一種秸稈微好氧預(yù)處理氫沼聯(lián)合發(fā)酵系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種秸稈微好氧預(yù)處理氫沼聯(lián)合發(fā)酵系統(tǒng)，包括分別與預(yù)處理反應(yīng)罐相連接的光合制氫反應(yīng)器和沼氣發(fā)酵罐，在進行農(nóng)作物秸稈預(yù)處理時，預(yù)處理反應(yīng)罐內(nèi)產(chǎn)生的滲濾液作為原料被輸送至光合制氫反應(yīng)器進行制氫，預(yù)處理反應(yīng)罐內(nèi)產(chǎn)生的固態(tài)物料則進入到沼氣發(fā)酵罐罐體內(nèi)進行發(fā)酵。本發(fā)明利用預(yù)處理反應(yīng)罐對農(nóng)作物秸稈進行預(yù)處理，將含有秸稈降解所形成的小分子的滲濾液送入光合制氫反應(yīng)器作為制氫原料，克服了秸稈不易為光合細(xì)菌所利用的缺點，同時避免直接投料造成光合制氫反應(yīng)器內(nèi)光照不均，同時將預(yù)處理后的秸稈輸送到沼氣發(fā)酵罐內(nèi)，為沼氣發(fā)酵提供熱量和易于利用的原料。本發(fā)明能將秸稈預(yù)處理、光合產(chǎn)氫和沼氣發(fā)酵有機地結(jié)合在一起。
【專利說明】一種秸稈微好氧預(yù)處理氫沼聯(lián)合發(fā)酵系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氫沼發(fā)酵系統(tǒng)，尤其涉及一種秸桿微好氧預(yù)處理氫沼聯(lián)合發(fā)酵系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氫能是一種公認(rèn)的清潔的能源，是未來社會的主要替代能源。相對于基于化石燃料的化學(xué)方法制氫而言，生物制氫具有環(huán)境污染小、反應(yīng)條件溫和、原料來源豐富等優(yōu)點。光合制氫作為一種生物制氫方法，利用光合細(xì)菌以光照為驅(qū)動力，通過光合細(xì)菌自身生化代謝將有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為氫氣。在光合制氫過程中，光合細(xì)菌可以處理淀粉、糖蜜廢水、畜禽糞便廢水和秸桿等原料。這些原料中，秸桿作為產(chǎn)量巨大的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物，在多種生物制氫原料中具有巨大的資源優(yōu)勢。但由于秸桿是纖維素、木質(zhì)素的天然大分子聚合體，很難被微生物直接利用。目前，在利用秸桿為原料的光合制氫過程中，主要采用先對秸桿進行纖維素酶生物處理、超微化處理或進行蒸煮糖化后獲取還原糖，再將還原糖作為光合細(xì)菌產(chǎn)氫的原料，利用光合制氫反應(yīng)器進行制氫。但這種方法存在加工成本高、無法實現(xiàn)大范圍生產(chǎn)要求的缺陷。若將秸桿不做任何處理直接用于光合制氫反應(yīng)器進行制氫，則會因為引發(fā)光屏蔽和光損導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)光照不均，造成光合制氫反應(yīng)器無法正常工作。
[0003]沼氣發(fā)酵是處理農(nóng)作物秸桿最有效的方法之一，通過微生物的自身代謝和能量轉(zhuǎn)化，可以將秸桿等低品能源轉(zhuǎn)化成高品能源沼氣。但是由于秸桿是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等組成的大分子聚合體，且表面覆蓋蠟質(zhì)層保護，多數(shù)微生物無法直接進行利用轉(zhuǎn)化。所以在沼氣發(fā)酵之前要對秸桿進行預(yù)處理，通過破壞表面蠟質(zhì)層、降解大分子聚合物等方式來達到提高秸桿沼氣發(fā)酵的消化率和產(chǎn)氣率的目的。當(dāng)前秸桿預(yù)處理技術(shù)中比較成熟的方法有機械法、酸法、堿法、加熱處理、生物法，以及幾種方法相結(jié)合的預(yù)處理方式，但這些方法大都在技術(shù)、設(shè)備、環(huán)境影響和資金耗費等方面存在著不同程度的缺點，此外原料在預(yù)處理階段產(chǎn)生的大量的熱并沒有被利用，造成能源的浪費。傳統(tǒng)的秸桿沼氣發(fā)酵過程中預(yù)處理裝置與沼氣發(fā)酵裝置是兩個分離的`系統(tǒng)，無法實現(xiàn)連續(xù)發(fā)酵，發(fā)酵過程不容易控制，發(fā)酵周期長，產(chǎn)氣效率差。同時由于兩個分離系統(tǒng)之間缺少傳質(zhì)傳熱的過程，使預(yù)處理階段產(chǎn)生的熱量無法得到應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種秸桿微好氧預(yù)處理氫沼聯(lián)合發(fā)酵系統(tǒng)和方法，能夠?qū)r(nóng)作物秸桿進行好氧、微好氧、沼氣的生物預(yù)處理，并將生成的滲濾液作為光合制氫反應(yīng)器的原料進行制氫，克服了秸桿不易為光合細(xì)菌所利用的缺點，避免直接投料造成光合制氫反應(yīng)器內(nèi)光照不均，同時將預(yù)處理后的秸桿輸送到沼氣發(fā)酵罐內(nèi)，為沼氣發(fā)酵提供熱量和易于利用的原料。
