本發(fā)明涉及可降解有機(jī)固體廢物資源化領(lǐng)域，涉及一種改進(jìn)的兩相厭氧消化產(chǎn)甲烷的方法及系統(tǒng)，具體涉及一種利用調(diào)節(jié)兩相厭氧消化法中水解相氫氣分壓以提高餐廚垃圾生產(chǎn)甲烷量的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：世界范圍內(nèi)，餐廚垃圾約占市政固體垃圾總量的30-50％，并且目前填埋是最主要的處理方式。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在中國(guó)僅城鎮(zhèn)每天約產(chǎn)生52萬噸市政固體廢物，這一數(shù)據(jù)有望在2015年達(dá)到140萬噸/天，且呈現(xiàn)不斷遞增的趨勢(shì)。然而，由于可用于堆填的空間是有限的，且有機(jī)固體填埋會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境破壞，填埋釋放的甲烷氣體會(huì)加劇溫室效應(yīng)，滲濾液會(huì)污染地下水。餐廚垃圾由于具有較高的含水率以及200-500升甲烷/千克揮發(fā)性固體的巨大能源潛力，因而使得餐廚垃圾成為厭氧消化的理想底物。CN101250554B和CN102367455B公開了通過餐廚垃圾厭氧消化提高氫氣產(chǎn)量的方法，包括接種預(yù)馴化的顆粒污泥和控制氨氮濃度。由于回收氫氣作為能源尚存在儲(chǔ)存和運(yùn)輸方面的安全隱患，一定程度上限制了應(yīng)用范圍。CN103834560A和CN102827878A公開了餐廚垃圾厭氧消化處理的反應(yīng)設(shè)備。傳統(tǒng)上的單相厭氧反應(yīng)器來處理高含固率的有機(jī)固體如餐廚垃圾，由于產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷的不平衡，通常很難達(dá)到理想效果。上世紀(jì)70年代，研究者們開發(fā)嘗試將產(chǎn)酸和甲烷化分開的兩相反應(yīng)器。美國(guó)專利US4722741A和US3981800A以及歐洲專利WO1995018072A1分別公開了通過甲烷相加壓和污泥沉淀二氧化碳以及向甲烷相引入氧氣等措施以提高產(chǎn)品氣中甲烷的含量，但并未嘗試如何增加整個(gè)體系的甲烷含量。盡管目前的兩相反應(yīng)法具有諸如運(yùn)行效率高和反應(yīng)器穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，但 其甲烷回收效率卻和單相反應(yīng)器相當(dāng)，反而因增加反應(yīng)器帶來的復(fù)雜性，限制了其商業(yè)化。CN201210277056.2公開了“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”，其將酸化反應(yīng)器中的氣體經(jīng)變壓吸附脫碳后再通入甲烷化反應(yīng)器，一定程度上提高了甲烷的產(chǎn)量和產(chǎn)品氣中甲烷的純度；但是該工藝需要變壓吸附以脫除碳，從而增加了該工藝操作的復(fù)雜性，而且碳元素的流失還降低了回收效率，該方法只是將脫除后的氣體轉(zhuǎn)移到甲烷相再利用。提高兩相反應(yīng)器效率的關(guān)鍵在于提高其能源(甲烷)回收效率，而要進(jìn)一步提高甲烷回收效率，就必須對(duì)兩相厭氧消化尤其是酸化相進(jìn)行更深一步的探索。酸化反應(yīng)器中發(fā)生有機(jī)固體的水解和酸化反應(yīng)會(huì)有大量的氫氣和二氧化碳伴隨產(chǎn)生，體系物料守恒分析顯示這部分氣體可以占到已消化底物的22-30％；傳統(tǒng)操作條件下這些氣體會(huì)隨著反應(yīng)器的打開而釋放，不僅降低了體系的能源回收效率，也對(duì)周圍環(huán)境安全帶來潛在威脅；酸化反應(yīng)器頂空存在大量氫氣會(huì)抑制水解/酸化反應(yīng)，降低了反應(yīng)效率。為了提高兩相厭氧消化總的能源回收效率，利用酸化反應(yīng)器中的氣體成為一種有效措施。但目前尚未有通過調(diào)控酸化反應(yīng)器頂空的壓力實(shí)現(xiàn)酸化反應(yīng)器中氣體的再利用，以提高了水解/酸化效率，并最終提高了兩相厭氧消化甲烷回收效率的研究報(bào)道。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)以上技術(shù)情況，本發(fā)明提供一種利用調(diào)節(jié)兩相厭氧消化法中水解相氫氣分壓以提高餐廚垃圾生產(chǎn)甲烷量的方法及系統(tǒng)。本發(fā)明所述方法包括將水解酸化反應(yīng)器中頂空壓力保持在3.0-3.5psi，并將水解酸化反應(yīng)器中多余氣體轉(zhuǎn)移到甲烷反應(yīng)器中再利用。作為實(shí)施方案之一，優(yōu)選水解酸化反應(yīng)器中頂空壓力保持在3.28psi。本發(fā)明方法中保持一定壓力值，是為了使水解酸化反應(yīng)器中的約75％的頂空氣體轉(zhuǎn)移到甲烷反應(yīng)器中，因此本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)具體的反應(yīng)條件和反應(yīng)設(shè)備及本領(lǐng)域常識(shí)來調(diào)整該壓力值的大小，但以使約75％的 頂空氣體轉(zhuǎn)移到甲烷反應(yīng)器中為前提；所述壓力值包括但不限于3.0-3.5psi。作為本發(fā)明實(shí)施方案之一，所述方法還包括：水解酸化反應(yīng)器中酸化氣體中的氫氣和二氧化碳?xì)獾谋壤笥诨虻扔?∶1。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的方法以使氫氣和二氧化碳?xì)獾谋壤龖?yīng)大于或等于4∶1，例如包括但不限于接種于處理的厭氧污泥。作為實(shí)施方案之一，本發(fā)明所述方法還進(jìn)一步包括調(diào)節(jié)滲濾液的pH值為6.0±0.1。為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，作為實(shí)施方案之一，本發(fā)明所述方法還包括將污泥馴化使產(chǎn)生的沼氣中甲烷的含量穩(wěn)定且出水COD去除率達(dá)到85-95％。其中所述甲烷含量穩(wěn)定是指其含量波動(dòng)小于5％；另外馴化的方式可以采用本領(lǐng)常用的馴化方法，以能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明要求的馴化指標(biāo)為前提。作為實(shí)施方案之一，本發(fā)明所述方法還包括水解酸化反應(yīng)相和甲烷化反應(yīng)相的運(yùn)行溫度均維持在35±1℃。本發(fā)明所述方法可以用于任何的有機(jī)可降解的固體垃圾，所述垃圾包括但不限于餐廚垃圾、市政垃圾的有機(jī)成份、剩余污泥、酒糟或作物秸稈等；作為實(shí)施方案之一，本發(fā)明優(yōu)選為餐廚垃圾。作為實(shí)施方案之一，本發(fā)明所述方法包括以下步驟：1)產(chǎn)甲烷相污泥馴化：在試驗(yàn)開始前對(duì)甲烷化相污泥馴化2～3周，以使當(dāng)產(chǎn)生的沼氣中甲烷的含量穩(wěn)定且出水COD去除率達(dá)到85-95％；2)餐廚垃圾的破碎及混合：將垃圾切成4-6毫米的方塊，添加10％的金魚石作為填料，混合均勻；3)水解酸化反應(yīng)器壓力的設(shè)定及酸化反應(yīng)氣體轉(zhuǎn)移：將水解酸化反應(yīng)器中頂空壓力保持在3.0～3.5，并將水解酸化反應(yīng)器中多余氣體轉(zhuǎn)移到甲烷反應(yīng)器中再利用；4)酸化滲濾液和甲烷出水循環(huán)：水解酸化反應(yīng)器每次采集樣品時(shí)，其中一半用自來水補(bǔ)齊體積后返回；5)調(diào)節(jié)滲濾液pH值：用堿將酸化滲濾液的pH值調(diào)到6.0±1；6)提高水解相氣體中氫氣的百分比：向酸化反應(yīng)器中添加堿性物質(zhì)和接種預(yù)處理的接種物(如厭氧污泥)以使水解酸化反應(yīng)器中酸化氣體中的 氫氣和二氧化碳?xì)獗壤秊?∶1。作為實(shí)施方案之一，本發(fā)明所述步驟1)中馴化所采用的馴化劑包括滲濾液、生活污水、葡萄糖廢水和/或氫氣；優(yōu)選葡萄糖廢水和/或氫氣。作為實(shí)施方案之一，本發(fā)明所述步驟2)中所述酸化反應(yīng)器中添加餐廚垃圾、10％的金魚石、及按20％的量接種厭氧污泥；作為實(shí)施方案之一，本發(fā)明所述步驟2)中優(yōu)選還包括加入按餐廚垃圾∶水(w/w)＝1∶1的水，所述水包括但不限于自來水。作為實(shí)施方案之一，本發(fā)明所述步驟3)中酸化反應(yīng)器中的氣體可以以3-12升/升反應(yīng)器·天的速率被轉(zhuǎn)移到甲烷化反應(yīng)器中；作為實(shí)施方案之一，本發(fā)明所述步驟3)中水解酸化反應(yīng)器中頂空壓力保持在3.28psi。作為實(shí)施方案之一，本發(fā)明所述步驟4)中的酸化反應(yīng)器滲濾液每天收集一次，其中一半用碳酸氫鈉調(diào)節(jié)pH值到6.0，用自來水補(bǔ)齊體積后，返回，另一半則喂到甲烷化反應(yīng)器供甲烷菌利用。作為實(shí)施方案之一，本發(fā)明所述步驟5)中的堿為本領(lǐng)域常用的堿，包括但不限于乙酸鈉，碳酸鈉等具有緩沖性質(zhì)的弱堿；作為實(shí)施方案之一，本發(fā)明所述堿優(yōu)選為0.5M碳酸氫鈉。作為實(shí)施方案之一，本發(fā)明所述步驟6)中的接種物為本領(lǐng)域常規(guī)的接種物，本發(fā)明包括但不限于厭氧污泥。作為實(shí)施方案之一，本發(fā)明所述步驟6)中通過添加14g/kg餐廚垃圾的生石灰和接種BES(2-溴乙烷磺酸鹽)預(yù)處理的接種物以使得酸化氣體中氫氣和二氧化碳的比率大于或等于4∶1。作為實(shí)施方案之一，本發(fā)明所述方法中的餐廚垃圾甲烷回收效率高達(dá)0.32-0.36升每克揮發(fā)性固體。作為實(shí)施方案之一，本發(fā)明所述方法中的餐廚垃圾化學(xué)需氧量產(chǎn)率高達(dá)0.65-0.84克每克揮發(fā)性固體。本發(fā)明還提供一種用于本發(fā)明方法的兩相厭氧消化法生產(chǎn)甲烷的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：水解酸化反應(yīng)器、甲烷化反應(yīng)器、甲烷氣體收集裝置、壓力傳感器和滲濾液回流管道；其中壓力傳感器和滲濾液回流管道連接水解酸化反應(yīng)器，水解酸化反應(yīng)器和甲烷化反應(yīng)器之間連接有氣體輸送管道 和滲濾液輸送管道，甲烷氣體收集裝置連接甲烷化反應(yīng)器。作為本發(fā)明實(shí)施方案之一，所述甲烷化反應(yīng)器包括但不限于升流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)、完全混合反應(yīng)器(CSTR)、內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器(IC)或膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器(EGSB)。作為本發(fā)明實(shí)施方案之一，所述水解酸化反應(yīng)器包括但不限于滲濾床反應(yīng)器，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以根據(jù)本領(lǐng)常識(shí)及本
發(fā)明內(nèi)容使用本領(lǐng)域的適于本發(fā)明的其他水解酸化反應(yīng)器。作為本發(fā)明實(shí)施方案之一，所述傳感器包括但不限于比例-積分-微分控制器或可編程邏輯控制器，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以根據(jù)本領(lǐng)常識(shí)及本
發(fā)明內(nèi)容使用本領(lǐng)域的適于本發(fā)明的其他傳感器。作為本發(fā)明實(shí)施方案之一，所述所述系統(tǒng)中，當(dāng)水解酸化反應(yīng)器中的壓力達(dá)到設(shè)定值，傳感器響應(yīng)，所述氣體輸送管道的質(zhì)量流量計(jì)閥門會(huì)打開，酸化氣體轉(zhuǎn)移到甲烷化反應(yīng)器。作為本發(fā)明實(shí)施方案之一，所述系統(tǒng)既適用于序批式運(yùn)行、也適用于半連續(xù)或連續(xù)運(yùn)行方式。本發(fā)明的突出特點(diǎn)在于利用兩相厭氧消化技術(shù)處理餐廚垃圾過程中，通過調(diào)控水解相氫氣分壓和酸化氣體中氫氣和二氧化碳的比例，引導(dǎo)代謝途徑向目標(biāo)產(chǎn)物轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)酸化氣體的高效再利用，提高整個(gè)系統(tǒng)能源(甲烷)回收效率。本發(fā)明對(duì)酸化反應(yīng)氣體進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：酸化氣體的主要成分為氫氣和二氧化碳，這部分氣體可以占到消耗底物的30％甚至更多，且大部分時(shí)間氫氣含量高于二氧化碳，可以通過反應(yīng)式：H2+CO2→CH4+2H2O實(shí)現(xiàn)再利用，減少二氧化碳的排放；在調(diào)控水解相氫氣分壓過程中，壓力傳感器實(shí)時(shí)控制酸化反應(yīng)器頂空壓力，調(diào)節(jié)氫氣分壓以改變酸化反應(yīng)器中的代謝途徑，使其向著產(chǎn)生更多目標(biāo)產(chǎn)物的方向進(jìn)行；而本發(fā)明在反應(yīng)起始階段添加生石灰，可以提高氫氣的產(chǎn)生量以及氫氣在混和氣中的比例；當(dāng)氫氣和二氧化碳比例大于或等于4.0時(shí)，氣體再利用可以提高產(chǎn)品氣中甲烷的百分含量。本發(fā)明系統(tǒng)中的酸化反應(yīng)器頂部安裝壓力傳感器并有抗壓管道連接到甲烷化反應(yīng)器底部，系統(tǒng)由PID模塊控制，保證當(dāng)酸化反應(yīng)器頂空壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，將多余氣體傳遞到甲烷化反應(yīng)器。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過控制水解相反應(yīng)條件(如氫氣分壓)，調(diào)控代謝途徑，調(diào)節(jié)酸化氣體中氫氣和二氧化碳的比例，并且沒有對(duì)酸化反應(yīng)氣體做任何前處理，將混合氣體(氫氣和二氧化碳)直接轉(zhuǎn)移到甲烷相再利用；本發(fā)明通過控制水解相氫氣分壓，調(diào)控酸化反應(yīng)器中的反應(yīng)代謝途徑，將水解相產(chǎn)生的混合氣體(氫氣和二氧化碳)轉(zhuǎn)移到甲烷相反應(yīng)器再利用，提高整個(gè)兩相厭氧消化的能源回收效率。因此，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：1.由于本發(fā)明通過調(diào)控酸化反應(yīng)器頂空的壓力，將多余酸化反應(yīng)氣體轉(zhuǎn)移到甲烷化反應(yīng)器再利用，減少了已消化底物以氫氣和二氧化碳形式的流失，從而提高了餐廚垃圾兩相厭氧消化過程中甲烷回收率，達(dá)到0.36升每克揮發(fā)性固體。2.將酸化反應(yīng)器中氣體轉(zhuǎn)移，降低了酸化反應(yīng)器中氫氣分壓的抑制，可以促進(jìn)水解，COD生產(chǎn)提高16-50％左右。3.當(dāng)酸化反應(yīng)氣體中H2∶CO2＞或＝4∶1時(shí)，即通過H2+CO2→CH4+2H2O進(jìn)行產(chǎn)甲烷反應(yīng)時(shí)，氫氣是富裕的，這時(shí)多余的氫氣可以用于結(jié)合甲烷化反應(yīng)器中的二氧化碳，從而可以提高最終沼氣中甲烷的含量，減少沼氣后續(xù)凈化的消耗。4.本發(fā)明通過將酸化反應(yīng)氣體轉(zhuǎn)移到甲烷化反應(yīng)器再利用，成功將二氧化碳再捕獲，減少了二氧化碳的釋放，一定程度上緩解了溫室效應(yīng)。5.相對(duì)于通過偶聯(lián)一個(gè)同型產(chǎn)乙酸相，利用同型產(chǎn)乙酸菌再利用酸化反應(yīng)氣體中的氫氣和二氧化碳，將酸化氣體轉(zhuǎn)移到甲烷化反應(yīng)器，可以一步實(shí)現(xiàn)甲烷的產(chǎn)生，節(jié)省反應(yīng)器占地面積和基建投資。6.本發(fā)明工藝，在酸化反應(yīng)器頂部安裝壓力傳感器，只需要一條氣體轉(zhuǎn)移管道就可以實(shí)現(xiàn)，通過PID控制氣體的轉(zhuǎn)移，可以在線控制整個(gè)過程，節(jié)省人工的投入。