CN101094735A - 生物材料的降解方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生物材料的降解方法，其中在一个渗滤器中装填生物材料，通过筛网分离渗滤液体并再喷洒到生物材料上，过量的渗滤液体泵入一个缓冲器中，从那里加入到一个生物气体反应器中并发酵成生物气体，其中将纯化的渗滤液体作为废水转移到贮存缓冲器中并从那里可再转移到渗滤器中。

Description

生物材料的降解方法
本发明涉及一种生物材料的降解方法和一种与此有关的生物气体装置及其用途。
生物物质的发酵是一种由来已久就已知的方法。基于各种不同的发展，已经开发出了一步法、两步法或多步法。除了从液体废料发酵发展而来的湿法发酵外，干法发酵同样进行了实际应用。
两步干法-湿法发酵的原理是由Gosh在1978年首次提出来的。其中将废料在一个厌氧反应器中渗滤。随后渗滤水在一个甲烷反应器中发酵为生物气体。该方法被Rijkens和Hofank(US4400195)在80年代进一步开发用于有机废料并进行了专利保护。
这一方法两次转化到实际应用中，在Ganderkese为ANM方法和在Breda为Prethane-Rudad方法。
Wellinger和Suter同样在80年代使用固体粪便进行了试验，而Widmer使用市场废物和屠宰废料进行了试验。在此过程中渗滤器也是以有氧水平下操作的。
根据这种方法(用于残余废物)开发的最新设备是在Sansenheck的ISKA渗滤法和BIOPERCOLAT法(DE198 46 336A1)。其中在机械预处理(例如过筛，金属分离)后的废物在一个渗滤器中进行水解。渗滤器在此过程中装有搅拌装置，使得废物被连续输送通过反应器。在2-3天的停留时间后对渗滤物进行脱水并用于进一步的处理或者进行存放。渗滤水在砂净化和纤维净化后在一个甲烷反应器中厌氧发酵为生物气体。如此纯化的水直接或在纯化(用于脱氮(Entstickung))后用作渗滤水。
本发明基于的任务是在降解生物材料时能够实现合乎需要地控制生物气体的产生。
该任务通过一种其特征如主权利要求中所述的降解方法得到解决。有利的实施方案在从属权利要求中进行表征。
本发明的任务通过一种降解方法获得解决，其中在一个渗滤器中装填生物材料，
通过筛网分离渗滤液体并再喷洒到生物材料上，
过量的渗滤液体加入缓冲容器中，从那里泵入到一个生物气体反应器中并发酵成生物气体，其中将纯化的渗滤液体作为废水转移到一个贮存缓冲容器中并从那里废水可再转移到渗滤器中。
因此，根据本发明的是一种降解生物材料的方法，同时可合乎需要地控制生物气体的生成，其中在一个有氧操作的渗滤器中装填生物材料，通过筛网分离渗滤液体并再喷洒到生物材料上，过量的渗滤液体送入一个单独的缓冲容器中，从那里泵入到一个生物气体反应器中并发酵成生物气体，其中将纯化的渗滤液体作为废水转移到一个单独的贮存缓冲容器中并从那里可再转移到渗滤器中。
该降解方法具有的优点是，它是以降解生物材料的简单技术为基础的。在其过程中能够实现合乎需要地控制生物气体的产生并由此相应地调节生物气体的需要，例如用于发电(Verstromung)或生热，用在高峰时段或在弱负荷时段。在已知设备情况下生物气体产生不能或只能在很短期间内进行控制以满足消耗需求，而使用本发明的降解方法可以快速适应实际需要。
可以视作为生物材料的是所有源自生物体的物质，特别地它可以是生物废料、夏季剪枝、工业废料、食物残渣、住宅废料、农业废料、厨房废料、再生原料和类似物质。
优选地将渗滤液体存放。合乎需要地控制生物气体的产生通过相应尺寸大小的缓冲容器(最多24h缓冲)对于渗滤液体来说是可行的，因为用于生物气体产生的反响时间由于所发现的甲烷反应工艺技术操作方式而在小时的数量级范围。在此期间气体存放器的功能可以被存放渗滤液体而代替。
在本发明一个优选的实施方案中，通过筛板的穿孔的壁不连续地加载压缩空气冲击。以此方式筛板的堵塞问题得到解决或松动，可以再次保证渗滤液体自由流过筛板。
在渗滤器中优选为常压。空气接触是无害的。空气可以连续或不连续地独立于压缩空气冲击而进入渗滤器中。此外可以加热渗滤器。渗滤器中的温度应该大约为30℃。有利地，渗滤器进行有氧操作。
整个液体在系统中泵送循环。作为废水离开生物反应器的渗滤液体优选不连续地排出并装入新鲜的液体。由此避免了外来物质富集在循环中。