[0005]本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種秸桿微好氧預(yù)處理氫沼聯(lián)合發(fā)酵系統(tǒng)，包括預(yù)處理反應(yīng)罐、沼氣發(fā)酵罐和光合制氫反應(yīng)器，所述的預(yù)處理反應(yīng)罐包括設(shè)置在預(yù)處理反應(yīng)罐夾套內(nèi)的預(yù)處理反應(yīng)罐罐體，預(yù)處理反應(yīng)罐罐體上下兩端分別設(shè)置有預(yù)處理反應(yīng)罐上封頭和預(yù)處理反應(yīng)罐下封頭，預(yù)處理反應(yīng)罐上封頭上設(shè)置有與大氣連通的預(yù)處理反應(yīng)罐入料口、預(yù)處理反應(yīng)罐物料取樣口和預(yù)處理反應(yīng)罐出氣口，預(yù)處理反應(yīng)罐罐體內(nèi)設(shè)置有預(yù)處理反應(yīng)罐通氧管和預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌輸送裝置，預(yù)處理反應(yīng)罐罐體下端設(shè)置有預(yù)處理反應(yīng)罐出料管，預(yù)處理反應(yīng)罐罐體內(nèi)設(shè)置有預(yù)處理反應(yīng)罐滲濾液回流裝置，預(yù)處理反應(yīng)罐滲濾液回流裝置包括預(yù)處理反應(yīng)罐滲濾液吸管和柵板，預(yù)處理反應(yīng)罐滲濾液吸管進水端設(shè)置在柵板下方的預(yù)處理反應(yīng)罐下封頭內(nèi)，預(yù)處理反應(yīng)罐滲濾液吸管出水端設(shè)置在預(yù)處理反應(yīng)罐上封頭上且穿過沼氣發(fā)酵罐上封頭；預(yù)處理反應(yīng)罐滲濾液吸管出水端通過設(shè)置有加壓泵的管道連接滲濾液存儲罐進水口，泵與滲濾液存儲罐之間設(shè)置有螺旋分離器，滲濾液存儲罐的出水口連接光合制氫反應(yīng)器的進料口 ；預(yù)處理反應(yīng)罐內(nèi)的物料通過預(yù)處理反應(yīng)罐出料管進入到沼氣發(fā)酵罐罐體內(nèi)。
[0006]所述的預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌輸送裝置包括預(yù)處理反應(yīng)罐罐體中心軸向設(shè)置的預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸，預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸上端穿過預(yù)處理反應(yīng)罐上封頭連接預(yù)處理反應(yīng)罐電機，預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸下端通過預(yù)處理反應(yīng)罐支撐座設(shè)置在預(yù)處理反應(yīng)罐出料管內(nèi)，預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸上設(shè)置有預(yù)處理反應(yīng)罐圓盤渦輪攪拌器和預(yù)處理反應(yīng)罐螺旋攪拌器，預(yù)處理反應(yīng)罐螺旋攪拌器和預(yù)處理反應(yīng)罐出料管配合形成絞龍傳送機構(gòu)。
[0007]所述的預(yù)處理反應(yīng)罐圓盤渦輪攪拌器和預(yù)處理反應(yīng)罐螺旋攪拌器分別通過圓盤渦輪攪拌器單向離合器和螺旋攪拌器單向離合器設(shè)置在預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸上，且圓盤渦輪攪拌器單向離合器和螺旋攪拌器單向離合器的鎖止方向相反，預(yù)處理反應(yīng)罐螺旋攪拌器從預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸下端三分之一處開始設(shè)置。
[0008]所述 的預(yù)處理反應(yīng)罐罐體內(nèi)設(shè)置有預(yù)處理反應(yīng)罐噴淋裝置，預(yù)處理反應(yīng)罐噴淋裝置包括設(shè)置在預(yù)處理反應(yīng)罐上封頭且穿過沼氣發(fā)酵罐上封頭的預(yù)處理反應(yīng)罐噴淋液進水口，預(yù)處理反應(yīng)罐噴淋液進水口與設(shè)置在預(yù)處理反應(yīng)罐上封頭內(nèi)的環(huán)形噴淋管連通。
