本發(fā)明涉及一種兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)，特別是一種應(yīng)用氣液聯(lián)合攪拌的兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)，屬于可再生能源技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著全球氣候變暖及化石能源的日益緊缺，厭氧發(fā)酵技術(shù)在世界范圍內(nèi)日益受到重視。厭氧發(fā)酵技術(shù)具有能耗低、無污染和可生產(chǎn)再生能源沼氣的特點。目前，國內(nèi)外已有很多專家學(xué)者對厭氧發(fā)酵技術(shù)進行了研究。厭氧發(fā)酵技術(shù)主要有單相厭氧發(fā)酵技術(shù)和兩相厭氧發(fā)酵技術(shù)。相比于單相厭氧發(fā)酵技術(shù)，兩相厭氧發(fā)酵技術(shù)具有抗沖擊負(fù)荷能力強、運行穩(wěn)定、負(fù)荷率高、處理效率高的優(yōu)點。

但是，當(dāng)前兩相厭氧發(fā)酵技術(shù)也存在一系列的問題，其一就是傳統(tǒng)工藝在水解酸化罐內(nèi)進行水解酸化過程要產(chǎn)生大量的氫氣，而降解的氫氣量卻很少，使得水解酸化罐內(nèi)的氫分壓逐漸升高，抑制了丙酸的進一步厭氧氧化，直接導(dǎo)致丙酸發(fā)生積累造成水解酸化罐的穩(wěn)定性下降，從而影響穩(wěn)定產(chǎn)氣；其二就是水解酸化罐和產(chǎn)氣罐內(nèi)物料分布不均容易形成堆積和頂部結(jié)殼，使得產(chǎn)氣量降低，因此需要添加合適的攪拌方式。

目前發(fā)酵料液的攪拌形式按攪拌介質(zhì)來分主要有三類：機械攪拌、水力攪拌和氣動攪拌。機械攪拌是最直接的一種攪拌形式，對于破除物料結(jié)殼和堆積具有最直接的效果；水力攪拌是使用水泵將料液從發(fā)酵罐內(nèi)抽出又重新沖注到罐中的一種攪拌形式，它具有能耗較低，易形成流化促進產(chǎn)氣的特點；氣動攪拌是利用氣泵將沼氣(或其他氣體)灌入發(fā)酵料液中，氣體再以氣泡的形式浮出液面的形式，其運行成本較其他兩種更低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明在傳統(tǒng)兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提供了一種應(yīng)用氣液聯(lián)合攪拌的兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用系統(tǒng)內(nèi)自循環(huán)通過氣動攪拌循環(huán)和水力攪拌循環(huán)分別實現(xiàn)水解酸化罐和產(chǎn)氣罐的攪拌，從而實現(xiàn)穩(wěn)定均衡發(fā)酵產(chǎn)氣、提高產(chǎn)氣量、減少溫室氣體排放、節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種應(yīng)用氣液聯(lián)合攪拌的兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)，包括水解酸化罐1、產(chǎn)氣罐2、集氣罐3、脫硫干燥裝置4、提純裝置5、氣泵6和循環(huán)泵7；

所述水解酸化罐1頂部或上部側(cè)面設(shè)置有進料口和出氣口，上部側(cè)面設(shè)置有出料口，底部或下部側(cè)面設(shè)置有進氣口，所述產(chǎn)氣罐2頂部或上部側(cè)面設(shè)置有出氣口，上部側(cè)面設(shè)置有出料口，底部或下部側(cè)面設(shè)置有進料口和沼渣沼液排出口，所述提純裝置5設(shè)有精沼氣出口和循環(huán)氣出口；

所述水解酸化罐1的出氣口通過閥門9、產(chǎn)氣罐2的出氣口通過閥門10與集氣罐3相連、集氣罐3再依次與脫硫干燥裝置4、提純裝置5相連，提純裝置5的循環(huán)氣出口通過閥門和氣泵6與水解酸化罐1的進氣口相連；

所述水解酸化罐1的出料口通過閥門13與產(chǎn)氣罐2的出料口通過閥門14匯合后通過循環(huán)泵7與產(chǎn)氣罐2的進料口相連。

本發(fā)明所述相連除特別說明外是指通過管路連接。

上述兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)，水解酸化罐1和產(chǎn)氣罐2產(chǎn)生的粗沼氣，經(jīng)過脫硫和提純后得到CO₂氣體與精沼氣，精沼氣從精沼氣出口被收集，CO₂氣體從循環(huán)氣出口再由氣泵6通入水解酸化罐1中形成水解酸化罐1的氣動攪拌循環(huán)。循環(huán)泵7將從水解酸化罐1與產(chǎn)氣罐2中流出、混合后的料液從產(chǎn)氣罐進料口輸入形成水力攪拌循環(huán)。

上述應(yīng)用氣液聯(lián)合攪拌的兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)，所述水解酸化罐1的進料口連接有閥門8，所述產(chǎn)氣罐2的沼渣沼液排出口連接有閥門16。

上述應(yīng)用氣液聯(lián)合攪拌的兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)，所述提純裝置5的循環(huán)氣出口與氣泵6之間、以及氣泵6與水解酸化罐1的進氣口之間分別設(shè)有閥門11和12。

上述應(yīng)用氣液聯(lián)合攪拌的兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)，所述循環(huán)泵7與產(chǎn)氣罐2的進料口之間設(shè)有閥門15。

上述應(yīng)用氣液聯(lián)合攪拌的兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)，所述提純裝置5的循環(huán)氣出口與水解酸化罐1的進料口之間和/或水解酸化罐1和產(chǎn)氣罐2的出料口與產(chǎn)氣罐2的進料口之間設(shè)置有加熱裝置，分別對循環(huán)氣和混合料液進行加熱。本發(fā)明的兩個循環(huán)中的攪拌源CO₂和混合料液可以在進入水解酸化罐1和產(chǎn)氣罐2前被加熱，從而實現(xiàn)對水解酸化罐1和產(chǎn)氣罐2的保溫增溫。

上述應(yīng)用氣液聯(lián)合攪拌的兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)，水解酸化罐1的進料口可以從外界引入CO₂源。

本發(fā)明的應(yīng)用氣液聯(lián)合攪拌的兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)，具有巧妙的系統(tǒng)布局和循環(huán)管路設(shè)計，通過以下特點和優(yōu)勢改善了現(xiàn)有發(fā)酵體系碳源浪費、氫氣需要特殊處理、產(chǎn)氣轉(zhuǎn)化率低、攪拌方式復(fù)雜的問題：①、水解酸化罐氣動攪拌循環(huán)中的氣動源為經(jīng)水解酸化罐1、產(chǎn)氣罐2產(chǎn)生和脫硫干燥裝置4、提純裝置5處理后得到的CO₂氣體，減少了溫室氣體排放；②、將CO₂通入水解酸化罐中提高了有機物降解速率，充分利用系統(tǒng)內(nèi)碳源，同時還形成了氣動攪拌避免了水解酸化罐內(nèi)物料堆積和頂部結(jié)殼；③、將CO₂通入水解酸化罐中使得水解酸化罐內(nèi)的氫分壓降低，避免了丙酸在水解酸化罐內(nèi)發(fā)生積累，增加了水解酸化罐運行的穩(wěn)定性；④、將從水解酸化罐中流出的水解酸化液與產(chǎn)氣罐流出的發(fā)酵液混合，混合中完成調(diào)質(zhì)、調(diào)pH、調(diào)溫后再送入產(chǎn)氣罐中發(fā)酵，避免了產(chǎn)氣罐內(nèi)產(chǎn)生較大有機負(fù)荷沖擊，也避免了產(chǎn)氣罐內(nèi)物料堆積和頂部結(jié)殼，實現(xiàn)了連續(xù)發(fā)酵；⑤、通過兩種攪拌方式的聯(lián)合實現(xiàn)對水解酸化罐和產(chǎn)氣罐的分別控制，提高了產(chǎn)氣率；⑥、系統(tǒng)布局結(jié)構(gòu)簡單，效率高，可實現(xiàn)自動控制。

附圖說明

圖1為實施例1應(yīng)用氣液聯(lián)合攪拌的兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)示意圖。

1-水解酸化罐，2-產(chǎn)氣罐，3-集氣罐，4-脫硫干燥裝置，5-提純裝置，6-氣泵，7-循環(huán)泵，8、9、10、11、12、13、14、15、16-閥門。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步地說明，但本發(fā)明的實施方式不僅限于此。

請參閱圖1，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用氣液聯(lián)合攪拌的兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含水解酸化罐氣動攪拌循環(huán)和產(chǎn)氣罐水力攪拌循環(huán)兩個循環(huán)。

水解酸化罐氣動攪拌循環(huán)包括按以下方式連接的裝置：水解酸化罐1的頂部設(shè)有通過閥門8控制的進料口，和一個出氣口，該出氣口通過閥門9與產(chǎn)氣罐2的頂部出氣口通過閥門10與集氣罐3相連、集氣罐3再依次與脫硫干燥裝置4、提純裝置5相連，提純裝置5的循環(huán)氣出口通過閥門11、氣泵6和閥門12與水解酸化罐1的底部進氣口相連，提純裝置5的精沼氣出口用于收集精沼氣；

在水解酸化罐氣動攪拌循環(huán)中，開啟閥門9、10、11、12，水解酸化罐1中產(chǎn)生的H₂、CO₂、CO等氣體和產(chǎn)氣罐2中產(chǎn)生的CH₄、H₂、CO₂、N₂、H₂S等氣體進入集氣罐3中，收集到的混合氣體即為所稱的粗沼氣，但是粗沼氣含有H₂S等物質(zhì)含水會腐蝕管道且有劇毒，因此經(jīng)由脫硫干燥裝置4除去H₂S和水分。接著，進入提純裝置5將粗沼氣中的N₂除去，并分離出CO₂和可供用戶使用的精沼氣，再將得到的CO₂經(jīng)氣泵6從水解酸化罐1底部送入，曝氣攪拌后，再經(jīng)由閥門9回到集氣罐3，形成整個循環(huán)。

產(chǎn)氣罐水力攪拌循環(huán)包括按以下方式連接的裝置：水解酸化罐1的上部側(cè)面出料口13通過閥門13與產(chǎn)氣罐2的上部側(cè)面出料口通過閥門14匯合后通過循環(huán)泵7、閥門15與產(chǎn)氣罐2的底部進料口相連，產(chǎn)氣罐2的下部側(cè)面設(shè)有排出沼渣沼液的閥門16。

在產(chǎn)氣罐水力攪拌循環(huán)中，開啟閥門13、14、15，將水解酸化罐1上部中經(jīng)水解酸化完成后的水解酸化液和從產(chǎn)氣罐2上部中流出的發(fā)酵液按照相應(yīng)比例進行混合調(diào)質(zhì)，同時由于水解酸化液pH值較低，而發(fā)酵液相對更高，混合后可以調(diào)整pH值，避免對產(chǎn)氣罐中的發(fā)酵液造成沖擊?；旌虾蟮牧弦航?jīng)由循環(huán)泵7從產(chǎn)氣罐2底部送入，形成整個循環(huán)。

兩個攪拌循環(huán)可同時進行，也可控制閥門開啟使得分別進行。系統(tǒng)在兩個攪拌循環(huán)的促進下，實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定產(chǎn)氣，發(fā)酵完成后的沼渣沼液經(jīng)由閥門16排出。

以上實施例是本發(fā)明較優(yōu)選具體實施方式的一種，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本技術(shù)方案范圍內(nèi)進行的通常變化和替換應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。