CN105861306B - 固液两阶段厌氧发酵装置及方法 - Google Patents

固液两阶段厌氧发酵装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105861306B
CN105861306B CN201610313575.8A CN201610313575A CN105861306B CN 105861306 B CN105861306 B CN 105861306B CN 201610313575 A CN201610313575 A CN 201610313575A CN 105861306 B CN105861306 B CN 105861306B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fermentation
liquid
reactor
solid
acidogenic
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
CN201610313575.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105861306A (zh
Inventor
杜连柱
张克强
梁军锋
张蕾
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.)
Agro Environmental Protection Institute Ministry of Agriculture
Original Assignee
Agro Environmental Protection Institute Ministry of Agriculture
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 Agro Environmental Protection Institute Ministry of Agriculture filed Critical Agro Environmental Protection Institute Ministry of Agriculture
Priority to CN201610313575.8A priority Critical patent/CN105861306B/zh
Publication of CN105861306A publication Critical patent/CN105861306A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105861306B publication Critical patent/CN105861306B/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
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02—Biological treatment
    • C02F11/04—Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
    • 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
    • C12M21/16—Solid state fermenters, e.g. for koji production
    • 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
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/02—Stirrer or mobile mixing elements
    • 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
    • C12M29/02—Percolation
    • 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
    • C12M29/06—Nozzles; Sprayers; Spargers; Diffusers
    • 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
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/12—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
