一种厨余垃圾干湿联产氢气与甲烷的组合装置，包括湿热预处理反应器、垃圾混匀输送装置、分室耦合生物制氢反应器、膨胀颗粒污泥床反应器、管道式光生物反应器、高吸附性能储气装置、气体纯化器等。厨余垃圾经湿热预处理后通过绞龙输送至分室耦合生物反应器进行产氢，富氢气体经纳米陶瓷镀膜滚轴输送至氢气纯化器，液相代谢产物进入EGSB反应器进行厌氧产甲烷。经气体纯化器后的氢气和甲烷通过混配阀配比后进入高吸附性能储气装置，废气通入管道式光生物反应器进行脱除。本发明专利技术具有安装灵活、占地面积小、运行费用低、产气量大等特点，生物气的收集、纯化和储存方便，适用于厨余垃圾的高值化利用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物能源
，涉及一种采用厨余垃圾干湿联产氢气和甲烷的组口O本专利技术还涉及利用上述组合装置联产氢气与甲烷的方法。
技术介绍
厨余垃圾是家庭和饮食单位抛弃的剩饭菜的通称，是我国生活垃圾的重要组成部分，而且随着餐饮业的高速发展，产生量迅速增加。厨余垃圾主要成分包括米和面粉类食物残余、蔬菜、动植物油、肉骨等，化学组成以有机组分为主，同时含有一定量的钙、镁、钾和铁等微量元素。厨余垃圾的主要特点是水分含量大、易腐烂、营养成分多，组成随季节等因素 浮动较大。其性状和气味都对环境卫生造成恶劣影响，而且易滋生病原微生物、霉菌毒素等有害物质。我国处理厨余垃圾传统方法是直接喂猪，但未经处理过的厨余垃圾中可能含有口蹄疫、猪瘟病菌等多种病原体和有害微生物，从而造成人畜之间的交叉传染，存在食物链风险。近年来，氢气作为高效、清洁、可再生的能源，受到人们的日益关注。生物制氢具有环境友好和能耗低等特点，能够利用微生物将厨余垃圾中的有机质在厌氧条件下分解为具有高附加值的氢气能源，具有治污、环保和产能等多重优越性。但是，理论上单纯的生物制氢过程能源利用率仅为33. 5%，能源转化率低下成为限制生物制氢产业化发展的瓶颈。而在厌氧产氢的基础上，将代谢过程产生的挥发酸和小分子醇类作为厌氧产甲烷的底物进行再发酵，不仅可以实现氢气和甲烷的联产，还能够显著提高废弃物的能源转化效率。另一方面，将氢气和甲烷气按照一定比例混合后制备的氢烷燃气，其燃烧性能、热值等均有显著提高，且二次污染少，是具有高附加值的理想生物燃料。厨余垃圾油脂、蛋白等营养成分含量高，能够通过生物发酵联产氢气与甲烷过程实现其无害化、资源化、减量化，但厨余垃圾含水率和含盐量高，极易腐败变质，现有处理设施存在预处理要求高、启动缓慢、运行不稳定、产气率低、能耗大等问题，无法实现氢气-甲烷联产和混配利用的目的。因此，研发适合厨余垃圾处理和资源化利用，且在制备氢气和甲烷的同时实现二氧化碳减排，具有“低运行、低成本、易操作”的成套装置不仅是研究热点，更是亟待解决的难点问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种厨余垃圾干湿联产氢气与甲烷的组合装置。本专利技术的又一目的在于提供一种涉及利用上述组合装置联产氢气与甲烷的方法。