[发明专利]一种自动调控碱度预防厌氧混合发酵酸化的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及环保及可再生能源领域，特别是一种应用自动调节控制技术预防混合发酵酸化并实现工艺稳定运行的一种自动调控碱度预防厌氧混合发酵酸化的装置及其方法。

背景技术

能源的合理利用已成为影响和制约人类可持续发展的重要问题。生物质能源属于可再生能源，是目前国家重点鼓励的新能源发展领域。其中，混合发酵为农作物秸秆和人畜粪便等有机废弃物的资源化利用提供了有效途径，是实现农业废弃物资源化利用的重要途径。多种物料混合厌氧发酵技术，可避免单一原料厌氧发酵缺陷，提高沼气发酵产气效率，从而高效率地解决环境污染与能源生产问题。

实际工程应用中，由于季节变化等客观因素的影响，物料性质易波动，导致混合发酵系统内部碳氮比和系统的缓冲能力不稳定，从而容易引起酸化问题，导致系统崩溃。混合发酵中非产甲烷菌降解有机物的过程可产生大量的挥发性脂肪酸（VFA） 和CO₂，明显降低系统pH；而产甲烷菌则在利用乙酸、甲酸、氢形成甲烷的过程中消耗酸和CO₂。两者的共同作用可使反应体系内pH 稳定在一个适宜的范围内，并使有机物顺利地分解，产生甲烷。然而，相对于非产甲烷菌而言，产甲烷菌对温度、pH、碱度、碳氮比及有毒物质等均很敏感，各种因素的适宜范围均较窄，要求更加苛刻。所以当系统中温度、pH、碱度等影响因素或者有机负荷剧烈变化时，产甲烷菌的活性会受到一定程度抑制，而非产甲烷菌活性所受的影响较小，其产生的VFA 不能全部被产甲烷菌利用，使得厌氧体系内VFA 大量积累，两大类细菌的代谢平衡被破坏。因而温度、pH、碱度、碳氮比等条件均能导致酸化现象的产生。发生酸化的系统内，VFA大量累积，抑制了甲烷菌的活性。甚至，根据前人经验，当VFA超过8.87mmol/L时，甲烷菌大量死亡。酸化问题是制约高效混合发酵效能提升和稳定运行的关键因素，已成为混合发酵研究的热点和难点。

虽然，pH 是后续厌氧消化稳定性的最佳指示剂，但是当系统内可检测到的pH值已经超出合理范围，系统内部早已经发生酸化，很难逆转。pH 作为微生物发酵活性的指示剂主要依赖于 CO₂的分压和发酵液中酸碱物质的平衡，而碱度能够稳定发酵液的 pH 值，它反应了消化系统的缓冲能力。当碱度降低，超出阈值，预示着系统缓冲能力下降，将产生酸化问题。如果能够及时检测到系统内碱度降低，可在pH开始下降之前对系统进行维护，补充碱度，调节系统平衡，可有效预防混合发酵中的酸化问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种自动调控碱度预防厌氧混合发酵酸化的装置及其方法，不仅可以稳定系统运行，提高混合物料的利用率，同时避免经济损失，提高实际工程的生产效率和经济效益。本发明的目的是应用碱度在线监测系统对混合发酵系统中缓冲能力下降的问题及时预警，并通过缓冲液自动补充系统迅速调节，有效预防混合发酵过程中产生酸化问题。

为实现上述目的，本发明采用一下技术方案：

一种自动调控碱度预防厌氧混合发酵酸化的装置，所述装置采用碱度在线监测系统对发酵过程中缓冲能力下降的问题及时预警，并通过缓冲液自动补充系统迅速调节，预防混合发酵过程中产生酸化。

进一步的，所述装置包括：厌氧发酵罐、搅拌系统、碱度在线监测系统、缓冲液自动补充系统，所述碱度在线监测系统包括：碱度控制器、蜂鸣器、碱度在线监测电极A、碱度在线监测电极B、碱度在线监测电极C，所述缓冲液自动补充系统包括：缓冲液控制器、补液罐和进液管。

进一步的，所述碱度在线监测电极A、碱度在线监测电极B和碱度在线监测电极C分别与所述厌氧发酵罐连接，所述碱度在线监测电极A、碱度在线监测电极B和碱度在线监测电极C的检测端分别设置于发酵罐内的上部、中部与下部，所述碱度在线监测电极A、碱度在线监测电极B和碱度在线监测电极C的另一端皆与所述碱度控制器的输入端连接。

进一步的，所述蜂鸣器与所述碱度控制器的一个输出端连接，所述碱度控制器的另一个输出端与所述缓冲液控制器的输入端连接；所述缓冲液控制器的输出端与所述补液罐的输入端连接；所述补液罐的输出端与进液管的入口连接；所述进液管的出口设置于厌氧发酵罐的上部。

进一步的，所述搅拌系统安装在厌氧发酵罐内部。

进一步的，所述缓冲液自动补充系统的缓冲液采用1mol/L碳酸氢钠或1mol/L的碳酸钠。

进一步的，所述补液罐、进液管、搅拌系统、碱度在线监测电极A、B、C材料均采用耐腐蚀材料。