[发明专利]电磁强化木质纤维液化‑射流旋流多级能源化的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于废物资源化生产生物质能源技术领域，具体涉及一种电磁强化木质纤维液化-射流旋流多级能源化的方法及装置。

背景技术

随着工农业的发展和人类生活水平的提高，人类对煤、石油、天然气等化石能源的需求日益剧增，但随着人类的不断开采，化石能源的枯竭是不可避免的，大部分化石能源本世纪将被开采殆尽。

生物质能属可再生资源，生物质能由于通过植物的光合作用可以再生。利用有机废物厌氧发酵生产生物质能源，不仅能够有效的解决环境污染问题，而且还能够缓解人类对化石能源的需求量，是解决能源与环境问题的有效途径之一。

制约大中型规模化厌氧发酵工程的一个主要因素便是原料受限制。多数情况下，发酵原料用的都是污水、猪粪等，而牛粪、羊粪、植物残枝、造纸厂废水等原料发酵效果却理想。其原因主要是由于自然界当中，大部分生物质原料中含有大量纤维素、半纤维素及木质素，但由于纤维素、半纤维素及木质素稳定且复杂的分子结使其构难以高效降解，成为了制约厌氧发酵生产生物质能源的主要因素。

目前，国内外利用有机废物生产生物质能源最常用的厌氧消化装置为中温全混合式发酵罐。全混合式发酵罐最大的有点即适用于高浓度和含有大量悬浮颗粒物的有机原料。但根据厌氧消化三阶段理论，在厌氧消化的各阶段所需pH、温度等条件以及微生物菌群存在一定的差异，且各阶段所需微生物菌群之间存在有抑制作用，因此全混合式发酵罐一定程度上不能够充分的利用有机原料制取生物质能源。与此同时，在厌氧消化的产气阶段会产生一定量的无机含氮离子，不同无机含氮离子会随浓度的不断升高而抑制体系的产气能力，一定程度上也限制了全混合式发酵技术的发展。

因此需要一种新型厌氧消化制取生物质能源的工艺及装置，在保证纤维素、半纤维素及木质素高效水解的同时，能够充分发挥厌氧消化各阶段优势菌种并解决各阶段微生物菌群间的相互抑制作用，实现有机废物厌氧消化制取生物质能源的最大化利用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的厌氧消化制取生物质能源方法中所存在的木质素、纤维素及半纤维素降解率低、发酵罐易结壳和阶段微生物相互抑制等缺点；本发明的目的在于提供一种电磁强化木质纤维液化-射流旋流多级能源化的方法，该方法具有木质素、纤维素及半纤维素降解效率高、分阶段强化微生物菌群优势、过程条件及生物质能源产物可控、操作流程简单等优点；具体包括以下步骤：

预处理水解段：将原料与水解菌剂、pH调节剂混合均匀后，混合物切向送入水解罐中在罐体内形成稳定旋流，在pH 4~5.2、外加电场、磁场作用下进行水解处理，强化原料中纤维素、半纤维素及木质素的降解；水解阶段完成后，在其末端通入高温蒸汽对原料进行杀菌处理；在电磁强化的作用下，水解菌剂在生长繁殖的过程中会释放大量的厌氧菌胞外酶，厌氧菌胞外酶能够将纤维素、半纤维素及木质素等复杂分子结构的有机物分解为简单有机物；

酸化段：预处理水解后的原料与酸化菌剂、pH调节剂混合均匀后，混合物通过射流器并切向送入酸化罐中在罐体内形成稳定旋流，在pH 5.5~7.0下进行酸化；其间原料在通过射流器时，间歇通入高温水蒸汽对原料进行灭菌处理；酸化菌剂在生长繁殖的过程中能够把除乙酸、甲酸、甲醇以外的上阶段产物转化为乙酸、氢气和二氧化碳等；

发酵段：酸化后的原料通过射流器，在通过射流器时，间歇通入高温蒸汽对原料进行灭菌处理；然后酸化后原料与产甲烷菌剂、pH调节剂混合均匀，混合物切向送入发酵罐中在罐体内形成稳定旋流，最后在pH 6.8~7.2进行厌氧发酵，收集发酵沼气、沼液及沼渣；产甲烷菌在生长繁殖过程中能够把前两个阶段所产生的乙酸、氢气及二氧化碳转化为甲烷。

所述原料包含固体和/或液体两种，进入反应工艺前分别做不同预处理：

（1）动物粪便、植物残枝等固体原料：进料前需要进行破碎、混合处理，再通过80~240目细筛网后进入反应工艺；

（2）秸秆滤液、有机废水等液体原料：进料前需要进行搅拌混合，再通过80~240细筛网后进入反应工艺。

本发明方法中各阶段使用的菌剂均为常规市售菌剂；

所述水解菌剂为常规市售能够将纤维素、半纤维素及木质素水解的微生物菌剂，即黄孢原毛平革菌、歧皱青霉、复合菌系MC1、复合菌系WSC-6中的一种或任意比几种，水解菌剂在原料中的接种量为3×10⁹~8×10⁹cfu/mL。