兩相帶壓厭氧發(fā)酵處理易腐類廢棄物制沼氣的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種兩相帶壓厭氧發(fā)酵處理易腐類廢棄物制沼氣的系統(tǒng)及方法，屬于有機(jī)廢棄物處理與能源化領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]易腐類廢棄物主要是指人們?cè)谏詈蜕a(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的易腐敗和易生物降解的廢棄物，包括餐廚垃圾、食品廢棄物、蔬菜和水果廢棄物、肉類加工廢棄物等。隨著人們生活水平的提高和城市化進(jìn)程的加快，易腐類廢棄物產(chǎn)量逐漸增加，以餐廚垃圾為例，目前，我國(guó)餐廚垃圾年產(chǎn)量在一億噸左右。由于易腐類廢棄物高的水分含量(含水率一般高于70% )、高有機(jī)質(zhì)含量(以干基計(jì)算，其有機(jī)質(zhì)含量一般高于90% )、易發(fā)臭、易滋生病菌等特點(diǎn)，使得傳統(tǒng)的填埋、焚燒、飼料化技術(shù)均不適宜對(duì)其進(jìn)行處理。利用厭氧消化技術(shù)可以更好地處理這類高水分含量、高有機(jī)質(zhì)含量的廢棄物，并且可以在廢棄物減量化的同時(shí)產(chǎn)生清潔能源一沼氣。
[0003]傳統(tǒng)的單相厭氧發(fā)酵由于產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌在同一個(gè)反應(yīng)器中，各自不能發(fā)揮其最佳作用，因而只能在較低負(fù)荷下運(yùn)行，處理效率低。近些年來(lái)開(kāi)發(fā)的兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)，在一定條件下實(shí)現(xiàn)了兩相的分離，提高了反應(yīng)系統(tǒng)的負(fù)荷。專利CN1431159A公開(kāi)了一種城市垃圾兩相厭氧消化處理工藝，該工藝是將垃圾預(yù)處理后進(jìn)行水解發(fā)酵，酸化液進(jìn)入U(xiǎn)ASB反應(yīng)器中；專利CN101565719A公開(kāi)了一種兩相多級(jí)厭氧發(fā)酵有機(jī)固體廢棄物生產(chǎn)沼氣的方法，該方法是將垃圾分批加入酸化反應(yīng)器后，將酸化液通入甲烷化反應(yīng)器產(chǎn)甲烷。但是這些方法均是批式進(jìn)料，不能實(shí)現(xiàn)物料的連續(xù)使用，且反應(yīng)負(fù)荷仍較低，產(chǎn)生的沼氣里的甲烷含量較低(甲烷體積分?jǐn)?shù)一般不超過(guò)65% )，仍需額外添加設(shè)備處理才能提高沼氣品質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種兩相帶壓厭氧發(fā)酵處理易腐類廢棄物制沼氣的系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的目的還在于提供應(yīng)用上述系統(tǒng)的兩相帶壓厭氧發(fā)酵處理易腐類廢棄物制沼氣的方法。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種兩相帶壓厭氧發(fā)酵處理易腐類廢棄物制沼氣的方法，其是采用上述的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，該方法包括以下步驟:
[0007]a、將易腐類廢棄物在酸化反應(yīng)器中進(jìn)行酸化反應(yīng)，得到酸化氣體和酸化液，并在反應(yīng)起始階段引發(fā)酸化反應(yīng)；
[0008]b、將步驟a得到的酸化液、酸化氣在甲烷化反應(yīng)器中進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，得到沼氣和甲烷消化液，并在反應(yīng)起始階段引發(fā)甲烷化反應(yīng)；
[0009]C、所述甲烷化反應(yīng)穩(wěn)定后，將酸化液同甲烷消化液按質(zhì)量比為14:1-2:1進(jìn)行混合后，再與酸化氣體在步驟b的甲烷化反應(yīng)器中進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，得到沼氣和甲烷消化液。
[0010]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，在上述步驟a中向酸化反應(yīng)器中加入沼氣發(fā)酵接種物引發(fā)酸化反應(yīng)。
[0011 ] 根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，在上述步驟a中，所述酸化反應(yīng)的有機(jī)負(fù)荷率為10-20kg VS/m3/d,水力停留時(shí)間為3_8天，pH值為4_6，反應(yīng)溫度為30-40°C或50_60°C。
[0012]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，在上述步驟b中向甲烷化反應(yīng)器中加入沼氣發(fā)酵接種物引發(fā)甲烷化反應(yīng)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，在上述步驟b中，所述單個(gè)甲烷化反應(yīng)的有機(jī)負(fù)荷率為l-3kg VS/m3/d,水力停留時(shí)間為10-20天，pH值為6.8-8.0，反應(yīng)溫度為30-40°C。
[0014]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，在上述步驟c中，所述甲烷化反應(yīng)的有機(jī)負(fù)荷率為 5-15kg VS/m3/d，pH 值為 6.8-8.0，反應(yīng)溫度為 30-40 °C。
[0015]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，在上述步驟c中，是將所述酸化液同所述甲烷消化液按質(zhì)量比為14:1進(jìn)行混合后，再與酸化氣體在步驟b的甲烷化反應(yīng)器中進(jìn)行甲烷化反應(yīng)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，在上述步驟c中，是將所述酸化液和/或甲烷消化液與步驟a的易腐類廢棄物按質(zhì)量比為1:4-3:4進(jìn)行混合后再在步驟a的酸化反應(yīng)器中進(jìn)行酸化反應(yīng)。
[0017]當(dāng)酸化液與甲烷消化液的混合物與易腐類廢棄物按質(zhì)量比1:4-3:4進(jìn)行混合時(shí)，酸化液與甲烷消化液可以為任意比。
[0018]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，所述沼氣發(fā)酵接種物為正在運(yùn)行的沼氣廠的發(fā)酵液。
[0019]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，在上述步驟c中，所述甲烷化反應(yīng)是否穩(wěn)定的判斷標(biāo)準(zhǔn)是:甲烷化反應(yīng)連續(xù)I周內(nèi)的沼氣產(chǎn)率波動(dòng)小于10%。
[0020]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，是將酸化液和/或甲烷消化液與步驟a的易腐類廢棄物按質(zhì)量比為1:4-3:4進(jìn)行混合后再在步驟a的酸化反應(yīng)器中進(jìn)行酸化反應(yīng)，可以調(diào)節(jié)酸化反應(yīng)器中的pH值和含固率，同時(shí)減少外源水的添加。
[0021]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，在上述酸化反應(yīng)的初期、甲烷化反應(yīng)的初期分別采用沼氣發(fā)酵接種物進(jìn)行接種，該接種只需在酸化反應(yīng)的初期、甲烷化反應(yīng)的初期進(jìn)行即可，在反應(yīng)的循環(huán)過(guò)程中，并不需要再次進(jìn)行接種。
[0022]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，在上述步驟a中，由于甲烷菌的生長(zhǎng)周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于產(chǎn)酸細(xì)菌的生長(zhǎng)周期，通過(guò)動(dòng)力學(xué)控制的方法，將水力停留時(shí)間降低至3-8天，使世代周期較長(zhǎng)的產(chǎn)甲烷菌在反應(yīng)器內(nèi)被逐漸淘汰，產(chǎn)酸細(xì)菌成為優(yōu)勢(shì)菌群，形成穩(wěn)定的產(chǎn)酸相反應(yīng)器。
[0023]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，以酸化氣體的總體積為100%計(jì)，所述酸化氣體包括20-30%體積百分比的4和70 % -80 %體積百分比的CO 2。
[0024]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，所述易腐類廢棄物包括但不限于餐廚垃圾、食品廢棄物、蔬菜水果廢棄物、肉類加工廢棄物中的一種或幾種的組合；
[0025]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，在進(jìn)料前，對(duì)所述易腐類廢棄物進(jìn)行分選除雜，粉碎處理；
[0026]更優(yōu)選將所述易腐類廢棄物粉碎至2-5_。
[0027]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，所述分選除雜是指對(duì)于高油脂含量的易腐類廢棄物，在進(jìn)料前還需對(duì)其進(jìn)行脫油處理；對(duì)于高鹽分含量的易腐類廢棄物，在進(jìn)料前還需對(duì)其進(jìn)行除鹽(稀釋)處理。
[0028]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，所述步驟b為反應(yīng)的啟動(dòng)階段，所以有機(jī)負(fù)荷率較低(l-3kg VS/m3/d)，其主要目的是為了掛膜富集產(chǎn)甲烷菌，在穩(wěn)定后可將較低的有機(jī)負(fù)荷率提高到5-15kg VS/m3/d ;上述有機(jī)負(fù)荷率從較低的l_3kg VS/m3/d提高到5_15kgVS/m3/d是逐漸提高的，其提高的幅度大小可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，通常情況下，上述提高的幅度可以為l-2kg VS/m3/d。
[0029]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，所述步驟b為反應(yīng)的啟動(dòng)階段，在此階段得到的沼氣中甲烷的體積分?jǐn)?shù)50-70%。
[0030]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，在所述步驟a中，所述酸化反應(yīng)的含固率為8-13%。
[0031]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，在所述步驟c中，所述甲烷化反應(yīng)器采用序批式運(yùn)行；更優(yōu)選所述序批式運(yùn)行的條件為一次進(jìn)料，0.5-12天出料。
[0032]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，在所述步驟c中，所述甲烷化反應(yīng)的壓力控制在0.l-4MPa0
[0033]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，穩(wěn)定后，在所述步驟c中得到的沼氣中甲烷的體積分?jǐn)?shù)大于90%。
[0034]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，在運(yùn)行過(guò)程中，序批式運(yùn)行的出料時(shí)間是隨著甲烷化反應(yīng)的壓力的變化和沼氣中甲烷濃度的變