CN106906128A - 一种应用气液联合搅拌的两相厌氧发酵系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用气液联合搅拌的两相厌氧发酵系统，由水解酸化罐1、产气罐2、集气罐3、脱硫干燥装置4、提纯装置5、气泵6、循环泵7构成气动搅拌和水力搅拌两个循环。本发明利用气动搅拌和水力搅拌两种搅拌形式分别对应两相厌氧发酵系统的两个阶段，而且在气动搅拌循环中将粗沼气中提纯分离出的CO2作为搅拌动力，大大提高甲烷产量，既把有机废物转化成能源物质甲烷，又减少了温室气体排放量，得到了一种结构简单、操作容易的两相厌氧发酵系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种两相厌氧发酵系统，特别是一种应用气液联合搅拌的两相厌氧发酵系统，属于可再生能源技术领域。
背景技术
随着全球气候变暖及化石能源的日益紧缺，厌氧发酵技术在世界范围内日益受到重视。厌氧发酵技术具有能耗低、无污染和可生产再生能源沼气的特点。目前，国内外已有很多专家学者对厌氧发酵技术进行了研究。厌氧发酵技术主要有单相厌氧发酵技术和两相厌氧发酵技术。相比于单相厌氧发酵技术，两相厌氧发酵技术具有抗冲击负荷能力强、运行稳定、负荷率高、处理效率高的优点。
但是，当前两相厌氧发酵技术也存在一系列的问题，其一就是传统工艺在水解酸化罐内进行水解酸化过程要产生大量的氢气，而降解的氢气量却很少，使得水解酸化罐内的氢分压逐渐升高，抑制了丙酸的进一步厌氧氧化，直接导致丙酸发生积累造成水解酸化罐的稳定性下降，从而影响稳定产气；其二就是水解酸化罐和产气罐内物料分布不均容易形成堆积和顶部结壳，使得产气量降低，因此需要添加合适的搅拌方式。
目前发酵料液的搅拌形式按搅拌介质来分主要有三类：机械搅拌、水力搅拌和气动搅拌。机械搅拌是最直接的一种搅拌形式，对于破除物料结壳和堆积具有最直接的效果；水力搅拌是使用水泵将料液从发酵罐内抽出又重新冲注到罐中的一种搅拌形式，它具有能耗较低，易形成流化促进产气的特点；气动搅拌是利用气泵将沼气(或其他气体)灌入发酵料液中，气体再以气泡的形式浮出液面的形式，其运行成本较其他两种更低。
发明内容
针对上述技术问题，本发明在传统两相厌氧发酵系统的基础上，提供了一种应用气液联合搅拌的两相厌氧发酵系统。该系统充分利用系统内自循环通过气动搅拌循环和水力搅拌循环分别实现水解酸化罐和产气罐的搅拌，从而实现稳定均衡发酵产气、提高产气量、减少温室气体排放、节能环保的目标。
本发明采用的技术方案是：
一种应用气液联合搅拌的两相厌氧发酵系统，包括水解酸化罐1、产气罐2、集气罐3、脱硫干燥装置4、提纯装置5、气泵6和循环泵7；
所述水解酸化罐1顶部或上部侧面设置有进料口和出气口，上部侧面设置有出料口，底部或下部侧面设置有进气口，所述产气罐2顶部或上部侧面设置有出气口，上部侧面设置有出料口，底部或下部侧面设置有进料口和沼渣沼液排出口，所述提纯装置5设有精沼气出口和循环气出口；
所述水解酸化罐1的出气口通过阀门9、产气罐2的出气口通过阀门10与集气罐3相连、集气罐3再依次与脱硫干燥装置4、提纯装置5相连，提纯装置5的循环气出口通过阀门和气泵6与水解酸化罐1的进气口相连；
所述水解酸化罐1的出料口通过阀门13与产气罐2的出料口通过阀门14汇合后通过循环泵7与产气罐2的进料口相连。
本发明所述相连除特别说明外是指通过管路连接。
