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厌氧消化器制造技术

技术编号:23216082 阅读:79 留言:0更新日期:2020-01-31 23:03
厌氧消化装置包括用于在厌氧消化之前和/或期间保留有机物的第一室和用于在厌氧消化期间保留有机物的第二室。将所述厌氧消化装置配置为制冷或加热第一室以抑制第一室中的产甲烷作用。所述厌氧消化装置包括控制器,将其编程以调节厌氧消化过程并因此减少系统扰动。有机物向其中调节了产甲烷作用的第二室流动。本发明专利技术公开了一种包含伍氏醋酸杆菌和理事会甲烷鬃毛菌的用于厌氧消化的接种物。

Anaerobic digester

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】厌氧消化器
本专利技术涉及厌氧消化装置、在有机物的厌氧消化中使用厌氧消化装置的方法、用于从有机物产生甲烷的装置和方法、用于从有机物产生可再生能源的装置和方法、用于从有机物产生电的装置和方法、水解有机物的方法、和用于有机物厌氧消化的微生物培养物。
技术介绍
厌氧消化是指在无氧条件下通过微生物分解有机物的过程的集合。厌氧消化包括将有机聚合物(例如碳水化合物和蛋白质类)生化水解为小的有机分子,以及将这些小分子转化为甲烷、二氧化碳、氮气和氢气和其它副产物。厌氧消化用作可生物降解的废物如食品废物和污水污泥的再循环中的处理工艺的一部分。该工艺通常导致生物气(包含约50%至80%的甲烷)以及液体和固体消化物的产生。由于生物气可以用作燃料,厌氧消化被认为是可再生能量的来源。生物气可以进一步精制以产生生物甲烷,其具有与天然气相似的甲烷含量。消化物可以用作富营养的肥料,以及较高价值的化学产品的来源。在生物气和生物甲烷的生产中所使用的受控的厌氧消化,通常使用从家用和商用物业收集的食物废物、农场废物、专门的能源作物、肥料和污水污泥的组合以工业规模进行。商用厌氧消化器通常使用对人类致病的微生物,因此其不适合用于家庭环境。致病性水解微生物特别常用于商用厌氧消化器。商用厌氧消化器通常大而复杂,并且通常将难闻的气味释放至周围环境中。因此,提供安全且实用于家庭环境的厌氧消化器和微生物培养物是有益的。提供可以将消化器进料更加完全地转化为甲烷的厌氧消化器和微生物培养物也是有益的。
技术实现思路
本专利技术的第一方面提供厌氧消化装置(例如厌氧消化器)。该装置包括用于在厌氧消化之前和/或期间保留有机物的第一室和用于在厌氧消化期间保留有机物的第二室。所述装置通常配置为(即,在使用中)制冷或加热第一室(即,其内容物),换言之通常制冷或加热第一室。第一室的温度(通常调节)制冷或加热至抑制第一室中产甲烷作用的温度(例如将甲烷生成速率降低至低于第二室中的甲烷生成速率的10%、低于5%或优选低于1%)。因此,产甲烷作用主要在第二室中发生。通过将第一室中的温度降低至抑制由存在的活的产甲烷微生物产生的产甲烷作用的温度,或通过将第一室中的温度升高至抑制由存在的活的产甲烷微生物产生的产甲烷作用或杀死产甲烷菌的温度,可以抑制产甲烷作用。装置通常配置为将有机物从第一室移动至第二室以及从第二室移动至第一室。由此,将来自第二室的产甲烷微生物移动至第一室,并且在没有制冷或加热第一室的情况下,产甲烷作用将在第一室中显著。应该理解的是,厌氧消化是指在无氧条件下通过微生物分解有机物的过程。负责厌氧消化的微生物通常包括厌氧细菌和/或厌氧古细菌。厌氧消化通常包括以下过程中的一个或多个:大分子(例如聚合物如碳水化合物(多糖)和/或蛋白质类(多肽)和/或脂质类(如甘油三酯))水解来形成较小分子(例如单糖、氨基酸和/或脂肪酸);水解产物的产酸作用来形成例如挥发性脂肪酸(VFA);水解产物的产乙酸作用和/或产酸作用来形成乙酸;水解产物的产甲烷作用、产酸作用和/或产乙酸作用来形成甲烷(CH4)。受控的有机物的厌氧消化用于生物气的生产。生物气是多种不同气体的混合物,但通常包含至少50%的甲烷。生物气还可以包含二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氢气(H2)、硫化氢(H2S)和/或氧气(O2)。