专利名称:一种两相多级厌氧发酵有机固体废弃物生产沼气的方法
技术领域：
本发明属于有机固体废弃物处理即可再生能源领域。具体涉及一种利用有机固体废弃物进行厌氧消化生产沼气的方法，尤其涉及一种利用两相(产甲烷相和产酸相)多级厌氧发酵系统处理有机固体废弃物生产沼气的方法。
背景技术：
有机固体废弃物(包括畜禽粪便、城市生活垃圾以及农作物秸秆)是一种可再生利用的资源，如其不能有效处理，将会造成严重的环境污染。利用厌氧发酵的方法对其进行处理，不仅可以消除环境污染，而且还可以将这些废弃资源转化为清洁能源沼气。传统的单相批式厌氧消化主要适合处理液态的废弃物，其污染负荷承受能力低且有大量的废水排出。后来发展的两相厌氧消化系统，一定条件下实现的两相分离，提高了局部反应器的系统负荷，如2002年，李声寿等申请了实用新型专利“生活垃圾两相厌氧干发酵”，公开号 CN2585865Y。该专利描述的系统主要由水解酸化预处理发酵装置和厌氧干发酵装置组成， 并在水解酸化池中设置了消化液回流装置，但是并没有将干发酵中的液体进行循环利用， 而且其厌氧干发酵装置中进料是没有经过固液分离的混合料液。又如2003年，湖南大学乔纬等申请的发明专利“城市垃圾两相厌氧消化处理工艺”，公开号CN 1431159A。该专利将垃圾进行分选和破碎后送入水解发酵罐，酸化液泵入升流式厌氧污泥床(UASB)，也是一种将固体废弃物加工成液状物料的发酵技术。但上述两相厌氧消化系统都是批式进行的，系统的整体污染负荷仍较低，且沼气产量不稳定，不能实现连续稳定运行。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的问题，而提供一种系统污染负荷高、沼气产量稳定，实现连续操作的两相多级厌氧发酵有机固体废弃物生产沼气的方法。
本发明所提供的一种两相多级厌氧发酵有机固体废弃物生产沼气的方法，包括以下步骤
1)水解酸化有机固体废弃物将有机固体废弃物依次装入η个并联的酸化反应器中，η彡2，单个酸化反应器的容积负荷在200gVS/L以上，pH值控制在5. 8 6. 5之间，温度在50 55°C之间，进行水解酸化反应，从而使得固体物质的80%以上转化为溶解性COD， 同时，50%以上溶解性COD转化为低碳链脂肪酸，并有甲烷、氢气和二氧化碳等气体产生， 收集产生的气体；
其中，可以根据物料性质，确定酸化反应器的数量η;多个酸化反应器的并联使用，使得中间产物性质稳定，从而实现了系统整体的连续操作并稳定产气。在第0天时，将有机固体废弃物装入第1个酸化反应器中反应，在第m天时，1，将有机固体废弃物装入第2个酸化反应器中反应，依此类推，在第(n-1) Xm天时，将有机固体废弃物装入第η个酸化反应器中反应；在第nXm天时，将第1个酸化反应器中的剩余固体取出(保留液体部分在反应器中)，并装入与取出的固体等量的有机固体废弃物 ’第2个酸化反应器反应nXm天后，取出剩余固体(保留液体部分在反应器中)，装入与取出的固体等量的有机固体废弃物；依次类推循环，第η个酸化反应器反应nXm天后，取出剩余固体(保留液体部分在反应器中)，装入与取出的固体等量的有机固体废弃物。对于每个酸化反应器而言是批式进料， 而对于整个反应系统来说是连续不间断反应。反应周期为mXn天。
2)收集渗滤液将步骤1)中η，η > 2，个酸化反应器中水解酸化产生的渗滤液泵入渗滤液收集箱中混合，并调节渗滤液的PH值到7. 0 8. 0之间；
3)制备甲烷将经步骤2、调节理化性能后的渗滤液泵入装满接种物的甲烷化反应器中，PH值保持在7. 0 8. 0之间，温度在50 55°C之间，产生甲烷、二氧化碳等气体， 收集产生的气体；
