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CN107815405A - 一种用于黄贮秸秆两相厌氧发酵产甲烷装置及方法 - Google Patents

一种用于黄贮秸秆两相厌氧发酵产甲烷装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及发酵产甲烷技术领域，尤其涉及一种用于黄贮秸秆两相厌氧发酵产甲烷装置，包括：产酸罐、预混舱和产甲烷罐，所述产酸罐的下端与预混舱的上端连接，预混舱的下端与产甲烷罐的上端连接，所述产酸罐和产甲烷罐的外层均设置有水浴夹套；所述预混舱为球形舱体，预混舱上设置有碱液添加阀、酸液添加阀、水添加阀、接种物添加口、PH计和出料口；使产乙酸的过程和产甲烷过程的动态研究成为可能，可以对产酸罐和产甲烷罐的温度进行控制，可以实现在动态的温度变化下微生物群落变化对于发酵效率的影响，不但可以在固定参数下研究发酵过程，同时通过动态的控制各种试剂的添加量，可以对参数动态变化过程对发酵的影响。

Description

一种用于黄贮秸秆两相厌氧发酵产甲烷装置及方法
技术领域
本发明涉及发酵产甲烷技术领域，尤其涉及一种用于黄贮秸秆两相厌氧发酵产甲烷装置及方法。
背景技术
黄贮是相对于青贮而言的一种秸秆饲料发酵办法，利用干秸秆做原料，通过添加适量水和生物菌剂进行发酵，厌氧发酵包括：水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段，三个阶段没有明显的界限，在以黄贮秸秆为发酵原料的过程中，综合分析厌氧发酵机理的基础上，依据物相分离、改进发酵系统、运行工艺优化为思路开展两段式干法厌氧消化过程中微生物群落动态变化规律的分析，研究微生物在水解酸化相和产甲烷相的变化规律，研究基于该变化规律的干法厌氧消化过程中c/n、PH值、温度、固含量等参数的变化规律，从而优化干法厌氧消化技术，为我国北方秸秆干法大型沼气工程的应用提供参考，研究过程中缺乏针对黄贮秸秆两项厌氧发酵产甲烷装置的实验装置，无法对实验过程中的变量进行动态控制和取样分析。
发明内容
本发明克服了上述现有技术的不足，提供了一种用于黄贮秸秆两相厌氧发酵产甲烷装置及方法。
本发明的技术方案：
一种用于黄贮秸秆两相厌氧发酵产甲烷装置，包括：产酸罐、预混舱和产甲烷罐，所述产酸罐的下端与预混舱的上端连接，预混舱的下端与产甲烷罐的上端连接，所述产酸罐和产甲烷罐的外层均设置有水浴夹套，水浴夹套的两侧相对设置有水浴入口和水浴出口，且所述的水浴入口高于水浴出口设置；所述产酸罐的上端设置有酸罐进料口和酸罐排气口；所述预混舱为球形舱体，预混舱上设置有碱液添加阀、酸液添加阀、水添加阀、接种物添加口、PH计和出料口；所述产甲烷罐的上端设置有甲烷罐排气口，产甲烷罐的下端设置有甲烷罐出料口。
进一步地，所述酸罐进料口和甲烷罐出料口上均设置有法兰盘。
进一步地，所述碱液添加阀和酸液添加阀均设置在预混舱的球形舱体的上半球侧壁上，所述接种物添加口和水添加口均设置在预混舱的球形舱体的中间赤道线位置，所述出料口设置在预混舱的球形舱体的下半球侧壁上。
进一步地，所述产酸罐和产甲烷罐上均设置有支持架。
一种用于黄贮秸秆两相厌氧发酵产甲烷方法，包括以下步骤：
步骤a：将传统的黄贮秸秆两相厌氧发酵产甲烷过程分为两部分进行，一部分用于产乙酸，另一部分用于产甲烷；
步骤b：将未做处理的黄贮秸秆直接进行酸化，将黄贮秸秆与接种物混合，连续发酵数日；
步骤c：酸化完成后采用Ca(OH)2溶液将酸化后的溶液进行酸碱度调制；
步骤d：将步骤c中调制后的溶液和甲烷菌接种物混合，加水调制甲烷相的浓度和物料均匀性；
步骤e：在甲烷产气高峰结束，甲烷接种物的挥发性固体消耗完以后，每日逐渐加入步骤c中调制后的溶液；
步骤f：测定步骤a中用于产乙酸的部分和用于产甲烷的部分分别加入固定量原料后发酵液中挥发性脂肪酸VFA的变化，确定进料周期。
进一步地，所述步骤b中氧化还原电位Eh值在+50mv以下，温度为摄氏35°。
进一步地，所述步骤c中，将酸化后的溶液酸碱度调制为PH＝7±0.3。
进一步地，所述步骤d中，保持混合后在的溶液酸碱度PH＝7±0.3。
本发明的有益效果为：
