一种用于原位热碱处理有机废物以提高固体厌氧降解和生物气生成的方法技术

公开了一种用于处理有机废物的方法，所述方法包括如下步骤：将包括有机废物的进料流引入至第一反应器中；由所述第一反应器生成流出物；和将所述第一反应器中的所述流出物提供至所述第二反应器，其中，所述第一反应器维持在pH大约6.5到大约10.0。还公开了适于运行和/或使用所述方法的设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种改进的处理有机废物的方法并提高生物厌氧消化系统中生物固体降解和生物气生成。例如，本专利技术涉及一种改进的污泥处理方法以提高生物厌氧消化系统中生物固体降解和生物气生成。
技术介绍
本说明书在前公开的文件的列举或讨论并不一定被看作是承认所述文件为现有技术的一部分或公知常识。污水处理厂(WffTP)的污泥处理能够消耗总运营成本的大约50%。许多污水处理厂应用厌氧消化去降解污泥中的有机物并生成生物气以便回收能量。有机污泥蒸气发生水解，之后进行产酸作用和产甲烷作用。产酸作用生成挥发性脂肪酸(VFA)、二氧化碳(CO2)和少量的氢气(H2)，同时产甲烷作用生成二氧化碳和甲烷(CH4)。在传统的单级(singlestage)系统中，水解的pH为大约7，而传统的两相(2-phase)系统，pH值通常小于6。虽然厌氧消化本质上是分阶段的，但在传统的污泥消化过程中使用的厌氧消化器是典型的单级式。然而，尽管完全分阶段的厌氧过程实际上是难以实现的，但如果成功了，很可能能够实现高百分比的转化和高速率的有机物稳定化及气体生成。通常假设产酸作用在小于6.5的pH下是优化的，而产甲烧作用主要为大约pH7。因此，在单相(single phase)系统中，生成了包括来自产酸作用的CO2与来自产甲烷作用的CO 2和CH 4的生物气流。在这样的系统中，系统PH必须谨慎控制，因为产甲烷作用对低pH值和高pH值均敏感，意味着pH需要维持在6.5到7.5的范围内。两相厌氧消化系统和/或方法已被用于将水解/产酸反应与产乙酸/产甲烷反应分开，允许每一反应分别在较低的PH和低于8.0的中性pH下进行。这一方法允许单独地优化产酸作用和产甲烷作用的操作条件，从而优化条件以维持在物料到沼气的不同转化阶段中所涉及的特定微生物。这两个阶段在两个不同的反应器中同时发生并且为产酸菌和产甲烷菌提供优化的条件，从而提高整个系统的性能，包括有机物的降解，更具体地，包括甲烷生成和二氧化碳固定。然而，在实验室和实体装置中已经注意的是，还未实现完全的阶段分离(即产酸阶段和产甲烷阶段的完全分离)。这意味着来自产酸阶段的气体将含有少量的 CH4 ( < 20% ) ο在产酸阶段中，主要目标是将可生物降解的有机物转化为挥发性脂肪酸(VFA)。负责VFA转化的产酸菌主要存在于产酸的污泥中，所述产酸菌包括:(I)发酵细菌，所述发酵细菌负责生成VFA ;(2)产氢产乙酸细菌，所述产氢产乙酸细菌将丙酸、其他VFA和乙醇代谢为乙酸盐和H2;和(3)同型产乙酸菌，所述同型产乙酸菌利用112和CO 2产生乙酸盐。在产甲烷阶段中，消耗产酸阶段中生成的VFA以生成甲烷和二氧化碳。污泥的厌氧消化通常受到大尺寸的有机物颗粒和微生物细胞壁(尤其是如果包含二次污泥的厨余垃圾)的阻碍。因此，污泥颗粒的水解能够成为上述提及的单级或两相反应器中整个过程的整体限速步骤。为了提高水解动力学，已经研宄了各种预处理方法以分解污泥和微生物细胞壁。这些方法包括超声波处理、臭氧氧化、碱处理、芬顿法(Fentonprocess)和酶解处理。与其他方法相比，碱处理具有若干优势，例如使用简单的装置、易于操作且效率高。在预处理中使用更大剂量的碱物质会产生更高的固体消减和处理的污泥中更高的pH。然而，尽管在碱处理后VFA的含量能够显著增加，但处理的污泥的高pH能够抑制后续的产甲烷步骤。碱处理后随之发生的总溶解固体(TDS)的高浓度还会抑制微生物。通常做法是用酸去中和碱物质并在将处理的污泥投入厌氧系统之前降低pH。这增加了污泥处理的成本。因此，为了提供预期的更好性能，典型的两相厌氧系统需要严格的pH控制(用低pH过程产生上述中性pH过程)以将产酸过程与产甲烷过程分开。