[发明专利]基于沼气循环式发酵的沼气降碳耦合沼液减污装置及方法

权利要求书

1.一种基于沼气循环式发酵的沼气降碳耦合沼液减污装置，其特征在于，包括电发酵单元、固液分离单元、水热碳化单元和产物收集单元，

其中，电发酵单元包括电发酵槽、阴极室、阳极室、阳离子交换膜、直流恒压电源，固液分离单元中设有机械脱水装置，水热碳化单元中设有水热反应釜，产物收集单元包括水热炭储槽、处理后液体储槽和提纯后沼气储槽；

阴极室设有阴极、液封进料口、沼气进气口、带孔布气管、沼气排气口、发酵残余物排出口；阳极室设有阳极、沼液进液口、带孔布液管、处理后液体排出口；

电发酵槽底部设置带孔支撑板，电发酵槽内设置阴极室和阳极室，阴极室和阳极室由阳离子交换膜分隔；

电发酵槽下部一侧开有沼气进气口，沼气进气口连接电发酵槽内的带孔布气管，带孔支撑板设置在带孔布气管上部；液封进料口设置在阴极室内，电发酵槽上部一侧开有沼气排出口，电发酵槽底部开有发酵残余物排出口，发酵残余物排出口连接管路通过水泵连接至机械脱水装置，脱水后的物料送至水热反应釜，反应得到的产物送至水热炭储槽，机械脱水装置和水热反应釜还通过管路连接至沼液进液口，管路上设置水阀和水泵；

阳极室上方开有沼液进液口和处理后液体排出口，带孔布液管通过沼液进液口深入阳极室底部，处理后液体排出口连接管路经水阀、水泵后连接至处理后液体储槽，阴极室内放置沼渣水热炭。

2.根据权利要求1所述的基于沼气循环式发酵的沼气降碳耦合沼液减污装置，其特征在于，所述阴极室内设置不少于两个阴极，阳极室内设置一个阳极，阴极围绕阳极设置，每根阴极的导线相连后接入直流恒压电源的负极，阳极电极材料为碳刷，通过导线接入直流恒压电源的正极。

3.根据权利要求2所述的基于沼气循环式发酵的沼气降碳耦合沼液减污装置，其特征在于，所述阴极的设置数量为4～8根，阴极材料为碳布；或阴极由一块导电金属薄片沿电发酵槽边缘卷制呈圆筒状，阴极材料为薄铜板。

4.根据权利要求1所述的基于沼气循环式发酵的沼气降碳耦合沼液减污装置，其特征在于，所述沼气排出口排出的沼气经三通分流阀，进入提纯后沼气储槽，或经气泵进入沼气进气口，三通分流阀和提纯后沼气储槽之间的管路上设置气体流量计。

5.根据权利要求1所述的基于沼气循环式发酵的沼气降碳耦合沼液减污装置，其特征在于，所述电发酵槽直径为10～20cm；高度为25～35cm，其中，阳极室由CMI-7000阳离子交换膜卷制而成；阴极室占电发酵槽体积的75～85％。

6.根据权利要求1所述的基于沼气循环式发酵的沼气降碳耦合沼液减污装置的应用方法，其特征在于，将餐厨垃圾和菌糠混合作为发酵底物，接种消化污泥，并添加沼渣水热炭，将混合物加入到电发酵槽的阴极室中，在温度为50-55℃的条件下进行厌氧发酵，直至高温消化反应周期结束；

发酵残余物经发酵残余物排出口进入固液分离单元，经机械脱水装置分离后的沼液，经沼液进液口和带孔布液管均匀注入阳极室底部，被氧化减污后的残液经处理后液体排出口排至处理后液体储槽；

固液分离后的沼渣在水热反应釜进行水热碳化反应后制得沼渣水热炭，置于水热炭储槽。

7.根据权利要求6所述的基于沼气循环式发酵的沼气降碳耦合沼液减污装置的应用方法，其特征在于，所述沼渣水热炭是将餐厨垃圾和菌糠混合物厌氧发酵后的残余，经机械脱水后得到含水率70％-90％的固体沼渣，放入水热反应釜中，以5℃-7℃/min的升温速率升温至180～240℃，保温0.5-2h，水热碳化反应完成后冷却至室温，抽滤并干燥后得到。

8.根据权利要求1所述的基于沼气循环式发酵的沼气降碳耦合沼液减污装置，其特征在于，所述阴极和阳极两电极间施加恒定电流1～10mA，阳极室中的H⁺穿过阳离子交换膜迁移至阴极室。