1)本发明包括产酸罐、预混舱和产甲烷罐，产酸罐的下端与预混舱连接，预混舱的下端与产甲烷罐连接，将传统的厌氧发酵分为两部分进行，一个主要用于产乙酸，一个主要用于产甲烷，从而使产乙酸的过程和产甲烷过程的动态研究成为可能，同时采用上、中、下三层布置，一方面便于发酵物的混合同时有利于对三个部分进行取样分析。
2)本发明的产酸罐和产甲烷罐的外层均设置有水浴套夹，同时每个水浴套夹均单独设置有出入口，由此结构，可以使实验过程中对产酸罐和产甲烷罐的温度进行控制，有别于现有的在固定温度下的研究，可以实现在动态的温度变化下微生物群落对于发酵效率的影响。
3)本发明设置的预混舱为球形舱体，且设置有碱液添加阀、酸液添加阀、水添加阀、接种物添加口、PH计和出料口，球形舱体符合流体的运动规律，方便混合，同时在舱体上设置各种试剂添加口，不但可以在固定参数下研究发酵过程，同时通过动态的控制各种试剂的添加量，可以对参数动态变化过程对发酵的影响。
4)本发明的产甲烷方法通过确定进料周期，形成了连续稳定的发酵过程，为发酵实验过程的连接进行提供可能，通过对每一个周期的甲烷产量采集参数，进而为实验提供参数依据。
附图说明
图1为一种用于黄贮秸秆两相厌氧发酵产甲烷装置的整体结构示意图；
图中：1-产酸罐；2-预混舱；3-产甲烷罐；4-水浴套夹；5-支持架；11-酸罐进料口；12-酸罐排气口；21-碱液添加阀；22-酸液添加阀；23-水添加阀；24-接种物添加口；25-PH计；26-出料口；31-甲烷罐排气口；32-甲烷罐出料口；41-水浴入口；42-水浴出口
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明进行详细说明：
具体实施方式一：
结合图1所示，本实施例公开的一种用于黄贮秸秆两相厌氧发酵产甲烷装置，以黄贮秸秆为发酵原料，装置包括：产酸罐1、预混舱2和产甲烷罐3，产酸罐1和甲烷罐3的容积均为20L，产酸罐1主要用于产乙酸，甲烷罐3主要用于产甲烷，所述产酸罐1的下端与预混舱2的上端连接，预混舱2的下端与产甲烷罐3的上端连接，所述产酸罐1和产甲烷罐3的外层均设置有水浴夹套4，水浴夹套4的两侧相对设置有水浴入口41和水浴出口42，且所述的水浴入口41高于水浴出口42设置；所述产酸罐1的上端设置有酸罐进料口11和酸罐排气口12；所述预混舱2为球形舱体，由于球体在流体力学中的优势，使预混舱2便于原料充分混合及增加流动性，为实验添加的试剂快速混合提供帮助，避免由于混合不均匀导致的实验误差，预混舱2上设置有碱液添加阀21、酸液添加阀22、水添加阀23、接种物添加口24、PH计25和出料口26，出料口26用于出多余料液及实验分析，说明黄贮预处理后的秸秆PH在4.0左右正好适合酸化条件，这与奇特原料相比节省了预处理及后处理成本，酸液添加阀22和碱液添加阀21用于添加酸碱从而调节原料的酸碱度，同时完成酸碱度的动态变化控制，PH计25用于检测物料酸碱度，在固定酸碱度研究时可以实现将信号传至控制系统，控制系统收到信号后通过控制酸碱添加阀自动调整，在动态酸碱度实验中可以对当前酸碱度进行及时反馈；所述产甲烷罐3的上端设置有甲烷罐排气口31，产甲烷罐3的下端设置有甲烷罐出料口32。
具体地，所述酸罐进料口11和甲烷罐出料口32上均设置有法兰盘，用于开口密封。
具体地，所述碱液添加阀21和酸液添加阀22均设置在预混舱2的球形舱体的上半球侧壁上，从上至下添加酸碱添加剂，便于添加剂在液面上方扩散，所述接种物添加口24和水添加口23均设置在预混舱2的球形舱体的中间赤道线位置，使接种物和水直接送入液体中间位置，有利于接种物的快速扩算和水的稀释均匀程度保证，所述出料口26设置在在预混舱2的球形舱体的下班球侧壁上。
具体地，所述产酸罐1和产甲烷罐3上均设置有支持架5，用于装置稳定，便于实验人员的等高操作，避免发生事故。
具体实施方式二：
本实施方式是为发酵实验的连续稳定进行而提供的一种用于黄贮秸秆两相厌氧发酵产甲烷方法，包括以下步骤：
步骤a：将传统的黄贮秸秆两相厌氧发酵产甲烷过程分为两部分进行，一部分用于产乙酸，产已酸相实现的条件：氧化还原电位Eh要达到+50mv以下；酸碱度PH为4.5±0.2，PH降低，丙酸增加；微生物以厌氧、兼氧菌产酸菌、水解菌为主，并采用常温兼性厌氧发酵工艺，另一部分用于产甲烷，产甲烷相实现的条件：严格厌氧，产甲烷菌群，酸碱度PH控制在7±0.3，并采用高温摄氏55°厌氧发酵工艺；
