全文摘要
本实用新型公开了一种在发酵液中原位合成LDH提取短链脂肪酸的装置，属于环保领域，利用层状双金属氢氧化物提取实际体系发酵液中短链脂肪酸，装置包括发酵液储存罐、混合盐储存罐、碱液放置罐、合成反应罐、电动搅拌机、pH计。过膜后的发酵液通过进水口进入反应罐，同时将配好的混合盐溶液和新鲜碱溶液按实际需求进入到反应罐，并同时利用电动搅拌机进行搅拌，pH计在线监测pH，反应后通过循环水浴加热老化晶体。本实用新型装置在收集完发酵液后即可进行SCFAs的提取，简单方便、使用高效，为实际体系LDHs提取SCFAs提供一种新的合成装置技术方案，可广泛应用于污泥、餐厨垃圾发酵液等废水中SCFAs的提取。
主设计要求
1.一种在发酵液中原位合成LDH提取短链脂肪酸的装置，将发酵液、混合盐和碱液进行充分混合，利用层状双金属氢氧化物LDHs提取实际体系发酵液中的短链脂肪酸SCFAs，其特征在于：主要包括进料系统、晶体合成装置和晶体老化装置；所述晶体合成装置包括合成反应罐(14)、搅拌机(10)和pH计(11)，所述搅拌机(10)安装在合成反应罐(14)上，搅拌机(10)的搅拌头或转子部分对合成反应罐(14)中的反应溶液体系进行搅拌，使反应进行晶体合成工艺，pH计(11)实时检测合成反应罐(14)中的反应溶液体系的pH值，在合成反应罐(14)底部设有合成混合液出口(15)，制得的产物晶体混合液通过合成混合液出口(15)进行排出或释放；所述进料系统包括发酵液供应装置、混合盐供应装置和碱液供应装置；在合成反应罐(14)上设有发酵液入口(7)、混合盐溶液入口(8)和碱溶液入口(9)；所述发酵液供应装置采用发酵液储存罐(1)，发酵液储存罐(1)根据发酵液流量计(4)检测的发酵液流量信号，通过发酵液入口(7)向合成反应罐(14)加入发酵液作为原料进行配料；所述混合盐供应装置采用混合盐溶液储存罐(2)，混合盐溶液储存罐(2)根据盐溶液流量计(5)检测的盐溶液流量信号，通过混合盐溶液入口(8)向合成反应罐(14)加入混合盐溶液作为原料进行配料；所述碱液供应装置采用碱液放置罐(3)，碱液放置罐(3)根据碱液流量计(6)检测的碱液流量信号和pH计(11)检测的反应溶液体系的pH值，通过碱溶液入口(9)向合成反应罐(14)加入碱溶液调节和维持反应溶液体系的pH值；所述晶体老化装置对合成反应罐(14)中的反应液体系进行加热，构成了水浴循环加热系统，使合成反应罐(14)中生成的产物晶体进行晶体老化处理，得到产物晶体混合液通过合成混合液出口(15)进行输出后，提取短链脂肪酸。
设计方案
1.一种在发酵液中原位合成LDH提取短链脂肪酸的装置，将发酵液、混合盐和碱液进行充分混合，利用层状双金属氢氧化物LDHs提取实际体系发酵液中的短链脂肪酸SCFAs，其特征在于：主要包括进料系统、晶体合成装置和晶体老化装置；
所述晶体合成装置包括合成反应罐(14)、搅拌机(10)和pH计(11)，所述搅拌机(10)安装在合成反应罐(14)上，搅拌机(10)的搅拌头或转子部分对合成反应罐(14)中的反应溶液体系进行搅拌，使反应进行晶体合成工艺，pH计(11)实时检测合成反应罐(14)中的反应溶液体系的pH值，在合成反应罐(14)底部设有合成混合液出口(15)，制得的产物晶体混合液通过合成混合液出口(15)进行排出或释放；
所述进料系统包括发酵液供应装置、混合盐供应装置和碱液供应装置；在合成反应罐(14)上设有发酵液入口(7)、混合盐溶液入口(8)和碱溶液入口(9)；所述发酵液供应装置采用发酵液储存罐(1)，发酵液储存罐(1)根据发酵液流量计(4)检测的发酵液流量信号，通过发酵液入口(7)向合成反应罐(14)加入发酵液作为原料进行配料；所述混合盐供应装置采用混合盐溶液储存罐(2)，混合盐溶液储存罐(2)根据盐溶液流量计(5)检测的盐溶液流量信号，通过混合盐溶液入口(8)向合成反应罐(14)加入混合盐溶液作为原料进行配料；所述碱液供应装置采用碱液放置罐(3)，碱液放置罐(3)根据碱液流量计(6)检测的碱液流量信号和pH计(11)检测的反应溶液体系的pH值，通过碱溶液入口(9)向合成反应罐(14)加入碱溶液调节和维持反应溶液体系的pH值；