4)回收渗滤液将步骤3)中甲烷化反应器中的出水分别泵入步骤1)中的酸化反应器中，进一步促进有机固体废弃物的水解酸化过程，可根据实际需求，对出水的回流量和频率进行调解和控制。整个系统中废水循环利用，没有废水排出。
其中，步骤3)中采用序批式进料的方式，将经步骤2)调节pH后的渗滤液泵入装满接种物的甲烷化反应器中，每天进料P次，P ^ 1，每次进料为渗滤液收集箱中收集渗滤液总量的l/p。
步骤；3)中所述的接种物为污水处理厂的厌氧消化污泥。
所述的甲烷化反应器为连续搅拌式反应器(CSTR)、推流式反应器(PFR)、折流式反应器(BFF)、上流式厌氧污泥床反应器(UASB)、厌氧生物转盘反应器(ABR)、序批式活性污泥法厌氧反应器(SBR)、厌氧生物滤池(ABF)、上流式厌氧滤池(UAF)或膨胀颗粒污泥床 (EGSB)厌氧反应器等。
与现有的厌氧发酵方法相比较，本发明具有以下有益效果
1)有机固体废弃物不需要加工成液状物料，可以直接将固体物料装入反应器反应；
2)系统将反应过程相对分成产酸相和产甲烷相，并且将反应的物料相对分成固相和液相，避免了不同反应过程和相态的影响，提高了反应效率；
3)产酸过程由多个酸化反应器并联使用，使得系统整体的水解酸化过程状态相对稳定；
4)渗滤液收集箱中是多个酸化反应器依次排出的渗滤液的混合液体，保证了渗滤液理化性质的稳定性，为甲烷化反应器提供了良好的基质，达到稳定高效产气；
5)甲烷化反应器产甲烷后的上清液不排放，回流至酸化反应器中循环使用，使得整个系统无废水排放。
下面结合具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。
具体实施方式
实施例
两相多级厌氧发酵系统包括3个IL的酸化反应器、1个0. 5L的渗滤液收集箱、1 个2L甲烷化反应器。
1)在3个酸化反应器中依次装入IOOOg挥发性固体(V0latileS0lid，VS)含量为 20%的厨余垃圾，填满厌氧活性污泥，pH值控制在6. 0，温度在55°C下进行水解酸化反应，收集产生的气体，具体加料方式为在第0天时，将物料装入第1个酸化反应器中反应；在第3天时，将物料装入第2个酸化反应器中反应；在第6天时，将物料装入第3个反应器中反应；在第9天时，将第1个酸化反应器中的剩余固体取出(保留液体部分在反应器中)， 并装入等量的新料；第2个酸化反应器反应9天后，取出剩余固体(保留液体部分在反应器中)，装入等量的新料；第3个酸化反应器反应9天后，取出剩余固体(保留液体部分在反应器中)，装入等量的新料；
水解酸化反应器中的固体物质的88%转化为溶解性C0D，同时，55%以上溶解性 COD转化为低碳链脂肪酸。
2)收集渗滤液利用恒流蠕动泵，将步骤1)中3个酸化反应器中水解酸化产生的渗滤液泵入渗滤液收集箱中混合，并调节渗滤液的PH值到7. 8 ；
3)采用序批式进料的方式，将经步骤2、调节理化性能的渗滤液泵入装满厌氧活性污泥的甲烷化反应器中，每天进料4次，每次进料125ml，pH值保持在7. 8，温度在55°C左右；
4)将步骤3)甲烷化反应器中的出水分别泵入步骤1)中的3个酸化反应器中。
系统每天能稳定产气，产气率达600ml/gVS以上，VS降解率在90%，甲烷含量达 65%。
整个系统的产气量达到120L，比同类废弃物的其它处理方式产气量高15%，反应时间为9天，比以往文献中报到的同等产气量的反应时间缩短15天以上。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求
