一种生物质预处理水解系统

1.本实用新型属于生物质处理领域，尤其涉及一种生物质预处理水解系统。


背景技术：

2.术语“生物质”一般涉及从活的或近期存活的生物机体中获得的任何物质。在能量语境中，它常常被用于指示植物材料，然而来自畜牧业、食品加工和生产以及家用有机废物的副产物和废物均可称为生物质的来源。基于石油和其他化石燃料的不可再生性，且其与大气温室气体水平的急剧增加相关，国际上正在努力减少温室气体的积累，这在许多国家得到正式政策指令支持。这些减排努力的一个中心焦点是发展利用可再生的植物生物质取代石油作为燃料和其他化学产品的来源的工艺的技术。据估计，地球上植物来源的生物质的年生长量大约为每年1x10
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公吨干重，因此，生物质的利用是发展可持续经济的终极目标。
3.现在大多数城市中，生物质经常被视作为湿垃圾而遭受不同方式的遗弃性处理，包括填埋，燃烧，也包括被直接被视作污水而由污水处理厂进行处理，对城市的生物质资源进行填埋与燃烧处理的过程中都要庞大的运输成本，这两项传统方法不仅没有经济效益保证，而且容易造成环境污染。而污水处理厂的运营目的通常是净化水，使其达到一个安全标准状态，但是其过滤出来的固体生物质却没有相应的有效处理，一般固体也会被挑出来做填埋或者燃烧。
4.随着近几年国家提倡节能减排，各科研单位及企业致力于生物质的再利用，可以将生物质再利用制备甲烷可燃气体、乙醇及生物燃料电池燃料等等，对生物质进行再利用获得乙醇一般需包括如下步骤：(1)向加工厂采集并运输生物质；(2)用蒸汽爆破、化学品(如，添加或不添加酸或碱)、物理手段、生物手段等预处理生物质(预水解)；(3)使用催化纤维素解聚为葡萄糖的高特异性酶实施酶水解；(4)发酵葡萄糖；以及(5)从含水发酵液中分离乙醇。
5.现有技术中，在对生物质进行再利用的步骤中，其垃圾预处理和水解阶段耗时最长，成本最高，同时厨余原料中的盐油成分会抑制后续的转换过程。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种生物质预处理水解系统，以最少的损耗和最好的效果溶解厨余垃圾，加快预处理与水解进程。
7.为解决上述问题，本实用新型的技术方案为：
8.一种生物质预处理水解系统，包括：水解容器、超声波处理结构、气流搅拌喷头及过滤结构；
9.所述水解容器的顶部开设有进料口，所述水解容器的底部开设有出液口；
10.所述超声波处理结构包括超声波发生器、超声波换能器及超声波输出单元，所述超声波发生器与所述超声波换能器电连接，所述超声波输出单元与所述超声波换能器电连
接，且所述超声波输出单元于所述水解容器的顶部插入所述水解容器内腔中，所述超声波处理结构用于对所述水解容器内的厨余原料进行超声波空化水解处理；
11.所述气流搅拌喷头安装于所述水解容器的底部，所述气流搅拌喷头的出气口与所述水解容器的内腔连通；
12.所述过滤结构包括固液过滤网和密封关闭阀门，所述固液过滤网设置于所述水解容器的出液口处，所述密封关闭阀门设置于所述固液过滤网下方。
13.优选地，所述水解容器呈碗状。
14.优选地，所述水解容器的侧面开设有出料口。
15.本实用新型由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
16.1)本实用新型提供了一种生物质预处理水解系统，包括水解容器、超声波处理结构、气流搅拌喷头及过滤结构，超声波处理结构用于对水解容器内的厨余原料进行超声波空化水解处理，气流搅拌喷头安装于水解容器的底部，气流搅拌喷头的出气口与水解容器的内腔连通，过滤结构包括固液过滤网和密封关闭阀门，固液过滤网设置于水解容器的出液口处，密封关闭阀门设置于固液过滤网下方，超声波处理结构利用声波的能量，其在液体中产生空化作用，形成极端的温度与压强条件，同时产生强力喷射形成巨大的水力剪切力，将微生物细胞壁击破，释放出胞内物质，加快水解进程，同时气流搅拌喷头的气流喷射不仅可以对原料进行均匀搅拌，而且还可以为超声波空化提供额外气体，使得气泡的形成规模增大，从而提高极微小局部的爆破密集程度，进而加强空化溶解效果；过滤结构通过简单的固液分离，将厨余原料中的含盐油液体排出。
附图说明
17.图1为本实用新型实施例提供的一种生物质预处理水解系统的结构示意图；
18.图2为本实用新型实施例提供的一种生物质预处理水解工艺的步骤流程图；
19.附图标记说明：
