專利名稱：一種兩相產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷耦合反應(yīng)處理易降解有機(jī)廢棄物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有機(jī)固體廢棄物高效資源化利用領(lǐng)域，涉及一種利用兩相產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷耦合技術(shù)處理易降解有機(jī)廢棄物的方法。
背景技術(shù)：
易降解有機(jī)廢棄物是指生活和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的易腐敗和易生物降解的廢棄物，主要包括果蔬垃圾、餐廚垃圾等。隨著我國人民生活水平的普遍提高，該類有機(jī)物在絕對產(chǎn)量和在總垃圾產(chǎn)量中所占的比例顯著提高。我國2007年餐廚垃圾年產(chǎn)量超過8000萬噸，果蔬類廢棄物產(chǎn)量也超過5000萬噸。易降解有機(jī)廢棄物的最大特點(diǎn)是含水率和有機(jī)物含量高，易腐爛、酸化，因此常用的生活垃圾處置技術(shù)較難使該類廢棄物得到較好的處理，如該類廢棄物由于有機(jī)質(zhì)含量較高，在填埋處理的過程中會(huì)產(chǎn)生大量滲濾液進(jìn)入地下水，而 較大的含水率又使得其難以直接焚燒處理。由于易降解有機(jī)廢棄物中有機(jī)物含量高，因而可以通過厭氧消化技術(shù)對其進(jìn)行處理，通過該技術(shù)不但可以消除污染，同時(shí)能夠?qū)U棄物中的有機(jī)組分轉(zhuǎn)化為清潔能源沼氣。目前關(guān)于易降解有機(jī)廢棄物厭氧產(chǎn)沼氣的研究均集中于傳統(tǒng)單相及兩相厭氧消化，由于該類廢棄物具有含水率高、成分復(fù)雜、體積大、非均質(zhì)、流動(dòng)性差、纖維素含量高等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的單相混合厭氧消化處理效率低，兩相厭氧消化系統(tǒng)在一定條件下實(shí)現(xiàn)了兩相分離，同時(shí)極大提高了有機(jī)廢棄物的處理效率，能夠?qū)崿F(xiàn)氫氣、甲烷的聯(lián)產(chǎn)。但由于第一相中產(chǎn)生的氫氣量較少，且本身熱值較低，難以真正得以應(yīng)用；如對酸化相反應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)化，提高酸化反應(yīng)中的產(chǎn)氫量又會(huì)造成生物質(zhì)在第一相內(nèi)的過度消耗，影響后續(xù)甲烷的產(chǎn)量，難以達(dá)到產(chǎn)能平衡。目前還未見到兩相產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷耦合反應(yīng)的專利報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述存在的問題，本專利中提供了一種區(qū)別于傳統(tǒng)兩相厭氧消化氫氣甲烷聯(lián)產(chǎn)的高效產(chǎn)沼方法，首先將易降解有機(jī)廢棄物攪拌均勻后加入酸化相反應(yīng)器中酸化反應(yīng)，反應(yīng)后固液態(tài)酸化產(chǎn)物直接進(jìn)入高效厭氧消化產(chǎn)甲烷反應(yīng)器，氣態(tài)產(chǎn)物(主要是H2及CO2的混合物)經(jīng)CO2脫除裝置后進(jìn)入高效厭氧消化產(chǎn)甲烷反應(yīng)器中，于甲烷化過程中產(chǎn)生的CO2在甲烷菌的作用下發(fā)生還原反應(yīng)生成甲烷。該技術(shù)在常見的兩相厭氧消化的基礎(chǔ)上在酸化反應(yīng)器后加入了變壓吸附脫碳裝置，通過將提純后的H2通入后段產(chǎn)甲烷相中再次與酸化產(chǎn)物甲烷化過程中產(chǎn)生的CO2氣體發(fā)生反應(yīng)生成甲烷，一方面使酸化相中的H2得到了有效的利用，避免了生物質(zhì)能的浪費(fèi)；同時(shí)也增加了整個(gè)工藝中甲烷的產(chǎn)量；此外，由于H2與甲烷化反應(yīng)器中的CO2發(fā)生還原反應(yīng)消耗了甲烷相氣態(tài)產(chǎn)物中的部分CO2,也提高了產(chǎn)品氣中CH4氣的含量。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種兩相產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷耦合反應(yīng)處理易降解有機(jī)廢棄物的方法(I)易降解有機(jī)廢棄物的酸化將有機(jī)廢棄物攪拌均勻后加入濃度為25000mg/L的污水處理廠污泥作為接種微生物，并通過控制曝氣的氣體流量達(dá)到溶解氧濃度為O. 2-0. 5mg/L的微好氧水解酸化環(huán)境，進(jìn)行微好氧強(qiáng)化水解酸化反應(yīng)，從而將固體物料中的纖維素等成分得到降解，使得固體物質(zhì)轉(zhuǎn)化為溶解性COD并且一部分轉(zhuǎn)化為低碳鏈脂肪酸，(2)將酸化過程中產(chǎn)生的固液混合物調(diào)節(jié)pH至71后通入甲烷化反應(yīng)器，(3)將酸化反應(yīng)器中產(chǎn)生的氣體經(jīng)過CO2過濾裝置，使氣體中的氫氣含量由原來的20°/Γ30%增加至80%以上，(4)將提純后的氣體通入甲烷化反應(yīng)器中，與氣體中的CO2在甲烷菌的作用下發(fā)生還原反應(yīng)，產(chǎn)生CH4氣，(5)滲濾液回流系統(tǒng)甲烷化反應(yīng)器中的消化液泵入水解酸化反應(yīng)器中，進(jìn)一步促進(jìn)固態(tài)殘?jiān)乃馑峄^程。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的創(chuàng)新是I、將微好氧水解酸化技術(shù)用于酸化相過程，提高了有機(jī)廢棄物中難溶解物質(zhì)的可降解性和厭氧消化潛力， 2、將酸化相內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)生氣體經(jīng)變壓吸附后，將產(chǎn)品氣中的H2濃度由20%提高到了80%左右，經(jīng)提純后的氣體通入甲烷相中，在甲烷菌的作用下與CO2發(fā)生反應(yīng)生成甲烷，提高了系統(tǒng)整體的CH4產(chǎn)量，3、在甲烷相中由于H2與CO2發(fā)生了還原反應(yīng)，減少了產(chǎn)品氣中的CO2的含量，提高了整個(gè)產(chǎn)品氣中可燃組分的比例，4、甲烷化反應(yīng)器產(chǎn)甲烷后的上清液不排放，回流至水解酸化反應(yīng)器中循環(huán)使用，促進(jìn)水解酸化效率并減少系統(tǒng)用水量。


圖I本發(fā)明生產(chǎn)沼氣的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。系統(tǒng)包括I個(gè)原料攪拌系統(tǒng)，I個(gè)5L的水解酸化反應(yīng)器、I個(gè)2L甲烷化反應(yīng)器，一個(gè)變壓吸附脫碳裝置。加入濃度為25000mg/L的接種污泥并通入一定的氧氣保持溶解氧濃度為O. 3mg/L進(jìn)行微好氧預(yù)處理酸化，將酸化后的液固相產(chǎn)物投加NaOH調(diào)節(jié)pH值至7. 0，通過連續(xù)進(jìn)料方式進(jìn)入高效產(chǎn)甲烷過程，同時(shí)將酸化產(chǎn)氣通入脫碳裝置中進(jìn)行提純，經(jīng)提純后的H2進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器中后與CO2發(fā)生還原反應(yīng)生成甲烷。同時(shí)利用恒流蠕動(dòng)泵實(shí)現(xiàn)甲烷化反應(yīng)器的出水在酸化反應(yīng)器中回流循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)的連續(xù)進(jìn)行，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定產(chǎn)氣，產(chǎn)氣率達(dá)680ml/gVS以上，甲烷含量達(dá)70%以上，且反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)未出現(xiàn)有機(jī)酸積累及氨氮的抑制。
權(quán)利要求
1.一種兩相產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷耦合反應(yīng)處理易降解有機(jī)廢棄物的方法，其特征在于包括以下步驟 1)易降解有機(jī)廢棄物的攪拌混合將有機(jī)廢棄物通過均勻攪拌混合后，將非均質(zhì)的有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)化為均質(zhì)的漿狀物，有效提高其可降解性，降低后續(xù)工藝的難度。
2)易降解有機(jī)物微好氧酸化采用微好氧技術(shù)對有機(jī)物進(jìn)行酸化反應(yīng)，對整個(gè)水解酸化過程進(jìn)行強(qiáng)化，提高了對廢棄物中的難降解部分的處理能力，將固體物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化為溶解性COD。
3)酸化相氣體提純將酸化相氣態(tài)產(chǎn)物(主要為H2和CO2混合氣體)經(jīng)過變壓吸附脫碳裝置，再將提純后的氣體通入甲烷相反應(yīng)器中。
4)氫氣甲烷化提純后的氣體通入高效化反應(yīng)器中，在甲烷菌的作用下發(fā)生還原反應(yīng)生成甲燒，提聞系統(tǒng)甲燒廣量。
5)消化液循環(huán)利用將甲烷反應(yīng)器的出料回流至酸化反應(yīng)器中促進(jìn)酸化預(yù)處理的進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于2)將酸化相中的氣態(tài)產(chǎn)物經(jīng)變壓吸附脫碳后，氣態(tài)產(chǎn)物中H2含量由20%左右增加至80%以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于3)酸化相中的氫氣在甲烷反應(yīng)器中發(fā)生還原反應(yīng)，能夠提高CH4產(chǎn)量的20%左右，同時(shí)也消耗掉了部分CO2,使產(chǎn)品氣中的CH4含量得到提聞。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟4)中效產(chǎn)甲烷反應(yīng)器可以采用所有水處理的高效反應(yīng)器，如CSTR (完全混合反應(yīng)器)、UASB (上流式厭氧污泥床反應(yīng)器)、ASBR(厭氧序批式反應(yīng)器)、AF (厭氧固定膜反應(yīng)器)、PFR (厭氧退流式反應(yīng)器)、IC (內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器)或EGSB (膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器)。
全文摘要
一種兩相產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷耦合反應(yīng)處理易降解有機(jī)廢棄物的方法屬于有機(jī)固體廢棄物高效資源化利用領(lǐng)域。現(xiàn)有的兩相技術(shù)末端產(chǎn)物僅為甲烷而將氫氣直接排放，部分氫氣甲烷聯(lián)產(chǎn)工藝又由于氫氣產(chǎn)量低難以得到應(yīng)用。本發(fā)明將易降解有機(jī)廢棄物通過攪拌后加入酸化反應(yīng)器中，反應(yīng)產(chǎn)物中的固液相直接進(jìn)入后端產(chǎn)甲烷相，氣體相經(jīng)變壓吸附脫碳后，主要成分為H2的產(chǎn)品氣再通入產(chǎn)甲烷相中，與甲烷化反應(yīng)產(chǎn)生的CO2發(fā)生反應(yīng)生成CH4，一方面提高了CH4的產(chǎn)量，另一方面也提高了產(chǎn)品氣中CH4的純度，具有處理效率高，產(chǎn)氣率高，周期短、可實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣，無廢水排出等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C12P5/02GK102796765SQ20121027705
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月6日
發(fā)明者劉廣青, 馮璐, 何艷峰, 劉曉英, 鄭毅 申請人:北京化工大學(xué)常州先進(jìn)材料研究院