高效率生物產(chǎn)氫、甲烷裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有機(jī)廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及通過將有機(jī)物廢水經(jīng)酸化、中和、甲烷化及分離等連續(xù)式厭氧發(fā)酵反應(yīng)過程，使處理有機(jī)廢水所產(chǎn)生的污泥量減少，并得水質(zhì)良好的處理水，同時(shí)提升氫及甲烷回收量的一種高效率生物產(chǎn)氫、甲烷裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)有機(jī)物質(zhì)于厭氧環(huán)境中，在一定的溫度、濕度及酸堿度條件下，通過微生物的厭氣發(fā)酵作用，會(huì)產(chǎn)生沼氣(b1gas)。
[0003]沼氣的生成是自然界物質(zhì)代謝極重要的一環(huán)，沼氣主要成分是50?80%的甲烷(methane，CH4)和20?50 %的二氧化碳(C02)，另外還含有少量一氧化碳(C0)、硫化氫(H2S)、氫(?)、氧(02)和氮(N2)等氣體，由于含有高濃度可燃?xì)怏w甲烷(CH4)，故沼氣可做燃料，沼氣產(chǎn)自有機(jī)廢水的厭氧發(fā)酵過程，產(chǎn)生沼氣的有機(jī)物主要來自廚余(garbage)、畜禽排泄物(manure)、有機(jī)廢水(organic wastewater)、污泥(sludge)、農(nóng)產(chǎn)廢棄物(agricultural waste)或都市廢棄物(MSW)等，而經(jīng)過厭氧發(fā)酵(AnaerobicFermentat1n)或稱為“厭氧消化(anaerobic digest1n) ”所產(chǎn)生沼氣能源的處理方式稱為甲燒化(methanat1n)。
[0004]傳統(tǒng)有機(jī)廢水處理方法，如圖1所示為一種流動(dòng)式厭氧發(fā)酵有機(jī)廢水處理裝置，該裝置主要是采用流動(dòng)式設(shè)計(jì)，將有機(jī)廢水連續(xù)進(jìn)入發(fā)酵槽T1，經(jīng)停留一段時(shí)間后，使處理過的消化液與微生物混合液一起排出，而厭氧發(fā)酵反應(yīng)所產(chǎn)生的甲烷及二氧化碳可以由頂面排出收集使用。此種裝置，由于消化液與微生物混合液一起排出后，發(fā)酵槽T1中的微生物菌濃度降低，產(chǎn)甲烷效率低。
[0005]圖2為一種回流式厭氧發(fā)酵有機(jī)廢水處理裝置，其主要是改良上述方法，將要與消化液一起排出的微生物污泥，利用一沉淀槽T3使微生物污泥沉淀后，讓其回流再與廢水混合進(jìn)入發(fā)酵槽T2。此種裝置，藉由沉淀返送回發(fā)酵槽T2中，從而能夠確保厭氧微生物的滯留時(shí)間，使其作為厭氧微生物的基質(zhì)而再次分解，提高了消化率(污泥減量率)，增加了甲烷的回收量。
[0006]圖3所示為過濾式厭氧發(fā)酵廢水處理裝置，其主要是將廢水由發(fā)酵槽T4底部進(jìn)入，經(jīng)一些過濾層T5，廢水由底部上升至上層而流出，過濾層T5除了把懸浮物過濾外，過濾層T5內(nèi)也存有許多微生物群，可迅速有效達(dá)到處理效果，并產(chǎn)生甲烷及二氧化碳。此種裝置，主要藉由過濾層T5將厭氧微生物保留在過濾層T5下方，提升厭氧微生物的滯留時(shí)間。
[0007]—般產(chǎn)生甲烷的厭氧發(fā)酵過程必須經(jīng)過二個(gè)主要階段:第一階段為酸生成階段的酸化期(acidificat1n phase),是將廢水中復(fù)雜的有機(jī)物被酸化菌(acidogenic bacteria)及兼性細(xì)菌(facultative bacteria)轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性有機(jī)酸(如乙酸、丙酸、丁酸及醇類等)；第二階段則為產(chǎn)生甲燒的甲燒發(fā)酵期(methane fermentat1n phase),利用酸化過程產(chǎn)生的甲燒菌(methanogenic bacteria)將前述乙酸和丙酸代謝反應(yīng)產(chǎn)生甲燒及二氧化碳，使消化液中污泥含量減少。
[0008]根據(jù)研究文獻(xiàn)得知，在眾多影響厭氧發(fā)酵產(chǎn)生甲烷因素中，其中:
[0009]1.氣溫限制:一般厭氧發(fā)酵可在50?60°C間發(fā)生，溫度介于45?60°C間稱高溫發(fā)酵，介于25?45°C間稱為中溫發(fā)酵，低于25°C稱為低溫發(fā)酵，發(fā)酵溫度隨自然溫度變化則稱為常溫發(fā)酵，通常發(fā)酵溫度愈高，發(fā)酵效果較佳。
[0010]2.沼氣微生物生長(zhǎng)緩慢:厭氧發(fā)酵是利用發(fā)酵細(xì)菌分解有機(jī)物，充份提供發(fā)酵厭氧細(xì)菌生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)鹽，可以提高發(fā)酵槽內(nèi)的生物污泥濃度，以加速發(fā)酵的進(jìn)行，并彌補(bǔ)甲烷化菌生長(zhǎng)緩慢的缺點(diǎn)，因此污泥的回流或過濾處理均為提高污泥停留在發(fā)酵槽內(nèi)時(shí)間的方法。