20.1：水解容器；2：超声波处理结构；21：超声波发生器；22：超声波换能器；23：超声波输出单元；3：气流搅拌喷头；4：过滤结构；41：固液过滤网；42：密封关闭阀门；s1～s4：步骤。
具体实施方式
21.以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的一种生物质预处理水解系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。
22.实施例一
23.参看图1所示，本实施例提供了一种生物质预处理水解系统，包括水解容器1、超声波处理结构2、气流搅拌喷头3及过滤结构4；
24.水解容器1的顶部开设有进料口，厨余原料于顶部的进料口投入水解容器1内，水解容器1的底部开设有出液口，作为本实施例的一个优选例，水解容器1呈碗状，高弧度环境有利于超声波声能转换成机械能后产生的剪切力的反弹，而有效反弹可以增大厨余原料的受力负担，对其分子结构打击越大，进而加快整个预处理水解进程；
25.述超声波处理结构2包括超声波发生器21、超声波换能器22及超声波输出单元23，
超声波发生器21与超声波换能器22电连接，超声波输出单元23与超声波换能器22电连接，且超声波输出单元23于水解容器1的顶部插入水解容器1内腔中，超声波处理结构2用于对水解容器1内的厨余原料进行超声波空化水解处理；
26.气流搅拌喷头3安装于水解容器1的底部，气流搅拌喷头3的出气口与水解容器1的内腔连通，气流搅拌喷头3从水解容器1的底部向上喷射气体，对水解容器1内的厨余原料进行搅拌，气流喷射不仅可以对原料进行均匀搅拌，而且还可以为超声波空化提供额外气体，使得气泡的形成规模增大，从而提高极微小局部的爆破密集程度，进而加强空化溶解效果；
27.过滤结构4包括固液过滤网41和密封关闭阀门42，固液过滤网41设置于水解容器1的出液口处，密封关闭阀门42设置于固液过滤网41下方，据研究发现，酸化后的废弃油脂通过厌氧发酵可以产生甲烷，但过多的盐油成分会抑制转换过程，故在预处理水解阶段有必要对厨余原料的盐油含量进行控制，故在本实施例中，于水解容器1的底部设置了固液过滤网41和密封关闭阀门42，在进料时，打开气流搅拌喷头3，对厨余原料进行气流搅拌，搅拌停止的一瞬间打开密封关闭阀门42，通过简单的固液分离将含盐油水排出，留下一定量的固体生物质，然后关闭阀门，再于水解容器1的进料口加入市政水，将厨余原料的含水率控制在50％～70％。
28.作为本实施例的一个优选例，水解容器1的侧面开设有出料口，将预处理水解完成的生物质输送至转换模块。
29.本实施例提供了一种生物质预处理水解系统，包括水解容器1、超声波处理结构2、气流搅拌喷头3及过滤结构4，超声波处理结构2用于对水解容器1内的厨余原料进行超声波空化水解处理，气流搅拌喷头3安装于水解容器1的底部，气流搅拌喷头3的出气口与水解容器1的内腔连通，过滤结构4包括固液过滤网41和密封关闭阀门42，固液过滤网41设置于水解容器1的出液口处，密封关闭阀门42设置于固液过滤网41下方，超声波处理结构2利用声波的能量，其在液体中产生空化作用，形成极端的温度与压强条件，同时产生强力喷射形成巨大的水力剪切力，将微生物细胞壁击破，释放出胞内物质，加快水解进程，同时气流搅拌喷头3的气流喷射不仅可以对原料进行均匀搅拌，而且还可以为超声波空化提供额外气体，使得气泡的形成规模增大，从而提高极微小局部的爆破密集程度，进而加强空化溶解效果；过滤结构4通过简单的固液分离，将厨余原料中的含盐油液体排出。
30.实施例二
31.基于相同的实用新型构思，本实用新型还提供了一种生物质预处理水解工艺，包括如下步骤：
32.s1：提供实施例一所述的生物质预处理水解系统；
33.s2：于水解容器的进料口投入厨余原料，同时开启气流搅拌喷头对厨余原料进行气流搅拌；
34.s3：关闭气流搅拌喷头，同时打开密封关闭阀门，将厨余原料中的含盐油水经由密封关闭阀门排出水解容器外；
35.s4：关闭密封关闭阀门，于水解容器的进料口加入市政水，将厨余原料的含水率控制在50％～70％。
36.下表为研究含水率(a)、时长(b)及振幅(c)三个参数对溶解效果的影响，从下表可以看出，其中含水率对溶解效果的影响最大。
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上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式。即使对本实用新型作出各种变化，倘若这些变化属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本实用新型的保护范围之中。