在缓冲容器中和/或在贮存缓冲容器中优选分离沉淀物和/或漂浮物。这一过程可以通过使用各种不同的分离器或高效分离器例如离心机进行。
发酵成为生物气体的过程优选借助于细菌进行。在此过程中发酵是在来自多种细菌源的细菌基质参与下进行的。生物气体反应器是可加热的，特别是可从外部加热的。由此在生物气体反应器中可以一直保持恒定的温度。该温度或者在大约37℃或者在55℃。
此外，本发明通过一种生物气体装置得以解决，该装置包括至少一个带有筛板和泵的渗滤器，一个缓冲容器，至少一个生物气体反应器和至少一个贮存缓冲容器，其中渗滤器在这里根据车房法(Garagenverfahren)在有氧区域中构成。
优选地，生物气体反应器包括至少两个并联的渗滤器。在其过程中渗滤液体通过每个渗滤器一个单独的泵根据使用原料而连续或不连续地喷洒到生物材料上。因此产生用于每个渗滤器的可以单独操作的液体循环。可以在各个渗滤器之间进行连接以使生物材料通过一定的细菌种类进行接种。
此外，使用至少两个渗滤器具有以下的优点：任何时间都可以进行加载和卸载固体物质。此外通过模块构造可以实现与各种物质生成或能量下降相匹配或者可以各自控制在渗滤器中的底物特异的停留时间。由于渗滤器的有氧操作方式，不可能形成甲烷并因此在渗滤器中不可能有爆炸危险的气氛。
在降解生物材料时生产了酸，因此渗滤器优选是耐酸性的。但是渗滤液体吸收了生成的酸和其他物质并且渗滤液体富含了易发酵的物质。
同样可以想到的是将强酸性的液体流与渗滤液体一起在生物气体反应器中处理。例如，在保藏工业中一方面会产生带有有机负担的高废水流，大部分是强酸性的，但另一方面也有固体废料。通过合乎要求地利用固体废料可以补偿逐年波动的酸性废水产生，使得在目前少量废水生成下总是还存在生物气体的良好产生。
进一步优选地，渗滤器有一个筛板。这是用于进行固/液分离的。分离的渗滤液体汇集在板上或在筛板下面并通过泵连续或不连续地循环喷洒到生物材料上。过量的渗滤液体在相应加料位下泵入到缓冲容器中并从那里泵入生物气体反应器中。
渗滤器中的温度应该为大约30℃，因此渗滤器优选是可加热的。
根据本发明优选的是，发酵成为生物气体的过程借助于加入和/或固定的细菌进行。
生物气体反应器基本上是气密性的并根据废水技术中常规的反应器原理(UASB[升流式厌氧污泥床]，淤浆床，固定床反应器)操作。
固定床生物气体反应器可以作为活塞流反应器(过滤器)进行操作，使得在渗滤器中的停留时间和在生物气体反应器中的停留时间都可以被确定。
生物气体由甲烷(CH4)[50-85体积％]，二氧化碳(CO2)[15-50体积％]以及氧气，氮气和微量气体(尤其是硫化氢)组成。利用本发明的降解方法，可以产生具有65-80体积％的高甲烷含量的生物气体。尤其可以直接用于加热目的或者借助于块式热电厂用于联合发电和产热。气体的产生通过有机物质的厌氧发酵进行。
为了提高生物气体产率，经常使用辅助发酵酶(例如再生原料或来自食品业的废料)。发酵的有机物质可以接着在农业上用作为高价值的肥料。
在发酵过程后纯化的渗滤水作为废水离开甲烷反应器并在贮存缓冲容器中进行中间存放，并可以从那里送回到渗滤器中。
为了在生物气体反应器中一直可以保持恒定的温度，生物气体反应器优选是可加热的。在此过程中温度或者在大约37℃或者在大约55℃。
在本发明的一个优选实施方案中，贮存缓冲容器是可通风的。这样的优点是，来自生物气体反应器的细菌被杀死，使得利用甲烷细菌接种水解作用和由此生物气体的产生变得在渗滤器中是不可能的。
为了能够避免各种不同的物质在废水中的堆积，一部分循环水被排出并装入新鲜水。
此外，本发明的任务通过生物气体装置用于制备生物气体和贮存渗滤液体的用途获得解决。
通过与空气混合，生物气体容易形成爆炸性混合物，因此其制备和存放需要特别的安全措施。
这样的爆炸危险可以通过本发明的方法大大避免掉，因为渗滤器是以有氧操作方式为基础的和因此抑制了甲烷的形成。此外，不需要对生物气体进行存放，因为仅仅存放渗滤液体。
下面借助于附图进一步描述本发明。具体地，图1表示本发明生物气体装置的示意图。
图1表示用于合乎需要地制备生物气体的生物气体装置1的示意图。
