本发明专利技术涉及一种辅以嗜CO2甲烷菌的持压两相厌氧消化装置及使用方法，装置包括产酸相(100)和产甲烷相(200)；使用方法具体为：在产酸相(100)中将有机废液与厌氧产酸污泥进行搅拌，产酸相耐压反应器腔体(101)顶部空间蓄气持压，随后酸液流入产甲烷相(200)中与承载床层(209)上的厌氧产甲烷污泥进行接触，向承载床层(209)中额外接种嗜CO2甲烷菌，产甲烷相耐压反应器腔体(201)顶部空间蓄气持压，脉冲式释放沼气使顶部空间稳态持压，同时循环喷淋消化液。与现有技术相比，本发明专利技术同步促进了厌氧消化效能和沼气提纯性能，有机物降解速率提升30％以上，沼气中甲烷含量达90％以上，具有较高的经济、社会和环境效益，可广泛用于污水处理和可再生能源领域。理和可再生能源领域。理和可再生能源领域。
【技术实现步骤摘要】
辅以嗜CO2甲烷菌的持压两相厌氧消化装置及使用方法
[0001]本专利技术属于污水处理和可再生能源
，涉及一种辅以嗜CO2甲烷菌的持压两相厌氧消化装置及使用方法。
技术介绍
[0002]厌氧消化技术利用微生物代谢活动以分解有机废物并产生可再生能源甲烷，是最具成本效益的可持续有机废物处理和能源回收技术，在环境污染控制和能源再生中发挥重要作用。
[0003]由于厌氧微生物代谢缓慢、以及多类群厌氧微生物生态位差异大的特殊性质，现有厌氧消化普遍存在有机质降解速率低和甲烷回收率低的问题。因此，如何提升厌氧消化有机物降解效率并实现甲烷高质回收，是厌氧消化广受关注的议题。目前主要通过产酸和产甲烷两相分离以改善厌氧消化微生物生态位条件，应用电、热、和辐射等预处理方法加速水解作用，通过添加矿物质营养元素、功能酶和高相容性的非生物材料刺激酸化和产甲烷作用，然而预处理技术投入能量高、添加剂成本高，且沼气中甲烷回收潜力有限，难以对其进行高质利用(例如输送天然气管道)。专利CN113501646A公开了一种基于催化
‑
导电材料耦合强化污泥两相厌氧消化的方法，在污泥两相厌氧消化系统中，向水解酸化相中加入锆金属有机骨架材料作为催化剂，以此强化污泥中复杂有机物的水解酸化效率，同时向产甲烷相中加入导电材料作为互营微生物间的导电介质，以此提高水解酸化产物转化为甲烷的效率，实现了污泥中复杂有机物的高效产甲烷，但是该专利涉及的催化
‑
导电材料制作流程繁琐，且难以回收以致存在二次污染风险。
[0004]调节厌氧消化反应器压力是定向调控厌氧消化代谢酶活性的重要手段。利用厌氧消化产气升压是一种有效的技术方法，然而因该过程升压慢而无法实现快速带压增效。专利US4722741A提出了一种通过甲烷相加压措施以增加二氧化碳的溶解、进而提高产品气中甲烷的含量，但未将二氧化碳进一步甲烷化以提升产品气质量，且气液传质受限无法保障甲烷化效能。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种辅以嗜CO2甲烷菌的持压两相厌氧消化装置及使用方法，本专利技术提高厌氧消化有机质降解速率和甲烷回收率，实现生物沼气高值化利用。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术的技术方案之一在于，提供一种辅以嗜CO2甲烷菌的持压两相厌氧消化装置，该装置包括产酸相和产甲烷相；
[0008]所述的产酸相包括产酸相耐压反应器腔体，所述产酸相耐压反应器腔体的外部包裹产酸相控温层，内部设有搅拌器，顶部设有产酸相进出气管道，该产酸相进出气管道上设有压力表，所述产酸相反应器腔体的侧面设有产酸相进料管道和产酸相出料管道；
[0009]所述的产甲烷相包括产甲烷相耐压反应器腔体，所述产甲烷相耐压反应器腔体的外部包裹产甲烷相控温层，顶部设有产甲烷相进气管道、循环喷淋器和产甲烷相出气管道，该产甲烷相出气管道上设有智能气压控制仪，所述的循环喷淋器自产甲烷相耐压反应器腔体底部引入消化液进行喷淋，所述产甲烷相出气管道的后端连接集气箱，所述产甲烷相耐压反应器腔体的侧面设有产甲烷相进料管道和产甲烷相出料管道，所述的产甲烷相耐压反应器腔体采用填充床，所述产甲烷相耐压反应器腔体的内部沿其高度方向排列安装若干承载床层；
[0010]所述的产酸相出料管道与产甲烷相进料管道相连通。
[0011]本专利技术的技术方案之一在于，提供一种辅以嗜CO2甲烷菌的持压两相厌氧消化装置的使用方法，该使用方法具体为：在产酸相中将自产酸相进料管道进入的有机废液与厌氧产酸污泥进行连续搅拌，产酸相耐压反应器腔体顶部空间蓄气持压，随后酸液流入产甲烷相中与承载床层上的厌氧产甲烷污泥进行充分接触，向承载床层中额外接种嗜CO2甲烷，产甲烷相耐压反应器腔体顶部空间蓄气持压，压力稳定后停止通气，通过智能气压控制仪控制脉冲式释放沼气至集气箱使顶部空间稳态持压，同时循环喷淋消化液。
[0012]进一步地，所述产酸污泥和有机废液的配比VS:COD为(1
‑
3):1，所述产酸污泥和有机废液的混合液初始pH值为6.0
‑
7.0，所述搅拌的速度为80
‑
120rpm。
[0013]进一步地，所述产酸相耐压反应器腔体顶部空间蓄气的气体为氮气或氩气，压力为0.3
‑
0.5MPa。
[0014]进一步地，所述产甲烷污泥和酸液的配比VS:COD为(1
‑
5):1，向酸液投加氢氧化钠溶液调整pH值至6.8