上述两相厌氧发酵系统，水解酸化罐1和产气罐2产生的粗沼气，经过脱硫和提纯后得到CO2气体与精沼气，精沼气从精沼气出口被收集，CO2气体从循环气出口再由气泵6通入水解酸化罐1中形成水解酸化罐1的气动搅拌循环。循环泵7将从水解酸化罐1与产气罐2中流出、混合后的料液从产气罐进料口输入形成水力搅拌循环。
上述应用气液联合搅拌的两相厌氧发酵系统，所述水解酸化罐1的进料口连接有阀门8，所述产气罐2的沼渣沼液排出口连接有阀门16。
上述应用气液联合搅拌的两相厌氧发酵系统，所述提纯装置5的循环气出口与气泵6之间、以及气泵6与水解酸化罐1的进气口之间分别设有阀门11和12。
上述应用气液联合搅拌的两相厌氧发酵系统，所述循环泵7与产气罐2的进料口之间设有阀门15。
上述应用气液联合搅拌的两相厌氧发酵系统，所述提纯装置5的循环气出口与水解酸化罐1的进料口之间和/或水解酸化罐1和产气罐2的出料口与产气罐2的进料口之间设置有加热装置，分别对循环气和混合料液进行加热。本发明的两个循环中的搅拌源CO2和混合料液可以在进入水解酸化罐1和产气罐2前被加热，从而实现对水解酸化罐1和产气罐2的保温增温。
上述应用气液联合搅拌的两相厌氧发酵系统，水解酸化罐1的进料口可以从外界引入CO2源。
本发明的应用气液联合搅拌的两相厌氧发酵系统，具有巧妙的系统布局和循环管路设计，通过以下特点和优势改善了现有发酵体系碳源浪费、氢气需要特殊处理、产气转化率低、搅拌方式复杂的问题：①、水解酸化罐气动搅拌循环中的气动源为经水解酸化罐1、产气罐2产生和脱硫干燥装置4、提纯装置5处理后得到的CO2气体，减少了温室气体排放；②、将CO2通入水解酸化罐中提高了有机物降解速率，充分利用系统内碳源，同时还形成了气动搅拌避免了水解酸化罐内物料堆积和顶部结壳；③、将CO2通入水解酸化罐中使得水解酸化罐内的氢分压降低，避免了丙酸在水解酸化罐内发生积累，增加了水解酸化罐运行的稳定性；④、将从水解酸化罐中流出的水解酸化液与产气罐流出的发酵液混合，混合中完成调质、调pH、调温后再送入产气罐中发酵，避免了产气罐内产生较大有机负荷冲击，也避免了产气罐内物料堆积和顶部结壳，实现了连续发酵；⑤、通过两种搅拌方式的联合实现对水解酸化罐和产气罐的分别控制，提高了产气率；⑥、系统布局结构简单，效率高，可实现自动控制。
附图说明
图1为实施例1应用气液联合搅拌的两相厌氧发酵系统示意图。
1-水解酸化罐，2-产气罐，3-集气罐，4-脱硫干燥装置，5-提纯装置，6-气泵，7-循环泵，8、9、10、11、12、13、14、15、16-阀门。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步地说明，但本发明的实施方式不仅限于此。
请参阅图1，本发明提供了一种应用气液联合搅拌的两相厌氧发酵系统，所述系统包含水解酸化罐气动搅拌循环和产气罐水力搅拌循环两个循环。
水解酸化罐气动搅拌循环包括按以下方式连接的装置：水解酸化罐1的顶部设有通过阀门8控制的进料口，和一个出气口，该出气口通过阀门9与产气罐2的顶部出气口通过阀门10与集气罐3相连、集气罐3再依次与脱硫干燥装置4、提纯装置5相连，提纯装置5的循环气出口通过阀门11、气泵6和阀门12与水解酸化罐1的底部进气口相连，提纯装置5的精沼气出口用于收集精沼气；
