專利名稱：一種固體有機廢棄物厭氧干發酵氫甲烷聯產的方法
技術領域：
本發明涉及環境保護、能源與化工技術領域，尤其涉及一種固體有機廢棄物厭氧干發酵 連續生產氫氣和甲烷的方法。
背景技術：
現有的有機廢棄物厭氧發酵技術絕大部分采用濕式厭氧發酵技術，存在占地面積大，用 水多，主要是戶用型生產方法，不利于以甲垸為主的生物燃氣高產能、具有經濟性的連續化 生產。與濕法厭氧沼氣發酵技術相比，干式厭氧沼氣發酵固含率高，發酵基質的濃度和負荷 高，不需要大量的水進行稀釋，設備占地面積小，降低了資源和能源消耗，單位容積的產氣 量多，能提高發酵和產能效率。
但高濃度厭氧干發酵產沼氣技術存在以下缺點1)發酵初期與發酵結束時發酵室沼氣
濃度與空氣濃度達到臨界點15:85時的防爆安全，需要高度安全可靠的自動控制系統。2) 發酵菌在發酵物中的繁殖速度保障。3)由于濃度過高，有機物降解所產生的酸不能及時稀釋， 導致局部酸積累。
厭氧發酵產沼氣的過程是由一系列的發酵反應組成，這些反應由幾大類群不同種類的細 菌組成的微生物群落共同完成的，主要是產酸細菌和產甲垸菌。但這兩種菌的生理生化特性 不同。前一種代謝能力強，繁殖速度快，環境適應性強等，而產甲烷菌，能利用的基質少， 繁殖速度慢，易受環境影響。要維持傳統的單相厭氧反應器的正常、高效運行，就必須在一 個反應器內維持上述兩種特性炯異的細菌之間的平衡，即要保證由發酵和產酸細菌所產生的 有機酸等產物能夠及時有效地被產甲烷細菌所利用并最終轉化為甲烷和二氧化碳等無機終產物，否則，會造成反應器內有機酸的積累，嚴重時導致反應器內ra值下降，抑制產甲烷菌的活性。
在單純產沼氣過程中，以葡萄糖為例,理論能源回收效率最高達83.2%(實際能源回收率 達55%)。而在單純厭氧發酵產氫過程中，由于厭氧發酵制氫不能完全回收有機質中的能量, 理論能源回收效率最高僅為33. 5%。
現有的厭氧干發酵產甲烷存在酸化現象，菌群之間沒能充分發揮作用，有機物能源轉化 率沒有充分利用。
若采用厭氧發酵產氫和產甲烷結合的技術，在產氫階段，產氫細菌發酵生活有機垃圾生 成氫氣和中間代謝產物(醇類和VFA);在產甲垸階段，產甲烷細菌利用中間產物以及產氫階 段的殘余物進一步生成甲烷，理論能源回收效率可以提高到89%。
發明內容
針對上述問題，本發明提供一種固體有機廢棄物厭氧干發酵進行氫氣和甲烷聯產的方法， 以克服現有技術的缺陷，提高產甲烷相反應器中產甲垸菌的活性，提高整個系統的穩定性， 實現厭氧干發酵氫氣和甲垸的連續生產。
本發明方法包括如下步驟
(1)厭氧干發酵預處理過程 將收集的城市垃圾、農業有機廢棄物等生物質資源進行分選，將分選后的有機廢棄物進
行潤洗，堆放濕度為100%的儲存室中，同時按原料重量的5%加菌劑，按原料重量的1.5%
加碳酸氫銨，混勻，好氧堆積，當有白色放線菌及觸摸感覺原料變軟時，將原料送入反應器。
所述原料為難降解的、含高濃度有機物的固體廢棄物，主要為收集的城市垃圾和農業有機廢棄物。有機廢棄物固體濃度為20-30%為佳。 (2)厭氧干發酵產氫過程
將預處理后的原料送入厭氧發酵產氫反應器中，接種產氫產乙酸菌，加入水使產氫過程
中固液比為20%-30%，在攪拌器作用下混合均勻，調節ra值，產生氫氣的同時，將有機物降
解成低分子酸，為產甲烷過程作準備。
所述反應條件為固液比為20%-30%，厭氧發酵產氫反應器中反應溫度為常溫或中溫， ra值5.4-6.2之間，在產氫反應器內產氫過程持續時間為1-2天；
