專利名稱：兩段厭氧有機物處理工藝及其系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及有機物的處理系統(tǒng)及工藝，該有機物可以是諸如污水、城市垃圾中的污泥及其類似物的廢棄物，諸如植物和農作物廢棄物的生物質，或其它可以被轉化為生物氣和其它產品的有機源物質。該新的系統(tǒng)和工藝是兩段工藝，可以控制在酸反應器中形成酸的機制和在甲烷反應器中形成甲烷的機制來控制工藝的水力停留時間的需要。
背景技術：
厭氧兩段消化工藝在處理有機物來產生甲烷氣和其它產品是工業(yè)中眾所周知的。該厭氧消化可以在單獨的反應器或兩級反應器內進行，其中處理有機物的工藝方法都涉及兩階段，產酸階段和產甲烷階段。該有機物可以是廢棄物或非廢棄物質，但是通常是廢棄產品。該廢棄產品可以是污水、城市垃圾、食物廢棄物以及諸如植物、農作物、植物和農作物廢棄物及其類似物的生物質、和工業(yè)的液固廢棄物。
由于厭氧生物生長和處理有機物所需要的停留時間長，這些厭氧兩段消化工藝在它們使用時可能會受到限制。對于完全混合反應器來講，考慮到微生物生長和消化有機物為甲烷、二氧化碳和其它產品所需要的時間，因為處理經濟數(shù)量的有機物需要大反應器，該工藝可能緩慢且昂貴。因為同固體物質相比大量的液體必須被保留在反應器內，也就是水力停留時間，這就需要大的反應器。
厭氧過程分解為產酸階段和產甲烷階段可以改善工藝的運行和性能，所述產酸階段是指水解揮發(fā)性的懸浮固體并把它們轉化為揮發(fā)性的脂肪酸，所述產甲烷階段是指把揮發(fā)性的脂肪酸轉化為甲烷和二氧化碳。然而，同每一個反應器過程相關的水力停留時間和固體停留時間仍是大約相等的，因此由于總的流體停留時間要求大的反應器。
在對引入該工藝的有機物流入物進行預處理的厭氧兩段消化工藝方面和把甲烷階段反應器的流出物重新引入到甲烷階段反應器中的反饋方面將會有一些改進。雖然該處理包括從流出物中汽提二氧化碳和硫化氫，并引入少量的氧氣，但流出物返回到甲烷階段反應器可能僅僅提高甲烷氣的產量，而不會顯著降低停留時間。
如果水力停留時間能夠縮短，其中對這樣的流體停留可不需要大容積的反應器，那么與使用大反應器來產生按比例數(shù)量的產品氣體和其它的流出物相關的成本就可能會降低，這樣就可能獲得一個提高的、經濟的、更高效的厭氧兩段消化工藝。

發(fā)明內容
本發(fā)明是涉及用于在厭氧兩階段消化系統(tǒng)中處理有機物流入物的系統(tǒng)和方法。有機物流入物可以被引入酸反應器。該酸反應器可以保持在適當?shù)臈l件下以有助于在含水和懸浮固體的流體中產生揮發(fā)性的酸而形成污泥流出物。該污泥流出物可以被送往酸分離單元，在那里水和揮發(fā)性酸可以同懸浮固體分開。液體物流可以從酸分離單元被送往甲烷反應器，固體循環(huán)物流可以被送往酸反應器。
該甲烷反應器可以維持在適當?shù)臈l件下，以便于產生生物氣。液體流出物從甲烷反應器被送往甲烷分離單元，在那里液體，主要是水，可以同固體分離。二次固體循環(huán)物可從甲烷分離單元被送往甲烷反應器，并且從甲烷反應器輸送生物氣。過剩的固體可以從該系統(tǒng)中排出。
參考后續(xù)的附圖、說明和權利要求，將會更好地理解本發(fā)明的這些和其它特征、方面及優(yōu)點。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的帶有分離單元的厭氧兩段消化工藝來控制水力停留時間的工作原理圖。
具體實施例方式
下面詳細的說明表述了實施本發(fā)明的最佳當今預期方式。該說明不是限制性的，而僅僅是為了闡述本發(fā)明的普遍原理。
參考圖1，厭氧有機物消化工藝10是兩段工藝，其有酸反應器20段和甲烷反應器30段。該酸反應器20是一個混合槽或一系列槽，其接受有機物流入物。根據(jù)有機物質轉化為揮發(fā)性脂肪酸的速度，該酸反應器的水力停留時間可能大約為1小時至3天，與之相比，固體停留時間為1至5天。該揮發(fā)性酸含量大約為3500至20000mg/l的酸反應器20內的條件可以是，pH值大約為5.0至7.0，溫度為大約80至155華氏度。
該酸反應器20可以與酸分離單元22流體相通，所述污泥流出物24被送往酸分離單元22。該酸分離單元22可有固體格柵，物理的或機械的格柵，諸如膜，其可允許含有水和揮發(fā)性酸的流體通過同時阻止固體物質通過。固體的分離也可以通過離心法或其它不含有物理或機械阻擋物的技術實現(xiàn)。酸階段細菌物質和未消化的固體可以被循環(huán)到酸反應器20來維持用于消化揮發(fā)性固體的微生物種群。
該濃縮污泥或固體循環(huán)物流26從該酸分離單元22被送往酸反應器20。過剩的固體，例如未消化的有機物和非揮發(fā)性的固體也可以作為過剩的酸固體排出物40廢棄。也就是說，過剩的酸反應器固體釋放物46可以從系統(tǒng)中廢棄。根據(jù)存在的無機物質或惰性固體的濃度和根據(jù)從液體中分離固體的分離單元能力，過剩固體可以被排出。
該酸分離單元22可以與甲烷反應器30流體相通。主要是水和揮發(fā)性酸的液體流32可以被送到該甲烷反應器30，在這里細菌可以把揮發(fā)性脂肪酸轉化為甲烷和二氧化碳。甲烷反應器30可以是一個槽或一系列槽或容器。該甲烷反應器30的運行條件可以是pH大約為7.0至9.0，溫度大約為80至155華氏度?？倱]發(fā)性酸含量可以大約是0至1500mg/l。水力停留時間可以為2小時至18天，與之相比，固體停留時間為10至40天。生產出的甲烷氣和二氧化碳或生物氣50可以用于能量回收而排出。
該甲烷反應器30可以與甲烷分離單元34流體相通，所述液體流出物36被送往甲烷分離單元34。該甲烷分離單元34可有固體阻擋物，物理的或機械的阻擋物，諸如膜，其可允許主要為水的流體通過同時阻止固體通過。固體的分離也可以通過離心法或其它不含有物理或機械阻擋物的技術實現(xiàn)。甲烷階段細菌物質和未消化的固體可以作為固體循環(huán)物流38被循環(huán)到甲烷反應器30，并可選擇循環(huán)到酸反應器20作進一步消化。過剩固體，諸如產生的微生物和無機物固體可以作為來自系統(tǒng)的過剩甲烷固體排出物44從甲烷分離單元34廢棄。過剩固體也可以作為過剩甲烷反應器固體釋放物48直接從甲烷反應器30廢棄。水42也可以排出。
雖然針對本發(fā)明舉例說明性的實施方案已經具體展示和描述了本發(fā)明，但本領域技術人員應該理解的是，在其中不脫離本發(fā)明精神和范圍下，可以在形式和細節(jié)上作出前述和其它的改變。
權利要求
1.一種處理有機物流入物的方法，包括以下步驟提供待由厭氧兩段消化系統(tǒng)處理的有機物流入物到酸反應器；維持所述酸反應器內的條件以有助于在含有水和懸浮固體成分的流體中產生揮發(fā)性酸，以形成污泥流出物；輸送所述污泥流出物至酸分離單元；從所述懸浮固體中分離所述水和所述揮發(fā)性酸；從所述酸分離單元輸送液體流至甲烷反應器；從所述酸分離單元輸送固體循環(huán)物流至所述酸反應器；維持所述甲烷反應器中的條件以有助于產生生物氣；從所述甲烷反應器輸送液體流出物至甲烷分離單元；分離液體和固體；從所述甲烷分離單元輸送二次固體循環(huán)物流至所述甲烷反應器；從所述甲烷反應器輸送所述生物氣；從所述厭氧兩段消化系統(tǒng)排放過剩固體排出物。
2.權利要求1的方法，進一步包括從所述甲烷分離單元輸送一部分所述二次固體循環(huán)物流到所述酸反應器的步驟。
3.權利要求1的方法，其中所述過剩固體排出物包括源自所述酸反應器和所述酸分離單元的一次過剩固體排出物；以及源自所述甲烷反應器和所述甲烷分離單元的二次過剩固體排出物。
4.處理有機物流入物的系統(tǒng)，包括與酸分離單元相通的酸反應器；所述酸分離單元與甲烷反應器相通，并與所述酸反應器循環(huán)相通；所述甲烷反應器產生生物氣排出物，并與甲烷分離單元相連接；以及所述甲烷分離單元與所述甲烷反應器循環(huán)相通，并產生液體排出物。
全文摘要
該工藝和系統(tǒng)可使有機物流入物引入酸反應器(20)。該酸反應器(20)可以維持在適當?shù)臈l件下以在含水和懸浮固體的流體中產生揮發(fā)性酸而形成污泥流出物(24)。該污泥流出物(24)可以被送往酸分離單元(22)，在那里，水和揮發(fā)性酸與懸浮固體分離。液體流(32)可以從酸分離單元被送往甲烷反應器(30)，并且固體循環(huán)物流(38)可以被送往該酸反應器(20)。該甲烷反應器(30)可以維持在適當?shù)臈l件下以有助于產生生物氣(50)。液體流出物(36)可以從該甲烷反應器(30)被送往甲烷分離單元(34)，在那里，液體水與固體分離。二次固體循環(huán)物(38)可以從該甲烷分離單元(34)被送往該甲烷反應器(30)。
文檔編號C02F3/02GK1761624SQ200480007096
公開日2006年4月19日 申請日期2004年3月8日 優(yōu)先權日2003年3月19日
發(fā)明者R·E·基里安, A·C·托德 申請人:卡羅洛工程師公司