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1、(10)授权公告号 CN 101565719 B (45)授权公告日 2011.12.21 CN 101565719 B *CN101565719B* (21)申请号 200810104975.3 (22)申请日 2008.04.25 C12P 5/02(2006.01) (73)专利权人 北京化工大学 地址 100029 北京市朝阳区北三环东路 15 号 (72)发明人 刘广青 李秀金 董仁杰 肖勇 魏泉源 (74)专利代理机构 北京思海天达知识产权代理 有限公司 11203 代理人 张燕慧 CN 2585865 Y,2003.11.12, CN 101134684 A,2008.03.05。
2、, US 2002/0102673 A1,2002.08.01, DE 102005025508 A1,2006.12.07, CN 2908481 Y,2007.06.06, Ruihong Zhang,Zhiqin Zhang. Biogasification of rice straw with an anaerobic-phased solids digester system. Bioresource Technology .1999, 第 68 卷 ( 第 3 期 ), 张爱军等 . 有机固体废物固态厌氧消化处理 的研究现状与进展 .环境科学研究 .2002, 第 15 卷 ( 第。
3、 05 期 ), (54) 发明名称 一种两相多级厌氧发酵有机固体废弃物生产 沼气的方法 (57) 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 nm(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 。
4、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。 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 陈莹 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书 1 页 说明书 3 页 CN 101565719 B1/1 页 2 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 n 个并联的酸化反应器中， n 2， 单个酸化反应器的容积负荷为 200gVS/L， pH 值控制在 5.。
5、8 6.5 之间， 温度在 50 55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 n， n 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之间， 收集产生的气体 ； 4) 将步骤 3) 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。
6、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)m天时， 将有机固 体废弃物装入第 n 个酸化反应器中反应 ； 在第 nm 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 nm 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 n 个酸化反应器反应 nm 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， n 2， m 1。 2.根据权利要求1所述的方法，。
7、 其特征在于， 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 1/p。 3. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 步骤 3) 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、 。
8、上流式厌氧滤池 UAF 或膨胀颗粒污泥床 EGSB 厌氧反应器。 权 利 要 求 书 CN 101565719 B1/3 页 3 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 0001 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 0002 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。
9、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，。
10、 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 0003 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。 0004 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。
11、法， 包括以 下步骤 ： 0005 1) 水解酸化有机固体废弃物 ： 将有机固体废弃物依次装入 n 个并联的酸化反应器 中， n 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5055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 ； 0006 其中， 可以根据物料性质， 确定酸化反应器的数量 n ； 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。
12、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， m 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)m 天时， 将有机固体废弃物装入第 n 个酸 化反应器中反应 ； 在第 nm 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 nm 说 明 书 CN 101565719 B2/3 页 4 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n个酸化反应。
13、器反应nm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 mn 天。 0007 2) 收集渗滤液 ： 将步骤 1) 中 n， n 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 ； 0008 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之间， 产生甲烷、 二氧化碳等气体， 收集产生的气体 。
14、； 0009 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。 0010 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， p1， 每次进料为渗滤液收集箱中收集渗滤液 总量的 1/p。 0011 步骤 3) 中所述的接种物为污水处理厂的厌氧消化污泥。 0012 所述的甲烷化反应器为连续搅拌式反应器 (CSTR)、 推流式反。
15、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。 0013 与现有的厌氧发酵方法相比较， 本发明具有以下有益效果 ： 0014 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 ； 0015 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 ； 0016 3)。
16、 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 ； 0017 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 ； 0018 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。 0019 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 0020 实施例 0021 两相多级厌氧发酵系统包括 3 个 1L 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。 0022 1) 。
17、在 3 个酸化反应器中依次装入 1000g 挥发性固体 (VolatileSolid， 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下进行水解酸化反应， 说 明 书 CN 101565719 B3/3 页 5 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。
18、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 ； 0023 水解酸化反应器中的固体物质的 88转化为溶解性 COD， 同时， 55以上溶解性 COD 转化为低碳链脂肪酸。 0024 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 ； 0025 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。
19、器中， 每天进料 4 次， 每次进料 125ml， pH 值保持在 7.8， 温度在 55左 右 ； 0026 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。 0027 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。 0028 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。 0029 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。 说 明 书 。