接種產氫產乙酸菌時，所用接種物為城市污水處理廠的厭氧污泥，接種量為進料量的20% 到30%，所述產氫產乙酸菌是按現有的微生物分離技術從城市污水處理廠的厭氧污泥中分離 得到的菌種。也可以采用現有技術的其他產氫產乙酸菌，其接種量按現有技術確定。
(3)厭氧干發酵產甲烷過程
將產氫過程中的小分子有機酸和醇類泵入厭氧產甲烷反應器中，接種復合產甲垸菌劑， 所用接種物為運行正常的沼氣池中的厭氧污泥，接種量為產氫階段后泵入產甲烷階段的進料 量的30%-40%，調節產甲烷反應器的反應參數如溫度，PH，防止有毒物質進入，控制負荷以 維持酸化和甲烷化速度的平衡，達到發酵旺盛、高產甲烷量的目的。同時在產甲烷的同時， 還產生一些副產物如二氧化碳， 一氧化碳等。
反應條件為中溫34-37。C或高溫54-65°C， PH值6. 8-7. 5， C/N 20-30: 1，產甲烷過 程持續時間20-40天。
接種復合產甲垸菌劑時，所用接種物為運行正常的沼氣池中的厭氧污泥，接種量為產氫 階段后泵入產甲烷階段的進料量的30%-40%,所述復合產甲烷菌劑是按現有的微生物分離技 術從運行正常的沼氣池中的厭氧污泥分離得到的菌種。也可以采用現有技術的其他產甲垸菌， 其接種量按現有技術確定。2009
(4)生物燃氣凈化
收集反應混合氣，其中含H2、 CH4、 C02、 C0等，進行分離、凈化，提質后即可使用。
本發明原料主要是城市垃圾和農業廢棄物，在解決環保問題的同時實現以甲烷為主的生 物燃氣的連續生產。由于采用產氫和產甲烷階段的分離的方法，避免了常規產沼氣技術存在 的酸積累、抑制產甲垸菌活性、對原料適應性差等問題，從而有效地綜合了單純產氫和單純 產甲烷工藝的優點，避免了各自的缺點，提高有機廢棄物的能源利用效率。
圖1是本發明的工作流程示意圖。
附圖標記說明1固體廢棄物儲存地；2固液調節池；3泵；4液體流量計；5進 料器；6PH控制儀；7產氫反應器；8三相分離器；9泵；IO氣液分離器；11泵； 12中間調節池；13泵；14液體流量計；15泵； 16產甲垸反應器；17氣體流量
計；18氣體凈化器。
具體實施方式
下面結合附圖是實施例對本發明內容做進一步說明-
如圖1所示將收集的城市垃圾和農業有機廢棄物進行分選，將分選后的有機廢棄物在
固體廢棄物儲存地1進行預處理，將原料進行分選并潤洗后，按原料重量的加5°/。菌劑，按原 料重量的1.5%添加碳酸氫銨，混勻，好氧堆積3 — 5天，當有白色放線菌及觸摸感覺原料變 軟后。在調節池2中與來自產甲烷反應器16中的沼液混合構成20%-30%的高濃度溶液。
將高濃度溶液經泵3、流量計4、進料器5引入產氫反應器 中，向產氫反應器7接種城 市污水處理廠的污泥，接種污泥量為進料量20%-30%,以接種產氫產乙酸菌，攪拌均勻。反 應器內的溫度為34-37°C 。利用在線PH控制儀6將ra值控制在5. 4-6. 2之間。產生的氫氣混合氣體從反應器頂部的三相分離器8分離出來，經泵9進入氣體分離器10。同時產氫反應 器7中生成的有機酸溶液進入中間調節池12調節溶液濃度，由泵13通過液體流量計14泵入 產甲烷反應器16，接種復合產甲烷菌劑，所用接種物為運行正常的沼氣池中的厭氧污泥，接 種污泥量為產氫階段后泵入產甲垸階段的進料量的30%-40%。產甲烷反應器16外有加熱和保 溫材料，可將溫度控制在中溫(34-37°C )或高溫(54-65。C )， PH控制儀6調節PH值為6. 8-7. 2, 調節C/N比為20-30: 1。產生的甲烷在產甲烷反應器16頂部的三相分離器8中分離出來， 由泵15泵入氣體分離器10，分離的氣體經氣體流量計17進入脫硫、脫C02的氣體凈化器18 中，凈化后的以甲垸為主的生物燃氣可直接使用，或加壓制成車用壓縮天然氣。而氣體分離 器10中的液相則由泵11泵入產氫反應器7中。同時產甲垸反應器16中的沼液通過添加酸或 加堿如KOH或NaOH (0. lmol/L)溶液調節PH 5. 5左右后直接泵入產氫反應器7中或加到原 料預處理設備1中。實現100%零排放。亦可多加一個氣體分離器，將氫氣分離出來單獨使用。