所述晶体老化装置对合成反应罐(14)中的反应液体系进行加热，构成了水浴循环加热系统，使合成反应罐(14)中生成的产物晶体进行晶体老化处理，得到产物晶体混合液通过合成混合液出口(15)进行输出后，提取短链脂肪酸。
2.根据权利要求1所述在发酵液中原位合成LDH提取短链脂肪酸的装置，其特征在于：所述合成反应罐(14)的外壁为两层，合成反应罐(14)的内层为产物晶体合成区，外壁的夹层空腔为水浴区，形成循环水浴加热装置，循环水浴加热装置包括水浴入口(13)和水浴出口(12)，分别作为水浴区的水套的进水口或出水口，形成所述晶体老化装置，向合成反应罐(14)中的反应液体系输入热能量。
3.根据权利要求1所述在发酵液中原位合成LDH提取短链脂肪酸的装置，其特征在于：合成反应罐(14)外壁的外侧设有可装卸的循环水浴加热装置，循环水浴加热装置包括水浴入口(13)和水浴出口(12)，分别作为水浴区的水套的进水口或出水口，形成所述晶体老化装置，向合成反应罐(14)中的反应液体系输入热能量。
4.根据权利要求1所述在发酵液中原位合成LDH提取短链脂肪酸的装置，其特征在于：所述晶体老化装置从合成反应罐(14)侧壁和底部方向，联合对合成反应罐(14)中的反应液体系进行加热，构成了水浴锅形式的水浴循环加热系统。
5.根据权利要求1所述在发酵液中原位合成LDH提取短链脂肪酸的装置，其特征在于：水浴入口(13)和水浴出口(12)相对于合成反应罐(14)进行背对背设置，使水浴入口(13)和水浴出口(12)设置于所述合成反应罐(14)的两侧。
6.根据权利要求1所述在发酵液中原位合成LDH提取短链脂肪酸的装置，其特征在于：合成产物混合液从合成混合液出口(15)直接接入漏斗装置进行过滤，或先利用容器进行收集再通过离心装置和过滤装置进离心过滤。
7.根据权利要求1所述在发酵液中原位合成LDH提取短链脂肪酸的装置，其特征在于：所述合成反应罐(14)的上部分为圆柱形，所述合成反应罐(14)的底部为梯形槽或漏斗形槽，使合成反应罐(14)构成一个能进行重力作用释放输送产物的半自动反应罐。
8.根据权利要求1所述在发酵液中原位合成LDH提取短链脂肪酸的装置，其特征在于：所述搅拌机(10)安装设置于合成反应罐(14)的顶部。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及一种发酵液处理装置，特别是涉及一种利用发酵液制备碳源材料装置，应用于环境保护和废弃物资源化技术领域。
背景技术
随着经济社会的发展，城市污水中的碳氮比越来越低，而污水排放标准越来越高，导致生物反硝化所需的碳源不足，而污水处理厂所使用的碳源成本高且投加不易控制，因此碳源缺乏是污水厂亟待解决的问题。污泥、餐厨垃圾等通过发酵可产生大量的短链脂肪酸，可作为反硝化所需的碳源。但发酵液成分复杂，富含高浓度的氨氮、重金属及有毒有害的物质，如果直接投加可能会导致反应器氮负荷的增加，碳源利用效率降低。为了能够让发酵液中的短链脂肪酸得到有效利用，可采用层状双金属氢氧化物来提取发酵液中的短链脂肪酸，达到在反硝化过程缓慢释放的效果。
实验室研究结果表明，采用原位合成LDH提取发酵液中的短链脂肪酸是可行有效的。但目前利用发酵液制备碳源材料装置结构复杂、使用不便，还不能满足实际工程应用的需要，因此研发一种在实际发酵液中原位合成LDH提取短链脂肪酸的装置成为亟待解决的技术问题，对实际污水厂反硝化过程的碳源补充具有重要意义。
实用新型内容