    • 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
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/30—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration
    • C12M41/34—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration of gas
    • 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
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/44—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of volume or liquid level
    • 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
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/48—Automatic or computerized control
    • 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
    • C12P5/00—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
    • C12P5/02—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons acyclic
    • C12P5/023—Methane
    • 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

Abstract

本发明涉及一种固液两阶段厌氧发酵装置及方法，包括固体产酸发酵反应器、液体产甲烷反应器、产酸发酵液收集罐、沼液收集罐、循环加热装置、沼气计量器、搅拌机、污水泵、液位传感器、温度传感器和自动控制柜。本发明提供的装置中液相发酵装置体积小、升温快、保温好、耗能低；装置占地小、投资少，与传统湿式发酵相比较，可节省投资约20％左右，该装置和方法适用于猪粪、秸秆、蔬菜残体、餐厨垃圾和城市垃圾等有机废弃物的资源化处理利用，节水、无沼液排放、无二次污染等特点，而且底物转化率与容积产气率高。

Description

固液两阶段厌氧发酵装置及方法
技术领域
本发明属于沼气发酵领域，涉及一种固液两阶段厌氧发酵装置及方法。
背景技术
我国是世界上有机废弃物产生量最大的国家。每年农作物秸秆产量达到7.7亿吨，畜禽粪便排放量约25亿吨，但无害化处理与资源利用率极低，约55.6％的秸秆被直接焚烧或随意丢弃，90％以上的畜禽粪污未经处理直接排放到周围环境中，使“资源”成为“污染源”，遏制秸秆焚烧和治理畜禽废弃物污染迫在眉睫，厌氧发酵产沼气是上述农业有机废弃物处理与资源化利用的有效途径。
厌氧发酵处理工艺的分类方法诸多，根据不同的分类方法，厌氧发酵方法被分成不同的发酵工艺。根据发酵阶段所处的反应器的不同进行分类，可以分为两相发酵工艺和单相发酵工艺。按照发酵条件不同(如固含率、发酵温度、原料构成等)可分为三类：按固含率分为湿式、高浓度和干式发酵；按运行温度可以分为高温发酵、中温发酵和常温发酵；按原料构成可分为单一原料发酵和多原料混合发酵。
目前应用最广泛的是湿式厌氧发酵，存在以下不足之处：1、水资源浪费严重、沼液产生量大，容易产生二次污染等问题，以猪粪为例，每进1吨发酵料液，将产生约0.74吨沼液，后续处理困难，基本直接排放，污染严重；2、在湿式单项厌氧发酵装置中，产酸发酵和产甲烷发酵在同一反应器内进行，导致产酸发酵和产甲烷不平衡，影响产沼气效率；3、采用湿式厌氧消化技术时，为提高产气效率，往往以产生的沼气为燃料，对庞大的发酵装置进行加热，沼气内耗较大，降低了经济效益；4、农作物秸秆、畜禽粪便等有机废弃物发酵产沼气生产过程中，进出料困难、漂浮和结壳等问题非常严重。
干式发酵工艺一般为批式发酵，产气量不稳定，影响后续沼气利用；发酵过程中有机物负荷高，水解产酸和已酸化(产酸发酵)速率和产甲烷速率差异较大，容易产生酸积累，对产甲烷发酵产生抑制；有机物降解率、沼气转化率低。
据检索，发现如下与本申请相关的专利文献，具体公开内容如下：
1、CN101130747A一种生活垃圾分步甲烷化处理技术，其特征在于包括以下步骤：设置两个串联的厌氧反应器，在第一个厌氧反应器内对垃圾中的有机物质进行水解产酸，形成的产物通过渗滤液作为第二个厌氧反应器的进料，并转化为甲烷，然后将其出水再回灌到填埋场。