‑
7.5，并投加20
‑
50mM的pH缓冲剂，pH缓冲剂包括磷酸氢二钾
‑
磷酸二氢钾溶液或磷酸氢二钠
‑
磷酸二氢钠溶液。
[0015]进一步地，所述的嗜CO2甲烷菌包括Methanobacterium、Methanoregula、 Methanoculleus或Methanocella的纯菌株或主导混合菌群，所述嗜CO2甲烷菌的接种比例为厌氧产甲烷污泥的10
‑
40％(VS/VS)。
[0016]进一步地，所述产甲烷相耐压反应器腔体顶部空间蓄气的气体为氢气或含氢废气，所述的含氢废气包括合成气或水煤气，压力为0.5
‑
1MPa。
[0017]进一步地，所述循环喷淋的速率为0.4
‑
0.5L/(min
·
m3)，周期为每10min持续喷淋2
‑
5min。
[0018]进一步地，运行温度与厌氧污泥最适温度保持一致为35
‑
39℃，所述产酸相的水力停留时间为3
‑
5天，所述产甲烷相的水力停留时间为3
‑
8天。
[0019]进一步地，运行温度与厌氧污泥最适温度保持一致为53
‑
57℃，所述产酸相的水力停留时间为1
‑
3天，所述产甲烷相的水力停留时间为1
‑
5天。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0021](1)本专利技术的装置具备耐压、两相分离的基础特性，通过设置承载床层便于功能微生物的负载，同时通过循环喷淋器提升气液传质，为改善厌氧消化性能提供硬件支持；
[0022](2)本专利技术通过加压刺激厌氧生物酶代谢活性和改善气液平衡特性，通过产酸相和产甲烷相分离优化厌氧微生物生态位条件，通过嗜CO2甲烷菌定殖促进CO2定向转化，同时通过喷淋等工艺优化气液传质条件，从而促进厌氧消化有机物降解速率和沼气高质回收，经此方法，厌氧消化COD降解速率提升30％以上，沼气中甲烷含量达90％以上；
[0023](3)本专利技术无需预处理和添加剂，不存在二次污染风险，操作简便，流程简单，投入成本降低；
[0024](4)本专利技术可用于污水处理和可再生能源领域，为有机废水处理处置和能源转化利用提供了新路径。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种辅以嗜CO2甲烷菌的持压两相厌氧消化装置，其特征在于，该装置包括产酸相(100)和产甲烷相(200)；所述的产酸相(100)包括产酸相耐压反应器腔体(101)，所述产酸相耐压反应器腔体(101)的外部包裹产酸相控温层(102)，内部设有搅拌器(103)，顶部设有产酸相进出气管道(104)，该产酸相进出气管道(104)上设有压力表(105)，所述产酸相反应器腔体(101)的侧面设有产酸相进料管道(106)和产酸相出料管道(107)；所述的产甲烷相(200)包括产甲烷相耐压反应器腔体(201)，所述产甲烷相耐压反应器腔体(201)的外部包裹产甲烷相控温层(202)，顶部设有产甲烷相进气管道(203)、循环喷淋器(208)和产甲烷相出气管道(204)，该产甲烷相出气管道(204)上设有智能气压控制仪(205)，所述产甲烷相出气管道(204)的后端连接集气箱(210)，所述产甲烷相耐压反应器腔体(201)的侧面设有产甲烷相进料管道(206)和产甲烷相出料管道(207)，所述的产甲烷相耐压反应器腔体(201)采用填充床，所述产甲烷相耐压反应器腔体(201)的内部沿其高度方向排列安装若干承载床层(209)；所述的产酸相出料管道(107)与产甲烷相进料管道(206)相连通。2.一种如权利要求1所述的辅以嗜CO2甲烷菌的持压两相厌氧消化装置的使用方法，其特征在于，该使用方法具体为：在产酸相(100)中将自产酸相进料管道(106)进入的有机废液与厌氧产酸污泥进行搅拌，产酸相耐压反应器腔体(101)顶部空间蓄气持压，随后酸液流入产甲烷相(200)中与承载床层(209)上的厌氧产甲烷污泥进行接触，向承载床层(209)中额外接种嗜CO2甲烷菌，产甲烷相耐压反应器腔体(201)顶部空间蓄气持压，通过智能气压控制仪(205)控制脉冲式释放沼气至集气箱(210)使顶部空间稳态持压，同时循环喷淋消化液。3.根据权利要求2所述的一种辅以嗜CO2甲烷菌的持压两相厌氧消化装置的使用方法，其特征在于，所述产酸污泥和有机废液的配比VS:COD为(1
‑
3):1，所述产酸污泥和有机废液的混合液初始pH值为6.0
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7.0，所述搅拌的速度为80
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120rpm。4.根据权利要求2所述的一种辅以嗜CO2甲烷菌的持压两相厌氧消化装置的使用方法，其特征在于，所述产酸相耐压反应器腔体(101)顶部空间蓄...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢丽，徐俊，徐泠，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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