[发明专利]一种耦合硝化作用的三段式沼气发酵设备及其方法

说明书

本发明公开了一种耦合硝化作用的好氧厌氧三段式沼气发酵设备及其发酵方法，属于沼气发酵领域，其主要包括有氧降解单元、水解酸化单元以及产甲烷单元，在有氧降解阶段耦合硝化作用，通过强化曝气，提升高浓度生物质的快速降解，同时利用流加硝化细菌的氨氧化作用，改善发酵液碳、氮营养，并保持高浓度发酵液良好的滤过性能；由水解酸化单元提供兼性厌氧的环境，促进降解的有机生物质快速酸化，为产甲烷提供充足的原料；酸化后的发酵液进入厌氧反应罐，通过流加反硝化菌，产甲烷过程耦合反硝化作用，降低产甲烷过程中氨中毒的风险，在实现高效率产气的同时，部分消除氨氮。

技术领域

本发明涉及沼气发酵技术领域，尤其是涉及一种可用于高浓度种养废弃生物质，同步去除部分氨氮的耦合硝化作用的好氧厌氧三段式沼气发酵设备及相应的方法。

背景技术

我国是农业废弃物产生量最大的国家，根据《第二次全国污染源普查公报》，2017年全国农作物秸秆年产生量8.05亿吨，畜禽粪污年产生量约38亿吨。厌氧发酵制备沼气是目前普遍采用的废弃生物质生态化处理和资源化利用手段，也是国内外研究的热点。

国外沼气工程技术具有多原料混合发酵、原材料预处理、多级分温控制及工程自动化、智能化运营管理等特点，一般设有二级或三级以上反应器，发酵滞留期短，有效容积产气率较高。目前国内制沼原料主要集中在养殖废弃物和生活污水的处理上，进料结构单一，池型老旧、结构不尽合理，导致整体产气效率偏低、发酵周期长。以秸秆、粪水为主的种养废弃生物质高浓度混合原料制沼技术还存在发酵液流动性差，进出料困难、沼渣残留量大、沼液沼渣分离困难的问题；沼液氨氮含量高易引起氨氮中毒和后期二次污染等技术缺陷，导致目前种养废弃生物质高浓度混合发酵技术和装备还难以大面积推广，严重制约了沼气工程技术在种养废弃生物质处置及循环利用中纽带作用的有效发挥。

因此，本发明根据“有氧降解-水解酸化-产甲烷”三阶段沼气发酵的氧需求特点，耦合硝化-反硝化作用，提升发酵效率、改善发酵液的传质状况，在实现高效率产气的同时，部分消除氨氮，为种养废弃生物质高浓度混合沼气发酵提供了一种更加高效、安全的发酵设备以及方法。

发明内容

本发明是为了避免现有技术存在的不足之处，提供了一种耦合硝化作用的好氧厌氧三段式沼气发酵设备，实现高效率降解、前置除渣、酸化协同产甲烷菌预培养、高效率产甲烷且同步去除部分氨氮。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明提供的一种耦合硝化作用的好氧厌氧三段式沼气发酵设备，包括：有氧降解单元，所述有氧降解单元包括硝化细菌种子罐、有氧降解罐、曝气机构以及滤渣过滤提升机构，所述硝化细菌种子罐用以培养和/或储存硝化菌种子液，所述硝化细菌种子罐与有氧降解罐相连通，所述曝气机构设置在有氧降解罐底部且用以向有氧降解罐内输送空气，所述有氧降解罐用以在有氧环境下结合硝化菌种子液降解原料液，所述滤渣过滤提升机构设置在有氧降解罐内，所述滤渣过滤提升机构用以过滤原料液降解产生的滤渣并将滤渣输送至有氧降解罐外部；水解酸化单元，所述水解酸化单元包括酸化反应罐以及回流机构，所述酸化反应罐与有氧降解罐相连通，所述酸化反应罐用以接收经过过滤的原料液并进行静置酸化，甲烷产生单元，所述甲烷产生单元包括厌氧反应罐、反硝化菌种子罐、滤渣收集机构，所述厌氧反应罐与酸化反应罐以及反硝化菌种子罐相连通，酸化后的原料液在厌氧反应罐内进行反应并产生甲烷，所述反硝化菌种子罐用以培养和/或储存反硝化菌种子液，所述滤渣收集机构与厌氧反应罐相连通且用以将厌氧反应罐内的滤渣进行收集。

在数个实施方式中，硝化细菌种子罐设置在有氧降解罐的上方位置，所述硝化细菌种子罐上设置有控制阀，所述控制阀用以控制硝化菌种子液流入有氧降解罐的流速与频率。

在数个实施方式中，滤渣过滤提升机构与硝化细菌种子罐设置在有氧降解罐的相对两侧，所述滤渣过滤提升机构包括筛网以及驱动装置，所述驱动装置带动筛网循环运动，所述滤渣过滤提升机构倾斜设置。