然后在产甲烷作用之前，碱预处理将需要用酸中和以将PH降下来。污泥热处理已被示出有效地作为预处理。文献中已报道了 60至270°C范围内的各种温度。在这样的处理下，污泥的蛋白质和碳水化合物在达到60°C之前将被释放，超过60°C时，进一步的释放将受到限制。目前具有用于废弃污泥的热碱预处理的方法。这些方法是化学方法且在非常高的pH值(10-12)和温度下应用，以提高污泥降解的效率。然后在将预处理的污泥投入至厌氧消化器之前，需要额外的化学试剂去中和PH，产生了增加的原料和能量成本。鉴于上述内容，仍有必要提供改进的用于污水处理的方法。
技术实现思路
出人意料地，在传统的两相厌氧系统中使用的严格pH控制对于处理有机废物是不必要的，例如处理含油污泥、含油污水、厨余垃圾、工业污泥、污水污泥和尤其是污水(即来自污水处理的污泥)中产生的有机废物。与两相系统中典型的主要反应器相比，在碱性条件下运行两级(2-stage)系统的主要反应器产生更好的固体消减性能、更稳定的014生成和增加VFA生成。所述两级系统在预处理污泥后只需要很小的pH调整，因此降低了与使用额外的化学试剂有关的成本。在本专利技术的两级方法中使用更低的PH值和温度是可能的，因为所述方法将化学反应与生物酶解反应相结合以实现水解和后续的产酸作用。这些温和的条件允许第一级的排放物/流出物在较小或没有pH校正且没有温度校正的情况下投入至第二主要产甲烷反应器。第一反应器中具有的温和操作条件可以使产甲烷菌群在该反应器内存活并利用产酸步骤中生成的代谢物(例如H2、C0#PVFA)生成CH4。第一反应器中存在的这一产甲烷菌群可以通过将H2、C0#P VFA的浓度控制在一定水平下以提高产酸步骤中代谢物的生成，而该水平不会进一步抑制所述代谢物的生成，且这种产甲烷菌的存在还可以通过将4和CO 2转化为CH 4来提高第一级的甲烷生成。因此，在本专利技术第一方面中，提供了用于处理有机废物的方法，包括如下步骤:将包括有机废物的进料流引入第一反应器；由第一反应器生成流出物；和将第一反应器中的所述流出物提供至第二反应器，其中，所述第一反应器维持在PH大约6.5到大约10.0下。在本专利技术的实施例中，将第一反应器提供在第二反应器的上游。在本专利技术的再一实施例中，第一反应器维持在大约7.0到大约9.0的pH下。例如，第一反应器可以维持在大约7.5到大约8.5的pH下，例如大约8.0o在本专利技术的另一实施例中，第一反应器主要是水解/产酸反应器。在本专利技术的又一实施例中，第二反应器主要是产甲烷反应器或是单级厌氧反应器。在本专利技术的又一实施例中，更具体地，第二反应器或第一反应器在大约35°C到大约60°C的温度下运行。例如，更具体地，第二反应器或第一反应器可以在大约50°C到大约60°C的温度下运行。可选的或供选择的，更具体地，第一反应器或第二反应器可以在大约35到大约49°C的温度下运行。在本专利技术的又一实施例中，第一反应器可以在大约2小时到大约5天的水力停留时间下运行。例如，第一反应器在大约3天到大约5天的水力停留时间下运行。在又一实施例中，固体/污泥停留时间可以为大约2天到大约5天。在本专利技术的某些实施例中，第二反应器可以在超过10天的水力停留时间下运行。在又一实施例中，第二反应器在大约6.5到大约7.9的pH下运行。例如，第二反应器可以在大约6.8到大约7.4的pH下运行，例如大约7.10在本专利技术实施例中，进料为包括可生物降解固体的有机废物。例如，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理有机废物的方法，所述方法包括如下步骤：将包括有机废物的进料流引入至第一反应器中；由所述第一反应器生成流出物；和将所述第一反应器中的所述流出物提供至所述第二反应器，其中，所述第一反应器维持在大约6.5到大约10.0的pH下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：周琰，郭成洪，伍文桢，
申请(专利权)人：南洋理工大学，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG