[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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C0₂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C0₂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C0₂，也提高了产品气中CH₄气的含量。

本发明的技术方案是这样实现的：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（1）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0.2-0.5mg/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7~8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%~30%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，本发明的创新是：

1、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，