2、CN104478172A一种两相厌氧管式膜生物反应器：升流复合式产酸反应器与完全混合式产甲烷反应器联接；完全混合式产甲烷反应器通过循环泵与管式膜组件联接；管式膜组件的出水端口分为产水口及循环口，其中循环口与完全混合式产甲烷反应器联接；升流复合式产酸反应器、完全混合式产甲烷反应器和管式膜组件中设置有pH电极和电导率电极，pH电极和电导率电极联接反应器控制系统；完全混合式产甲烷反应器的沼气出口联接有气体计量系统，气体计量系统分为气水分离器和气体流量计，完全混合式产甲烷反应器的产气联接到气水分离器，气水分离器的气体出口联接到气体流量计，气水分离器的液体出口通过管道联接至完全混合式产甲烷反应器。
所述专利与上述专利的区别：
1、一种固液两阶段厌氧发酵装置所述的装置不同于CN101130747A所述立式水解产酸反应器，采用卧式反应仓，使干发酵过程进出料更加方便。
2、不同于CN101130747A单个固体产酸反应器与液体产甲烷反应器串联的设计，所述专利中采用4-6个固体产酸反应器并联，再与液体产甲烷反应器串联，避免了干发酵批式进料导致产气不稳、影响后续利用的问题。
3、不同于CN101130747A的固体产酸反应器，所述专利中的固体产酸反应仓底部设有曝气管，可在发酵前期通入空气进行短期好氧发酵，增加发酵温度，再进行厌氧消化，可在一定程度上加快发酵速度，又可在固体产酸发酵后通过曝气，加快脱水速度，有利于后续肥料化利用。
4、CN104478172A中的产酸反应器适用于高、低浓度有机废水处理，而本专利所述的产酸反应器则针对猪粪、秸秆、城市有机垃圾等含固率在20％以上的固体废弃物的沼气发酵，在反应器类型、结构等方面均不同；
5、CN104478172A中的完全混合式产甲烷反应器采用冲刷管式膜组件，适合于颗粒物含量低的有机废水处理，所述发明中的产甲烷反应器适合于产酸发酵渗滤液高颗粒物含量。
6、不同于CN101130747A和CN104478172A，所述专利包含了自动控制系统，详述了自动控制过程。
7、不同于CN101130747A和CN104478172A，所述专利详述了固体产酸发酵和产甲烷发酵耦合的方法，实现了沼液零排放，避免了后续的沼液处理。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种固液两阶段厌氧发酵装置及方法，通过产酸发酵和产甲烷发酵反应的合理匹配实现水解产酸和产甲烷过程的平衡，提高厌氧发酵效率。
本发明实现目的的技术方案是：
一种固液两阶段厌氧发酵装置，包括固体产酸发酵反应器、液体产甲烷反应器、产酸发酵液收集罐、沼液收集罐、循环加热装置、沼气计量器、搅拌机、污水泵、液位传感器、温度传感器和自动控制柜；
所述固体产酸发酵反应器包括一卧式干发酵反应仓，在仓体上部安装沼液回流布液装置，在仓体底部安装曝气管道，在仓体的两侧安装酸化液渗滤筛板，仓体底部设有酸化液出口，仓体上部的气体出口通过管道连接沼气计量器；
干发酵反应仓的酸化液出口通过一污水泵连接产酸发酵液收集罐进液口，发酵液收集罐出液口连接液体产甲烷反应器进液口，液体产甲烷反应器出液口连接沼液收集罐，沼液收集罐出口与干发酵反应仓顶部沼液布液管相连，液体产甲烷反应器出气口连接沼气计量器；在液体产甲烷反应器配备一循环加热装置，在液体产甲烷反应器内安装一搅拌机。
在产酸发酵液收集罐和沼液收集罐内分别安装高、低液位传感器，传感器输出信号给自动控制柜，自动控制柜采集液位信号给污水泵；在液体产甲烷反应器内安装一温度传感器，温度传感器输出信号给自动控制柜，自动控制柜采集温度信号给循环加热器。
而且，所述固体产酸发酵反应仓有效容积60L，反应器数量为4-6个；液体产甲烷发酵反应器为改进型CSTR反应器，有效容积约100L。
而且，所述卧式干发酵反应仓与液体产甲烷发酵反应器按有效容积比为2.4-3:1配比。
而且，所述液态产甲烷发酵平均容积产气率为1.2L/(L·d)，甲烷平均含量为62.5％，COD的平均去除率达67.6％。
而且，所述整个装置的发酵过程除进出料外，通过自动控制系统实现无人操作，固体产酸发酵在常温下运行，液体产甲烷发酵在35±1℃下运行。
一种固液两阶段厌氧发酵方法，步骤为：
⑴将不同有机废弃物和接种物按比例混合，混合好的原料通过活动门进入卧式干发酵反应仓，关闭卧式干发酵反应仓门，定时启动鼓风曝气系统，在好氧微生物作用下对反应器内物料增温，关闭曝气系统开始厌氧发酵，产酸发酵产生的酸化液定时泵入产酸发酵液收集罐。
⑵将产甲烷发酵反应器中的沼液泵入沼液收集罐后回流至固体产酸发酵反应仓，产酸发酵液收集罐中的酸化液经沉淀后泵入产甲烷反应器进行发酵。
⑶发酵的前10-15天，每天控制产酸发酵液至收集罐、然后回流至产酸发酵反应仓的次数在2-3次；