渗滤器2以车房法进行构造，即它是一种带有耐酸衬里的容器或其他空间。它是这样构成的，即它可以利用常规技术(例如使用齿轮装料机)进行装载和卸料。此外，底板和/或壁配备有筛板3，使得在该处可以进行固/液分离。为了避免堵塞或为了松动材料，可以通过该穿孔的壁不连续地加载压缩空气冲击。在其他情况下，渗滤器2在环境压力下操作，空气接触是无害的并且也可以独立于压缩空气冲击而连续或不连续地进行。渗滤液体汇集在板上或在筛板3下面并通过每个渗滤器2各一个泵4连续或不连续地循环喷洒到生物材料上。渗滤液体将生成的酸和其他物质溶解在固定床上。因此渗滤液体中富含有易发酵的物质。
过量的渗滤液体在相应加料位下泵入到缓冲容器5中。固体物质和/或漂浮物质任选地事先在沉淀器8中分离。从那里渗滤液体用泵40气密性地泵入生物气体反应器6中。这一过程是根据废水技术中常规的反应原理(UASB-，淤浆床-，固定床反应器)操作的。在生物气体反应器6中渗滤液体很快发酵成为生物气体。如此纯化的渗滤液体作为废水离开生物气体反应器6并在贮存缓冲容器7中进行中间存放，之后根据需要返回到渗滤器2中，并在那里使液面升高。由此液体一直进行循环。为了避免各种不同的物质在液体中堆积，一部分循环液体被不连续地排出并装入新鲜液体(水)。
缓冲容器5和贮存缓冲容器7除了贮存作用外同样用作被不连续地取出的沉淀物质或悬浮物质的沉淀器。另外，存在着通过使用高效沉淀器(例如离心机)从单个缓冲容器5和/或贮存缓冲容器7中分离其他不希望的物质的可能性。
贮存缓冲容器7在需要时同样可以通风，以便有利于在贮存缓冲容器7中进一步的生物降解或不希望的物质如氨的分离。通过对贮存缓冲容器7的通风，此外基本上杀死了从生物反应器排出的细菌，使得利用甲烷细菌接种水解作用和因此生物气体的产生变得在渗滤器2中是不可能的。
生物气体设备1根据本发明特别地这样运行，使得有氧的渗滤循环和厌氧的生物气体生产循环严格地相互分离。由此确保了在渗滤器2的区域中和/或贮存缓冲容器7的区域中不存在与安全性有关量的游离生物气体(甲烷)。这导致了整个设备的操作安全性得到改善。
附图标记列表：
1生物气体设备
2渗滤器
3筛板
4泵
5缓冲容器
6生物反应器
7贮存缓冲容器
8沉淀器
40泵
A废水
B生物材料
F新鲜水
L空气

Claims (16)

1.生物材料的降解方法，其中在一个渗滤器(2)中装填生物材料，
通过筛网分离渗滤液体并再喷洒到生物材料上，
过量的渗滤液体送入一个缓冲容器(5)中，从那里泵入到一个生物气体反应器(6)中并发酵成生物气体，其中将纯化的渗滤液体作为废水转移到一个贮存缓冲容器(7)中并在此将废水从那里可再转移到渗滤器(2)中。
2.根据权利要求1的降解方法，其特征在于贮存渗滤液体。
3.根据权利要求1或2的降解方法，其特征在于通过筛板(3)的穿孔壁不连续地加载压缩空气冲击。
4.根据权利要求1-3任一项的降解方法，其特征在于在渗滤器(2)中为常压。
5.根据权利要求1-4任一项的降解方法，其特征在于有氧操作渗滤器(2)。
6.根据权利要求1-5任一项的降解方法，其特征在于不连续地排出一部分废水并装入新鲜液体。
7.根据权利要求1-6任一项的降解方法，其特征在于在缓冲容器(5)中和/或在贮存缓冲容器(7)中分离沉淀物和/或漂浮物。
8.根据权利要求1-7任一项的降解方法，其特征在于发酵成为生物气体的过程是借助于加入和/或固定的细菌进行的。
9.用于根据上述权利要求任一项的方法的生物气体装置(1)，包括至少一个带有筛板(3)和泵(4)的渗滤器(2)，一个缓冲容器(5)，至少一个生物气体反应器(6)和至少一个贮存缓冲容器(7)。
10.根据权利要求9的生物气体装置(1)，其特征在于它包括至少两个并联的渗滤器(2)。
11.根据权利要求9或10的生物气体装置(1)，其特征在于渗滤器(2)是耐酸性的。
12.根据权利要求9-11任一项的生物气体装置(1)，其特征在于渗滤器(2)是可加热的。
13.根据权利要求9-12任一项的生物气体装置(1)，其特征在于生物气体反应器(6)是气密性的。
14.根据权利要求9-13任一项的生物气体装置(1)，其特征在于生物气体反应器(6)是可加热的。
15.根据权利要求9-14任一项的生物气体装置(1)，其特征在于贮存缓冲容器(7)是可通风的。
16.根据权利要求9-15任一项的生物气体装置用于制备生物气体和贮存渗滤液体的用途。
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