一种两相产氢产甲烷耦合反应处理易降解有机废弃物的方法技术

一种两相产氢产甲烷耦合反应处理易降解有机废弃物的方法属于有机固体废弃物高效资源化利用领域。现有的两相技术末端产物仅为甲烷而将氢气直接排放，部分氢气甲烷联产工艺又由于氢气产量低难以得到应用。本发明专利技术将易降解有机废弃物通过搅拌后加入酸化反应器中，反应产物中的固液相直接进入后端产甲烷相，气体相经变压吸附脱碳后，主要成分为H2的产品气再通入产甲烷相中，与甲烷化反应产生的CO2发生反应生成CH4，一方面提高了CH4的产量，另一方面也提高了产品气中CH4的纯度，具有处理效率高，产气率高，周期短、可实现连续稳定产气，无废水排出等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有机固体废弃物高效资源化利用领域，涉及一种利用两相产氢产甲烷耦合技术处理易降解有机废弃物的方法。
技术介绍
易降解有机废弃物是指生活和生产过程中产生的易腐败和易生物降解的废弃物，主要包括果蔬垃圾、餐厨垃圾等。随着我国人民生活水平的普遍提高，该类有机物在绝对产量和在总垃圾产量中所占的比例显著提高。我国2007年餐厨垃圾年产量超过8000万吨，果蔬类废弃物产量也超过5000万吨。易降解有机废弃物的最大特点是含水率和有机物含量高，易腐烂、酸化，因此常用的生活垃圾处置技术较难使该类废弃物得到较好的处理，如该类废弃物由于有机质含量较高，在填埋处理的过程中会产生大量渗滤液进入地下水，而 较大的含水率又使得其难以直接焚烧处理。由于易降解有机废弃物中有机物含量高，因而可以通过厌氧消化技术对其进行处理，通过该技术不但可以消除污染，同时能够将废弃物中的有机组分转化为清洁能源沼气。目前关于易降解有机废弃物厌氧产沼气的研究均集中于传统单相及两相厌氧消化，由于该类废弃物具有含水率高、成分复杂、体积大、非均质、流动性差、纤维素含量高等特点，传统的单相混合厌氧消化处理效率低，两相厌氧消化系统在一定条件下实现了两相分离，同时极大提高了有机废弃物的处理效率，能够实现氢气、甲烷的联产。但由于第一相中产生的氢气量较少，且本身热值较低，难以真正得以应用；如对酸化相反应进行强化，提高酸化反应中的产氢量又会造成生物质在第一相内的过度消耗，影响后续甲烷的产量，难以达到产能平衡。目前还未见到两相产氢产甲烷耦合反应的专利报道。
技术实现思路
为了解决上述存在的问题，本专利中提供了一种区别于传统两相厌氧消化氢气甲烷联产的高效产沼方法，首先将易降解有机废弃物搅拌均匀后加入酸化相反应器中酸化反应，反应后固液态酸化产物直接进入高效厌氧消化产甲烷反应器，气态产物(主要是H2及CO2的混合物)经CO2脱除装置后进入高效厌氧消化产甲烷反应器中，于甲烷化过程中产生的CO2在甲烷菌的作用下发生还原反应生成甲烷。该技术在常见的两相厌氧消化的基础上在酸化反应器后加入了变压吸附脱碳装置，通过将提纯后的H2通入后段产甲烷相中再次与酸化产物甲烷化过程中产生的CO2气体发生反应生成甲烷，一方面使酸化相中的H2得到了有效的利用，避免了生物质能的浪费；同时也增加了整个工艺中甲烷的产量；此外，由于H2与甲烷化反应器中的CO2发生还原反应消耗了甲烷相气态产物中的部分CO2,也提高了产品气中CH4气的含量。本专利技术的技术方案是这样实现的(I)易降解有机废弃物的酸化将有机废弃物搅拌均匀后加入浓度为25000mg/L的污水处理厂污泥作为接种微生物，并通过控制曝气的气体流量达到溶解氧浓度为O. 2-0. 5mg/L的微好氧水解酸化环境，进行微好氧强化水解酸化反应，从而将固体物料中的纤维素等成分得到降解，使得固体物质转化为溶解性COD并且一部分转化为低碳链脂肪酸，(2)将酸化过程中产生的固液混合物调节pH至71后通入甲烷化反应器，(3)将酸化反应器中产生的气体经过CO2过滤装置，使气体中的氢气含量由原来的20°/Γ30%增加至80%以上，(4)将提纯后的气体通入甲烷化反应器中，与气体中的CO2在甲烷菌的作用下发生还原反应，产生CH4气，(5)渗滤液回流系统甲烷化反应器中的消化液泵入水解酸化反应器中，进一步促进固态残渣的水解酸化过程。与现有技术相比，本专利技术的创新是I、将微好氧水解酸化技术用于酸化相过程，提高了有机废弃物中难溶解物质的可降解性和厌氧消化潜力， 2、将酸化相内反应产生气体经变压吸附后，将产品气中的H2浓度由20%提高到了80%左右，经提纯后的气体通入甲烷相中，在甲烷菌的作用下与CO2发生反应生成甲烷，提高了系统整体的CH4产量，3、在甲烷相中由于H2与CO2发生了还原反应，减少了产品气中的CO2的含量，提高了整个产品气中可燃组分的比例，4、甲烷化反应器产甲烷后的上清液不排放，回流至水解酸化反应器中循环使用，促进水解酸化效率并减少系统用水量。