7.本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，工藝成本明顯低，便于在工業(yè)化規(guī)模的餐廚垃圾產(chǎn)甲烷過程中應(yīng)用。綜上所述，本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、氣體回收效率高，實(shí)現(xiàn)了酸化反應(yīng)器中的氣體轉(zhuǎn)移到甲烷化反應(yīng)器的再利用，而無需額外的反應(yīng)器， 促進(jìn)了水解/酸化反應(yīng)，減少二氧化碳的排放。本發(fā)明所述方法可實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾甲烷回收效率高達(dá)0.32-0.36升每克揮發(fā)性固體；餐廚垃圾化學(xué)需氧量產(chǎn)率高達(dá)0.65-0.84克每克揮發(fā)性固體。附圖說明圖1：為本發(fā)明的工藝流程圖；圖2：為本發(fā)明的T1和T2兩個(gè)反應(yīng)體系內(nèi)甲烷的回收率圖；圖3：為本發(fā)明的A1和A2兩個(gè)反應(yīng)體系內(nèi)甲烷的回收率圖；圖4：本發(fā)明系統(tǒng)示意圖。具體實(shí)施方式以下實(shí)施例用于進(jìn)一步闡述本發(fā)明，但不以任何的方式限制本發(fā)明的有效范圍。如圖4所示的本發(fā)明兩相厭氧消化法生產(chǎn)甲烷的系統(tǒng)包括：水解酸化反應(yīng)器、甲烷化反應(yīng)器、甲烷氣體收集裝置、壓力傳感器和滲濾液回流管道；其中壓力傳感器和滲濾液回流管道連接水解酸化反應(yīng)器，水解酸化反應(yīng)器和甲烷化反應(yīng)器之間連接有氣體輸送管道和滲濾液輸送管道，甲烷氣體收集裝置連接甲烷化反應(yīng)器。所述甲烷化反應(yīng)器為升流式厭氧污泥床反應(yīng)器、完全混合反應(yīng)器，內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器或膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器。作為本發(fā)明實(shí)施方案之一，所述甲烷化反應(yīng)器為升流式厭氧污泥床反應(yīng)器。作為本發(fā)明實(shí)施方案之一，所述水解酸化反應(yīng)器為滲濾床反應(yīng)器。作為本發(fā)明實(shí)施方式之一，所述傳感器為比例-積分-微分控制器。作為本發(fā)明實(shí)施方案之一，所述所述系統(tǒng)中，當(dāng)水解酸化反應(yīng)器中的壓力達(dá)到設(shè)定值，傳感器響應(yīng)，所述氣體輸送管道的質(zhì)量流量計(jì)閥門會(huì)打開，酸化氣體轉(zhuǎn)移到甲烷化反應(yīng)器。作為本發(fā)明實(shí)施方案之一，所述系統(tǒng)既可以序批式運(yùn)行也可以半連續(xù)或連續(xù)運(yùn)行方式。實(shí)施例1參見附圖1：實(shí)驗(yàn)開始前，采用人工配制的葡萄糖廢水對(duì)甲烷化反應(yīng)器內(nèi)污泥進(jìn)行馴化；同時(shí)，以3.2升氫氣/升反應(yīng)器·天的速率向反應(yīng)器中通氫氣強(qiáng)化氫型產(chǎn)甲烷菌的活性，當(dāng)產(chǎn)生的沼氣中甲烷的含量穩(wěn)定在85％左右(波動(dòng)小于5％)且出水COD去除率達(dá)到85-95％時(shí)，馴化結(jié)束，待用；為了更好的了解在本設(shè)計(jì)條件下酸化反應(yīng)器頂空壓力控制和不控制對(duì)產(chǎn)甲烷及COD產(chǎn)生的影響，本實(shí)驗(yàn)設(shè)置了傳統(tǒng)酸化反應(yīng)器偶聯(lián)甲烷化反應(yīng)器不調(diào)控水解相頂空壓力的處理作對(duì)照。酸化反應(yīng)器采用滲濾床反應(yīng)器，工作體積為5.4升，濾床體積為2.9升；甲烷化反應(yīng)器采用升流式厭氧污泥床反應(yīng)器，工作體積為10.0升。