⑷发酵开始后每隔6-10天，按上述方法操作另一套卧式干发酵反应仓；每个干发酵反应仓运行30-35天后结束发酵，关闭反应仓沼气通道和渗滤液阀门，打开通气阀门，以鼓风系统向固体产酸发酵反应仓内曝气，每次10-15分钟，次数依据实际情况确定，2-3天后将反应仓内发酵后的物料排出，重新填料，重复运行。
⑸通过沼液回流至固体产酸发酵反应器的量、回流频率、固体产酸发酵反应装置个数、产甲烷发酵反应器有效容积等参数的控制，高效耦合固体产酸和液体产甲烷两阶段，实现沼液的零排放。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明提供的固液两阶段厌氧发酵装置将产酸和产甲烷两个过程分阶段进行，通过产酸和产甲烷分阶段进行、产甲烷阶段沼液回流至产酸反应器等方法，避免了酸积累导致的抑制现象，有利于厌氧发酵稳定运行，将固体产酸发酵和液体产甲烷发酵两个微生物反应过程分离，为不同微生物创造最佳的代谢条件，提高厌氧消化效率，通过固体产酸发酵反应器与液体产甲烷反应器高效耦合(有效容积和数量间有效配比)，实现了产酸发酵和产甲烷发酵平衡，提高了产沼气效率。
2、本发明提供的装置在产酸发酵反应器配有好氧曝气装置，在厌氧消化初始阶段通过定时曝气可提高产酸发酵前期的反应温度、缩短发酵时间，在发酵结束后可通过曝气加速脱水干燥。
3、本发明提供的装置和方法，通过调整液态产甲烷发酵沼液回流至固体产酸发酵反应器的频率和回流量，以及产酸发酵渗滤液在产酸发酵反应器的定时循环淋洗，促进产酸发酵进行，采用多个固体产酸反应器并联，然后与1个产甲烷反应器串联，克服了传统干发酵产气不稳定问题。
4、本发明提供的装置在产生清洁能源沼气的同时，发酵后的沼渣含水率低，可直接作为肥料用于农业生产，避免了后期脱水、干燥等工序。与湿式厌氧消化相比，采用固液两阶段厌氧发酵没有沼液排放，每1吨发酵料液减排0.74吨沼液，节约了后续处理费用。以干清粪为例，采用固液两阶段厌氧发酵，处理每吨粪便节约2.1吨水。
5、本发明提供的装置中液相发酵装置体积小、升温快、保温好，耗能低；装置占地小、投资少，与传统湿式发酵相比较，可节省投资约20％左右。
6、本发明提供的装置和方法，适用于猪粪、秸秆、蔬菜残体、餐厨垃圾和城市垃圾等有机废弃物的资源化处理利用，通过固体产酸与液体产甲烷两阶段的高效耦合，实现了沼液零排放、无二次污染，而且底物转化率与容积产气率高。
7、本发明在固体产酸发酵反应器内接入白腐真菌TF1(Pleurotus sajor-caju)菌株和白腐真菌JG1(Pleurotus cornucopiae)菌株，上述两个菌株能够分解原料中的木质素，使原料分解更加的充分，给产酸微生物提供更多可供分解的原料，所以能够产生更多的酸，提高产量，根据申请人的测算，加入上述两个菌种后，产酸气量增加5-10％。
附图说明
图1为本发明固液两阶段厌氧发酵系统示意图；
图2为本发明固液两阶段厌氧发酵效果。
具体实施方式
下面通过具体的实施方案叙述本发明方法。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。
一种固液两阶段厌氧发酵装置，如图1所示，包括固体产酸发酵反应器1(4-6套)、液体产甲烷反应器5、产酸发酵液收集罐9、沼液收集罐10、循环加热装置6、沼气计量器15、搅拌机8、污水泵11、16、17和18、液位传感器12、温度传感器7和自动控制柜13。
所述固体产酸发酵反应器包括卧式干发酵反应仓(或者称为箱式厌氧干发酵反应器)，在仓体上部安装沼液回流布液装置4，在仓体底部安装曝气管道2，在仓体的两侧安装酸化液渗滤筛板3，仓体上部的气体出口通过沼气管道14连接沼气计量器。发酵反应器底部的酸化液出口通过一污水泵连接产酸发酵液收集罐进液口，发酵液收集罐出液口连接液体产甲烷反应器(CSTR反应器)进液口，液体产甲烷反应器出液口连接沼液收集罐，液体产甲烷反应器出气口连接沼气计量器。为了给液体产甲烷反应器内液体加热，在液体产甲烷反应器上连接一循环加热装置。在液体产甲烷反应器内安装一搅拌机，能够有效提高反应效率。
为了实现自动控制，在产酸发酵液收集罐和沼液收集罐内分别安装一液位传感器，传感器输出信号给自动控制柜，自动控制柜采集液位信号给污水泵11、16、17和18，开启和关闭污水泵。在液体产甲烷反应器内安装一温度传感器，温度传感器输出信号给自动控制柜，自动控制柜采集温度信号给循环加热器。
自动控制柜还包括用于控制产酸发酵液收集，产甲烷反应器沼液排放、搅拌、沼液回流至产酸反应器、产酸发酵液进入产甲烷反应器等过程的自动控制。上述提及仓式厌氧干发酵反应器可参见(CN104371915A)中公开的反应器。
本发明提供一种固液两阶段厌氧发酵方法，步骤如下：