[0009]所述的沼氣發(fā)酵罐包括設(shè)置在沼氣發(fā)酵罐夾套內(nèi)的沼氣發(fā)酵罐罐體，沼氣發(fā)酵罐罐體上下兩端分別設(shè)置有沼氣發(fā)酵罐上封頭和沼氣發(fā)酵罐下封頭，沼氣發(fā)酵罐上封頭上設(shè)置有與大氣連通的沼氣發(fā)酵罐集氣口、沼氣發(fā)酵罐有機廢水進水管，沼氣發(fā)酵罐罐體上設(shè)置有料液出口、出料口，沼氣發(fā)酵罐罐體內(nèi)設(shè)置有攪拌裝置，沼氣發(fā)酵罐罐體下端設(shè)置有排污口。
[0010]所述的預(yù)處理反應(yīng)罐設(shè)置在沼氣發(fā)酵罐上方，預(yù)處理反應(yīng)罐出料管出料口設(shè)置有電動蝶閥，預(yù)處理反應(yīng)罐出料管穿過沼氣發(fā)酵罐上封頭進入沼氣發(fā)酵罐罐體內(nèi)部，沼氣發(fā)酵罐罐體中心軸向設(shè)置有沼氣發(fā)酵罐攪拌軸，沼氣發(fā)酵罐攪拌軸上設(shè)置有圓盤渦輪攪拌器。
[0011]所述的預(yù)處理反應(yīng)罐罐體內(nèi)設(shè)置有預(yù)處理反應(yīng)罐加熱裝置、預(yù)處理反應(yīng)罐測溫儀、預(yù)處理反應(yīng)罐氧化還原電位儀和預(yù)處理反應(yīng)罐液位控制儀，預(yù)處理反應(yīng)罐加熱裝置包括設(shè)置在預(yù)處理反應(yīng)罐罐體內(nèi)壁上的預(yù)處理反應(yīng)罐加熱盤管，預(yù)處理反應(yīng)罐測溫儀布線口、預(yù)處理反應(yīng)罐加熱盤管出水口、預(yù)處理反應(yīng)罐加熱盤管入水口和預(yù)處理反應(yīng)罐氧化還原電位儀安裝口設(shè)置在預(yù)處理反應(yīng)罐上封頭上。
[0012]所述的沼氣發(fā)酵罐內(nèi)設(shè)置有沼氣發(fā)酵罐壓力表和沼氣發(fā)酵罐測溫儀，沼氣發(fā)酵罐壓力表安裝口和沼氣發(fā)酵罐測溫儀布線口均設(shè)置在沼氣發(fā)酵罐上封頭上。[0013]一種秸桿微好氧預(yù)處理氫沼聯(lián)合發(fā)酵方法，包括以下步驟:
A:將秸桿投入預(yù)處理反應(yīng)罐內(nèi)，利用噴淋水對秸桿進行預(yù)處理，在好氧微生物和微好氧微生物作用下從破壞秸桿表面蠟質(zhì)層、降解大分子聚合物等方面對秸桿進行降解；
B:將含有秸桿降解后形成的小分子聚合物的滲濾液收集，通過加壓泵送入螺旋分離器進行浮渣過濾；利用絞龍傳送機構(gòu)，將預(yù)處理反應(yīng)罐內(nèi)產(chǎn)生的固態(tài)物料送入到沼氣發(fā)酵罐罐體內(nèi)進行發(fā)酵；
C:將經(jīng)過螺旋分離器過濾后的滲濾液存儲在滲濾液儲存罐中，定時向光合制氫反應(yīng)器輸送；
D:光合制氫反應(yīng)器在30°C _33°C的厭氧條件下，將光照控制在2000-30001X，使?jié)B濾液停留時間在l(T20h之間進行制氫。
[0014]本發(fā)明利用預(yù)處理反應(yīng)罐對農(nóng)作物秸桿進行預(yù)處理，將含有秸桿降解所形成的小分子的滲濾液送入光合制氫反應(yīng)器作為制氫原料，克服了秸桿不易為光合細(xì)菌所利用的缺點，同時避免直接投料造成光合制氫反應(yīng)器內(nèi)光照不均，同時將預(yù)處理后的秸桿輸送到沼氣發(fā)酵罐內(nèi)，為沼氣發(fā)酵提供熱量和易于利用的原料。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，能將秸桿預(yù)處理、光合產(chǎn)氫和沼氣發(fā)酵有機地結(jié)合在一起。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明所述預(yù)處理 反應(yīng)罐的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0016]如圖1所示，本發(fā)明包括分別與預(yù)處理反應(yīng)罐相連接的光合制氫反應(yīng)器49和沼氣發(fā)酵罐，在進行農(nóng)作物秸桿預(yù)處理時，預(yù)處理反應(yīng)罐內(nèi)產(chǎn)生的滲濾液作為原料被輸送至光合制氫反應(yīng)器49進行制氫，預(yù)處理反應(yīng)罐內(nèi)產(chǎn)生的固態(tài)物料則進入到沼氣發(fā)酵罐罐體32內(nèi)進行發(fā)酵。
[0017]預(yù)處理反應(yīng)罐包括設(shè)置在預(yù)處理反應(yīng)罐夾套I內(nèi)的預(yù)處理反應(yīng)罐罐體2，預(yù)處理反應(yīng)罐罐體2上下兩端分別設(shè)置有預(yù)處理反應(yīng)罐上封頭3和預(yù)處理反應(yīng)罐下封頭4，預(yù)處理反應(yīng)罐上封頭3上設(shè)置有預(yù)處理反應(yīng)罐入料口 5、預(yù)處理反應(yīng)罐物料取樣口 6和預(yù)處理反應(yīng)罐出氣口 7，預(yù)處理反應(yīng)罐罐體2內(nèi)設(shè)置有通氧管8、預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌輸送裝置、預(yù)處理反應(yīng)罐加熱裝置、預(yù)處理反應(yīng)罐測溫儀19、預(yù)處理反應(yīng)罐滲濾液回流裝置、預(yù)處理反應(yīng)罐噴淋裝置、預(yù)處理反應(yīng)罐氧化還原電位儀和預(yù)處理反應(yīng)罐液位控制儀，預(yù)處理反應(yīng)罐罐體2下端設(shè)置有預(yù)處理反應(yīng)罐出料管9，預(yù)處理反應(yīng)罐罐體2內(nèi)的物料可通過預(yù)處理反應(yīng)罐出料管9進入到沼氣發(fā)酵罐罐體32內(nèi)。預(yù)處理反應(yīng)罐滲濾液回流裝置包括預(yù)處理反應(yīng)罐滲濾液吸管25和套設(shè)在預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸10上的柵板26，預(yù)處理反應(yīng)罐滲濾液吸管進水端27設(shè)置在柵板26下方的預(yù)處理反應(yīng)罐下封頭4內(nèi)，預(yù)處理反應(yīng)罐滲濾液吸管出水端28設(shè)置在預(yù)處理反應(yīng)罐上封頭3上。柵板26可采用尖端朝下的圓錐面柵板，保證預(yù)處理反應(yīng)罐罐內(nèi)物料中的滲濾液可以順利流入預(yù)處理反應(yīng)罐下封頭4內(nèi)。本發(fā)明還設(shè)置有可與預(yù)處理反應(yīng)罐滲濾液回流裝置配合使用的預(yù)處理反應(yīng)罐噴淋裝置，預(yù)處理反應(yīng)罐噴淋裝置包括設(shè)置在預(yù)處理反應(yīng)罐上封頭3的預(yù)處理反應(yīng)罐噴淋液進水口 23，預(yù)處理反應(yīng)罐噴淋液進水口 23與設(shè)置在預(yù)處理反應(yīng)罐上封頭3內(nèi)的環(huán)形噴淋管24連通。使用者可利用外接水源通過預(yù)處理反應(yīng)罐噴淋裝置對預(yù)處理反應(yīng)罐罐內(nèi)物料進行噴淋。預(yù)處理反應(yīng)罐滲濾液吸管25可在料液泵配合下將預(yù)處理反應(yīng)罐下封頭4內(nèi)的部分滲濾液送至環(huán)形噴淋管24中，對預(yù)處理反應(yīng)罐罐內(nèi)物料進行噴淋。預(yù)處理反應(yīng)罐罐體2內(nèi)設(shè)置有預(yù)處理反應(yīng)罐氧化還原電位儀和預(yù)處理反應(yīng)罐液位控制儀，預(yù)處理反應(yīng)罐上封頭3上設(shè)置有預(yù)處理反應(yīng)罐氧化還原電位儀安裝口 29。預(yù)處理反應(yīng)罐氧化還原電位儀用于自動調(diào)節(jié)預(yù)處理反應(yīng)罐罐內(nèi)的氧化還原氣氛，預(yù)處理反應(yīng)罐液位控制儀可監(jiān)控預(yù)處理反應(yīng)罐罐內(nèi)滲濾液液位，當(dāng)滲濾液液位低于設(shè)定值時，由預(yù)處理反應(yīng)罐噴淋裝置利用外接水源補充噴淋供水。
[0018]預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌輸送裝置包括預(yù)處理反應(yīng)罐罐體2中心軸向設(shè)置的預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸10，預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸10上端穿過預(yù)處理反應(yīng)罐上封頭3通過聯(lián)軸器11連接預(yù)處理反應(yīng)罐電機12，預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸10與預(yù)處理反應(yīng)罐上封頭3采用機械密封13，預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸10下端通過預(yù)處理反應(yīng)罐支撐座14設(shè)置在預(yù)處理反應(yīng)罐出料管9內(nèi)，預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸10上設(shè)置有圓盤渦輪攪拌器15和螺旋攪拌器16 ;圓盤渦輪攪拌器15和螺旋攪拌器16分別通過圓盤渦輪攪拌器單向離合器17和螺旋攪拌器單向離合器18設(shè)置在預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸10上，且圓盤渦輪攪拌器單向離合器17和螺旋攪拌器單向離合器18的鎖止方向相反。圓盤渦輪攪拌器15可起到攪拌功能；螺旋攪拌器16和預(yù)處理反應(yīng)罐出料管9配合形成絞龍傳送機構(gòu)，可起到輸送物料的功能。當(dāng)預(yù)處理反應(yīng)罐電機12順時針工作時，圓盤渦輪攪拌器15與預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸10結(jié)合，螺旋攪拌器16與預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸10分離，預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸10只帶動圓盤渦輪攪拌器15轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)攪拌的功能；當(dāng)預(yù)處理反應(yīng)罐電機12逆時針工作時，螺旋攪拌器16和預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸10結(jié)合，圓盤渦輪攪拌器15和預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸10分離，預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸10只帶動螺旋攪拌器16工作，與預(yù)處理反應(yīng)罐出料管9配合形成絞龍傳送機構(gòu)，實現(xiàn)物料傳輸?shù)墓δ?。?dāng)螺旋攪拌器16工作時，僅傳輸預(yù)處理反應(yīng)罐罐內(nèi)中下部的物料。工作人員可根據(jù)實際需求控制預(yù)處理反應(yīng) 罐電機12的轉(zhuǎn)動方向，實現(xiàn)對預(yù)處理反應(yīng)罐內(nèi)物料的攪拌或傳輸。本實施例中設(shè)置有兩個圓盤渦輪攪拌器15，螺旋攪拌器16從預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸10下端三分之一處開始設(shè)置，且一部分螺旋攪拌器16位于預(yù)處理反應(yīng)罐出料管9內(nèi)。
[0019]預(yù)處理反應(yīng)罐罐體2內(nèi)設(shè)置的預(yù)處理反應(yīng)罐加熱裝置和預(yù)處理反應(yīng)罐測溫儀19，可在電控裝置控制下使預(yù)處理反應(yīng)罐罐體2內(nèi)保持恒定的反應(yīng)溫度。預(yù)處理反應(yīng)罐加熱裝置包括設(shè)置在罐體2內(nèi)壁上的預(yù)處理反應(yīng)罐加熱盤管20，預(yù)處理反應(yīng)罐測溫儀布線口 21、預(yù)處理反應(yīng)罐加熱盤管出水口 22和預(yù)處理反應(yīng)罐加熱盤管入水口 23設(shè)置在預(yù)處理反應(yīng)罐上封頭3上。
[0020]預(yù)處理反應(yīng)罐滲濾液吸管出水端還通過設(shè)置有加壓泵46的管道連接螺旋分離器47進料口，螺旋分離器47的出水口連接滲濾液存儲罐48進水口，滲濾液存儲罐48的出水口則連接光合制氫反應(yīng)器49的進料口。
[0021]預(yù)處理反應(yīng)罐設(shè)置在沼氣發(fā)酵罐側(cè)上方。預(yù)處理反應(yīng)罐出料管9出料口 38設(shè)置有電動蝶閥45，預(yù)處理反應(yīng)罐出料管9穿過沼氣發(fā)酵罐上封頭34進入沼氣發(fā)酵罐罐體32內(nèi)部。沼氣發(fā)酵罐包括設(shè)置在沼氣發(fā)酵罐夾套33內(nèi)的沼氣發(fā)酵罐罐體32，沼氣發(fā)酵罐罐體32上下兩端分別設(shè)置有沼氣發(fā)酵罐上封頭34和沼氣發(fā)酵罐下封頭35，沼氣發(fā)酵罐上封頭34上設(shè)置有與大氣連通的沼氣發(fā)酵罐集氣口 36、沼氣發(fā)酵罐有機廢水進水管37，沼氣發(fā)酵罐有機廢水進水管37位于沼氣發(fā)酵罐內(nèi)的一端處于沼氣發(fā)酵罐內(nèi)液面下方40cm處；沼氣發(fā)酵罐罐體32上設(shè)置有出料口 38，用于將沼氣發(fā)酵罐內(nèi)的沼液排出，沼氣發(fā)酵罐罐體32內(nèi)設(shè)置有攪拌裝置、沼氣發(fā)酵罐壓力表和沼氣發(fā)酵罐測溫儀39，沼氣發(fā)酵罐罐體32下端設(shè)置有排污口 40，用于排放殘渣。沼氣發(fā)酵罐壓力表安裝口 42和沼氣發(fā)酵罐測溫儀布線口 43均設(shè)置在沼氣發(fā)酵罐上封頭34上。攪拌裝置包括在沼氣發(fā)酵罐罐體32中心軸向設(shè)置的沼氣發(fā)酵罐攪拌軸41，沼氣發(fā)酵罐攪拌軸41上還設(shè)置有圓盤渦輪攪拌器15，用于對沼氣發(fā)酵罐內(nèi)的物料進行攪拌。為了便于安裝，預(yù)處理反應(yīng)罐夾套I的外壁上沿圓周方向均勻設(shè)有四個耳式支座30。
[0022]使用時，將農(nóng)作物秸桿從預(yù)處理反應(yīng)罐入料口 5放入預(yù)處理反應(yīng)罐罐體2內(nèi)，進行農(nóng)作物秸桿的預(yù)處理。預(yù)處理反應(yīng)罐加熱裝置和預(yù)處理反應(yīng)罐測溫儀19、預(yù)處理反應(yīng)罐氧化還原電位儀可保證預(yù)處理反應(yīng)罐罐內(nèi)物料始終處于最佳反應(yīng)溫度和氧化還原氣氛。預(yù)處理反應(yīng)罐液位控制儀配合噴淋裝置可實現(xiàn)對預(yù)處理反應(yīng)罐罐內(nèi)物料定時噴淋，噴淋水可使用外接水源或由滲濾液回流裝置收集到的部分滲濾液。通過對秸桿進行預(yù)處理，可以在好氧微生物和微好氧微生物作用下從破壞秸桿表面蠟質(zhì)層、降解大分子聚合物等方面對秸桿進行降解。降解形成小分子物質(zhì)可溶解于水和滲濾液，并在重力作用下逐層下滲，通過柵板26初次過濾后流入預(yù)處理反應(yīng)罐下封頭4內(nèi)。在加壓泵46的作用下，滲濾液將通過滲濾液吸管進入螺旋分離器47內(nèi)進行過濾。過濾后去除掉浮渣的滲濾液將進入滲濾液儲存罐進行儲存；并作為原料定時定量地向光合制氫反應(yīng)器49輸送，以滿足光合細(xì)菌產(chǎn)氫對原料的需求。
[0023]當(dāng)預(yù)處理反應(yīng)罐罐內(nèi)物料的預(yù)處理過程完成后，螺旋攪拌器16與預(yù)處理反應(yīng)罐出料管9配合形成絞龍傳送機構(gòu)可將固態(tài)物料通過預(yù)處理反應(yīng)罐出料管9、電動蝶閥45輸送至沼氣發(fā)酵罐內(nèi)進行發(fā)酵。
[0024]本發(fā)明可實現(xiàn)預(yù)處理反應(yīng)罐、光合制氫反應(yīng)器49和沼氣發(fā)酵罐的有機結(jié)合。第一，利用預(yù)處理反應(yīng)罐對農(nóng)作物秸桿進行預(yù)處理，將含有秸桿降解所形成的小分子的滲濾液送入光合制氫反應(yīng)器49，作為制氫原料；第二，利用預(yù)處理反應(yīng)罐對農(nóng)作物秸桿進行預(yù)處理，將預(yù)處理后的秸桿送入沼氣`發(fā)酵罐，作為制沼原料；第三，預(yù)處理反應(yīng)罐可通過形成的絞龍傳送機構(gòu)，將預(yù)處理反應(yīng)罐中下部物料自動輸送至沼氣發(fā)酵罐內(nèi)，起到自動供料作用；第四，由于農(nóng)作物秸桿在預(yù)處理反應(yīng)罐的發(fā)酵過程中中部溫度最高，在物料輸送過程的同時可將熱量傳遞給沼氣發(fā)酵罐，為沼氣發(fā)酵罐提供熱量；第五，沼氣發(fā)酵罐中形成的沼液，可在水泵的作用下，通過出料口 38抽入預(yù)處理反應(yīng)罐噴淋裝置中，再次作為噴淋液對預(yù)處理反應(yīng)罐罐內(nèi)物料進行噴淋。本發(fā)明中的預(yù)處理反應(yīng)罐能夠?qū)r(nóng)作物秸桿進行好氧、微好氧或沼氣預(yù)處理，促進木質(zhì)纖維素的分解，為光合制氫反應(yīng)器49提供滲濾液作為原料，還能將預(yù)處理反應(yīng)罐罐內(nèi)物料和生物代謝熱量運送到沼氣發(fā)酵罐，實現(xiàn)了秸桿沼氣發(fā)酵的高效轉(zhuǎn)化，減少了環(huán)境污染。
[0025]本發(fā)明中，預(yù)處理反應(yīng)罐通氧管8、圓盤渦輪攪拌器15、螺旋攪拌器16、預(yù)處理反應(yīng)罐加熱盤管20、預(yù)處理反應(yīng)罐測溫儀19、噴淋裝置、預(yù)處理反應(yīng)罐滲濾液回流裝置、預(yù)處理反應(yīng)罐氧化還原電位儀、預(yù)處理反應(yīng)罐液位控制儀、螺旋分離器47、光合制氫反應(yīng)器49、沼氣發(fā)酵罐壓力表和沼氣發(fā)酵罐測溫儀39均屬于成熟的現(xiàn)有技術(shù)，也不再贅述。
[0026]一種秸桿微好氧預(yù)處理氫沼聯(lián)合發(fā)酵方法，包括以下步驟:A.將秸桿投入預(yù)處理反應(yīng)罐內(nèi)，利用噴淋液中微生物對秸桿進行預(yù)處理，秸桿在好氧微生物和微好氧微生物作用的梯次作用使表面蠟質(zhì)層破壞，纖維素、半纖維素降解為小分子化合物；
B.將含有秸桿降解后形成的小分子聚合物的滲濾液收集，通過加壓泵送入螺旋分離器進行浮渣過濾；利用絞龍傳送機構(gòu)，將預(yù)處理反應(yīng)罐內(nèi)產(chǎn)生的固態(tài)物料送入到沼氣發(fā)酵罐罐體內(nèi)進行發(fā)酵；
C.將經(jīng)過螺旋分離器過濾后的滲濾液存儲在滲濾液儲存罐中，定時向光合制氫反應(yīng)器輸送；
向光合制氫反應(yīng)器中接入產(chǎn)氫光合細(xì)菌，設(shè)定制氫反應(yīng)器溫度為30°C?33°C,將光照控制在2000-30001X，滲 濾液停留時間在l(T20h之間進行制氫。