實(shí)驗(yàn)組采用本發(fā)明設(shè)計(jì)通過調(diào)控酸化反應(yīng)器頂空壓力，將多余酸化反應(yīng)氣體轉(zhuǎn)移到甲烷化反應(yīng)器。向酸化反應(yīng)器中添加1.0千克餐廚垃圾，10％的填料，按20％的量接種厭氧污泥，添加1.0升自來水，酸化反應(yīng)器頂部安裝壓力傳感器并有管道連接到甲烷化反應(yīng)器底部，系統(tǒng)由比例-積分-微分控制器(PID)控制，保證當(dāng)酸化反應(yīng)器頂空壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值(3.28psi)時(shí)，將多余氣體傳遞到甲烷化反應(yīng)器；酸化反應(yīng)器滲濾液每天收集一次，其中一半用碳酸氫鈉調(diào)節(jié)pH值到6.0，用自來水補(bǔ)齊體積后，返回，另一半則喂到甲烷化反應(yīng)器供甲烷菌利用；水解相和產(chǎn)甲烷相溫度均控制在35±1℃。對(duì)照組采用同樣的兩相系統(tǒng)酸化反應(yīng)器偶聯(lián)甲烷化反應(yīng)器，與實(shí)驗(yàn)組唯一的區(qū)別是沒有調(diào)控酸化反應(yīng)器頂空的壓力。實(shí)驗(yàn)每天測(cè)定滲濾液COD，同時(shí)利用氣相色譜測(cè)定甲烷化反應(yīng)器產(chǎn)生的氣體中各個(gè)組分及其含量。具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1所示。(參見附圖2)表1對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組COD和甲烷產(chǎn)率由上述圖表可以看出，當(dāng)通過調(diào)控酸化反應(yīng)器頂空的壓力，將水解/酸化產(chǎn)生的酸化氣體轉(zhuǎn)移到甲烷化反應(yīng)器時(shí)，酸化反應(yīng)器滲濾液COD和甲烷產(chǎn)率都獲得了顯著提高，反應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。對(duì)照組，由于酸化氣體的積累，氫氣分壓升高，可能會(huì)抑制水解/酸化過程的效率，酸化氣體會(huì)在每天取樣時(shí)釋放。在相同的試驗(yàn)條件下，對(duì)照組COD和甲烷產(chǎn)率分別為564.97克/千克揮發(fā)性固體和0.25升/克揮發(fā)性固體。對(duì)照處理水解/酸化速率慢，產(chǎn)氣效率低的原因一方面在于氫氣抑制了水解/酸化過程中所有涉及產(chǎn)氫的反應(yīng)，降低水解酸化效率，同時(shí)也導(dǎo)致代謝途徑向著產(chǎn)生更多還原性產(chǎn)物的方向進(jìn)行，不利于后續(xù)的甲烷化反應(yīng)，從而降低了體系的能源回收效率；另一方面，氫氣和二氧化碳的流失亦攜帶一部分能量，所以造成了總的產(chǎn)甲烷效率較低。在實(shí)例1中，實(shí)驗(yàn)組的最佳甲烷產(chǎn)生率為0.32升/克揮發(fā)性固體，同時(shí)COD產(chǎn)率也提高到653.21克/千克揮發(fā)性固體。實(shí)施例2.實(shí)驗(yàn)開始前，采用人工配制的葡萄糖廢水和氫氣對(duì)甲烷化反應(yīng)器內(nèi)污泥進(jìn)行馴化；同時(shí)，以3.2升氫氣/升反應(yīng)器·天的速率向反應(yīng)器中通氫氣強(qiáng)化氫型產(chǎn)甲烷菌的活性，當(dāng)產(chǎn)生的沼氣中甲烷的含量穩(wěn)定在85％左右(波動(dòng)小于5％)且出水COD去除率達(dá)到85-95％時(shí)，馴化結(jié)束，待用；為了更好的了解在本設(shè)計(jì)條件下酸化反應(yīng)器頂空壓力控制和不控制對(duì)產(chǎn)甲烷及COD產(chǎn)生的影響，本實(shí)驗(yàn)設(shè)置了傳統(tǒng)酸化反應(yīng)器偶聯(lián)甲烷化反應(yīng)器不調(diào)控水解相頂空壓力的處理作對(duì)照。酸化反應(yīng)器采用滲濾床反應(yīng)器，工作體積為5.4升，濾床體積為2.9升；甲烷化反應(yīng)器采用升流式厭氧污泥床反應(yīng)器，工作體積為10.0升。