装置可配置为将第一室制冷至等于或低于10℃、或等于或低于8℃、或等于或低于6℃、或等于或低于4℃的温度。装置可配置为将第一室加热至等于或高于40℃、或等于或高于50℃、或等于或高于60℃的温度。装置通常配置用于两阶段厌氧消化过程,也就是说,厌氧消化的初始阶段(包括,例如水解、产酸作用和/或产乙酸作用)在第一位置发生(例如,基本上同时),其后产甲烷作用在与第一位置(即,至少部分地)分开的第二位置发生。在两阶段厌氧消化过程中,水解、产酸作用和/或产乙酸作用通常在(制冷或加热的)第一室中发生,并且产甲烷作用通常在第二室中发生。水解、产酸和/或产乙酸微生物和/或酶(其通常一起负责有机物的水解、产酸作用和/或产乙酸作用)通常可以承受、且实际上可以在比产甲烷微生物更低的温度下繁殖。产甲烷微生物通常在较低温度(例如低于10℃)下被抑制,并且在较高温度(例如高于10℃)下趋于繁殖。第一室的制冷通常意味着有机物可以在厌氧消化期间在第一室和第二室之间移动(反之亦然),同时确保产甲烷作用主要在第二室中发生而不在第一室中发生。在替代方案中,将第二室加热至足以抑制或杀死产甲烷微生物的温度,但在水解、产酸和/或产乙酸微生物和/或酶起作用的情况下,也可以使产甲烷作用主要在第二室中发生,同时允许有机物在第一室和第二室之间移动(反之亦然)。本专利技术人已经发现,通过将产甲烷作用与水解、产酸作用和/或产乙酸作用分开(即,空间上的),有机物的更完全的产甲烷作用是可行的。这是因为产甲烷微生物对其特别敏感的关键的过程参数例如挥发性脂肪酸(VFA)浓度(在水解、产酸作用和/或产乙酸作用期间产生的VFA(主要是乙酸))、氮浓度和pH可以通过调节消化物在第一室和第二室之间的流动而在其中发生产甲烷作用的区域中更精确地控制。可以优化过程参数以使甲烷输出最大化并控制系统扰动。因此,第一室和第二室两者通常都是消化室,即,在使用中发生厌氧消化的一个或多个阶段的室。另外,第一室实际上可以起在厌氧消化之前的有机物的贮存室的作用。当第一室起贮存室的作用的情况下,所述第一室的制冷减缓了保留在其中的有机物的分解,因此减少了难闻气味从装置向周围环境的释放。例如,当该装置用于家庭环境中时,这是重要的。在厌氧消化之前,可能必须将有机物在第一室中贮存许多小时,例如为了利用更便宜的非高峰期供电。应理解的是,第一室在厌氧消化“之前和/或期间”保留有机物是指第一室在厌氧消化之前或厌氧消化期间两者之一、或厌氧消化之前和期间两者保留有机物。然而,装置可以包括贮存室,在将废物转移至第一室(在一些实施方案中通过所述巴氏灭菌室)之前,将(通常被浸渍的)废物接收至所述贮存室中。装置可以包括可控泵,该可控泵配置为将有机物转移至第一室中来厌氧消化。可以制冷贮存室。装置可以包括用于制冷贮存室的部件。装置可以包括制冷第一室的部件。装置可包括配置成制冷第一消化室的热泵。用于制冷第一室的部件可以包括以下中的一种或多种:蒸汽压缩装置(如家用冰箱中通常使用的)、蒸汽吸收装置、热电冷却装置(如珀耳帖冰箱中使用的)。装置可包括用于加热第一室的部件。因此,水解和产酸作用可以在升高的温度下进行。装置可适于对第一室中的物质进行巴氏灭菌,例如将其加热至高于阈值温度(通常高于或等于40℃、高于或等于50℃或高于或等于60℃)至少预定的时间段(例如一小时以上)。这可以在水解和产酸作用的同时或其后进行。装置可以包括连接第一室和第二室的缓冲室,有机物通过该缓冲室从第一室移动至第二室。可以将装置配置为对缓冲室中的有机物进行巴氏灭菌(例如,将其加热至预定温度,所述预定温度通常为至少60℃,持续预定时间,例如至少一小时)。装置可以包括巴氏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种厌氧消化装置,其包括用于在厌氧消化之前和/或期间保留有机物的第一室和用于在厌氧消化期间保留有机物的第二室,所述厌氧消化装置配置为制冷或加热所述第一室。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170410 GB 1705768.81.一种厌氧消化装置,其包括用于在厌氧消化之前和/或期间保留有机物的第一室和用于在厌氧消化期间保留有机物的第二室,所述厌氧消化装置配置为制冷或加热所述第一室。