【權(quán)利要求】
1.一種秸桿微好氧預(yù)處理氫沼聯(lián)合發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于:包括預(yù)處理反應(yīng)罐、沼氣發(fā)酵罐和光合制氫反應(yīng)器，所述的預(yù)處理反應(yīng)罐包括設(shè)置在預(yù)處理反應(yīng)罐夾套內(nèi)的預(yù)處理反應(yīng)罐罐體，預(yù)處理反應(yīng)罐罐體上下兩端分別設(shè)置有預(yù)處理反應(yīng)罐上封頭和預(yù)處理反應(yīng)罐下封頭，預(yù)處理反應(yīng)罐上封頭上設(shè)置有與大氣連通的預(yù)處理反應(yīng)罐入料口、預(yù)處理反應(yīng)罐物料取樣口和預(yù)處理反應(yīng)罐出氣口，預(yù)處理反應(yīng)罐罐體內(nèi)設(shè)置有預(yù)處理反應(yīng)罐通氧管和預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌輸送裝置，預(yù)處理反應(yīng)罐罐體下端設(shè)置有預(yù)處理反應(yīng)罐出料管，預(yù)處理反應(yīng)罐罐體內(nèi)設(shè)置有預(yù)處理反應(yīng)罐滲濾液回流裝置，預(yù)處理反應(yīng)罐滲濾液回流裝置包括預(yù)處理反應(yīng)罐滲濾液吸管和柵板，預(yù)處理反應(yīng)罐滲濾液吸管進水端設(shè)置在柵板下方的預(yù)處理反應(yīng)罐下封頭內(nèi)，預(yù)處理反應(yīng)罐滲濾液吸管出水端設(shè)置在預(yù)處理反應(yīng)罐上封頭上且穿過沼氣發(fā)酵罐上封頭；預(yù)處理反應(yīng)罐滲濾液吸管出水端通過設(shè)置有加壓泵的管道連接滲濾液存儲罐進水口，泵與滲濾液存儲罐之間設(shè)置有螺旋分離器，滲濾液存儲罐的出水口連接光合制氫反應(yīng)器的進料口 ；預(yù)處理反應(yīng)罐內(nèi)的物料通過預(yù)處理反應(yīng)罐出料管進入到沼氣發(fā)酵罐罐體內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的秸桿微好氧預(yù)處理氫沼聯(lián)合發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于:所述的預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌輸送裝置包括預(yù)處理反應(yīng)罐罐體中心軸向設(shè)置的預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸，預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸上端穿過預(yù)處理反應(yīng)罐上封頭連接預(yù)處理反應(yīng)罐電機，預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸下端通過預(yù)處理反應(yīng)罐支撐座設(shè)置在預(yù)處理反應(yīng)罐出料管內(nèi)，預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸上設(shè)置有預(yù)處理反應(yīng)罐圓盤渦輪攪拌器和預(yù)處理反應(yīng)罐螺旋攪拌器，預(yù)處理反應(yīng)罐螺旋攪拌器和預(yù)處理反應(yīng)罐出料管配合形成絞龍傳送機構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的秸桿微好氧預(yù)處理氫沼聯(lián)合發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于:所述的預(yù)處理反應(yīng)罐圓盤渦輪攪拌器和預(yù)處理反應(yīng)罐螺旋攪拌器分別通過圓盤渦輪攪拌器單向離合器和螺旋攪拌器單向離合器設(shè)置在預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸上，且圓盤渦輪攪拌器單向離合器和螺旋攪拌器單向離合器的鎖止方向相反，預(yù)處理反應(yīng)罐螺旋攪拌器從預(yù)處理反應(yīng)罐攪拌軸下端三分之一處開始設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的秸桿微好氧預(yù)處理氫沼聯(lián)合發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于:所述的預(yù)處理反應(yīng)罐罐體內(nèi)設(shè)置有預(yù)處理`反應(yīng)罐噴淋裝置，預(yù)處理反應(yīng)罐噴淋裝置包括設(shè)置在預(yù)處理反應(yīng)罐上封頭且穿過沼氣發(fā)酵罐上封頭的預(yù)處理反應(yīng)罐噴淋液進水口，預(yù)處理反應(yīng)罐噴淋液進水口與設(shè)置在預(yù)處理反應(yīng)罐上封頭內(nèi)的環(huán)形噴淋管連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項所述的秸桿微好氧預(yù)處理氫沼聯(lián)合發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于:所述的沼氣發(fā)酵罐包括設(shè)置在沼氣發(fā)酵罐夾套內(nèi)的沼氣發(fā)酵罐罐體，沼氣發(fā)酵罐罐體上下兩端分別設(shè)置有沼氣發(fā)酵罐上封頭和沼氣發(fā)酵罐下封頭，沼氣發(fā)酵罐上封頭上設(shè)置有與大氣連通的沼氣發(fā)酵罐集氣口、沼氣發(fā)酵罐有機廢水進水管，沼氣發(fā)酵罐罐體上設(shè)置有料液出口、出料口，沼氣發(fā)酵罐罐體內(nèi)設(shè)置有攪拌裝置，沼氣發(fā)酵罐罐體下端設(shè)置有排污口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的秸桿微好氧預(yù)處理氫沼聯(lián)合發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于:所述的預(yù)處理反應(yīng)罐設(shè)置在沼氣發(fā)酵罐上方，預(yù)處理反應(yīng)罐出料管出料口設(shè)置有電動蝶閥，預(yù)處理反應(yīng)罐出料管穿過沼氣發(fā)酵罐上封頭進入沼氣發(fā)酵罐罐體內(nèi)部,沼氣發(fā)酵罐罐體中心軸向設(shè)置有沼氣發(fā)酵罐攪拌軸，沼氣發(fā)酵罐攪拌軸上設(shè)置有圓盤渦輪攪拌器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的秸桿微好氧預(yù)處理氫沼聯(lián)合發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于:所述的預(yù)處理反應(yīng)罐罐體內(nèi)設(shè)置有預(yù)處理反應(yīng)罐加熱裝置、預(yù)處理反應(yīng)罐測溫儀、預(yù)處理反應(yīng)罐氧化還原電位儀和預(yù)處理反應(yīng)罐液位控制儀，預(yù)處理反應(yīng)罐加熱裝置包括設(shè)置在預(yù)處理反應(yīng)罐罐體內(nèi)壁上的預(yù)處理反應(yīng)罐加熱盤管，預(yù)處理反應(yīng)罐測溫儀布線口、預(yù)處理反應(yīng)罐加熱盤管出水口、預(yù)處理反應(yīng)罐加熱盤管入水口和預(yù)處理反應(yīng)罐氧化還原電位儀安裝口設(shè)置在預(yù)處理反應(yīng)罐上封頭上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的秸桿微好氧預(yù)處理氫沼聯(lián)合發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于:所述的沼氣發(fā)酵罐內(nèi)設(shè)置有沼氣發(fā)酵罐壓力表和沼氣發(fā)酵罐測溫儀，沼氣發(fā)酵罐壓力表安裝口和沼氣發(fā)酵罐測溫儀布線口均設(shè)置在沼氣發(fā)酵罐上封頭上。
9.一種秸桿微好氧預(yù)處理氫沼聯(lián)合發(fā)酵方法，其特征在于，包括以下步驟: A:將秸桿投入預(yù)處理反應(yīng)罐內(nèi)，利用噴淋水對秸桿進行預(yù)處理，在好氧微生物和微好氧微生物作用下從破壞秸桿表面蠟質(zhì)層、降解大分子聚合物等方面對秸桿進行降解； B:將含有秸桿降解后形成的小分子聚合物的滲濾液收集，通過加壓泵送入螺旋分離器進行浮渣過濾；利用絞龍傳送機構(gòu)，將預(yù)處理反應(yīng)罐內(nèi)產(chǎn)生的固態(tài)物料送入到沼氣發(fā)酵罐罐體內(nèi)進行發(fā)酵； C:將經(jīng)過螺旋分離器過濾后的滲濾液存儲在滲濾液儲存罐中，定時向光合制氫反應(yīng)器輸送； D:光合制氫反應(yīng)器在30°C _33°C的厭氧條件下，將光照控制在2000-30001X，使?jié)B濾液停留時間在l(T20h之 間進行制氫。
【文檔編號】C12M1/02GK103436440SQ201310386887
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】焦有宙, 李剛, 丁攀, 李鵬飛, 高贊, 關(guān)山月, 李威峰 申請人:河南農(nóng)業(yè)大學(xué)