附图说明图I本专利技术生产沼气的流程图。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细描述。系统包括I个原料搅拌系统，I个5L的水解酸化反应器、I个2L甲烷化反应器，一个变压吸附脱碳装置。加入浓度为25000mg/L的接种污泥并通入一定的氧气保持溶解氧浓度为O. 3mg/L进行微好氧预处理酸化，将酸化后的液固相产物投加NaOH调节pH值至7. 0，通过连续进料方式进入高效产甲烷过程，同时将酸化产气通入脱碳装置中进行提纯，经提纯后的H2进入甲烷化反应器中后与CO2发生还原反应生成甲烷。同时利用恒流蠕动泵实现甲烷化反应器的出水在酸化反应器中回流循环使用，实现了整个反应系统的连续进行，系统达到稳定产气，产气率达680ml/gVS以上，甲烷含量达70%以上，且反应系统内未出现有机酸积累及氨氮的抑制。权利要求1.，其特征在于包括以下步骤 1)易降解有机废弃物的搅拌混合将有机废弃物通过均匀搅拌混合后，将非均质的有机废弃物转化为均质的浆状物，有效提高其可降解性，降低后续工艺的难度。2)易降解有机物微好氧酸化采用微好氧技术对有机物进行酸化反应，对整个水解酸化过程进行强化，提高了对废弃物中的难降解部分的处理能力，将固体物质高效转化为溶解性COD。3)酸化相气体提纯将酸化相气态产物(主要为H2和CO2混合气体)经过变压吸附脱碳装置，再将提纯后的气体通入甲烷相反应器中。4)氢气甲烷化提纯后的气体通入高效化反应器中，在甲烷菌的作用下发生还原反应生成甲烧，提闻系统甲烧广量。5)消化液循环利用将甲烷反应器的出料回流至酸化反应器中促进酸化预处理的进行。2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于2)将酸化相中的气态产物经变压吸附脱碳后，气态产物中H2含量由20%左右增加至80%以上。3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于3)酸化相中的氢气在甲烷反应器中发生还原反应，能够提高CH4产量的20%左右，同时也消耗掉了部分CO2,使产品气中的CH4含量得到提闻。4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤4)中效产甲烷反应器可以采用所有水处理的高效反应器，如CSTR (完全混合反应器)、UASB (上流式厌氧污泥床反应器)、ASBR(厌氧序批式反应器)、AF (厌氧固定膜反应器)、PFR (厌氧退流式反应器)、IC (内循环厌氧反应器)或EGSB (膨胀颗粒污泥床反应器)。全文摘要属于有机固体废弃物高效资源化利用领域。现有的两相技术末端产物仅为甲烷而将氢气直接排放，部分氢气甲烷联产工艺又由于氢气产量低难以得到应用。本专利技术将易降解有机废弃物通过搅拌后加入酸化反应器中，反应产物中的固液相直接进入后端产甲烷相，气体相经变压吸附脱碳后，主要成分为H2的产品气再通入产甲烷相中，与甲烷化反应产生的CO2发生反应生成CH4，一方面提高了CH4的产量，另一方面也提高了产品气中CH4的纯度，具有处理效率高，产气率高，周期短、可实现连续稳定产气，无废水排出等优点。文档编号C12P5/02GK102796765SQ20121027705公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月6日 优先权日2012年8月6日专利技术者刘广青, 冯璐, 何艳峰, 刘晓英, 郑毅 申请人:北京化工大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两相产氢产甲烷耦合反应处理易降解有机废弃物的方法，其特征在于包括以下步骤：1）易降解有机废弃物的搅拌混合：将有机废弃物通过均匀搅拌混合后，将非均质的有机废弃物转化为均质的浆状物，有效提高其可降解性，降低后续工艺的难度。2）易降解有机物微好氧酸化：采用微好氧技术对有机物进行酸化反应，对整个水解酸化过程进行强化，提高了对废弃物中的难降解部分的处理能力，将固体物质高效转化为溶解性COD。3）酸化相气体提纯：将酸化相气态产物（主要为H2和CO2混合气体）经过变压吸附脱碳装置，再将提纯后的气体通入甲烷相反应器中。4）氢气甲烷化：提纯后的气体通入高效化反应器中，在甲烷菌的作用下发生还原反应生成甲烷，提高系统甲烷产量。5）消化液循环利用：将甲烷反应器的出料回流至酸化反应器中促进酸化预处理的进行。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘广青，冯璐，何艳峰，刘晓英，郑毅，
申请(专利权)人：北京化工大学常州先进材料研究院，
类型：发明
国别省市：