[发明专利]一种纤维素、木质素发酵产沼气的微氧预处理装置及方法

权利要求书

1.一种纤维素、木质素发酵产沼气的微氧预处理装置及方法，其特征在于，所述装置包括：

预处理罐、搅拌器、热交换器、微氧曝气装置、调节阀、风机、切割机、循环泵、ORP仪、DO仪、温度计、控制系统；

所述预处理罐依靠内部安装的搅拌器与外部设置的切割机、循环泵实现物料均匀混合、破碎及防止沉淀与结壳；

所述热交换器与温度计连锁并控制罐体内物料温度；

所述微氧曝气装置、调节阀、风机、ORP仪、DO仪组成微氧曝气系统，为木质素、纤维素水解提供适宜环境；

所述控制系统接收并处理以上设备与仪表返回的信号，自动调节系统运行状态。

2.根据权利要求1所述的一种纤维素、木质素发酵产沼气的微氧预处理装置，其特征在于，所述预处理罐为带保温、内部防腐的钢制罐或混凝土池，罐顶密封，底部呈锥斗状；预处理罐内部安装有搅拌器以实现罐体内含固率5-10％的物料能够均匀混合，搅拌器形式可以是中心垂直搅拌器、潜水搅拌器、中心倒流筒等；预处理罐外部设置了切割机、循环泵并通过管道连接，切割机、循环泵均为能够处理或输送大颗粒物料的设备，其中循环泵可将底部物料吸出并在切割机作用下进行二次切割破碎后喷射至预处理罐上部，以此实现物料于预处理罐外部循环，同时可有效防止物料罐底沉积与罐顶结壳。

3.根据权利要求1所述的一种纤维素、木质素发酵产沼气的微氧预处理装置，其特征在于，所述热交换器可根据罐体材质与形式布置与罐体内壁、罐外保温层中，热交换器形式可以采用盘管式、混合式及直接加热式等，其与罐内安装的温度计进行温控连锁控制，为物料水解提供较佳的温度环境；环境温度根据物料形式不同可控制在35-50℃间。

4.根据权利要求1所述的一种纤维素、木质素发酵产沼气的微氧预处理装置，其特征在于，所述微氧曝气装置、调节阀、风机、ORP仪、DO仪组成微氧曝气系统，为木质素、纤维素水解提供适宜环境，即溶解氧浓度控制在0.3-0.7mg/L、氧化还原电位控制在-300～-150mV；其中，微氧曝气装置可采用穿孔管、膜片式、盘式等形式，安装于罐体底部；风机采用高压、低噪型鼓风机，风压根据罐体高度确定；调节阀安装在风机与微氧曝气装置连接的管路上，其开度可调整；ORP仪、DO仪安装与罐体上并实时反映罐体内物料的氧化还原电位与溶解氧浓度，其信号通过线缆传至控制系统。

5.根据权利要求1所述的一种纤维素、木质素发酵产沼气的微氧预处理装置，其特征在于，所述控制系统接收ORP仪、DO仪、温度计的信号，以此判断预处理罐内物料反应状态，并通过内部数据处理模型来调整搅拌器、热交换器、调节阀、风机、切割机、循环泵等运行状态；即通过调整搅拌器、切割机、循环泵的运行状态以确保物料均匀混合及防止沉淀与结壳，以温度计数据为依据通过调整热交换器以确保预处理罐处于最佳运行温度，以ORP仪、DO仪数据为依据通过调整调节阀、风机来确保木质素、纤维素最佳水解环境。

6.一种纤维素、木质素发酵产沼气的微氧预处理装置及方法，其特征在于，该方法包括：

采用上述权利要求1～5任一项所述的一种纤维素、木质素发酵产沼气的微氧预处理装置；

经过初步粉碎的纤维素、木质素类物质进入预处理罐内与回流沼液或营养液混合成含固率5-10％物料，利用内部安装的搅拌器实现罐体内均匀混合，同时通过外部设置的切割机、循环泵亦可将物料从底部吸出并二次粉碎后喷至罐体顶部以实现物料破碎、防止物料罐底沉淀与罐顶结壳；罐体配套设置的热交换器与温度计连锁并控制罐体内物料反应温度，由微氧曝气装置、调节阀、风机、ORP仪、DO仪组成的微氧曝气系统可为木质素、纤维素水解提供适宜环境，即溶解氧浓度0.3-0.7mg/L、氧化还原电位-300～-150mV；这个过程均是利用控制系统接收ORP仪、DO仪、温度计的信号，以此判断预处理罐内物料反应状态，并通过内部数据处理模型来调整搅拌器、热交换器、调节阀、风机、切割机、循环泵等运行状态来达到；预处理后的物料即可进入厌氧发酵系统中进行产甲烷，最终将纤维素、木质素类物质转化为沼气、沼肥等具有一定经济价值的产品。该系统及方法增强了水解酶等兼氧微生物活性、提高了水解预处理的效率、缩短了预处理时间、提高厌氧体系稳定性与产气率，近而降低了整个工程的投资及运行成本。