⑴将不同有机废弃物和接种物按比例混合，混合好的原料通过活动门进入卧式干发酵反应仓，关闭卧式干发酵反应仓门，定时启动鼓风曝气系统，在好氧微生物作用下对反应器内物料增温，关闭曝气系统开始厌氧发酵，产酸发酵产生的酸化液定时泵入产酸发酵液收集罐，在混合好的原料中接入在菌种白腐真菌TF1(Pleurotus sajor-caju)菌株和白腐真菌JG1(Pleurotus cornucopiae)菌株(菌株公开专利为2009100695438，公开号CN101606579)，白腐真菌TF1接入量为2wt％(菌种干重)，白腐真菌JG1接入量为5wt％(菌种干重)。
⑵将产甲烷发酵反应器中的沼液泵入沼液收集罐后回流至固体产酸发酵反应仓，产酸发酵液收集罐中的酸化液经沉淀后泵入产甲烷反应器进行发酵。
⑶发酵的前10-15天，每天控制产酸发酵液至收集罐、然后回流至产酸发酵反应仓的次数在2-3次；
⑷发酵开始后每隔6-10天，按上述方法操作另一套卧式干发酵反应仓；每个干发酵反应仓运行30-35天后结束发酵，关闭反应仓沼气通道和渗滤液阀门，打开通气阀门，以鼓风系统向固体产酸发酵反应仓内曝气，每次10-15分钟，次数依据实际情况确定，2-3天后将反应仓内发酵后的物料排出，重新填料，重复运行。
⑸通过沼液回流至固体产酸发酵反应器的量、回流频率、固体产酸发酵反应装置个数、产甲烷发酵反应器有效容积等参数的控制，高效耦合固体产酸和液体产甲烷两阶段，实现沼液的零排放。
结合上述方法并采用上述装置的具体操作方法为：
发酵开始时，将不同有机废弃物和接种物按比例混合，混合好的原料通过活动门进入1套卧式干发酵反应仓，关闭卧式干发酵反应仓门，定时启动鼓风曝气系统，在好氧微生物作用下对反应器内物料增温，关闭曝气系统开始厌氧发酵，产酸发酵产生的酸化液定时(1-2次/天)泵入产酸发酵液收集罐后沉淀，此时产甲烷发酵反应器中的沼液泵入沼液收集罐后回流至固体产酸发酵反应仓(1-2次/天)，产酸发酵液收集罐中的酸化液经沉淀后泵入产甲烷反应器进行发酵，如此循环，直至发酵结束。在发酵的前10-15天，为加快产酸发酵，每天控制产酸发酵液至收集罐然后回流至产酸发酵反应仓过程2-3次。发酵开始后每隔6-10天，按上述方法操作另一套卧式干发酵反应仓。对于每个干发酵反应仓，运行35-40天后结束发酵，关闭反应仓沼气通道和渗滤液阀门，打开通气阀门，以鼓风系统向固体产酸发酵反应仓内曝气，每次10-15分钟，次数依据实际情况确定，2-3天后将反应仓内发酵后的物料排出，重新填料，重复运行。
发酵过程除进出料外，通过自动控制系统实现无人操作，固体产酸发酵在常温下运行，液体产甲烷发酵在35±1℃下运行。
主要装置：固体产酸发酵反应仓，有效容积60L，反应器数量为4个；液体产甲烷发酵反应器为改进型CSTR反应器，有效容积105L。
发酵原料：猪场干清粪和玉米秸秆，猪粪秸秆原料比为2:1，接种物为25％。
发酵过程：共有四个固体产酸发酵反应器(卧式干发酵反应仓)，填充物料约30kg，采用批次式运行。首先填充运行1#反应器，1#反应器运行10天后填充运行2#反应器，依次至4#反应器运行，每个反应器距填料40天后出料并填充新鲜物料，如此反复循环。CSTR反应器沼液回流量为25％，回流间隔时间24h。产甲烷发酵采用中温发酵，温度控制在35±1℃，水力停留时间为4天，间歇搅拌，每小时搅拌10min，搅拌转数60转/min。
固体产酸与液体产甲烷耦合过程：四个反应器酸化渗滤液每天在酸化液收集罐内混合沉淀，CSTR反应器沼液泵入沼液暂存罐后回流至固体产酸发酵仓，然后酸化液泵入CSTR反应器进行产沼气发酵，全过程自动控制。
结果表明：
(1)固体产酸消化阶段原料TS、VS平均去除率分别为43.0和47.7％，固体产酸反应器日平均产期量为15.8L，平均甲烷含量为32.3％；
(2)固体产酸发酵反应器为四组，与液体产甲烷发酵反应器按有效容积比为2.4:1配比，实现固体产酸消化与产甲烷消化的高效耦合，两阶段厌氧发酵具有很好的运行效果，且无沼液排放；
(3)液态产甲烷发酵平均容积产气率为1.2L/(L·d)，甲烷平均含量为62.5％，COD的平均去除率达67.6％。

Claims (1)

1.一种固液两阶段厌氧发酵方法，其特征在于：步骤为：
⑴将不同有机废弃物和接种物按比例混合，混合好的原料通过活动门进入卧式干发酵反应仓，关闭卧式干发酵反应仓门，定时启动鼓风曝气系统，在好氧微生物作用下对反应器内物料增温，关闭曝气系统开始厌氧发酵，产酸发酵产生的酸化液定时泵入产酸发酵液收集罐；
⑵将产甲烷发酵反应器中的沼液泵入沼液收集罐后回流至固体产酸发酵反应仓，产酸发酵液收集罐中的酸化液经沉淀后泵入产甲烷反应器进行发酵；
⑶发酵的前10-15天，每天控制产酸发酵液至收集罐、然后回流至产酸发酵反应仓的次数在2-3次；
⑷发酵开始后每隔6-10天，按上述方法操作另一套卧式干发酵反应仓；每个干发酵反应仓运行30-35天后结束发酵，关闭反应仓沼气通道和渗滤液阀门，打开通气阀门，以鼓风系统向固体产酸发酵反应仓内曝气，每次10-15分钟，次数依据实际情况确定，2-3天后将反应仓内发酵后的物料排出，重新填料，重复运行；
⑸通过沼液回流至固体产酸发酵反应器的量、回流频率、固体产酸发酵反应装置个数、产甲烷发酵反应器有效容积的参数的控制，高效耦合固体产酸和液体产甲烷两阶段，实现沼液的零排放；
在所述混合好的原料中接入在菌种白腐真菌TF1菌株和白腐真菌JG1菌株，白腐真菌TF1接入量为2wt％，白腐真菌JG1接入量为5wt％；
上述方法采用的固液两阶段厌氧发酵装置，结构为：包括固体产酸发酵反应器、液体产甲烷反应器、产酸发酵液收集罐、沼液收集罐、循环加热装置、沼气计量器、搅拌机、污水泵、液位传感器、温度传感器和自动控制柜；
所述固体产酸发酵反应器包括一卧式干发酵反应仓，在仓体上部安装沼液回流布液装置，在仓体底部安装曝气管道，在仓体的两侧安装酸化液渗滤筛板，仓体底部的酸化液出口，仓体上部的气体出口通过管道连接沼气计量器；
干发酵反应仓的酸化液出口通过一污水泵连接产酸发酵液收集罐进液口，发酵液收集罐出液口连接液体产甲烷反应器进液口，液体产甲烷反应器出液口连接沼液收集罐，沼液收集罐出口与干发酵反应仓顶部沼液布液管相连，液体产甲烷反应器出气口连接沼气计量器；在液体产甲烷反应器上连接一循环加热装置，在液体产甲烷反应器内安装一搅拌机；
在产酸发酵液收集罐和沼液收集罐内分别安装高、低液位传感器，传感器输出信号给自动控制柜，自动控制柜采集液位信号给污水泵；在液体产甲烷反应器内安装一温度传感器，温度传感器输出信号给自动控制柜，自动控制柜采集温度信号给循环加热器；
所述固体产酸发酵反应仓有效容积60L，反应器数量为4-6个；液体产甲烷发酵反应器为改进型CSTR反应器，有效容积100L；
所述卧式干发酵反应仓与液体产甲烷发酵反应器按有效容积比为2.4-3:1配比；
所述液体产甲烷发酵平均容积产气率为1.2L/(L·d)，甲烷平均含量为62.5％，COD的平均去除率达67.6％；
整个装置的发酵过程除进出料外，通过自动控制系统实现无人操作，固体产酸发酵在常温下运行，液体产甲烷发酵在35±1℃下运行。
CN201610313575.8A 2016-05-12 2016-05-12 固液两阶段厌氧发酵装置及方法 Active CN105861306B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610313575.8A CN105861306B (zh) 2016-05-12 2016-05-12 固液两阶段厌氧发酵装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610313575.8A CN105861306B (zh) 2016-05-12 2016-05-12 固液两阶段厌氧发酵装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105861306A CN105861306A (zh) 2016-08-17
CN105861306B true CN105861306B (zh) 2018-10-26

Family

ID=56630872

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610313575.8A Active CN105861306B (zh) 2016-05-12 2016-05-12 固液两阶段厌氧发酵装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105861306B (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106754321B (zh) * 2016-12-13 2019-11-12 辽宁工业大学 智能控制两相厌氧生物膜沼气发酵系统及工艺
CN106906127A (zh) * 2017-04-24 2017-06-30 武汉大学 一种可自主发电的产气净化一体化厌氧发酵装置
CN107384770A (zh) * 2017-08-24 2017-11-24 农业部环境保护科研监测所 自回流循环硝化装置及应用其的尾菜处理系统
CN108467825A (zh) * 2018-06-29 2018-08-31 青岛涌略环境科学研究院有限公司 一种生活垃圾快速干法厌氧反应装置
CN109439692A (zh) * 2018-11-13 2019-03-08 中国电建集团河南省电力勘探设计院有限公司 一种密集间歇进料的粪便秸秆混合两相发酵生产沼气的工艺
CN110055172A (zh) * 2019-04-22 2019-07-26 上海市环境科学研究院 一种农业废弃物干法厌氧发酵自控装置及自控运行方法