范围当中。
权利要求
1.一种两相多级厌氧发酵有机固体废弃物生产沼气的方法，其特征在于，包括以下步骤1)水解酸化有机固体废弃物将有机固体废弃物依次装入η个并联的酸化反应器中， η彡2，单个酸化反应器的容积负荷为200gVS/L，pH值控制在5. 8 6. 5之间，温度在50 55°C之间，进行水解酸化反应，收集产生的气体；2)收集渗滤液将步骤1)中η，η> 2，个酸化反应器中水解酸化产生的渗滤液泵入渗滤液收集箱中混合，并调节渗滤液的PH值到7. 0 8. 0之间；3)制备甲烷将经步骤幻调节理化性能后的渗滤液泵入装满接种物的甲烷化反应器中，PH值保持在7. 0 8. 0之间，温度在50 55°C之间，收集产生的气体；4)将步骤幻甲烷化反应器中的出水泵入步骤1)中的酸化反应器中；步骤1)中在第0天时，将有机固体废弃物装入第1个酸化反应器中反应，在第m天时， 将有机固体废弃物装入第2个酸化反应器中反应，依次类推，在第(n-1) Xm天时，将有机固体废弃物装入第η个酸化反应器中反应；在第nXm天时，将第1个酸化反应器中的剩余固体取出，保留液体部分在反应器中，并装入与取出的固体等量的有机固体废弃物；第2个酸化反应器反应nXm天后，取出剩余固体，保留液体部分在反应器中，装入与取出的固体等量的有机固体废弃物；依次类推，第η个酸化反应器反应nXm天后，取出剩余固体，保留液体部分在反应器中，装入与取出的固体等量的有机固体废弃物，η > 2，m > 1。
2.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于，步骤幻中采用序批式进料的方式，将经步骤2)调节pH后的渗滤液泵入装满接种物的甲烷化反应器中，每天进料ρ次，ρ ^ 1，每次进料为渗滤液收集箱中收集渗滤液总量的1/P。
3.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于，步骤幻中所述的接种物为污水处理厂的厌氧活性污泥。
4.根据权利要求
1或2所述的方法，其特征在于，所述的甲烷化反应器为连续搅拌式反应器CSTR、推流式反应器PFR、折流式反应器BFF、上流式厌氧污泥床反应器UASB、厌氧生物转盘反应器ABR、序批式活性污泥法厌氧反应器SBR、厌氧生物滤池ABF、上流式厌氧滤池 UAF或膨胀颗粒污泥床EGSB厌氧反应器。
专利摘要
一种两相多级厌氧发酵有机固体废弃物生产沼气的方法属于有机固体废弃物处理即可再生能源领域。现有技术中沼气产量不稳定又无法实现连续操作。本发明将有机固体废弃物装入n(n≥2)个并联的酸化反应器中，于pH＝5.8～6.5，50～55℃下进行水解酸化，每个水解酸化反应器在装入物料后反应n×m(m≥1)天后进行换料。收集酸化产生的渗滤液，调节pH＝7.0～8.0后，采用批式进料的方式，将渗滤液泵入装满接种污泥的甲烷化反应器中，在pH为7.0～8.0，50～55℃下收集产生的气体；最后甲烷化反应器中的出水泵入酸化反应器中。本发明具有产气效率高、周期短、可实现稳定连续产气，无废水排出等优点。
文档编号C12P5/02GKCN101565719 B发布类型授权 专利申请号CN 200810104975
公开日2011年12月21日 申请日期2008年4月25日
发明者刘广青, 李秀金, 肖勇, 董仁杰, 魏泉源 申请人:北京化工大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (5), 非专利引用 (2),