實(shí)驗(yàn)組采用本發(fā)明設(shè)計(jì)通過調(diào)控酸化反應(yīng)器頂空壓力，將多余酸化反應(yīng)氣體轉(zhuǎn)移到甲烷化反應(yīng)器。向酸化反應(yīng)器中添加2.0千克餐廚垃圾(取自西式餐廳)，以14g石灰/kg餐廚垃圾的比例在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)投加生石灰緩解酸化危機(jī)；按20％的量接種厭氧污泥，添加2.0升水，酸化反應(yīng)器頂部安裝 壓力傳感器并有管道連接到甲烷化反應(yīng)器底部，系統(tǒng)由PID模塊控制，保證當(dāng)酸化反應(yīng)器頂空壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值(3.28psi)時(shí)，將多余氣體轉(zhuǎn)移到甲烷化反應(yīng)器；酸化反應(yīng)器滲濾液每天收集一次，其中一半用甲烷出水補(bǔ)齊體積后返回，另一半則喂到甲烷化反應(yīng)器供甲烷菌利用；水解相和產(chǎn)甲烷相溫度均控制在35±1℃。實(shí)驗(yàn)每天測(cè)定滲濾液COD，同時(shí)利用氣相色譜測(cè)定甲烷化反應(yīng)器產(chǎn)生的氣體中各個(gè)組分及其含量。具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2所示。(參見附圖3)表2對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組COD、氫氣和甲烷產(chǎn)率以及丁酸含量A1A2COD產(chǎn)率(g/kg揮發(fā)固體)601.59840.51甲烷產(chǎn)率(L/g揮發(fā)固體)0.260.36甲烷含量(％)71％72％氫氣產(chǎn)率(L/g揮發(fā)固體)11.083.9氫氣含量(％)70-8030-50滲濾液中丁酸含量(％)38.660.0實(shí)施例2中兩個(gè)反應(yīng)體系內(nèi)餐廚垃圾有機(jī)負(fù)荷和實(shí)驗(yàn)初始加水量以及酸中和方式與實(shí)施例1中兩個(gè)反應(yīng)體系均不同，但是實(shí)施例1中T1和T2這兩個(gè)反應(yīng)體系所涉及的其他運(yùn)行條件以及實(shí)驗(yàn)組水解/酸化相壓力調(diào)控均與實(shí)施例2中A1和A2相同。在實(shí)施例2中，添加生石灰作為中和劑，促進(jìn)了體系中的水解/酸化反應(yīng)，A1和A2中COD產(chǎn)率分別為601.59和840.51克/千克揮發(fā)性固體，氫氣產(chǎn)率為11.0和83.9升/克揮發(fā)性固體，甲炕產(chǎn)生率為0.26和0.36升/克揮發(fā)性固體。實(shí)施例2水解/酸化以及產(chǎn)氣率均較高的原因是西餐廳餐廚垃圾碳水化合物含量較高，酸化氣體轉(zhuǎn)移到甲烷化反應(yīng)器再利用降低了氫氣分壓對(duì)反應(yīng)的抑制，代謝途徑趨向于產(chǎn)生更多丁酸，有利于提高后續(xù)甲烷化效率且初始石灰的加入提高了酸化氣體中氫氣的含量。相比對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組的甲烷回收率提高了～38％，再一次驗(yàn)證了通過調(diào)控酸化反應(yīng)器頂空壓力，控制酸化反應(yīng)代謝途徑，并將多余酸化氣體轉(zhuǎn)移到甲烷化反應(yīng)器中再利用的巨大優(yōu)勢(shì)。綜上所述，采用兩相反應(yīng)進(jìn)行餐廚垃圾厭氧消化回收甲烷時(shí)，通過調(diào)控酸化反應(yīng)器頂空壓力，將酸化反應(yīng)器中的氣體(氫氣和二氧化碳)轉(zhuǎn)移到甲烷化反應(yīng)器再利用是可行的，提高產(chǎn)甲烷量的同時(shí)促進(jìn)了有機(jī)固體的水解/酸化效率。本發(fā)明可以減少二氧化碳?xì)怏w的排放，增加碳回收效率；另外該設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)單，能耗低，效果好。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3