为了解决现有技术问题，本实用新型的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种在发酵液中原位合成LDH提取短链脂肪酸的装置，将发酵液中的短链脂肪酸有效的提取出来，解决反硝化过程中对碳源的需求，本实用新型装置利用层状双金属氢氧化物提取实际发酵液中短链脂肪酸，很好地实现了对实际污水厂反硝化过程的碳源补充，对环境保护具有重要意义和产业推广价值。
为达到上述发明创造目的，本实用新型采用下述技术方案：
一种在发酵液中原位合成LDH提取短链脂肪酸的装置，将发酵液、混合盐和碱液进行充分混合，利用层状双金属氢氧化物LDHs提取实际体系发酵液中的短链脂肪酸SCFAs，主要包括进料系统、晶体合成装置和晶体老化装置；
晶体合成装置包括合成反应罐、搅拌机和pH计，搅拌机安装在合成反应罐上，搅拌机的搅拌头或转子部分对合成反应罐中的反应溶液体系进行搅拌，使反应进行晶体合成工艺，pH计实时检测合成反应罐中的反应溶液体系的pH值，在合成反应罐底部设有合成混合液出口，制得的产物晶体混合液通过合成混合液出口进行排出或释放；
进料系统包括发酵液供应装置、混合盐供应装置和碱液供应装置；在合成反应罐上设有发酵液入口、混合盐溶液入口和碱溶液入口；发酵液供应装置采用发酵液储存罐，发酵液储存罐根据发酵液流量计检测的发酵液流量信号，通过发酵液入口向合成反应罐加入发酵液作为原料进行配料；混合盐供应装置采用混合盐溶液储存罐，混合盐溶液储存罐根据盐溶液流量计检测的盐溶液流量信号，通过混合盐溶液入口向合成反应罐加入混合盐溶液作为原料进行配料；碱液供应装置采用碱液放置罐，碱液放置罐根据碱液流量计检测的碱液流量信号和pH计检测的反应溶液体系的pH值，通过碱溶液入口向合成反应罐加入碱溶液调节和维持反应溶液体系的pH值；
晶体老化装置对合成反应罐中的反应液体系进行加热，构成了水浴循环加热系统，使合成反应罐中生成的产物晶体进行晶体老化处理，得到产物晶体混合液通过合成混合液出口进行输出后，提取短链脂肪酸。
作为本实用新型优选的技术方案，合成反应罐的外壁为两层，合成反应罐的内层为产物晶体合成区，外壁的夹层空腔为水浴区，形成循环水浴加热装置，循环水浴加热装置包括水浴入口和水浴出口，分别作为水浴区的水套的进水口或出水口，形成晶体老化装置，向合成反应罐中的反应液体系输入热能量。
作为本实用新型优选的技术方案，合成反应罐外壁的外侧设有可装卸的循环水浴加热装置，循环水浴加热装置包括水浴入口和水浴出口，分别作为水浴区的水套的进水口或出水口，形成晶体老化装置，向合成反应罐中的反应液体系输入热能量。
作为本实用新型优选的技术方案，晶体老化装置从合成反应罐侧壁和底部方向，联合对合成反应罐中的反应液体系进行加热，构成了水浴锅形式的水浴循环加热系统。
作为本实用新型优选的技术方案，水浴入口和水浴出口相对于合成反应罐进行背对背设置，使水浴入口和水浴出口设置于合成反应罐的两侧。
作为本实用新型优选的技术方案，合成产物混合液从合成混合液出口直接接入漏斗装置进行过滤，或先利用容器进行收集再通过离心装置和过滤装置进离心过滤。
作为本实用新型优选的技术方案，合成反应罐的上部分为圆柱形，合成反应罐的底部为梯形槽或漏斗形槽，使合成反应罐构成一个能进行重力作用释放输送产物的半自动反应罐。
作为本实用新型优选的技术方案，搅拌机安装设置于合成反应罐的顶部。
本实用新型与现有技术相比较，具有如下实质性特点和优点：
1.本实用新型装置针对实际发酵液中短链脂肪酸的提取，采用三种物料的进料装置，结合晶体合成和晶体老化一体化设备工艺，实现简单方便、安全并且具有实际利用意义和价值的短链脂肪酸提取，可应用于实际污水厂反硝化过程的碳源补充；
2.本实施例装置在收集完发酵液后即可进行SCFAs的提取，效率高，为实际体系LDHs提取SCFAs提供一种新的合成装置工艺方案，可广泛应用于污泥、餐厨垃圾发酵液等废水中SCFAs的提取；本实用新型装置构造简单，操作方便，实用性高，有很好的应用前景。
附图说明
