CN112760207A - 一种两相厌氧发酵反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物质技术领域，且公开了一种两相厌氧发酵反应装置，解决了目前产酸和产甲烷没有相应的两相反应装置，不便研究不同阶段的反应机理的问题，其包括酸化反应器、储液罐和产甲烷反应器，所述酸化反应器外部连接有双层夹套，本发明，采用干法渗滤液回流方式对固体物料进行产酸，适用于在实验室研究各类有机固体物料的干法产酸和湿法产甲烷反应过程，可以将物料的产酸和产甲烷过程分开，有利于研究不同阶段的反应机理；产酸渗滤液回流量及频率可以通过蠕动泵方便调节；产酸渗滤液可以很方便地测试pH、ORP值等，还可以进行调节；产甲烷过程中的产气量可以实时在线测试；操作简单，使用方便，反应装置模块化设计，易于更换部件。
Description
技术领域
本发明属于生物质技术领域，具体为一种两相厌氧发酵反应装置。
背景技术
有机物料如农业秸秆、餐厨垃圾、禽畜粪便、有机废水等既是污染物，又富含有机质，利用微生物厌氧发酵降解有机污染物并获得甲烷的方式，既可以去除污染，又可以产生能源，可谓一举两得，微生物厌氧发酵产甲烷是一个多步骤反应过程，首先是微生物产酸菌将物料大分子降解成小分子，然后分解成各种酸，再降解为乙酸，最后在甲烷菌的作用下，乙酸转化成甲烷，目前工业上应用较多的是CSTR全混式厌氧发酵反应器，微生物降解有机物产酸产甲烷过程在同一个反应器内进行。
为了便于人们更好地研究物料厌氧发酵过程中产酸、产甲烷过程以及更好地调控各类参数，从而提高产甲烷效率，可以采用两相反应器进行实验，尤其是对于含固量较高的物料比如农业秸秆、餐厨垃圾等，可以先采用干法反应器渗滤液喷淋回流产酸，然后采用湿法反应器CSTR产甲烷，将产酸和产甲烷分开在不同的反应器内进行，有利于分别研究各自的反应机理，但是，目前缺乏相关的两相反应装置，因此，需要设计一种两相厌氧发酵反应装置。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种两相厌氧发酵反应装置，有效的解决了目前产酸和产甲烷没有相应的两相反应装置，不便研究不同阶段的反应机理的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种两相厌氧发酵反应装置，包括酸化反应器、储液罐和产甲烷反应器，所述酸化反应器外部连接有双层夹套，双层夹套下部一侧连接有进水口，双层夹套上部一侧连接有出水口，酸化反应器内部下端一侧连接有渗滤液出口，渗滤液出口一侧相对于酸化反应器内部连接有斜板，斜板上方连接有筛板，筛板上方连接有下隔板，下隔板上方连接有上隔板，上隔板和下隔板之间填充有填料，酸化反应器上端中部连接有输入管道，输入管道下端连接有喷淋管，酸化反应器一侧连接有储液罐，储液罐下部一侧通过第一连接管与渗滤液出口连接，储液罐上端一侧连接有pH传感器和ORP传感器，储液罐上端另一侧连接有进酸口和进碱口，储液罐一侧连接有产甲烷反应器，产甲烷反应器下部一侧与储液罐下部一侧通过第二连接管连接，第二连接管上端一侧通过回流管与输入管道连接，产甲烷反应器外部连接有加热套，产甲烷反应器上端中部连接有电机，电机下端连接有搅拌轴，搅拌轴下端连接有搅拌叶，产甲烷反应器上端相对于电机一侧连接有进气口，进气口一侧连接有出气口，出气口一端连接有气体流量计，产甲烷反应器下端中部连接有放料口。
优选的，所述上隔板和下隔板上端均匀开设有孔隙。
优选的，所述填料为玻璃珠和泡沫棉。
优选的，所述喷淋管呈十字交叉状，且喷淋管下端均匀开设有喷淋孔。
优选的，所述第一连接管上端一侧安装有渗滤液阀门，第二连接管上端靠近产甲烷反应器一端安装有进料阀门，回流管上端安装有回流阀门，放料口下端安装有放料阀门。
优选的，所述储液罐上端相对于pH传感器和ORP传感器连接端均开设有连接孔，连接孔内部嵌设有密封圈。
优选的，所述第一连接管两端与酸化反应器和储液罐连接端以及第二连接管两端与储液罐和产甲烷反应器连接端均连接有法兰。
优选的，所述酸化反应器外部的双层夹套和产甲烷反应器外部的加热套外端均连接有隔热层，且隔热层材料为玻璃纤维制成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）、本发明，采用干法渗滤液回流方式对固体物料进行产酸，适用于在实验室研究各类有机固体物料的干法产酸和湿法产甲烷反应过程，可以将物料的产酸和产甲烷过程分开，有利于研究不同阶段的反应机理；
（2）、通过回流管、输入管和喷淋管的设置，产酸渗滤液能够从回流管输送至输入管，从喷淋管向外喷出，同时，渗滤液回流量及频率可以通过蠕动泵方便调节；