2.根据权利要求1所述的厌氧消化装置,其配置为制冷或加热所述第一室至抑制所述第一室中的产甲烷作用的温度。


3.根据权利要求1或2所述的厌氧消化装置,其配置为制冷所述第一室至等于或低于10℃的温度并加热所述第二室至高于10℃的温度。


4.根据前述权利要求任一项所述的厌氧消化装置,其包括一个或多个传感器,所述一个或多个传感器配置为测定指示所述第一室和/或第二室中保留的材料的体积、质量、组成、蛋白质浓度、含氮物质的浓度、氮浓度、碳水化合物浓度、脂质浓度、脂肪酸浓度、和/或pH的一个或多个参数。


5.根据前述权利要求任一项所述的厌氧消化装置,其包括连接至所述第一室和第二室的缓冲室,有机物通过所述缓冲室从所述第一室移动至所述第二室,其中所述装置配置为对所述缓冲室中的有机物进行巴氏灭菌。


6.根据权利要求4或5所述的厌氧消化装置,其进一步包括:
在所述第一室和第二室之间延伸的管道,无论是直接延伸或穿过所述缓冲室,均由此允许有机物通过所述管道在所述第一室和第二室之间的移动,
流动调节部件,其用于调节有机物通过所述管道在所述第一室和第二室之间的移动,以及
控制器,其配置为从一个或多个传感器接收一个或多个参数的测量结果,并且通过对响应于接收到的测量结果的所述流动调节部件进行操作来调节所述第一室和第二室之间的有机物的流动。


7.根据权利要求4至6任一项所述的厌氧消化装置,其包括控制器,所述控制器配置为接收指示所述第一室中的蛋白质浓度、含氮物质的浓度和/或氮浓度的一个或多个参数的测量结果,并且将一种或多种水解酶引入至所述第一室中,其中引入至所述第一室中的水解酶的量取决于一个或多个参数的值。


8.根据前述权利要求任一项所述的厌氧消化装置,其中所述装置配置为将有机物从所述第一室移动至所述第二室以及从所述第二室移动至所述第一室,由此将产甲烷微生物从所述第二室移动至所述第一室。


9.根据前述权利要求任一项所述的厌氧消化装置,其包括用于在厌氧消化前浸渍有机物的浸渍器。


10.根据前述权利要求任一项所述的厌氧消化装置,其包括用于搅拌所述第一室和/或第二室内的有机物的部件。


11.根据前述权利要求任一项所述的厌氧消化装置,其包括气体净化器,所述气体净化器包括一个或多个过滤器,所述一个或多个过滤器配置为从所述第一室和/或第二室中的有机物的厌氧消化过程中产生的气体中去除以下中的一种或多种:二氧化碳、硫化氢、氨。


12.根据权利要求11所述的厌氧消化装置,其进一步包括发生器,所述发生器配置为接收来自所述气体净化器的气体流并输出由所述气体的燃烧产生的电和/或热。


13.根据权利要求12所述的厌氧消化装置,其中所述发生器为微型热电联供发生器。


14.一种在有机物的厌氧消化中使用根据前述权利要求任一项所述的厌氧消化装置的方法,所述方法包括以下步骤:在所述第一室中将所述有机物暴露于产乙酸微生物;将至少一部分的有机物从所述第一室转移至所述第二室;并且在所述第二室中将所述至少一部分的有机物暴露于产甲烷微生物。


15.根据权利要求14所述的方法,其包括制冷所述第一室至等于或低于10℃的温度并加热所述第二室至高于10℃的温度。


16.根据权利要求14或15所述的方法,其包括将至少一部分的有机物从所述第二室转移至所述第一室,使得将产甲烷微生物从所述第二室转移至所述第一室,但其中由于所述第一室的制冷或加热,产甲烷作用主要在所述第二室中发生。


17.根据权利要求14至16任一项所述的方法,其包括在所述第一室中将所述有机物暴露于一种或多种水解酶。


18.根据权利要求14至17任一项所述的方法,其包括一个或多个传感器,所述一个或多个传感器测量指示所述第一室和/或第二室和/或缓冲室中保留的材料的体积、质量、组成、蛋白质浓度、含氮物质的浓度、氮浓度、碳水化合物浓度、脂质浓度、脂肪酸浓度、和/或pH的一个或多个参数,所述控制器接收所述一个或多个参数的测量结果,并且所述控制器响应于所接收的测量结果将一部分的有机物从所述第一室或所述缓冲室转移至所述第二室。


19.根据权利要求14至18任一项所述的方法,其包括浸渍所述有机物。


20.根据权利要求14至19任一项所述的方法,其包括向所述第一室和/或第二室中的所述有机物添加水或搅拌所述有机物。


21.根据权利要求14至20任一项所述的方法,其包括在将所述第一室中或来自所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员:I·R·卡努
申请(专利权)人:I·R·卡努
类型:发明
国别省市:英国;GB

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