图1为本实用新型实施例一在发酵液中原位合成LDH提取短链脂肪酸的装置的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，参见图1，一种在发酵液中原位合成LDH提取短链脂肪酸的装置，将发酵液、混合盐和碱液进行充分混合，利用层状双金属氢氧化物LDHs提取实际体系发酵液中的短链脂肪酸SCFAs，在发酵液中原位合成LDH提取短链脂肪酸的装置包括进料系统、晶体合成装置和晶体老化装置；
晶体合成装置包括合成反应罐14、搅拌机10和pH计11，搅拌机10安装在合成反应罐14的顶部上，搅拌机10的搅拌头或转子部分对合成反应罐14中的反应溶液体系进行搅拌，使反应进行晶体合成工艺，pH计11实时检测合成反应罐14中的反应溶液体系的pH值，在合成反应罐14底部设有合成混合液出口15，制得的产物晶体混合液通过合成混合液出口15进行排出或释放；
进料系统包括发酵液供应装置、混合盐供应装置和碱液供应装置；在合成反应罐14上设有发酵液入口7、混合盐溶液入口8和碱溶液入口9；发酵液供应装置采用发酵液储存罐1，发酵液储存罐1根据发酵液流量计4检测的发酵液流量信号，通过发酵液入口7向合成反应罐14加入发酵液作为原料进行配料；混合盐供应装置采用混合盐溶液储存罐2，混合盐溶液储存罐2根据盐溶液流量计5检测的盐溶液流量信号，通过混合盐溶液入口8向合成反应罐14加入混合盐溶液作为原料进行配料；碱液供应装置采用碱液放置罐3，碱液放置罐3根据碱液流量计6检测的碱液流量信号和pH计11检测的反应溶液体系的pH值，通过碱溶液入口9向合成反应罐14加入碱溶液调节和维持反应溶液体系的pH值；流量控制主要根据发酵液短链脂肪酸的浓度，通过计算摩尔比确定发酵液储存罐1、混合盐溶液储存罐2输出原料液的流量；本实施例流量控制根据发酵液短链脂肪酸的浓度，通过计算摩尔比确定流量，按照二价金属盐：三价金属盐：短链脂肪酸为2:1:3的比例控制供料；在合成反应罐14上安装一个电动搅拌机10控制搅拌速度，使三种溶液充分接触反应，控制搅拌速度为120rpm；pH计11在线检测反应溶液的pH，并通过碱溶液储存罐9中的碱溶液控制pH为10-11；
晶体老化装置对合成反应罐14中的反应液体系进行加热，构成了水浴循环加热系统，使合成反应罐14中生成的产物晶体进行晶体老化处理，得到产物晶体混合液通过合成混合液出口15进行输出后，提取短链脂肪酸。本实施例装置针对实际发酵液中短链脂肪酸的提取，采用三种物料的进料装置，并分别通过流量控制的方式使原料液可控进入合成反应罐14，三种反应溶液进入合成反应罐14后利用搅拌机10进行搅拌，并由pH计11在线检测反应液pH，并由此调控溶液pH，反应后的混合液通过循环水浴进行加热老化晶体，老化完成后，合成晶体通过合成混合液出口15排出。
在本实施例中，参见图1，合成反应罐14的外壁为两层，合成反应罐14的内层为产物晶体合成区，外壁的夹层空腔为水浴区，形成循环水浴加热装置，循环水浴加热装置包括水浴入口13和水浴出口12，分别作为水浴区的水套的进水口或出水口，形成晶体老化装置，向合成反应罐14中的反应液体系输入热能量。本实施例的合成反应罐14为双层，除了合成反应罐14的顶部，其侧壁和底部皆为双层，结构紧凑，设备体积小，占地面积小。晶体老化装置从合成反应罐14侧壁和底部方向，联合对合成反应罐14中的反应液体系进行加热，构成了水浴锅形式的水浴循环加热系统。本实施例对合成后的晶体进行老化，老化时间为12-24h，老化温度为75℃。该过程由循环水浴加热完成，将加热后的水通过软管进入循环水的水浴入口13并由循环水的水浴出口12构成了热水循环。
在本实施例中，参见图1，水浴入口13和水浴出口12相对于合成反应罐14进行背对背设置，使水浴入口13和水浴出口12设置于合成反应罐14的两侧。本实施例为使加热均匀，构造一个良好的老化环境，晶体老化采用循环水浴加热，将水浴锅加热后的水通过软管进入循环水进入口，并由循环水出口排出循环水，构成了水循环。
在本实施例中，参见图1，合成反应罐14的上部分为圆柱形，合成反应罐14的底部为梯形槽，形成漏斗形式的底部结构，使合成反应罐14构成一个能进行重力作用释放输送产物的半自动反应罐，结构更加合理，并且节省能源消耗。本实施例利用层状双金属氢氧化物从实际发酵液中提取短链脂肪酸，能为实际污水厂反硝化过程的可观的碳源补充。本实施例采用过膜后的发酵液输送进入合成反应罐14，同时将配好的混合盐溶液和碱溶液按实际需求进入到合成反应罐14，并同时利用电动搅拌机10进行搅拌，pH计11在线监测pH，反应后通过循环水浴加热老化晶体。本实施例装置在收集完发酵液后即可进行SCFAs的提取，具有简单方便、高效等优点，为实际体系LDHs提取SCFAs提供一种新的合成装置，可广泛应用于污泥、餐厨垃圾发酵液等废水中SCFAs的提取。
实施例二
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，合成反应罐14外壁的外侧设有可装卸的循环水浴加热装置，循环水浴加热装置包括水浴入口13和水浴出口12，分别作为水浴区的水套的进水口或出水口，形成晶体老化装置，向合成反应罐14中的反应液体系输入热能量。本实施例设备结构紧凑，循环水浴加热装置可进行维护和更换，可以实现设备的模块化制造和维护，能有效维持和延长整体设备的使用寿命。
实施例三
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，合成产物混合液从合成混合液出口15直接接入漏斗装置进行过滤。反应后的混合液通过由水浴入口13和水浴出口12构成的循环水浴进行加热老化晶体，老化完成后，合成晶体通过合成混合液出口15排出、过滤并干燥，通过分级设备安装制备所需的碳源材料。本实施例装置在收集完发酵液后即可进行SCFAs的提取，具有简单方便、高效等优点，为实际体系LDHs提取SCFAs提供一种新的合成装置解决方案，可广泛应用于污泥、餐厨垃圾发酵液等废水中SCFAs的提取。
实施例四
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，合成产物混合液从合成混合液出口15排出后，先利用容器进行收集，再通过离心装置和过滤装置进离心过滤，通过分级设备安装制备所需的碳源材料。本实施例装置在收集完发酵液后即可进行SCFAs的提取，具有简单方便、高效等优点，为实际体系LDHs提取SCFAs提供一种新的合成装置解决方案，可广泛应用于污泥、餐厨垃圾发酵液等废水中SCFAs的提取。
上面结合附图对本实用新型实施例进行了说明，但本实用新型不限于上述实施例，还可以根据本实用新型的实用新型创造的目的做出多种变化，凡依据本实用新型技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本实用新型的实用新型目的，只要不背离本实用新型在发酵液中原位合成LDH提取短链脂肪酸的装置的技术原理和实用新型构思，都属于本实用新型的保护范围。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920075584.7
申请日:2019-01-17
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:31(上海)
授权编号:CN209735586U
授权时间:20191206
主分类号:B01J19/18
专利分类号:B01J19/18;C07C51/42;C07C51/43
范畴分类:23E;
申请人:上海大学
第一申请人:上海大学
申请人地址:200444 上海市宝山区上大路99号
发明人:刘建勇;朱祈嘉;姜莉;生亮
第一发明人:刘建勇
当前权利人:上海大学
代理人:顾勇华
代理机构:31205
代理机构编号:上海上大专利事务所(普通合伙) 31205
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计