步骤b：将未做处理的黄贮秸秆直接进行酸化，在酸化罐中加入12L秸秆，并加入3L接种物混合，连续发酵数日；
步骤c：酸化完成后采用Ca(OH)2溶液将酸化后的溶液进行酸碱度调制；
步骤d：将步骤c中调制后的溶液和甲烷菌接种物混合，加水调制甲烷相的浓度和物料均匀性；
步骤e：在甲烷产气高峰结束，甲烷接种物的挥发性固体消耗完以后，每日逐渐加入步骤c中调制后的溶液；
步骤f：测定步骤a中用于产乙酸的部分和用于产甲烷的部分分别加入1kg原料后发酵液中挥发性脂肪酸VFA的变化，确定进料周期，安装实验确定的周期给两个反应器进料。
具体地，所述步骤b中氧化还原电位Eh值在+50mv以下，温度为摄氏35°。
具体地，所述步骤c中，将酸化后的溶液酸碱度调制为PH＝7±0.3。
具体地，所述步骤d中，保持混合后在的溶液酸碱度PH＝7±0.3。
以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于黄贮秸秆两相厌氧发酵产甲烷装置，其特征在于，包括：产酸罐(1)、预混舱(2)和产甲烷罐(3)，所述产酸罐(1)的下端与预混舱(2)的上端连接，预混舱(2)的下端与产甲烷罐(3)的上端连接，所述产酸罐(1)和产甲烷罐(3)的外层均设置有水浴夹套(4)，水浴夹套(4)的两侧相对设置有水浴入口(41)和水浴出口(42)，且所述的水浴入口(41)高于水浴出口(42)设置；所述产酸罐(1)的上端设置有酸罐进料口(11)和酸罐排气口(12)；所述预混舱(2)为球形舱体，预混舱(2)上设置有碱液添加阀(21)、酸液添加阀(22)、水添加阀(23)、接种物添加口(24)、PH计(25)和出料口(26)；所述产甲烷罐(3)的上端设置有甲烷罐排气口(31)，产甲烷罐(3)的下端设置有甲烷罐出料口(32)。
2.根据权利要求1所述的一种用于黄贮秸秆两相厌氧发酵产甲烷装置，其特征在于，所述酸罐进料口(11)和甲烷罐出料口(32)上均设置有法兰盘。
3.根据权利要求1所述的一种用于黄贮秸秆两相厌氧发酵产甲烷装置，其特征在于，所述碱液添加阀(21)和酸液添加阀(22)均设置在预混舱(2)的球形舱体的上半球侧壁上，所述接种物添加口(24)和水添加口(23)均设置在预混舱(2)的球形舱体的中间赤道线位置，所述出料口(26)设置在预混舱(2)的球形舱体的下半球侧壁上。
4.根据权利要求1所述的一种用于黄贮秸秆两相厌氧发酵产甲烷装置，其特征在于，所述产酸罐(1)和产甲烷罐(3)上均设置有支持架(5)。
5.一种基于权利要求1-4任一项所述的一种用于黄贮秸秆两相厌氧发酵产甲烷装置的产甲烷方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a：将传统的黄贮秸秆两相厌氧发酵产甲烷过程分为两部分进行，一部分用于产乙酸，另一部分用于产甲烷；
步骤b：将未做处理的黄贮秸秆直接进行酸化，将黄贮秸秆与接种物混合，连续发酵数日；
步骤c：酸化完成后采用Ca(OH)2溶液将酸化后的溶液进行酸碱度调制；
步骤d：将步骤c中调制后的溶液和甲烷菌接种物混合，加水调制甲烷相的浓度和物料均匀性；
步骤e：在甲烷产气高峰结束，甲烷接种物的挥发性固体消耗完以后，每日逐渐加入步骤c中调制后的溶液；
步骤f：测定步骤a中用于产乙酸的部分和用于产甲烷的部分分别加入固定量原料后发酵液中挥发性脂肪酸VFA的变化，确定进料周期。
6.根据权利要求5所述的一种用于黄贮秸秆两相厌氧发酵产甲烷方法，其特征在于，所述步骤b中，氧化还原电位Eh值在+50mv以下，温度为摄氏35°。
7.根据权利要求5所述的一种用于黄贮秸秆两相厌氧发酵产甲烷方法，其特征在于，所述步骤c中，将酸化后的溶液酸碱度调制为PH＝7±0.3。
8.根据权利要求5所述的一种用于黄贮秸秆两相厌氧发酵产甲烷方法，其特征在于，所述步骤d中，保持混合后在的溶液酸碱度PH＝7±0.3。
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