（3）、通过在储液罐上端设置的进酸口、进碱口、pH传感器和ORP传感器，产酸渗滤液可以很方便地通过pH传感器和ORP传感器测试pH、ORP值等，还可以向进酸口和进碱口加入酸或者碱进行调节；
（4）、通过在出气口设置的气体流量计的设置，产甲烷过程中的产气量可以实时在线测试；
（5）、该发明操作简单，使用方便，反应装置模块化设计，易于更换部件。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1为本发明结构示意图；
图中：1、酸化反应器；2、双层夹套；3、进水口；4、出水口；5、渗滤液出口；6、斜板；7、筛板；8、下隔板；9、上隔板；10、填料；11、输入管道；12、喷淋管；13、储液罐；14、第一连接管；15、pH传感器；16、ORP传感器；17、进酸口；18、进碱口；19、产甲烷反应器；20、第二连接管；21、回流管；22、加热套；23、电机；24、搅拌轴；25、搅拌叶；26、进气口；27、出气口；28、气体流量计；29、放料口；30、渗滤液阀门；31、进料阀门；32、回流阀门；33、放料阀门。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一，由图1给出，本发明包括酸化反应器1、储液罐13和产甲烷反应器19，酸化反应器1外部连接有双层夹套2，便于通过水循环给酸化反应器1进行保温，提供酸化反应过程所需要的温度，双层夹套2下部一侧连接有进水口3，双层夹套2上部一侧连接有出水口4，酸化反应器1内部下端一侧连接有渗滤液出口5，用于将渗滤液导出，渗滤液出口5一侧相对于酸化反应器1内部连接有斜板6，便于将渗滤液聚集，斜板6上方连接有筛板7，用于将较大体积杂物过滤，筛板7上方连接有下隔板8，下隔板8上方连接有上隔板9，上隔板9和下隔板8之间填充有填料10，用于减缓渗滤液下沉速率，酸化反应器1上端中部连接有输入管道11，输入管道11下端连接有喷淋管12，酸化反应器1一侧连接有储液罐13，储液罐13下部一侧通过第一连接管14与渗滤液出口5连接，储液罐13上端一侧连接有pH传感器15和ORP传感器16，储液罐13上端另一侧连接有进酸口17和进碱口18，用于调节酸碱度，储液罐13一侧连接有产甲烷反应器19，产甲烷反应器19下部一侧与储液罐13下部一侧通过第二连接管20连接，第二连接管20上端一侧通过回流管21与输入管道11连接，产甲烷反应器19外部连接有加热套22，用于提供反应所需温度，产甲烷反应器19上端中部连接有电机23，电机23下端连接有搅拌轴24，搅拌轴24下端连接有搅拌叶25，铜鼓电机23驱动搅拌轴24带动搅拌叶25将渗滤液和沼液液体搅拌，产甲烷反应器19上端相对于电机23一侧连接有进气口26，用于填充惰性气体排空氧气，进气口26一侧连接有出气口27，用于排出甲烷气体，出气口27一端连接有气体流量计28，产甲烷反应器19下端中部连接有放料口29，用于排出杂物。
实施例二，在实施例一的基础上，上隔板9和下隔板8上端均匀开设有孔隙，有利于反应过程中产生的渗滤液透过。
实施例三，在实施例一的基础上，填料10为玻璃珠和泡沫棉，减缓渗滤液下沉的速率，由于渗滤液中除了有机酸以外，还含有微生物菌种，减缓渗滤液的下沉可以增加微生物菌种与物料接触的概率，有利于反应。
实施例四，在实施例一的基础上，喷淋管12呈十字交叉状，且喷淋管12下端均匀开设有喷淋孔，有利于渗滤液喷淋回落到有机固体物料上，渗滤液里面的微生物菌种与物料进行混合，有利于反应继续。
实施例五，在实施例一的基础上，第一连接管14上端一侧安装有渗滤液阀门30，第二连接管20上端靠近产甲烷反应器19一端安装有进料阀门31，回流管21上端安装有回流阀门32，放料口29下端安装有放料阀门33，方便控制管路的启闭。
实施例六，在实施例一的基础上，储液罐13上端相对于pH传感器15和ORP传感器16连接端均开设有连接孔，连接孔内部嵌设有密封圈。
实施例七，在实施例一的基础上，第一连接管14两端与酸化反应器1和储液罐13连接端以及第二连接管20两端与储液罐13和产甲烷反应器19连接端均连接有法兰。
实施例八，在实施例一的基础上，酸化反应器1外部的双层夹套2和产甲烷反应器19外部的加热套22外端均连接有隔热层，且隔热层材料为玻璃纤维制成。
本实施例中，电机23采用90YS40GY38型号的电机。
工作原理：在使用时，将双层夹套2上的进水口3和出水口4分别与恒温水循环机的出水口和回水口连接，利用水循环给酸化反应器1进行保温，提供酸化反应过程所需要的温度，然后将有机固体物料比如农业秸秆、餐厨垃圾、禽畜粪便与微生物菌种进行混合，然后放入酸化反应器1内的上隔板9上，反应产生的渗滤液向下渗透，穿过上隔板9进入填料10内，填料10能够减缓渗滤液下沉的速率，因为渗滤液中除了有机酸以外，还含有微生物菌种，减缓渗滤液的下沉可以增加微生物菌种与物料接触的概率，有利于反应，渗滤液继续向下渗透穿过下隔板8和筛板7，进入酸化反应器1底部，在斜板6的导向下集中于渗滤液出口5，通过第一连接管14进入回流管21，渗滤液沿回流管21进入输入管道11流向喷淋管12，从喷淋管12向外喷出，进而有利于渗滤液喷淋回落到有机固体物料上，渗滤液里面的微生物菌种与物料进行混合，有利于反应继续，储液罐13上的pH传感器15和ORP传感器16，能够用于监测渗滤液的pH值和ORP值，且渗滤液的pH值和ORP值对于微生物活性影响很大，如果pH值需要调节，能够从进酸口17或者进碱口18加入酸或者碱进行调节，储液罐13内的渗滤液还可以通过第二连接管20进入产甲烷反应器19内部，启动电机23，带动搅拌轴24驱动搅拌叶25旋转，对渗滤液进行搅拌混合，加热套22能够提供产甲烷所需要的温度，由于产甲烷菌是严格的厌氧菌，在产甲烷前，往进气口26内通入惰性气体比如氮气，将反应器内的氧气排除，有利于甲烷菌的活性，产生的甲烷气体通过出气口27排出，并进入气体流量计28测试产气量和产气速率，待实验结束后，通过放料口29排空渗滤液并清洗产甲烷反应器19。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种两相厌氧发酵反应装置，包括酸化反应器（1）、储液罐（13）和产甲烷反应器（19），其特征在于：所述酸化反应器（1）外部连接有双层夹套（2），双层夹套（2）下部一侧连接有进水口（3），双层夹套（2）上部一侧连接有出水口（4），酸化反应器（1）内部下端一侧连接有渗滤液出口（5），渗滤液出口（5）一侧相对于酸化反应器（1）内部连接有斜板（6），斜板（6）上方连接有筛板（7），筛板（7）上方连接有下隔板（8），下隔板（8）上方连接有上隔板（9），上隔板（9）和下隔板（8）之间填充有填料（10），酸化反应器（1）上端中部连接有输入管道（11），输入管道（11）下端连接有喷淋管（12），酸化反应器（1）一侧连接有储液罐（13），储液罐（13）下部一侧通过第一连接管（14）与渗滤液出口（5）连接，储液罐（13）上端一侧连接有pH传感器（15）和ORP传感器（16），储液罐（13）上端另一侧连接有进酸口（17）和进碱口（18），储液罐（13）一侧连接有产甲烷反应器（19），产甲烷反应器（19）下部一侧与储液罐（13）下部一侧通过第二连接管（20）连接，第二连接管（20）上端一侧通过回流管（21）与输入管道（11）连接，产甲烷反应器（19）外部连接有加热套（22），产甲烷反应器（19）上端中部连接有电机（23），电机（23）下端连接有搅拌轴（24），搅拌轴（24）下端连接有搅拌叶（25），产甲烷反应器（19）上端相对于电机（23）一侧连接有进气口（26），进气口（26）一侧连接有出气口（27），出气口（27）一端连接有气体流量计（28），产甲烷反应器（19）下端中部连接有放料口（29）。
2.根据权利要求1所述的一种两相厌氧发酵反应装置，其特征在于：所述上隔板（9）和下隔板（8）上端均匀开设有孔隙。
3.根据权利要求1所述的一种两相厌氧发酵反应装置，其特征在于：所述填料（10）为玻璃珠和泡沫棉。
4.根据权利要求1所述的一种两相厌氧发酵反应装置，其特征在于：所述喷淋管（12）呈十字交叉状，且喷淋管（12）下端均匀开设有喷淋孔。
5.根据权利要求1所述的一种两相厌氧发酵反应装置，其特征在于：所述第一连接管（14）上端一侧安装有渗滤液阀门（30），第二连接管（20）上端靠近产甲烷反应器（19）一端安装有进料阀门（31），回流管（21）上端安装有回流阀门（32），放料口（29）下端安装有放料阀门（33）。
6.根据权利要求1所述的一种两相厌氧发酵反应装置，其特征在于：所述储液罐（13）上端相对于pH传感器（15）和ORP传感器（16）连接端均开设有连接孔，连接孔内部嵌设有密封圈。
7.根据权利要求1所述的一种两相厌氧发酵反应装置，其特征在于：所述第一连接管（14）两端与酸化反应器（1）和储液罐（13）连接端以及第二连接管（20）两端与储液罐（13）和产甲烷反应器（19）连接端均连接有法兰。
8.根据权利要求1所述的一种两相厌氧发酵反应装置，其特征在于：所述酸化反应器（1）外部的双层夹套（2）和产甲烷反应器（19）外部的加热套（22）外端均连接有隔热层，且隔热层材料为玻璃纤维制成。
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