°~75°；
所述气路回流组件包括气体压缩机（13）、高压泵（12）、止回阀（11），发酵副罐（8）通过止回阀（11）与高压泵（12）连接，高压泵（12）通过气体压缩机（13）与储气罐（14）连通。
2.根据权利要求1所述的木质纤维素原料厌氧发酵制沼气的反应系统，其特征在于：发酵主罐和发酵副罐中阴电极和/或阳电极为棒状、平板状、螺旋状或网状。
3.根据权利要求1所述的木质纤维素原料厌氧发酵制沼气的反应系统，其特征在于：发酵副罐中脉冲电极为平板电极、同轴电极或针状电极。
4.根据权利要求1所述的木质纤维素原料厌氧发酵制沼气的反应系统，其特征在于：警报刻度线（9）压力设置为0.23MPa ~0.26MPa。
5.权利要求1-4任一项所述的木质纤维素原料厌氧发酵制沼气的反应系统的使用方法，其特征在于包括下述步骤：
（1）将发酵原料破碎后，在进料池调节pH为6~8后，由管道从导流结构Ⅰ旋转进入发酵主罐和发酵副罐中，在10℃~60℃下进行厌氧发酵，发酵总固体含量浓度为2%~12%；
（2）发酵主罐和发酵副罐中发酵基质在持续低电压作用下进行厌氧发酵，产生沼气堆积在主罐顶部，罐体压强增大，使得主罐发酵基质压向发酵副罐中，其中低电压控制为0.01V~1.2V；
（3）当发酵主罐和发酵副罐中产生沼气增多时，发酵压力增大至0.23MPa~0.26MPa时，发酵副罐中压力将压力承托板推至警报刻度线，开启通气阀，将发酵主罐产生的沼气导入储气罐，同时通过气路回流结构中的气体压缩机吸入部分沼气，再通过高压泵将压缩沼气经过止回阀泵入发酵副罐中，此时对发酵副罐中基质进行脉冲放电，电场强度10 KV/cm ~50KV/cm，每次脉冲作用次数为1~4个脉冲；
（4）发酵主罐沼气排出后压力释放，压强减小，对发酵副罐中的发酵基质产生牵引力，同时发酵副罐中泵入的高压沼气与厌氧基质水汽混合后，整个基质密度降低，形成气举效果，发酵基质从发酵副罐经过导流构造Ⅱ进入发酵主罐并呈漩涡式上升，从而对发酵主罐中发酵基质起到高强度混合搅拌作用；
（5）当发酵副罐中的压力降至0.1MPa~0.15MPa时，关闭通气阀，发酵主罐继续厌氧发酵。
CN201610001925.7A 2016-01-06 2016-01-06 一种木质纤维素原料厌氧发酵制沼气的反应系统及使用方法 Active CN105441316B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610001925.7A CN105441316B (zh) 2016-01-06 2016-01-06 一种木质纤维素原料厌氧发酵制沼气的反应系统及使用方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610001925.7A CN105441316B (zh) 2016-01-06 2016-01-06 一种木质纤维素原料厌氧发酵制沼气的反应系统及使用方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105441316A CN105441316A (zh) 2016-03-30
CN105441316B true CN105441316B (zh) 2018-03-06

Family

ID=55551960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610001925.7A Active CN105441316B (zh) 2016-01-06 2016-01-06 一种木质纤维素原料厌氧发酵制沼气的反应系统及使用方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105441316B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107529552A (zh) * 2017-08-31 2018-01-02 昆明理工大学 电磁强化木质纤维液化‑射流旋流多级能源化的方法及装置
CN111762986B (zh) * 2020-06-04 2021-10-29 昆明理工大学 一种电促强化厌氧发酵污泥重金属稳定化的方法与装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2723975Y (zh) * 2004-09-02 2005-09-07 韩传友 安全式沼气压力表
CN103555566B (zh) * 2013-11-14 2015-07-22 大连理工大学 一种促进厌氧消化产甲烷的外置电解设备
CN104862225A (zh) * 2014-02-21 2015-08-26 宿迁市应农生物质能研发中心 高频电脉冲生物质厌氧发酵方法
CN104293655B (zh) * 2014-10-16 2016-05-11 嘉兴职业技术学院 一种沼气池
CN204550194U (zh) * 2015-03-25 2015-08-12 苏州苏科环保科技有限公司 外置式厌氧膜生物反应器

Also Published As

Publication number Publication date
CN105441316A (zh) 2016-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106220262B (zh) 一种消化处理禽畜粪便与秸秆的方法
CN102219333A (zh) 一种养殖场水泡粪工艺产生的粪污的处理方法
CN112159824B (zh) 一种禽畜粪污的全资源再生利用方法
CN101798562B (zh) 一种强化固态发酵的装置与方法
CN109790556B (zh) 一种微生物共培养制备生物质单体的系统
CN104762201A (zh) 基于cstr发酵装置的沼气资源化处理系统
CN105505995A (zh) 一种利用瘤胃微生物预处理水稻秸秆提高甲烷产量的方法
CN103103224A (zh) 一种高温条件下由木质纤维素生产高浓度乳酸的方法
CN105441316B (zh) 一种木质纤维素原料厌氧发酵制沼气的反应系统及使用方法
CN104878045B (zh) 一种汽爆秸秆与牛粪两相混合厌氧发酵产沼气的方法
CN101497893A (zh) 基于复合菌种降解的纯秸秆发酵制取沼气工艺及制气装置
CN101717792A (zh) 利用水葫芦与水浮莲制取生物质能的方法
CN204779029U (zh) 一种有机废物处理装置及设有该装置的厌氧消化池
CN110283704B (zh) 一种秸秆干法发酵预处理发生装置
CN204661707U (zh) 两级cstr秸秆产沼气发酵装置
CN204661706U (zh) 基于cstr发酵装置的沼气资源化处理系统
CN214496286U (zh) 一种生物质沼气制备装置
CN210314044U (zh) 一种粪便和作物秸秆综合发酵装置
CN100390293C (zh) 氢氧化钠固态常温处理提高稻草厌氧消化沼气产量的方法
CN204474660U (zh) 利用畜禽粪便进行干发酵的沼气处理池系统
CN201424473Y (zh) 秸秆沼气站
CN207632723U (zh) 一种高效节能的连续式堆肥发酵装置
CN207646223U (zh) 一种纤维素、木质素发酵产沼气的微氧预处理装置
CN111592974A (zh) 一种三相一体推流式沼气发酵系统及发酵方法
CN202379981U (zh) 秸秆厌氧发酵折流式出料装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant