[发明专利]一种多维扫频超声波生物质资源化装置及工艺

说明书

本发明公开了一种多维扫频超声波生物质资源化装置及工艺，具有破碎装置、控制电柜、超声波预处理装置、水浴控温装置、资源化发酵装置、废水收集装置和气体收集装置等。本发明首次采用变频率多方向超声波，针对不同生物质细胞的不同特性，对其进行冲击破碎，以达到分解反应的最优化，为我国生物质能源的资源化利用做出积极贡献，对于解决环境问题和促进可持续发展具有十分重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种生物质资源化处理领域，具体涉及一种多维扫频超声波生物质资源化装置及工艺。

背景技术

我国地缘辽阔，生物质资源丰富，化石能源的大规模开发利用带来的能源短缺与环境恶化问题日益加剧，保护环境和可持续发展成为能源技术发展的指导思想，可再生能源的开发和利用逐渐成为人们关注的焦点，生物质能源利用技术成为近年来可再生能源发展最迅速的项目之一。

生物质的转化主要采用热化学和生物学技术，生物质能源可以转化为固态、液态和气态等多种多样的能源产品。生物质资源主要分为动物废弃物和植物废弃物等。

对于秸秆类植物废弃物而言，除少量被用作饲料外，大部分被废弃或焚烧，不仅浪费资源，也污染了环境。用化学等方法从生物质中获取可再生能源的研究，能有效的利用纤维素和半纤维素，从而降低转化成本。其中，纤维素的结晶度、有效接触面积、木质素的阻碍和半纤维素对纤维素的笼罩程度均对生物质酶解造成影响。天然纤维素原料直接进行水解时水解程度很低，因此必须对其进行一定的预处理以改变结构，破坏纤维素-木质素-半纤维素之间的连接，降低结晶度，增加原料的疏松性，使酶水解或化学水解容易进行。

对于动物类生物质，病死动物尸体是动物疫病的传染源，如果对其不进行处理或者处理不当，将会导致某种动物疫病的暴发和流行，严重影响畜牧业生产的健康发展和社会公共卫生安全。目前，动物尸体的无害化处理方法主要包括焚烧法、掩埋法、碱解法和发酵法。但这些单一的方法都有不足之处，限制了对病死畜禽的资源化利用。如焚化法使用的焚烧炉投资、维护和监测费用以及运输成本较高且不利于疾病控制；掩埋法会把细菌和病毒通过土壤、地下水以及昆虫等四处传播，并不能从根本上消灭病原体，极易污染水源，不能回收副产品，影响土地价值。碱解法处理成本高，污水问题严重，COB/BOD严重超标，发酵法受到天气、场地、人工等诸多因素的限制，耗时过长。

目前，制约生物质能源转化的主要因素在于生物质的难降解性和能效低的问题。现有的利用生物质转化能源大多采用机械粉碎，化学处理和生物处理等单一预处理方式；超声波作为一种常见的物理振动形式，是一种频率高于20kHz的声波，其方向性好且穿透能力强。在预处理过程中不仅能促进特定生物质降解酶的活性，而且其特定的空化效应对于细胞组织有极强的破坏性，极利于生物质的组织分解和大分子的降解。

现有超声波处理方式采用单频单向的超声波发生装置对特定靶物进行处理反应，然而超声波具有明显的方向性特点，而且对于不同的靶物不同的波频率会产生不同的处理效果。由于生物质类靶物材料种类繁多，特性差别也比较大，因此目前利用超声波针对生物质进行超声波处理受到很大的局限，无法取得满意的效果。

发明内容

本发明提出了一种多维扫频超声波生物质资源化装置和工艺，本发明提供的技术方案如下：

一种多维扫频超声波生物质资源化装置，该资源化装置包括破碎装置、控制电柜、多维扫频超声波预处理装置、水浴控温装置、资源化发酵装置、废水收集装置和气体收集装置；其中，超声波预处理装置包括超声波预处理罐、超声波振子机构、水浴盘管和搅拌装置。

优选地，超声波预处理罐包括罐体、上封头、下封头，超声波预处理罐中设置有温度传感器。

优选地，搅拌装置包括搅拌轴，超声波振子机构分别设置于预处理罐的罐体的X、Y、Z方向和搅拌轴上，为预处理罐内部提供多维扫频超声波。