CN110452816A (zh) * 2019-08-21 2019-11-15 上海理工大学 一种农作物秸秆废物高效水解发酵的方法及装置
CN110468045A (zh) * 2019-09-26 2019-11-19 农业农村部规划设计研究院 一种预曝气升温序批式厌氧干发酵装置及方法
CN112662528B (zh) * 2021-01-14 2023-04-14 嘉兴学院 一种四级两相沼气发酵装置及发酵方法
CN115232741B (zh) * 2022-09-23 2023-01-03 北京林业大学 一种农林废物资源化协同co2固定及沼气提质的装置与方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT412697B (de) * 2003-09-19 2005-06-27 Ge Jenbacher Ag Fermentationsanlage
CN101565719B (zh) * 2008-04-25 2011-12-21 北京化工大学 一种两相多级厌氧发酵有机固体废弃物生产沼气的方法
CN101606579B (zh) * 2009-07-03 2011-12-14 农业部环境保护科研监测所 一种白腐真菌发酵的秸秆饲料及其制备方法
CN101704625A (zh) * 2009-11-27 2010-05-12 公主岭国家农业科技园区北方太阳能沼气研究所 自动化太阳能沼气发酵方法及装置
CN202089962U (zh) * 2011-01-05 2011-12-28 农业部规划设计研究院 固液两相分离式厌氧消化装置
CN104531767A (zh) * 2015-01-04 2015-04-22 郑州凯山生化工程有限公司 一种好氧酸化厌氧发酵秸秆产沼气的生产工艺
CN104762361B (zh) * 2015-04-17 2018-08-03 农业部沼气科学研究所 餐厨垃圾厌氧消化快速启动和高效运行的方法
CN104878046A (zh) * 2015-06-26 2015-09-02 东北农业大学 一种好氧与厌氧耦合两相发酵产沼气工艺方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105861306A (zh) 2016-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105861306B (zh) 固液两阶段厌氧发酵装置及方法
CN101225003B (zh) 农作物秸秆厌氧发酵处理方法
CN102517200B (zh) 一种有机废弃物干式厌氧高温发酵系统及发酵工艺
CN102115344B (zh) 一种用于处理生物质固体废弃物的两相一体化厌氧消化工艺及设备
CN102212561B (zh) 干法湿法联合发酵秸秆的加工方法
CN104261907B (zh) 厨余垃圾的干式厌氧处理方法
CN106244442B (zh) 一种有机固体废弃物干式厌氧发酵的工艺方法及其装置
CN101560466A (zh) 一种一体化沼气干发酵装置
CN206052022U (zh) 一种有机固体废弃物干式厌氧发酵的装置
CN106754321B (zh) 智能控制两相厌氧生物膜沼气发酵系统及工艺
CN101338273A (zh) 户用秸秆干式发酵产沼气的装置及方法
CN102030456A (zh) 一种添加餐厨垃圾提高污泥干法发酵稳定性的方法
CN107574115A (zh) 一种工业生物质沼气项目应用系统
CN110468045A (zh) 一种预曝气升温序批式厌氧干发酵装置及方法
CN109678574A (zh) 秸秆粪污发酵取热装置及使用方法
CN102674651A (zh) 一种以沼气工程为纽带的粪便处理系统及方法
CN110079448A (zh) 一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的方法及其装置
CN205576158U (zh) 一种固液两阶段厌氧发酵装置
CN102133575A (zh) 一种淀中村生活污水与有机垃圾联合厌氧预处理方法
CN101629139B (zh) 规模化太阳能中温固液联合厌氧发酵和储气装置
CN109055189A (zh) 秸秆粪便垃圾连续干发酵一罐式高效能沼气生产器及工艺
CN102020404A (zh) 一种提高污泥干法发酵性能的方法
CN202322661U (zh) 一种有机废弃物干式厌氧高温发酵系统
CN202017008U (zh) 一种食用菌菌渣资源化利用的处理装置
CN208121090U (zh) 一种工业生物质沼气项目应用系统

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