[0011]3.需較長(zhǎng)時(shí)間處理:甲烷化(methanat1n)過程，必須經(jīng)過第一階段酸化期(acidificat1n phase)約 0.5 ?2 日(HRT)及第二階段甲燒發(fā)酵期(methane fermentat1nphase)約2?7日(HRT),使單槽處理第一階段酸化期(acidificat1n phase)及第二階段甲燒發(fā)酵期(methane fermentat1n phase)的時(shí)間較長(zhǎng)，且無法連續(xù)處理。
[0012]4.有機(jī)物濃度過高:由于第一階段酸化期(acidificat1n phase)所產(chǎn)生的乙酸、丙酸、丁酸及醇類等揮發(fā)性有機(jī)酸消化液的pH值在5.0?6.5之間，而甲烷發(fā)酵期(methane fermentat1n phase)較佳濃度pH值在7.2?7.6之間，使得處理第一階段酸化期(acidificat1n phase)及第二階段甲燒發(fā)酵期(methane fermentat1n phase)產(chǎn)生甲烷的處理效率降低。
[0013]5.有機(jī)廢水的氮濃度過高:濃縮的廢棄物也易影響厭氧發(fā)酵效率，例如以豬糞尿水經(jīng)厭氧發(fā)酵處理過程中，豬糞尿必須至少以3倍量的水先稀釋，使其氨態(tài)氮濃度低于1，500ppm以下；一般氨態(tài)氮濃度在1，500?3，OOOppm之間，對(duì)于厭氧細(xì)菌會(huì)產(chǎn)生抑制作用，超過3，OOOppm以上則產(chǎn)生毒害。
[0014]目前有機(jī)廢水厭氧處理程序已有使用中溫發(fā)酵槽、高溫發(fā)酵槽及添加營(yíng)養(yǎng)鹽加速分解有機(jī)物的裝置被使用，其技術(shù)已經(jīng)成熟，而且有進(jìn)行商業(yè)化的運(yùn)轉(zhuǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]由于甲烷發(fā)酵程序中必須經(jīng)過前述酸化期(acidificat1n phase)及甲烷發(fā)酵期(methane fermentat1n phase),因此采用常用的圖1到圖3的單槽發(fā)酵設(shè)計(jì)或雙槽回流設(shè)計(jì)的處理裝置，都不利于第二階段甲燒發(fā)酵期(methane fermentat1n phase)的乙酸和丙酸代謝反應(yīng)，使生成甲烷的效率無法獲得提升，基于此，可將現(xiàn)有的甲烷發(fā)酵程序中，進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)與操作修改，并將發(fā)酵槽采用前后槽設(shè)計(jì)。
[0016]1.根據(jù)研究文獻(xiàn)可知,酸化期(acidificat1n phase)微生物的滯留時(shí)間(HRT)約0.5?2日，才能產(chǎn)生氫及二氧化碳，消化液為乙酸、丙酸、丁酸及醇類等揮發(fā)性有機(jī)酸；甲燒發(fā)酵期(methane fermentat1n phase)微生物的滯留時(shí)間(HRT)約2?7日，才能使乙酸和丙酸經(jīng)代謝反應(yīng)產(chǎn)生甲烷及二氧化碳，使消化液含量減少，因此，為了能提供連續(xù)式處理，將發(fā)酵槽采前后槽設(shè)計(jì)，且后槽宜采用多槽設(shè)置，例如1槽對(duì)3槽、1槽對(duì)4槽或1槽對(duì)5槽的設(shè)計(jì)，是可行且有效的方法。
[0017]2.根據(jù)研究文獻(xiàn)可知，一般酸化期(acidificat1n phase)所產(chǎn)生的有機(jī)酸的酸堿值(pH值)在5.0?6.5之間，而甲燒發(fā)酵期(methane fermentat1n phase)產(chǎn)生甲燒的較佳有機(jī)酸的酸堿值(pH值)在7.2?7.6之間，因此，采用前后槽設(shè)計(jì)同時(shí)，先將進(jìn)入后槽前的有機(jī)酸的酸堿值(pH值)進(jìn)行中和，使酸堿值(pH值)趨近于甲烷發(fā)酵期(methanefermentat1n phase)所需較佳條件，就能使甲燒菌(methanogenic bacteria)能充分將乙酸和丙酸代謝反應(yīng)產(chǎn)生甲烷及二氧化碳，達(dá)到污泥減量，并提升甲烷回收量。
[0018]本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)課題在于:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)，提供一種具有前后發(fā)酵槽及中和槽設(shè)計(jì)，其主要是將有機(jī)廢水混合液依序進(jìn)行酸化、中和、甲烷化及分離等連續(xù)式厭氧發(fā)酵反應(yīng)過程，使處理有機(jī)廢水所產(chǎn)生的污泥量減少，并得水質(zhì)良好的處理水，同時(shí)提升氫與甲烷的回收量。本發(fā)明要解決上述技術(shù)問題及其所采用的技術(shù)手段在于提供:一種高效率生物產(chǎn)氫、甲烷氣裝置，至少包含:混合槽，用以收集容置有機(jī)廢水混合液；二段式厭氧發(fā)酵裝置，用以對(duì)來自于前述混合槽中的混合液轉(zhuǎn)化為氫、甲烷、二氧化碳及消化液；以及固液分離槽，用以對(duì)來自于前述二段式厭氧發(fā)酵裝置中的消化液進(jìn)行過濾分離，其中，前述二段式厭氧發(fā)酵裝置，至少包含