在水解酸化罐气动搅拌循环中，开启阀门9、10、11、12，水解酸化罐1中产生的H2、CO2、CO等气体和产气罐2中产生的CH4、H2、CO2、N2、H2S等气体进入集气罐3中，收集到的混合气体即为所称的粗沼气，但是粗沼气含有H2S等物质含水会腐蚀管道且有剧毒，因此经由脱硫干燥装置4除去H2S和水分。接着，进入提纯装置5将粗沼气中的N2除去，并分离出CO2和可供用户使用的精沼气，再将得到的CO2经气泵6从水解酸化罐1底部送入，曝气搅拌后，再经由阀门9回到集气罐3，形成整个循环。
产气罐水力搅拌循环包括按以下方式连接的装置：水解酸化罐1的上部侧面出料口13通过阀门13与产气罐2的上部侧面出料口通过阀门14汇合后通过循环泵7、阀门15与产气罐2的底部进料口相连，产气罐2的下部侧面设有排出沼渣沼液的阀门16。
在产气罐水力搅拌循环中，开启阀门13、14、15，将水解酸化罐1上部中经水解酸化完成后的水解酸化液和从产气罐2上部中流出的发酵液按照相应比例进行混合调质，同时由于水解酸化液pH值较低，而发酵液相对更高，混合后可以调整pH值，避免对产气罐中的发酵液造成冲击。混合后的料液经由循环泵7从产气罐2底部送入，形成整个循环。
两个搅拌循环可同时进行，也可控制阀门开启使得分别进行。系统在两个搅拌循环的促进下，实现连续、稳定产气，发酵完成后的沼渣沼液经由阀门16排出。
以上实施例是本发明较优选具体实施方式的一种，本领域技术人员在本技术方案范围内进行的通常变化和替换应包含在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种应用气液联合搅拌的两相厌氧发酵系统，其特征在于，包括水解酸化罐(1)、产气罐(2)、集气罐(3)、脱硫干燥装置(4)、提纯装置(5)、气泵(6)和循环泵(7)；
所述水解酸化罐(1)顶部或上部侧面设置有进料口和出气口，上部侧面设置有出料口，底部或下部侧面设置有进气口，所述产气罐(2)顶部或上部侧面设置有出气口，上部侧面设置有出料口，底部或下部侧面设置有进料口和沼渣沼液排出口，所述提纯装置(5)设有精沼气出口和循环气出口；
所述水解酸化罐(1)的出气口通过阀门(9)、产气罐(2)的出气口通过阀门(10)与集气罐(3)相连、集气罐(3)再依次与脱硫干燥装置(4)、提纯装置(5)相连，提纯装置(5)的循环气出口通过阀门和气泵(6)与水解酸化罐(1)的进气口相连；
所述水解酸化罐(1)的出料口通过阀门(13)与产气罐(2)的出料口通过阀门(14)汇合后通过循环泵(7)与产气罐(2)的进料口相连。
2.根据权利要求1所述的应用气液联合搅拌的两相厌氧发酵系统，其特征在于，所述水解酸化罐(1)的进料口连接有阀门(8)，所述产气罐(2)的沼渣沼液排出口连接有阀门(16)。
3.根据权利要求1所述的应用气液联合搅拌的两相厌氧发酵系统，其特征在于，所述提纯装置(5)的循环气出口与气泵(6)之间、以及气泵(6)与水解酸化罐(1)的进气口之间分别设有阀门(11)和(12)。
4.根据权利要求1所述的应用气液联合搅拌的两相厌氧发酵系统，其特征在于，所述循环泵(7)与产气罐(2)的进料口之间设有阀门(15)。
5.根据权利要求1所述的应用气液联合搅拌的两相厌氧发酵系统，其特征在于，所述提纯装置(5)的循环气出口与水解酸化罐(1)的进料口之间和/或水解酸化罐(1)和产气罐(2)的出料口与产气罐(2)的进料口之间设置有加热装置，分别对循环气和混合料液进行加热。
6.根据权利要求1所述的应用气液联合搅拌的两相厌氧发酵系统，其特征在于，水解酸化罐(1)的进料口可以从外界引入CO2源。
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