[发明专利]两相耦合厌氧发酵产沼气及原位沼气提纯装置

说明书

一种两相耦合厌氧发酵产沼气及原位沼气提纯装置，包括：产酸产氢反应器和与之相连的厌氧发酵产甲烷反应器，产酸产氢反应器的气体排出支路与厌氧发酵产甲烷反应器的输出端相连，发酵液输出支路与厌氧发酵产甲烷反应器的物料进料口相连，厌氧发酵产甲烷反应器的排气口与气体回流口之间设有气体输出回流支路形成自循环以延长产酸产氢反应器气相产物在厌氧发酵产甲烷反应器发酵液中的反应路径，物料回流口和物料进料口之间设有液体回流支路形成循环管路，用以产甲烷反应器发酵液回流。本装置实现了在发酵过程中，提升产酸产氢相降解有机废弃物能力的同时促进氢营养型产甲烷生物作用，提升沼气中甲烷含量，实现原位沼气提纯。

技术领域

本发明涉及的是一种环境工程领域的技术，具体是一种两相耦合厌氧发酵产沼气及原位沼气提纯装置。

背景技术

现有工业上应用最广泛的厌氧发酵制取沼气技术一般都是在一个反应器中进行，但在运行过程中，在处理高有机负荷的有机污染物时，容易出现失稳和降解效率低的问题。近年来，产酸产甲烷两相厌氧发酵的研究为解决上述单相厌氧发酵的不足提供了有效解决方案，即产酸相排出的发酵液经产甲烷相再次利用，从而提高厌氧发酵系统对有机废弃物的处理效率和能量回收率，但现有的两相厌氧发酵产沼气技术主要强调产酸相和产甲烷相之间的发酵液耦合关系，同时现有的两相发酵系统对底物的降解率依然不高，产酸相反应器和产甲烷相之间的物料循环模式，会把上一相反应器中的菌种带入到下一相，不适合其生存的环境，从而影响了生物作用，需要有效的调控，以调节产酸菌和产甲烷菌之间的平衡关系。并且，现有的两相发酵系统没有考虑到气相产物之间的耦合；对于产酸相而言，氢气的过量存在会影响产氢效率，并抑制系统降解有机物产酸效率，而对于产甲烷相，产酸相产生的氢气不但可以作为氢营养型产甲烷菌的产甲烷原料，并且可以抑制产甲烷相中产酸产氢作用，从而强化了两相耦合厌氧发酵产甲烷能力。此外，产酸相产生的气相产物加入到产甲烷相反应器，可以提升产甲烷相反应器内部压强，能促进二氧化碳等易溶气体溶解在水相中，可以相对提升沼气中甲烷含量，实现原位沼气提纯。

现有利用生物质及固体有机废弃物发酵法联产氢气和甲烷的技术分别获取两相各自优势产物的过程成本较高，且产物需要后续的分离和提纯的缺陷，忽视了两相在气相产物之间的关联，未能利用产酸相气相产物来调控两相反应过程，不能做到原位沼气提纯。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种两相耦合厌氧发酵产沼气及原位沼气提纯装置，使产酸产氢相和产甲烷相液相产物和气相产物物料耦合关系得到强化，克服了目前两相发酵系统中的不足，实现了在发酵过程中，提升产酸产氢相降解有机废弃物能力，并高效利用产酸产氢相气相产物，协调产酸菌和产甲烷菌之间互营关系，强化产甲烷相氢营养型产甲烷途径，提升沼气中甲烷含量，实现原位沼气提纯的目的。与此同时，该技术可缩短厌氧发酵周期，提高厌氧发酵处理有机废弃物能力，发酵原料利用效率高，发酵过程易于调控。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种两相耦合厌氧发酵产沼气及原位沼气提纯装置，包括：产酸产氢反应器和与之相连的厌氧发酵产甲烷反应器，其中：产酸产氢反应器的气体排出支路与厌氧发酵产甲烷反应器的输出端相连，发酵液输出支路与厌氧发酵产甲烷反应器的物料进料口相连，厌氧发酵产甲烷反应器的排气口与气体回流口之间设有气体输出回流支路形成自循环以延长产酸产氢反应器气相产物在厌氧发酵产甲烷反应器发酵液中的反应路径，物料回流口和物料进料口之间设有液体回流支路形成循环管路，用以产甲烷反应器发酵液回流。

技术效果

本发明整体解决了现有技术的对产氢产甲烷两相之间耦合性上的不足，利用产酸产氢相气相产物以减轻对产酸相的产氢抑制，同时实现产甲烷相的原位沼气提纯。与现有技术相比，本发明技术效果包括：