經測試，主要原料采用城市垃圾和農業廢棄物，在產氫階段，原料氫氣產氣量6L/Kg氫
氣含量20%;在產甲烷階段，原料沼氣產氣量74L/Kg甲烷含量60%
權利要求
1、一種固體有機廢棄物厭氧干發酵氫甲烷聯產的方法，以城市垃圾和農業有機廢棄物為原料，其特征在于包括如下步驟(1)厭氧干發酵預處理過程將原料進行分選得到有機廢棄物并進行潤洗，堆放濕度為100％的儲存室中，同時按原料重量的5％加菌劑，按原料重量的1.5％加碳酸氫銨，混勻，好氧堆積，當有白色放線菌及觸摸感覺原料變軟時，將原料送入反應器；(2)厭氧干發酵產氫過程將預處理后的原料送入厭氧發酵產氫反應器中，接種產氫產乙酸的復合菌劑，加入水使產氫過程中固液比為20％-30％，在攪拌器作用下混合均勻，反應溫度為常溫或中溫，調節PH值在5.4-6.2之間，產氫過程持續時間為1-2天；產生氫氣的同時，將有機物降解成低分子酸，為產甲烷過程作準備；(3)厭氧干發酵產甲烷過程將產氫過程中的小分子有機酸和醇類泵入厭氧產甲烷反應器中，接種復合產甲烷菌劑，調節產PH值為6.8-7.5，C/N為20-30∶1，反應溫度為中溫或高溫，防止有毒物質進入，控制負荷以維持酸化和甲烷化速度的平衡，達到發酵旺盛、高產甲烷量的目的；產甲烷過程持續時間20-40天；(4)生物燃氣凈化收集反應混合氣，進行分離、凈化，提質后即可使用。
2、 根據權利要求l所述的固體有機廢棄物厭氧干發酵氫甲垸聯產的方法，其特征在于所述中溫為34-37°C，高溫為54-65°C。
3、 根據權利要求l所述的固體有機廢棄物厭氧干發酵氫甲烷聯產的方法，其特征在于所述原料為收集的城市垃圾和農業有機廢棄物，有機廢棄物固體濃度為20-30%。
4、 根據權利要求l所述的固體有機廢棄物厭氧干發酵氫甲垸聯產的方法，其特征在于所述步驟(2)中接種產氫產乙酸的復合菌劑所用接種物為城市污水處理廠的厭氧污泥，接種量為進料量的20%到30%。
5、 根據權利要求l所述的固體有機廢棄物厭氧干發酵氫甲垸聯產的方法，其特征在于所述步驟(3)中接種復合產甲烷菌劑所用接種物為運行正常的沼氣池中的厭氧污泥，接種量為產氫階段后泵入產甲烷階段的進料量的30%-40%。
全文摘要
本發明公布了一種利用固體有機廢棄物厭氧干發酵可連續生產氫氣和甲烷的方法。本發明是城市垃圾和農業廢棄物的厭氧消化處理的方法，采用產氫和產甲烷階段的分離的方法。包括步驟為(1)厭氧干發酵預處理過程；(2)厭氧干發酵產氫過程；(3)厭氧干發酵產甲烷過程；(4)生物燃氣凈化。避免了常規產沼氣技術存在的酸積累、抑制產甲烷菌活性、對原料適應性差等問題，實現了連續生產氫氣和沼氣，從而有效地綜合了單純產氫氣和單純產沼氣工藝的優點，避免了各自的缺點，提高有機廢棄物的能源利用效率，在解決環保問題的同時實現以甲烷為主的生物燃氣的連續生產。
文檔編號C12P5/02GK101638670SQ20091004091
公開日2010年2月3日 申請日期2009年7月7日 優先權日2009年7月7日
發明者孔曉英, 孫永明, 東 李, 李連華, 袁振宏, 馬隆龍 申請人:中國科學院廣州能源研究所