[发明专利]一种高浓度液态多元原料富厌氧菌发酵装置及其工艺

说明书

技术领域

本发明专利属于生物技术领域，涉及一种高浓度液态多元原料富厌氧菌发酵装置及其工艺，具体应用在厌氧消化领域，从发酵原料、菌群和工艺装备等关键影响因素着手，在高浓度液态原料条件实现厌氧发酵菌种的富集，提高厌氧消化效率和容积产气率。

背景技术

随着我国社会经济的快速发展，农业有机废弃物、城市有机垃圾等有机废弃物日益增多，带来了环境和生态方面等一系列的问题；同时，随着新农村建设进程加快，村镇的居住模式由分散模式逐步向集中模式转变，农村生活用能的需求逐渐增加，对高品位能源的需求日益增多。如何有效处理与综合利用城市和村镇日益增多的垃圾和废弃物，实现无害化、减量化、资源化，对于我国的环境保护和开发新能源具有重大的现实意义。

目前，我国农村和城镇有机废弃物基本为畜禽粪便、农作物秸秆、设施农业垃圾、餐厨垃圾、生活有机垃圾等，这些废弃物的共同特点是有机物含量高，采用厌氧发酵方式进行无害化处理与资源化利用，不仅可有效治理废弃物无序排放造成的环境污染问题，还可以产生可再生的清洁能源，缓解能源紧张的局势。然而目前传统沼气发酵工艺容积产气率低、经济效益差，主要受到原料单一、菌种富集困难、工艺和装备不匹配等不利因素的限制。因此，针对多元混合发酵原料，开发一种能够提高厌氧菌群的富集程度，进而提高整个反应器容积产气率的高效厌氧发酵工艺十分必要。

发明内容

本发明的目的是针对目前厌氧发酵工艺处理的液态物料浓度较低、原料单一、容积产气率低等问题，通过构建厌氧菌富集罐，提高菌群浓度和活性，由厌氧菌富集罐向厌氧反应器添加高活性、高浓度的厌氧菌，拓宽发酵原料的适应性，促进发酵原料的降解，提高厌氧反应器的容积有机负荷和容积产气率。

为达到这一目的所采取的技术方案如下：提供一种高浓度液态多元原料富厌氧菌发酵装置及其工艺。

高浓度液态多元原料富厌氧菌发酵装置包括厌氧菌富集罐和厌氧反应器。厌氧菌富集罐分为完全混合区、菌种富集区和沉淀区三个区，其中完全混合区设有旋流布水器、侧向搅拌器，菌种富集区设有填料，沉淀区设有三相分离器、排泥管；完全混合区、菌种富集区和沉淀区的体积比为1：2：1。

所述的完全混合区位于厌氧菌富集罐下部，从下自上设置有旋流布水器、侧向搅拌器，高浓度发酵原料由进料管进入旋流布水器后，均匀向上流动；侧向搅拌器引起水流扰动，将填料上附着过多的微生物冲刷下来，并进一步将这些活性微生物与发酵原料充分混合，促进其降解。

所述的菌种富集区位于厌氧菌富集罐中部，设有固定罐内的填料，用作微生物附着的载体，活性厌氧菌群大量附着在其上，可有效提高菌群的浓度，达到富集厌氧菌的目的。

所述的沉淀区位于厌氧菌富集罐上部，自下而上设有排泥管和三相分离器，排泥管用于将罐内高浓度活性的厌氧菌种输送至厌氧反应器内，三相分离器用于分离沼气、发酵料液和颗粒污泥。

所述的厌氧菌富集罐和厌氧反应器通过排泥管相连接，厌氧菌富集罐和厌氧反应器的体积比为1：10～100。

高浓度液态多元原料富厌氧菌发酵工艺包括以下步骤：

在厌氧菌富集罐内投加混合均匀的高浓度混合发酵原料，并接种体积约为发酵原料1／3的活性污泥，设定搅拌转速为10～20r／min，在厌氧菌富集罐内营造利用厌氧菌群生长和繁殖的环境，控制罐内为中温(35～38℃)，料液浓度为8％～12％，溶解氧为0～0.01mg/L，pH为6.8～7.5。

每天检测并记录厌氧菌富集罐的产气量，观察其产气高峰出现的时间，待产气量持续下降时，每日向罐内加入适量发酵原料，培养数日，直至厌氧菌富集罐产气稳定。

在厌氧反应器中加入料液浓度为8％～12％的高浓度多元原料，接种体积约为发酵原料1／3的活性污泥，设定搅拌转速为20～30r／min，中温(35～38℃)，培养2至3天。

每天从厌氧反应器中放出适量发酵剩余物，再加入适量发酵原料(约为出料体积的9／10～7／8)，并从厌氧菌富集罐排泥管中往厌氧反应器中加入一定量的高浓度厌氧菌液(约为出料体积的1／10～1／8)。同时，往厌氧菌富集罐内加入与排泥管排出的料液体积相同的发酵原料。