为实现上述目的，本专利技术提供的厨余垃圾干湿联产氢气与甲烷的组合装置，主要包括一湿热预处理反应器，连接一垃圾混匀输送装置，该垃圾混匀输送装置包括垃圾混合室和绞龙，绞龙一端与湿热预处理反应器出料口连接，另一端与耦合生物制氢反应器进料口相连；一分室耦合生物制氢反应器，内部为厌氧产氢室和厌氧产沼室，厌氧产氢室和厌氧产沼室之间设有厌氧产沼室单向可开启阀门，厌氧产沼室的出料口连接固液分离器；一纳米镀膜陶瓷滚轴，贯穿分室耦合生物制氢反应器，纳米镀膜陶瓷滚轴的出气端连接至氢气纯化器；固液分离器分离出的液相物进入膨胀颗粒污泥床反应器进行厌氧产甲烷，固液分离器分离出的固相产物排出固液分离器；膨胀颗粒污泥床反应器的下部为反应区，反应区内填充有厌氧颗粒污泥；膨胀颗粒污泥床反应器的上部为沉淀区，沉淀区内安装有三相分离器；膨胀颗粒污泥床反应器的出气口连接至甲烷纯化器； 一管道式光生物反应器，由微藻培养池、培养管道和安装在培养管道内部的光源组成，其中微藻培养池的池体由透光的有机玻璃制成，微藻培养池顶设有布水器；微藻培养池的进气口与氢气纯化器和甲烷纯化器的废气出口相连，将纯化后剩余的二氧化碳及硫化氢废气进入管道式光生物反应器；微藻培养池底部的出料口与培养管道串联连接，培养管道的出料口与微藻培养池的进料口连接；氢气纯化器和甲烷纯化器的出气口通过一混配阀连接至储气装置，该储气装置的储气室内装填储氢和储甲烷的储氢分子筛与碳基、镁基、锆系或稀土系材料中的至少一种组合而成的复合材料。所述的组合装置，其中，湿热预处理反应器安装有温度控制器和压力表，湿热预处理反应器为内胆与外壳两层结构，内胆与外壳之间填充有导热油。所述的组合装置，其中，垃圾混匀输送装置包括垃圾混合室和绞龙，绞龙一端与湿热预处理反应器出料口连接，另一端与分室耦合生物制氢反应器进料口相连，共同固定于产氢反应器支架上，以节省占地面积。所述的组合装置，其中，分室耦合生物制氢反应器为双层滚筒结构，内壁安装有4~8组二棱柱型挡板。所述的组合装置，其中，膨胀颗粒污泥床反应器内的厌氧颗粒污泥填充量为反应区有效容积的10-50%。所述的组合装置，其中，管道式光生物反应器的培养管道内部安装的光源为黄色荧光灯管。所述的组合装置，其中，高吸附性能储气装置的顶部为可开启式密封盖，盖上安装有压力表和压力调节器，且进气口和出气口经三通电磁阀与气体循环系统相连，实现间歇式快速储放氢。本专利技术提供的利用上述组合装置联产氢气与甲烷的方法，其主要步骤为厨余垃圾破碎后装填入湿热预处理装置中进行预处理；预处理后的垃圾混合均匀后经绞龙装填入分室耦合生物制氢反应器的好氧预处理室进行腐解预处理，之后将物料经单向可开启阀门转移至厌氧产氢室，并补加产氢菌剂以强化产氢；厌氧产氢后的液相代谢产物经固液分离器分离后泵入膨胀颗粒污泥床反应器，在厌氧活性污泥产甲烷菌群的作用下生成甲烷气；厌氧产氢室生成的氢气和膨胀颗粒污泥床反应器产生的甲烷气分别通过氢气纯化器和甲烷纯化器进行纯化与干燥，纯化后的氢气和甲烷经混配阀进行配比后进入储气装置；纯化脱除的废气通入管道式光生物反应器进行处理，并通过循环泵实现微藻培养池与培养管道中微藻培养物的循环流动，管道式光反应器内部的光源为微藻培养提供光照，促进微藻光合作用进行废气处理。所述的方法，其中，微藻是指小球藻、盐生杜氏藻、硅藻、蓝藻中的一种或几种。本专利技术的优点在于(I)本专利技术分室耦合生物制氢反应器内部为双反应区结构，中部由单向可开启隔板分为预处理室和发酵产氢室，物料首先在预处理室进行好氧预处理再进入厌氧室进行发酵产氢，实现了厌氧反应器的快速启动和稳定运行。(2)本专利技术生物制氢反应器内壁设有4-8组三棱柱形挡板，使反应器内部无死角，避免发酵不均和杂菌生成，通过摔打和旋转作用实现物料的充分混合，减少对菌丝体的破坏，保证发酵过程的微生物活性，有效提高发酵产气量和能量转化效率。(3)本专利技术生物制氢反应器中心贯穿的滚筒轴通过纳米陶瓷膜进行微纳米曝气和生物气收集，实现了好氧和厌氧发酵交替进行。纳米陶瓷镀膜特有的孔径特征和选择性过滤特性，保证了氢气的高效收集、热量扩散和均匀曝气，且不易堵塞，无需清理。(4)本专利技术管道式光生物反应器将培养微藻与固定二氧化碳废气作用相耦合，在微藻快速生长过程中充分利用光合作用进行二氧化碳，及少量硫化氢的生物固定，不仅获得高浓度的小球藻产品，还实现了生物气中二氧化碳、硫化氢的脱除，解决了厨余垃圾资源化过程中的二次污染问题。(5)本专利技术高吸附性能储气装置使用分子筛储氢材料和碳基等甲烷储存材料，该类材料选择性吸附能力强、表面活性高、使用寿命长，储气装置安全度高、操作简单、燃气储存和释放便捷，运输方便，实现了氢气与甲烷的同时储存，易于规模化生产应用。(6)本专利技术将厨余垃圾干式发酵产氢和湿式厌氧产甲烷相耦合，再利用管道式微藻光反应器进行废气脱除，在获得高纯度氢烷气的同时，达到了碳减排与微藻培养的目的。(7)本专利技术将湿热预处理、厌氧发酵、微藻固碳、物理化学吸附等多种本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种厨余垃圾干湿联产氢气与甲烷的组合装置，主要包括：一湿热预处理反应器，连接一垃圾混匀输送装置，该垃圾混匀输送装置包括垃圾混合室和绞龙，绞龙一端与湿热预处理反应器出料口连接，另一端与耦合生物制氢反应器进料口相连；一分室耦合生物制氢反应器，内部为厌氧产氢室和厌氧产沼室，厌氧产氢室和厌氧产沼室之间设有厌氧产沼室单向可开启阀门，厌氧产沼室的出料口连接固液分离器；一纳米镀膜陶瓷滚轴，贯穿分室耦合生物制氢反应器，纳米镀膜陶瓷滚轴的出气端连接至氢气纯化器；固液分离器分离出的液相物进入膨胀颗粒污泥床反应器进行厌氧产甲烷，固液分离器分离出的固相产物排出固液分离器；膨胀颗粒污泥床反应器的下部为反应区，反应区内填充有厌氧颗粒污泥；膨胀颗粒污泥床反应器的上部为沉淀区，沉淀区内安装有三相分离器；膨胀颗粒污泥床反应器的出气口连接至甲烷纯化器；一管道式光生物反应器，由微藻培养池、培养管道和安装在培养管道内部的光源组成，其中微藻培养池的池体由透光的有机玻璃制成，微藻培养池顶设有布水器；微藻培养池的进气口与氢气纯化器和甲烷纯化器的废气出口相连，将纯化后剩余的二氧化碳及硫化氢废气进入管道式光生物反应器；微藻培养池底部的出料口与培养管道串联连接，培养管道的出料口与微藻培养池的进料口连接；氢气纯化器和甲烷纯化器的出气口通过一混配阀连接至储气装置，该储气装置的储气室内装填储氢和储甲烷的储氢分子筛与碳基、镁基、锆系或稀土系材料中的至少一种组合而成的复合材料。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：贾璇，席北斗，祝超伟，李鸣晓，夏训峰，张列宇，赵国鹏，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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