CN102959072B - 在具有两个或更多个级的生物气体方法中用于渗滤器的气密过程控制的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在水解和甲烷级的两个或更多个级中获得生物气体的方法和系统，其中在至少两个以偏置时间操作的渗滤器中执行固体生物源材料的水解。从而在所述渗滤器中产生液体水解物和富含CO2的水解气体，然后是包含甲烷的水解气体。从所述渗滤器中除去液体水解物，其中部分水解物被送入甲烷级，而另一部分被送入水解级。在甲烷级中，水解物被转化为生物气体和发酵液。在本发明的方法中，渗滤器以气密的方式操作，并且从所述渗滤器抽出水解气体，其中包含甲烷的水解气体被送至能量利用，而富含CO2的水解气体用于吹扫另一个在偏置时间下操作的渗滤器。本发明的系统适合于执行所述方法并且包含至少两个气密渗滤器和至少一个甲烷反应器，所述渗滤器通过它们的气体供应线相互连接。
Description
技术领域
本发明涉及在具有两个或更多个级的生物气体方法中用于渗滤固体生物源材料的方法和系统。本发明适用于再生能源产生领域。
背景技术
利用生物气体设备发生从可再生原材料、可生物得到的废物及其他材料生产生物气体，在所述设备中微生物将所述材料生物转变成由主要组分甲烷和二氧化碳组成的生物气体。
可生物降解的（此后称为“生物源的”）材料转变成生物气体发生在几个生化步骤中，即水解、产酸、产乙酸和产甲烷。
在水解中，水溶性组分从生物源材料溶解，而非水溶性生物源材料通过许多细胞外酶分解为水溶性的、通常低分子的材料。为了加速某些分解过程，还可以使用所谓的外部酶。在后续的产酸中，在水解期间溶解的材料被转化为短链有机酸，例如短链脂肪酸和氨基酸。在产乙酸期间，有机酸被转化为乙酸，在该过程中形成CO2。产乙酸的产物在产甲烷期间利用甲烷细菌被转化为甲烷。
在单级生物气体设备中，这些过程在时间与空间方面平行发生。在两级生物气体方法中，水解和产酸的子步骤（第一级）与产乙酸和产甲烷的子步骤（第二级）在使用技术设备和过程上分离。从而有可能分别控制在水解期间和产甲烷期间分别发生的转化过程中的不同环境条件。这导致控制水平提高和方法的稳定性更高。因此，两个或更多个级的生物气体方法可以在生物气体中产生比单级生物气体方法更高的甲烷浓度。随着水解过程被技术上分离，可以转变各种各样的基质，使得生物气体设备的模块化设计成为可能。
在现行的语言用法中，两级生物气体方法的第一级经常被简称为水解级，第二级被称为甲烷级。水解级在所谓的水解反应器中发生。甲烷化在所谓的甲烷反应器中发生。水解之后的水溶液通常被称为水解物。下文中，将依照简化的语言用法。
在水解反应器中，生物源材料被分解为短链有机酸，同时形成水解气体。通常，该水解气体从过程中被排出，不进一步在过程中运用。
对于水解固体生物源材料，各种各样的方法都是适合的。除在搅拌釜反应器或活塞流动发酵罐中的水解以外，利用渗滤的方法是通用的。在渗滤中，将固体生物源材料堆放在水解反应器、所谓的渗滤器中，并用液体（工艺用水）喷洒。渗滤期间形成的液体，其带有有机酸（水解物，本文中也称为渗滤液），被从渗滤器输送到临时储罐中。储存在相应的水解物罐中的水解物，以受控方式被送入甲烷反应器中。在该反应器中，在厌氧条件下生存的甲烷细菌形成含甲烷的生物气体。这种进给控制使得有可能控制甲烷形成。根据现阶段的知识状况，甲烷形成以两种方式发生，即通过乙酸营养型和氢营养型转变，二者在甲烷反应器中平行运行。水解物中包含的有机物质从而转变成甲烷并转变成其它副产物。剩下的液体很大程度上没有生物源材料的有机分解产物，被称作发酵液。该发酵液从甲烷反应器中排出。
固体生物源材料的水解是现有技术中已知的，并利用所谓的需氧渗滤（本文中还称为“开放渗滤”或“开放水解”）来执行。与必需有气密渗滤器的厌氧方法相反，在需氧渗滤中有空气流入的可能性，因此存在有机组分需氧转变成二氧化碳和水的可能性，和气体直接排入大气的可能性，导致潜在的生物气体形成和形成的水解气体持续逸出的损失。需氧操作期间存在的水解气体主要含有二氧化碳，并且还可以包含少量的氢、甲烷和痕量的其它气体，例如H2S。
WO 2006/048008和WO 2007/012328A1两者都描述了两级生物气体方法，其中执行需氧渗滤，使得形成的水解气体可以逸入大气。生物源材料的需氧周转造成二氧化碳和水的形成增加，因此基质可用的能量含量不利地降低。
除了通过甲烷化形成的生物气体之外，渗滤期间形成的水解气体还部分可以包含甲烷。这尤其在限制或防止供应渗滤用氧时发生。
在开放渗滤中，形成的任何甲烷可以逸入大气。这对于经济和生态地产生生物气体两者都是一个缺点。它导致增加温室气体对大气的污染，并且因为相应量的甲烷不再可用于能量回收，所以降低了能量产出。此外，通过在需氧渗滤期间的氧进入，促进了生物源材料需氧分解为二氧化碳和水，其发生伴随该生物气体过程的能量损失。
如果以气密方式执行渗滤并从而限制或完全阻止任何氧进入渗滤器中，则有机组分以厌氧方式转化。发生厌氧渗滤的两级生物气体方法是已知的，例如，出自DE 102006009165A1。DE 102006009165A1公开了从含有有机材料的废物两级生产生物气体的方法和适合于这种方法的操作的反应器。所述渗滤器不通风，使得水解过程控制惟有以厌氧方式发生。从而形成的水解气体从渗滤器排出并被浪费掉。
借助于所使用的有机材料的厌氧转化，水解气体中的甲烷浓度在厌氧渗滤期间可达到比需氧渗滤期间更高的水平。已知的方法是通过接种向水解级加入甲烷形成微生物，以便允许在需氧渗滤法的水解级期间已经产生在能量方面可用的甲烷。
此外，可以通过增加水解物在水解级中的停留时间来实现转化为甲烷。为此，DE 102008007423A1公开了两级生物气体方法和相应的系统，藉此至少部分水解气体被转变成热能。从水解气体产生的热能被用来承担在所述生物气体设备内产生的部分能量需求。然而，如果水解气体的甲烷含量低并且同时它的CO2含量高的话，水解气体的这种热用途是不利的，因为在这种情况下惰性气体需要耗能输送。
渗滤器内部甲烷浓度增加，一旦再次引入氧，就可能产生可燃的气体混合物。在渗滤器的运转中，需要考察这种情况的安全性关系。在气密设计的渗滤器中，如果存在具有安全性相关的甲烷浓度的水解气体的话，所述水解气体的安全排放是必要的。此外，应该充分降低渗滤器内部气体的甲烷浓度，尤其在排空渗滤器之前，从而能够在打开所述罐时消除可燃的气氛。
因此，渗滤器中包含的气体（本文中还称为渗滤器的“气氛”）通常在打开所述渗滤器之前通过利用废气燃烧器烧掉它来排除。为此，在大多数情况下需要使用共燃烧形式的另一种能源，因为通常不可能只燃烧所述气体。
为了避免从所述气密设计的渗滤器逸出安全性临界浓度的甲烷，已知的解决方案是降低水解气体中的甲烷浓度。
EP 1301583B1公开了设计用于通过干发酵进行单级甲烷化的生物气体设备，其本身特点在于它的出色安全性。为了实现该目的，所述设备配备了测量发酵罐中氧分压的传感器。如果氧分压超过某个极限值，它发出信号，氧通过泄漏进入。生物气体管自动关闭，从生物气体利用设备中送进主要由二氧化碳构成的废气。发酵罐中存在的气体可以通过放气阀逸出，使得最后留在罐中的几乎只有二氧化碳。
EP 2103681A2公开了作为EP 1301583B1的系统的进一步发展的解决方案，其中使用来自综合供热供电设备（CHP）的含二氧化碳的废气驱除来自单级干发酵过程的含甲烷的生物气体。通过在单个生物气设备内这样做，可以同时执行前面的发酵基质（（需氧过程）的发酵（固体生物源材料从甲烷和二氧化碳厌氧转化成生物气体）和堆肥，而不必要将基质转用于堆肥。这种方法通过这样的方式构成：在单级生物气体生产过程中，在发酵结束前，通过在发酵过程结束时供给来自CHP的含二氧化碳的废气来发生发酵罐气相的清除。存在于发酵罐中的气体的甲烷浓度利用传感器测定。如果气体的甲烷含量超过某个极限值（在该极限值时利用所述气体进行能量回收才有意义），所述气体被送入CHP。如果所述值低于该极限值，所述气体被通过废气燃烧器排出和燃烧，这可以包括供给添加的燃料。如果气体的甲烷含量持续低于较低的第二极限值（在该值时可允许从发酵罐安全放气），新鲜空气代替含二氧化碳的废气被送入发酵罐，同时将所述气体混合物通过生物气体排气管释放到环境中。通过供应新鲜空气，也可能在所述系统中运行堆肥过程。
在EP 1301583B1和EP 2103681A2中公开的系统和方法代表了单级生物气体生产过程，其缺点在于在生物气体中产生的甲烷浓度受到限制。此外，特别是在EP 2103681A2中公开的操作方法中，需要能量消耗来将富含CO2的废气从CHP送回反应器，从而减少了在这样的系统中的总能量产生效率。
发明内容
本发明的目的是提供以两级获得生物气体的方法和系统，其中可以更好地利用在水解期间形成的气体。
根据本发明，通过两个或更多个级的获得生物气体的方法在至少两个以偏置时间运行的渗滤器中水解固体生物源材料，解决了这一目的，其中所述方法包含一个水解级和一个甲烷级。因此生物源材料在水解级中水解，从而在渗滤器中形成水解物液体和水解气体。在该过程中，形成富含CO2的第一水解气体，然后形成含甲烷的水解气体。从所述渗滤器除去水解物并收集，从而使一部分水解物被送入甲烷级，另一部分水解物被送入水解级。在甲烷级中，水解物通过甲烷形成微生物被转化为生物气体和发酵液。从甲烷反应器中除去发酵液并收集，任选将其送入水解级。在本发明的方法中，渗滤器以气密方式运行，水解气体从所述渗滤器抽出。通过这样做，含甲烷水解气体被用于能量回收，而出自一个渗滤器的富含CO2的水解气体被用来吹扫另一个以偏置时间运行（在渗滤器吹扫方面）的渗滤器。
本发明基于固体生物源材料渗滤期间观察到形成增加量的甲烷，尤其是接近渗滤过程结束时，但是在渗滤过程开始时，形成具有高比例CO2的水解气体。
在本发明的方法中，这是由于在基质中天然产生的微生物的生长和发展、和由于在水解级期间添加水解物和发酵液所致（这种液体的过程控制在本文中也被称为相应液体的“循环流动操作”）而发生的。被送入水解级的水解物和发酵液来自布置在水解级下游（水解物储罐）或甲烷级下游（发酵液储罐）的储罐。
这将甲烷形成微生物从甲烷级送入水解级，其在水解级的气密渗滤器内没有氧气的情况下，将水解物的有机组分转化成甲烷。在本发明的方法中，不执行在水解级中再接种甲烷形成微生物。存在于渗滤器中的甲烷形成微生物存在于基质中，或通过添加发酵液被送入渗滤器中。在本发明的方法中，水解物直接从水解级排出。优选，不采取措施增加水解物在水解级中的停留时间，这将促进水解物组分在水解级中向甲烷转化。在本发明方法的水解级中形成的甲烷作为所述过程引起的水解副产物而形成。
本发明方法的工艺条件旨在将来自所使用的固体生物源材料的水溶性有机化合物充分溶质传输到水解物液体中，这借助于微生物或酶转化过程发生。这优选通过酸性操作（水解物的pH值在酸性范围内）来实现。优选，这种操作在受控的轻度供氧（轻度需氧）下发生。
本发明的方法是两个或更多个级的生物气体生产方法，其包含水解级和甲烷级，从而只在水解级中存在固体生物源材料。在水解级中，通过微生物和酶的转化过程分解生物源材料，从所述生物源材料洗脱水溶性有机组分。这些组分与含水液体一起送进去水解，形成水解物。在本发明方法的甲烷级中，有机组分仅通过水解物、即通过含水液体被送入。在本发明的方法中，优选甲烷级中不存在生物源固体。
当用多于一个渗滤器执行本发明方法时，所述渗滤器在水解物控制上是并联或串联连接的。在本发明的意义上，渗滤器的并联连接是指从各个渗滤器除去的水解物在被送入甲烷级之前被合并。在本发明的意义上，渗滤器的串联连接是指从一个渗滤器除去的水解物被送入它相邻的渗滤器的液体进料口，该渗滤器优选在较早的时间点就装有生物源材料。
水解气体中组分的比例（尤其是CO2和甲烷）取决于使用的固体生物源材料（基质）。
在渗滤过程开始时在厌氧条件下形成的水解气体是富含CO2的，并且其特征还在于它的甲烷含量低。这部分水解气体在本文中也被称为富含CO2的水解气体。富含CO2的水解气体优选具有至少50体积%、优选至少70体积%的CO2含量，和少于2体积%、优选少于0.5体积%的甲烷含量。在渗滤过程开始时，水解物的pH值在稍酸性范围，优选在pH4至pH5。此时，在过程中由于甲烷含量低，利用水解气体进行能量回收没有意义。由于CO2含量高，这部分水解气体适合于吹扫在该过程中的其它渗滤器。
随着厌氧渗滤期间生物源材料的转化进展，水解气体的甲烷含量增加，并且它的CO2含量减少。这部分水解气体在本文中也被称为“含甲烷水解气体”。含甲烷水解气体优选CO2含量小于70体积%并且甲烷含量为至少2体积%，优选至少8体积%。与水解气体的甲烷含量增加同时，水解物的pH值上升至稍酸性至中性范围；此时在渗滤过程中，pH值优选在pH>5。此时，在所述过程中，含甲烷水解气体通过本发明的方法抽出，并用于能量回收。
为了能量回收，含甲烷水解气体任选被加工和提纯，并用于从生物气体进行能量回收的通用过程中，例如在CHP中作为加热气体，用于供给天然气网络，或用于通过燃烧运转发动机。优选通过利用现有技术状态已知的气体洗涤和/或变压吸附方法来执行加工。通过这样做，可以降低含甲烷水解气体中的伴生气含量，优选其CO2含量和/或其H2S含量。
作为直接利用供能量回收的替代方案，含甲烷水解气体在能量回收之前被送入甲烷反应器，或者它与在甲烷反应器中形成的生物气体合并。从而可以防止生物气体中甲烷含量的强波动。
为了利用含甲烷水解气体供能量回收，在本发明的方法中，所述渗滤被设计成以气密方式执行，即渗滤器是封闭的并配备有气管，所述气管允许气体的受控进给和抽出，例如通过阀或气体舌阀。
利用本发明的方法进行固体生物源材料的渗滤包括在一个渗滤器内优选依时间次序执行以下操作步骤：
a.将渗滤器装载生物源材料（在本文中也称为渗滤器进料），
b.排气模式，
c.气体利用模式，
d.用来自另一个以偏置时间运行的渗滤器的排气吹扫所述渗滤器，
e.用空气吹扫所述渗滤器，
f.打开渗滤器。
在排气模式中，富含CO2的水解气体作为排气从渗滤器中抽出。排气模式在渗滤开始时运行，只要形成的水解气体含有高CO2含量即可。因此，优选排气模式在运行中持续，直到所述渗滤器内存在的气体的甲烷浓度达到前面规定的极限值和/或直到水解物的pH值达到前面规定的极限值为止。甲烷浓度的极限值是基质依赖性的，并优选为至少1体积%甲烷，更优选至少2体积%甲烷。优选如果水解气体的甲烷含量为至少8体积%时，利用水解气体供能量回收有意义。水解物的pH值的极限值也是基质依赖性的，优选最多为pH5。
在排气模式中从渗滤器抽出的富含CO2的水解气体作为吹扫气体被送入另一个渗滤器（其在偏置时间下运行并将被吹扫）。在本发明的方法中，不打算利用富含CO2的水解气体供能量回收。
排气模式然后是气体利用模式。在气体利用模式中，水解气体从渗滤器中抽出并用于能量回收。气体利用模式在渗滤过程期间当所述渗滤器内存在含甲烷水解气体时的时间点时运行。优选，气体利用模式持续运行，直到形成的水解气体的总量、或在所述渗滤器内存在的气体的甲烷浓度分别低于前面规定的它们的极限值。含甲烷的水解气体从渗滤器抽出并随后用于能量回收。为此目的，任选将它与在本发明的生物气体方法的甲烷级中形成的生物气体合并。
在步骤d操作中的吹扫期间，存在于渗滤器中的水解气体首先通过送入吹扫气体驱除它来除去。作为吹扫气体，使用来自在偏置时间下运行的另一个渗滤器的排气，其在此时准时以排气模式运转。因此需要有至少两个以偏置时间运行的渗滤器，其中至少一个渗滤器处于排气模式。因此，“以偏置时间运行”在本发明的意义中要理解为至少两个渗滤器在不同起始时间下装载固体生物源材料，并经历它们的基质水解，使得至少一个渗滤器处于排气模式。
只要渗滤器的气氛含有足以在能量上被利用的甲烷浓度并且渗滤器中的所述甲烷浓度指示至少安全临界限值，则该气氛用于气体利用（能量回收）。在步骤d的吹扫期间，渗滤器气氛中的甲烷浓度减少。优选，吹扫持续直到渗滤器中存在的气体量发生了完全交换，并且渗滤器的气氛中的甲烷浓度充分降低到低于安全临界限值。甲烷浓度的安全临界限值优选低于1体积%，更优选为甲烷爆炸下限（LEL）的20%（相当于大约0.88体积%）。
因此，吹扫期间，渗滤器气氛中的甲烷含量减少，并且所述气氛中的CO2含量增加。只要所述气体的甲烷含量超过前面规定的极限值，则驱出的含甲烷的水解气体被用于能量回收。因为在吹扫过程中所述气体的甲烷含量持续减少，当甲烷含量太低时，利用这样的气体供能量回收没有意义。因此所述气体优选在它下降得低于前面规定的其甲烷浓度极限值时从渗滤器中抽出，而不用于能量回收。为了鉴别过程中的这个时点，监测、优选连续监测所述渗滤器内存在的气体的甲烷含量。
为了降低渗滤器中吹扫气体的含量，在渗滤器打开之前用空气吹扫它。为此，环境空气被送入渗滤器，其从渗滤器中驱出吹扫气体与水解气体的气体混合物。
吹扫之后，渗滤器任选打开并可以随后排空和再次装载新鲜的生物源材料。优选当渗滤器中的甲烷浓度与CO2浓度都降低到低于前面规定的阈值时，进行打开。所述甲烷浓度优选小于职业接触限值（OEL）的50%，也就是说，优选大约0.5体积%。
渗滤的持续时间取决于使用的生物源材料。优选，一次渗滤的持续时间（完成以上提到的过程步骤a.至f.）小于30天，优选为14至25天。其中，排气模式占优选前五至九天。当吹扫渗滤器时，待吹扫的渗滤器中存在的含甲烷的水解气体则通过来自在偏置时间下操作和以排气模式运转的渗滤器的排气驱出它而除去。
为了确保当时连接的渗滤器之间的气体交换只是直接单向的，即朝向待吹扫的渗滤器，在偏置时间下操作的正以排气模式运行的渗滤器优选在吹扫待吹扫的渗滤器之前关闭气体侧，使得在这个渗滤器（其处于排气模式）中产生过压。随后，来自在偏置时间下操作的渗滤器的排气被送入待吹扫的渗滤器，优选在达到压力阈值之后。该压力阈值高于待吹扫的渗滤器中现有的内压。优选，与待吹扫的渗滤器内部压力比较，所述压力阈值至少超过5mbar压力；因此避免了含甲烷的水解气体（来自待吹扫的渗滤器）进入在偏置时间下操作正以排气模式运转的渗滤器，并避免了含甲烷的水解气体（来自待吹扫的渗滤器）当作为排气抽出时进入大气。
本发明还包括在两个或更多个级中获得生物气体的系统，其适合于执行本发明的方法。
本发明的在两个或更多个级中获得生物气体的系统包含至少两个渗滤器，尤其是固体渗滤器，每个都具有一个水解物排放管和一个液体进料口。渗滤器的水解物排放管通过至少一个水解物储槽与至少一个甲烷反应器连接。
本发明系统中的渗滤器在水解物控制方面以并联或串联连接。在渗滤器并联连接的情况下，渗滤器的水解物排放管优选与至少一个水解物储槽连接，来自不同渗滤器的渗滤液在其中被合并。并联连接的渗滤器的特征在于共享液体进料口。可选地，或附加地，每个渗滤器下游优选布置分别的水解物储槽（在本文中称为“水解物预储槽”），所述水解物预储罐分别通过一个液体管与所述系统的水解物储槽连接。
在渗滤器并联连接的情况下，所述渗滤器的水解物排放管优选通过水解物预储槽，与相邻渗滤器的液体进料口连接，所述相邻渗滤器已经在较早的时间点装载了生物源材料。
所述至少一个甲烷反应器的下游布置了至少一个通过发酵液排放管连接的发酵液储槽。在本发明的系统中，所述水解物储槽和发酵液储槽与渗滤器的相应液体进料口连接。该允许一部分水解物和/或发酵液作为水解的工艺用水被送入渗滤器中。如果在本发明的系统中包含几个甲烷反应器，那么它们优选以液体侧与相同的水解物储槽和/或发酵液储槽连接。
在本发明的系统中，渗滤器被设计成是气密性的并且每个包含至少一个可关闭的气体供应管和至少一个可关闭的气体排放管。每个渗滤器与用于测量存在于渗滤器中的气体的甲烷含量的甲烷传感器连接。该传感器优选包含在用于测定气体性质和量的测量装置中，所述装置与相应的渗滤器连接。此外，每个渗滤器与pH传感器连接，所述传感器用于测量存在于相应渗滤器中的液体的pH值。
本发明系统中渗滤器的可关闭气体供应管被设计成允许切换成供应空气或供应吹扫气。所述至少两个渗滤器通过它们的气体供应管彼此连接，使得在偏置时间下操作期间，可以发生将来自处于排气模式的渗滤器的富含CO2的水解气体送入待吹扫的渗滤器中。为此，二者的气体供应管都切换成吹扫气体供应，使得这两个渗滤器可以进行气氛交换。
本发明系统中的每个渗滤器都配备了所述特征（具有可关闭的气体供应管和气体排放管、甲烷传感器的气密性设计）。本发明的系统包含至少两个、更优选至少三个渗滤器。
渗滤器是现有技术已知的。它们包含栅格或滤网底部，生物源材料在其上沉积。此外，它们包含工艺用水或渗滤液的进料口，和渗滤液出口。用于本发明系统的渗滤器以气密方式密封并包含可关闭的气体供应管和可关闭的气体排放管，这使得只在特意打开以后才能与环境交换气体。因此，这避免了待渗滤的生物源材料持续暴露于含氧气氛，这将促进它们分解成二氧化碳和水。无氧气氛促进了甲烷化所需要的低分子有机产物的形成增加。
关闭优选设计为管状形式的气管（气体供给管和气体排放管），优选通过布置在所述供应和排放管上的阀或气体舌阀来实施。
本发明系统中的渗滤器优选包含可关闭的气体排放管，其被设计成允许在气体排放到从含甲烷的水解气体进行能量回收的系统（气体利用系统）中、或气体排放到大气中、或关闭所述气体排放管之间切换。气体排放到不同的利用工具的相应解决方案是现有技术已知的。为此，所述气体排放管优选包含专门设计的允许切换的阀或气体舌阀。更优选，在气体排放管上布置可关闭的双向阀用于此目的。
优选，所述气体利用系统是本发明系统的供热供电设备、生产生物甲烷的设备（CO2洗涤）、或甲烷反应器的组合。优选，储气罐放置在所述气体利用系统之前。
本发明的系统被设计成使得渗滤器的液体进料口适合于将水解物和发酵液送入所述渗滤器。为此目的，所述液体进料口与水解物储槽和发酵液储槽连接。本发明系统的这种特征允许在本发明方法中液体（即，水解物，发酵液）的循环流动操作。
本发明的系统包含至少两个、优选至少三个气密设计的渗滤器，它们并联或串联连接并且彼此通过它们的气体供给管连接，使得在偏置时间下操作期间，可以发生来自排气模式的一个渗滤器的富含CO2的水解气体被送入待吹扫的渗滤器。在通过水解物排放管并联连接的渗滤器中，水解物液体在水解物储槽中被收集并合并（液体侧并联连接）。在串联连接渗滤器中水解物从一个渗滤器排出并被送入在偏置时间下操作的另一个渗滤器中，而后面的渗滤器已经在较早的时点装载了生物源材料，与串联连接渗滤器相反，在并联连接的情况下，来自各个渗滤器的水解物液体被合并。
渗滤器通过代表渗滤器的相应气体供应管的可关闭气管来彼此连接。所述气体供给管是可关闭的，并设计成允许切换成空气供应、或来自另一个渗滤器的气体供应、或闭合所述气体供应管。由于这种设计，在渗滤器之间可以有受控的气体交换。优选，阀或气体舌阀充当闭合件。
所述渗滤器在偏置时间下操作，即以优选等间隔的交错方式发生新鲜生物源材料的装载。在渗滤器内形成的水解物液体通过水解物排放管从相应的渗滤器除去，放置到水解物储槽中。从那里，一部分所述液体被送入本发明系统的甲烷反应器。
在本发明的其它优选系统中，在每个渗滤器上布置压力传感器，用于测量所述渗滤器内部的压力。
本发明的系统操作如下：
至少两个渗滤器在偏置时间下装载固体生物源材料，然后封闭。通过液体进料口，用循环流动操作中运行的工艺用水（即水解物和发酵液）喷洒和通过所述固体生物源材料（即基质）。通过送入液体中，所述基质的可降解组分被转变成醇、糖和短链脂肪酸，从而被转变成水溶性形式。溶解在液体水解物中的基质的可降解组分通过水解物排放管从所述渗滤器除去。固体基质被栅格或滤网底部留下。
通过将来自水解物储槽和/或发酵液储槽的液体经液体进料口送入渗滤器中，来实现循环流动操作。然后，所述水解物被送入水解物储槽，然后连续地送入甲烷反应器，在其中发生含甲烷和二氧化碳的生物气体的发酵。
渗滤器的气密性闭合阻止了任何大气氧进入所述渗滤器，并阻止任何水解气体以不受控制的方式从所述渗滤器逸出。
渗滤期间，形成水解气体，其化学组成在渗滤时间内变化。所述渗滤器装载生物源材料之后，渗滤开始时，形成富含CO2的水解气体。随着渗滤持续，水解气体的CO2含量减少。同时，所述水解气体的甲烷含量增加。在这个过程期间，起初，形成有机酸连同其它物质作为生物源材料的转化产物，使得渗滤液的pH值是酸性的。随着渗滤进行，pH值上升到稍酸性到中性范围。
在渗滤器中，优选执行以下操作步骤：
排气模式：渗滤开始时在渗滤器内部形成的富含CO2的水解气体不能用于能量回收并且从渗滤器经气体排放管被处理掉。在这个时间点，水解物的pH值是强酸性的。气体排放管中的阀打开，使得水解气体作为排气从所述渗滤器中被处理掉。
气体利用模式：在进一步的渗滤过程中，形成增加量的甲烷，使得水解气体的甲烷含量增加，同时它的CO2含量减少。如果通过测量装置中的甲烷传感器测定的水解气体的甲烷含量超过规定的极限值，那么以如下方式切换气体排放管，所述方式使得将所述气体排放管与气体利用系统连接。优选，在这以前，水解气体被收集在储槽中并在气体处理装置中加工。在这个时间点，水解物的pH值处于中性到稍酸性的范围。
用吹扫气体吹扫：接近渗滤结束时，存在于水解物中的生物源材料的有机降解产物只有少量通过水解物出口被除去。水解物出口处的pH值接近于液体进料口处呈现的pH值。该液体的pH值利用液体进料口和水解物排放管中的pH传感器测量。然而，水解气体的甲烷含量继续非常高。为了从渗滤器驱除剩下的含甲烷水解气体，来自另一个渗滤器（相对于待吹扫的渗滤器在偏置时间下运行）的排气通过阀处于开放位置的气体供应管作为吹扫气体被送入。通过气体排放管中的开放阀，由水解气体和吹扫气体形成的气体混合物被从渗滤器送入气体利用系统中。
一旦渗滤器内部由水解气体和送入的吹扫气体形成的气体混合物的甲烷浓度达到前面规定的下限值，就开始空气吹扫过程。渗滤器中气体混合物的甲烷浓度因此通过所述测量装置测定。
用空气吹扫：环境空气通过气体供应管被送进。渗滤器中存在的气体组成通过测量装置测定。一旦所述测量装置测定的甲烷和CO2的浓度均达到前面规定的最小值，这表示所述渗滤器可以打开、排空和再次装载。这种新装载标志着由排气模式、气体利用模式、用吹扫气体吹扫、用空气吹扫、和打开组成的新的循环的开始。
本发明的方法允许在过程内利用不能用于能量回收的不同部分的水解气体（即富含CO2的水解气体），利用它吹扫在偏置时间下运行的渗滤器。
除此之外，用本发明的方法，含甲烷的水解气体部分可以用于能量回收。通过监测水解气体中存在的甲烷含量，并通过根据其中包含的气体（即，甲烷，CO2）使用不同的水解气体利用模式，可以防止相当部分的不适合用于能量回收的CO2进入生物气体流。另外，通过这样做，防止适合于能量回收的甲烷在生物气体生产期间无用地逸出到大气中。这一方面确保了转化的生物源材料的经济利用提高，并还阻止含有甲烷的气体在气密渗滤器打开时以不受控制的方式逸出所述渗滤器，从而施加安全风险或不利地影响气候。另一方面，通过分离掉水解气体的一部分富含CO2的部分，提高了整个系统中粗生物气体的能量含量，其对于进一步气体利用提供了优势。
利用在设计成气密性的相应渗滤器中形成的水解气体，在实现所使用的生物源材料向适合于能量利用的生物气体的转化提高和减少它们在能量方面不利地转化为渗滤器中的二氧化碳和水这些方面具有优势。
因此，通过使用本发明的方法，或本发明的相应系统，与具有一或两级的常规生物气体方法相比，使得有可能从使用的生物源材料获得更高的甲烷产量，以及生物气设备的安全和对环境无害的操作。
如果所述方法在包含几个甲烷反应器的设备中执行，那么还可以更灵活地控制所述方法以及该设备的性能。根据需要，例如根据使用的生物源材料的量，可以通过切换甲烷反应器关或开来调节性能。在所述设备内，平稳操作是可能的，因为即使一个甲烷反应器关闭（例如进行维修），所述操作仍可以继续。
附图说明
根据以下图和示例性的实施方式更详细地描述本发明，但不是将本发明限制于此。
图1：本发明系统的渗滤器内部的CO2和甲烷浓度以及pH值发展的图。
图2：使用本发明的方法在分两级获得生物气体的系统中并联连接的四个气密渗滤器的示意图。
图3：使用本发明的方法在分两级获得生物气体的系统中串联连接的四个气密渗滤器的示意图。
图4：使用本发明的方法在分两级获得生物气体的系统中并联连接的四个气密渗滤器的示意图，所述系统具有两个甲烷反应器。
图5：使用本发明的方法在分两级获得生物气体的系统中串联连接的四个气密渗滤器的示意图，所述系统具有两个甲烷反应器。
具体实施方式
实施例1:分两级获得生物气体的本发明的系统，具有四个并联连接的渗滤器
本发明的系统包含四个水解反应器（P1-P4），在这种情况下是固体渗滤器，如图2中所示，和一个甲烷反应器。所述渗滤器（P1-P4）以气密方式关闭，每个渗滤器含有一个气体供应管（3）和一个气体排放管（4），它们处于每个渗滤器的上部，优选在相对侧上。
每个渗滤器（P1-P4）配备有栅格或滤网底（9），在其上沉积待渗滤的固体生物源材料。此外，每个渗滤器（P1-P4）在它的上部包含液体进料口（1），通过它送进喷洒固体生物源材料的液体。每个渗滤器（P1-P4）的栅格或滤网底（9）下面，布置相应的水解物排放管（2）。液体进料口（1）和水解物排放管（2）两者每个都与一个pH传感器（14，15）连接，所述传感器用于测定所述管中存在的液体的pH值。
所述渗滤器（P1-P4）的水解物排放管（2）彼此连接，并与甲烷反应器（M）通过水解物储槽（S）连接。在水解物储槽（S）和甲烷反应器（M）之间放置阀（19），其根据它的调节允许液体流入甲烷反应器（M）中或流入渗滤器（P）中（通过液体进料口（1））。
甲烷反应器（M）包含生物气体排放管（21）。发酵液储槽（G）经发酵液排放管（18）布置在甲烷反应器（M）的下游。
渗滤器（P1-P4）的液体进料口（1）与发酵液储槽（G）和水解物储槽（S）连接。在液体进料（1）中布置pH传感器（15）来测定送入液体的pH值。此外，阀（20）被布置在位于液体进料口（1）中。
气体供应管（3）配备有阀（8）并且可以有意地打开或关闭，使得环境空气可以进入所述管。各个渗滤器（P1-P4）的气体供应管（3）彼此连接，每个气体供应管（3）在接近进入每个渗滤器（P1-P4）的开口处具有气体舌阀（10），其可以分别打开。通过打开两个渗滤器的气体舌阀（10），可允许这两个渗滤器之间相互的气体交换。
各个渗滤器（P1-P4）的各自气体排放管（4）与测量装置（5）连接，所述测量装置（5）用于测定相应渗滤器（P1-P4）内部气体的性质和量，并测量渗滤器（P1-P4）内部存在的气体的甲烷含量。每个气体排放管（4）是分支的，并各自配备有两个阀元件（11，12），其与所述系统的不同功能单元连接。
阀（11）与引向用于从含甲烷的水解气体进行能量回收的系统（气体利用系统）（6）的管连接，从而任选如有必要就放入含甲烷的水解气体的储槽和/或气体加工设备。
阀（12）各自经排气扇（13）与排气系统（7）连接。这允许抽出排气。
每个渗滤器（P1-P4）配备了压力传感器（17）。
所述系统操作如下：渗滤器（P1-P4）在偏置时间下装载固体生物源材料。关闭相应的渗滤器（P1-P4）。通过液体进料口（1），用循环流动操作运行的渗滤液体（即渗滤液和发酵液）喷洒和通过渗滤器（P1-P4）中的固体生物源材料（即基质）。通过送入液体中，所述基质的可降解组分被转变成醇、糖和短链脂肪酸，从而被转变成水溶性形式。溶解在液体水解物中的基质的可降解组分通过水解物排放管（2）从所述渗滤器除去。固体基质被渗滤器（P1-P4）的栅格或滤网底（9）留下。
通过将来自水解物储槽（S）和/或发酵液储槽（G）的液体经液体进料口（1）送入渗滤器（P1-P4），来实现循环流动操作。
然后，水解物被转移到水解物储槽（S）。从那里，它或者被再次用于渗滤（将其通过液体进料口（1）送入渗滤器（P1-P4））中或者它在分流中被连续送入甲烷反应器（M），在其中发生发酵成含有甲烷和二氧化碳的生物气体。
接近渗滤结束时，生物源材料溶解在水解物中的有机组分的量减少。因此几个渗滤器（P1-P4）在偏置时间下装载，并且通过各水解物排放管（2）流出的水解物在水解物储槽（S）中合并。这样做确保发生将生物源材料的有机分解产物连续送入甲烷反应器中。
利用渗滤器（P1-P4）的气密设计，防止大气氧进入渗滤器（P1-P4）和不受控制的水解气体逸出。
水解气体通过气体排放管（4）除去。通过测量装置（5）监测水解气体中存在的甲烷和二氧化碳含量。
排气模式：在渗滤开始时，水解气体富含CO2。在这个时间点，水解物的pH值是强酸性的。阀（12）打开并开动排气扇（13）。从渗滤器（P1-P4）抽出富含CO2的水解气体。
气体利用模式：在进一步的渗滤过程中，形成增加量的甲烷，使得水解气体的甲烷含量增加，同时它的CO2含量减少。如果通过测量装置（5）测定的水解气体的甲烷含量超过规定的极限值，那么关闭阀（12）并打开阀（11）。富含甲烷的水解气体被送入气体利用系统（6）。优选，它被预先收集在储槽中并在气体加工设备中加工。在这个时间点，水解物的pH值处于中性到稍酸性的范围。所述pH值通过渗滤器（P1-P4）的各个pH传感器（14）测定。
用惰性气体（吹扫气体）吹扫：接近渗滤结束时，存在于水解物中的生物源材料的有机降解产物只有少量通过水解物出口（2）被除去。水解物出口（2）处的pH值接近于液体进料口（1）处呈现的pH值。该液体的pH值通过pH传感器（14，15）测定。然而，仍然形成较少量的水解气体，但是包含明显的甲烷含量（含甲烷的水解气体）。为了从渗滤器（P1）驱除（即替换）剩下的含甲烷的水解气体，利用来自在偏置时间下操作并且现在以排气模式运行的另一个渗滤器（P2）的富含CO2的排气（富含CO2的水解气体）。
为此，首先手动或者利用过程控制系统关闭渗滤器（P1）的气体舌阀（10）。与渗滤器（P1）的气体利用系统（6）连接的阀（12）保持打开。
渗滤器（P2）的阀（11）关闭（阀（12）也关闭），使得渗滤器（P2）内的压力由于气体的连续产生而开始增加。压力传感器（17）测定、优选连续地测定渗滤器（P2）内气体系统的压力。如果所述气体系统的压力超过前面规定的阈值，那么渗滤器（P1和P2）的气体舌阀（10）打开。渗滤器（P1和P2）因此在前端连接。
由于渗滤器（P2）内部的过压，发生了来自渗滤器（P2）的气体直接交换到渗滤器（P1）中。通过打开的阀（12），来自渗滤器（P1）的气体混合物被输送到气体利用系统（6）。
一旦在渗滤器（P1）内由水解气体和流入的富含CO2的气体形成的气体混合物的甲烷浓度达到前面规定的下限值，则阀（12）关闭。渗滤器（P1）中的气体混合物的甲烷浓度因此通过测量装置（5）测定。
如果甲烷浓度没有达到下限值，阀（12）也可以手动关闭。
用空气吹扫：关闭渗滤器（P3，P4）的空气供应舌阀（10），除非它们正处于相同的过程阶段。打开渗滤器（P1）的阀（11）和气体供应管（3）上的阀（8）；然而，现在环境空气通过气体供应管（3）被送进。
接通排气扇（13），用于抽出渗滤器（P1）中存在的气体。通过测量装置（5）测定渗滤器（P1）中的气体组成。一旦测量装置（5）测定的甲烷和惰性气体的浓度达到前面规定的相应最小值（优选甲烷小于1体积%，优选CO2小于1.5体积%），这指示渗滤器（P1）可以打开、排空和新装载。
这种新装载标志着由排气模式、气体利用模式、吹扫和打开组成的新循环的开始。
实施例2:分两级获得生物气体的本发明的系统，具有四个串联连接的渗滤器
本发明的系统包含四个水解反应器（P1-P4），在这种情况下是固体渗滤器，如图3中所示，和一个甲烷反应器。所述渗滤器（P1-P4）以气密方式关闭，每个渗滤器含有一个气体供应管（3）和一个气体排放管（4），它们处于每个渗滤器的上部，优选在相对侧上。
渗滤器（P1-P4）各配备有栅格或滤网底（9），在其上沉积待渗滤的固体生物源材料。此外，每个渗滤器（P1-P4）在它的上部包含液体进料口（1），通过它送进喷洒固体生物源材料的液体。每个渗滤器（P1-P4）的栅格或滤网底（9）下面，布置相应的水解物排放管（2）。水解物排放管（2）各自与pH传感器（14）连接，所述传感器用于测定所述管中存在的液体的pH值。
渗滤器（P1-P3）的水解物出口（2）各自连接水解物预储槽（V1-V3）。渗滤器（P2）的液体进料口（1）连接到水解物预储槽（V1）。相应地，渗滤器（P3）的液体进料口（1）连接到水解物预储槽（V2），和渗滤器（P4）的液体进料口（1）连接到水解物预储槽（V3）。
渗滤器（P4）的水解物出口（2）通过水解物储槽（S）连接到甲烷反应器（M）。水解物储槽（S）和甲烷反应器（M）之间布置阀（19），其根据它的调节允许液体流入甲烷反应器（M）中或流入渗滤器（P）中（通过液体进料口（1））。
甲烷反应器（M）包含生物气体排放管（21）。发酵液储槽（G）经发酵液排放管（18）布置在甲烷反应器（M）的下游。
渗滤器（P1）的液体进料口（1）与发酵液储槽（G）和水解物储槽（S）连接。在液体进料口（1）中布置pH传感器（15）来测定送入液体的pH值。此外，阀（20）位于液体进料口（1）中。
气体供应管（3）配备有阀（8）并且可以有意地打开或关闭，使得环境空气可以进入所述管。各个渗滤器（P1-P4）的气体供应管（3）彼此连接，每个气体供应管（3）在接近进入每个渗滤器（P1-P4）的开口处具有气体舌阀（10），其可以分别打开。通过打开两个渗滤器的气体舌阀（10），可允许这两个渗滤器之间相互的气体交换。
各个渗滤器（P1-P4）的各自气体排放管（4）与测量装置（5）连接，所述测量装置（5）用于测定相应渗滤器（P1-P4）内部气体的性质和量，并测量渗滤器（P1-P4）内部存在的气体的甲烷含量。每个气体排放管（4）是分支的，并各自配备有两个阀元件（11，12），其与所述系统的不同功能单元连接。
所述阀（11）与引向用于从含甲烷的水解气体进行能量回收的系统（气体利用系统）（6）的管连接，从而任选放入含甲烷的水解气体的储槽和/或气体加工设备。
阀（12）各自经排气扇（13）与排气系统（7）连接。这允许抽出排气。
每个渗滤器（P1-P4）配备了压力传感器（17）。
所述系统操作如下：渗滤器（P1-P4）在偏置时间下装载固体生物源材料。在这个过程中，首先装载渗滤器（P4），然后依此次序装载渗滤器（P3-P1）。每个渗滤器（P1-P4）在装载之后关闭。
通过液体进料口（1），用循环流动操作运行的渗滤液体（即渗滤液和发酵液）喷洒和通过渗滤器（P1-P4）中的固体生物源材料（即基质）。通过送入所述液体，基质的可降解组分转化为醇、糖和短链脂肪酸，从而被转变为水溶性形式。溶解在液体水解物中的基质的可降解组分通过水解物排放管（2）从渗滤器中除去。利用渗滤器（P1-P4）的栅格或滤网底（9）保留固体基质。
通过将来自水解物储槽（S）和/或发酵液储槽（G）的液体经液体进料口（1）送入渗滤器（P1），来实现循环流动操作。由于渗滤器的串联连接，在所有情况下从一个渗滤器除去的水解物被送入在较早时间点已经装载了生物源材料的另一个渗滤器中。因此，来自渗滤器（P1）的水解物通过水解物预储槽（V1）被输送到渗滤器（P2）中。对于将液体送进渗滤器（P3）和（P4）中，也发生相应的过程。
来自渗滤器（P4）的水解物被转移到水解物储槽（S）。从那里，它或者被再次用于渗滤（将其通过渗滤器（P1）的液体进料口（1）送入（P1）中）或者它在分流中被连续送入甲烷反应器（M）中，在其中发生发酵成含有甲烷和二氧化碳的生物气体。
接近渗滤结束时，生物源材料溶解在水解物中的有机组分的量减少。因此几个渗滤器（P1-P4）在偏置时间下装载。这样做确保发生将生物源材料的有机分解产物连续送入甲烷反应器中。
利用渗滤器（P1-P4）的气密设计，防止大气氧进入渗滤器（P1-P4）中和不受控制的水解气体逸出。
水解气体通过气体排放管（4）从渗滤器（P1-P4）除去。通过测量装置（5）监测水解气体中存在的甲烷和二氧化碳含量。
排气模式：在渗滤开始时，水解气体富含CO2。在这个时间点，水解物的pH值是强酸性的。阀（12）打开并开动排气扇（13）。从渗滤器（P1-P4）抽出富含CO2的水解气体。
气体利用模式：在进一步的渗滤过程中，形成增加量的甲烷，使得水解气体的甲烷含量增加，同时它的CO2含量减少。如果通过测量装置（5）测定的水解气体的甲烷含量超过规定的极限值，那么关闭阀（12）并打开阀（11）。富含甲烷的水解气体被送入气体利用系统（6）。优选，它被预先收集在储槽中并在气体加工设备中加工。在这个时间点，水解物的pH值处于中性到稍酸性的范围。所述pH值通过渗滤器（P1-P4）的各个pH传感器（14）测定。
用惰性气体（吹扫气体）吹扫：接近渗滤结束时，存在于水解物中的生物源材料的有机降解产物只有少量通过水解物出口（2）被除去。水解物出口（2）处的pH值接近于液体进料口（1）处呈现的pH值。该液体的pH值通过pH传感器（14，15）测定。然而，仍然形成较少量的水解气体，但是包含明显的甲烷含量（含甲烷的水解气体）。
为了从渗滤器（P2）驱除（即替换）剩下的含甲烷的水解气体，利用来自在偏置时间下操作并且现在以排气模式运行的另一个渗滤器（P1）的富含CO2的排气（富含CO2的水解气体）。
为此，首先手动或者利用过程控制系统关闭渗滤器（P2）的气体舌阀（10）。与渗滤器（P2）的气体利用系统（6）连接的阀（12）保持打开。
渗滤器（P1）的阀（11）关闭（阀（12）也关闭），使得渗滤器（P1）内的压力由于气体的连续产生而开始增加。压力传感器（17）测定、优选连续地测定渗滤器（P1）内气体系统的压力。如果所述气体系统的压力超过前面规定的阈值，那么渗滤器（P2和P1）的气体舌阀（10）打开。渗滤器（P2和P1）因此在前端连接。
由于渗滤器（P1）内部的过压，发生了来自渗滤器（P1）的气体直接交换到渗滤器（P2）中。通过打开的阀（12），来自渗滤器（P2）的气体混合物被输送到气体利用系统（6）。
一旦在渗滤器（P2）内由水解气体和流入的富含CO2的气体形成的气体混合物的甲烷浓度达到前面规定的下限值，则阀（12）关闭。渗滤器（P2）中的气体混合物的甲烷浓度从而通过测量装置（5）测定。
如果甲烷浓度没有达到下限值，阀（12）也可以手动关闭。
用空气吹扫：关闭渗滤器（P3，P4）的空气供应舌阀（10），除非它们正处于相同的过程阶段。打开渗滤器（P2）的阀（11）和气体供应管（3）上的阀（8）；然而，现在环境空气通过气体供应管（3）被送进。
接通排气扇（13），用于抽出渗滤器（P2）中存在的气体。通过测量装置（5）测定渗滤器（P2）中的气体组成。一旦测量装置（5）测定的甲烷和惰性气体的浓度达到前面规定的相应最小值（优选甲烷小于1体积%，优选CO2小于1.5体积%），这指示渗滤器（P2）可以打开、排空和新装载。
这种新装载标志着由排气模式、气体利用模式、吹扫和打开组成的新循环的开始。
实施例3:分两级获得生物气体的本发明的系统，具有四个并联连接的渗滤器，具有两个甲烷反应器
所述系统包含四个水解反应器（P1-P4），在这种情况下是固体渗滤器，如图4中所示，和两个甲烷反应器。所述系统的设计和实施例1类似，并且以相同的方式操作。然而，这个系统与实施例1的系统之间的差别在于布置了两个甲烷反应器（M1，M2）。它们被布置在水解物储槽（S）的下游并且通过各自的甲烷反应器（M1，M2）水解物进料口与其连接。通过阀（19），可以切换水解物送进甲烷反应器（M1）中或甲烷反应器（M2）中。每个甲烷反应器（M1，M2）都包含生物气体排放管（21）。发酵液储槽（G）经甲烷反应器（M1，M2）的发酵液排放管（18）被布置在所述甲烷反应器的下游。
操作期间，来自水解物储槽（S）的水解物被送入一个甲烷反应器中。发酵液从甲烷反应器（M1，M2）输送到发酵液储槽（G）中。
实施例4:分两级获得生物气体的本发明的系统，具有四个串联连接的渗滤器，具有两个甲烷反应器
所述系统包含四个水解反应器（P1-P4），在这种情况下是固体渗滤器，如图5中所示，和两个甲烷反应器。所述系统的设计和实施例2类似，并且以相同的方式操作。然而，这个系统与实施例2的系统之间的差别在于布置了两个甲烷反应器（M1，M2）。它们被布置在水解物储槽（S）的下游并且通过各自的甲烷反应器（M1，M2）水解物进料口与其连接。通过阀（19），可以切换水解物送进甲烷反应器（M1）中或甲烷反应器（M2）中。每个甲烷反应器（M1，M2）都包含生物气体排放管（21）。发酵液储槽（G）经甲烷反应器（M1，M2）的发酵液排放管（18）被布置在所述甲烷反应器的下游。
操作期间，来自水解物储槽（S）的水解物被送入一个甲烷反应器中。发酵液从甲烷反应器（M1，M2）输送到发酵液储槽（G）中。
附图标记列表
（1）液体进料口
（2）水解物出口（水解物排放管）
（3）气体供应管
（4）气体排放管
（5）测定气体的性质和量的测量装置
（6）气体利用系统
（7）排气系统
（8）阀
（9）栅格或滤网底
（10）气体舌阀
（11）阀
（12）阀
（13）排气扇
（14）pH传感器
（15）pH传感器
（16）阀
（17）压力传感器
（18）发酵液排放管
（19）阀
（20）阀
（21）生物气体排放管
（G）发酵液储槽
（M）甲烷反应器
（Mx）包含x个甲烷反应器的系统的甲烷反应器，x≥1
（P）渗滤器
（Pn）包含n个渗滤器的系统的渗滤器，n≥1
（S）水解物储槽
（V）水解物预储槽
（Vn）包含n个水解物预储罐的系统的水解物预储槽，n≥1
Claims (8)
1.通过水解在至少两个以偏置时间运行的渗滤器中的固体生物源材料而在两个级中获得生物气体的方法，其中以偏置时间运行是指至少两个渗滤器在不同起始时间下装载固体生物源材料，并经历它们的基质水解，使得至少一个渗滤器处于排气模式，该方法包含水解级和甲烷级，其中生物源材料在水解级中水解，其中在所述渗滤器中形成液体水解物和水解气体，其中首先形成富含CO2的水解气体并且然后形成含甲烷的水解气体，并且其中水解物从渗滤器除去并收集，其中一部分水解物被送入甲烷级，另一部分水解物被送入水解级，从而在甲烷级中的水解物通过甲烷形成微生物被转化为生物气体和发酵液，并且所述发酵液从所述甲烷反应器中除去并收集，并任选被送入水解级，其特征在于所述渗滤器以气密方式操作并且渗滤器的操作包含按以下顺序的操作步骤：
a.将渗滤器装载生物源材料，
b.排气模式，
c.气体利用模式，
d.用来自另一个以偏置时间运行的渗滤器的排气吹扫所述渗滤器，
e.用空气吹扫所述渗滤器，
f.打开所述渗滤器，
其中在排气模式中，所述水解气体作为排气从所述渗滤器抽出，其中在气体利用模式中水解气体从所述渗滤器抽出并用于能量回收，和其中在步骤d.中吹扫期间所述渗滤器内部存在的水解气体通过利用送进从在偏置时间下操作的渗滤器排放的富含CO2的水解气体加以驱除而除去，其中所述富含CO2的水解气体具有至少50体积％的CO2含量，和少于2体积％的甲烷含量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述排气模式持续直至渗滤器内部存在的气体的甲烷浓度达到至少2体积％的甲烷浓度和/或直至所述水解物的pH值达到pH值>5。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述气体利用模式持续直至所述渗滤器内部存在的气体的甲烷浓度低于1体积％。
4.根据权利要求2至3之一所述的方法，其特征在于所述至少两个在偏置时间下操作的渗滤器以使得至少一个渗滤器以排气模式操作的方式操作。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于在吹扫一个渗滤器之前，关闭相对于待吹扫的渗滤器在偏置时间下操作并且以排气模式操作的另一个渗滤器，使得在这个渗滤器中产生过压，并且在达到压力阈值之后，随后将所述排气从在偏置时间下操作的渗滤器输送到待吹扫的渗滤器中。
6.在两个级中获得生物气体的系统，其包含至少两个渗滤器(P1，P2)，其各自包含一个水解物排放管(2)和一个液体进料口(1)，其中水解物排放管(2)与至少一个甲烷反应器(M)经至少一个水解物储槽(S)连接，并且其中在所述至少一个甲烷反应器下游布置至少一个通过发酵液排放管(18)连接的发酵液储槽(G)，其中水解物储槽(S)和发酵液储槽(G)与渗滤器(P1，P2)的相应液体进料口(1)连接，其特征在于所述至少两个渗滤器(P1，P2)被设计成气密的并各自包含至少一个可关闭的气体供应管(3)和至少一个可关闭的气体排放管(4)，并且每个渗滤器(P1，P2)与甲烷传感器连接，所述甲烷传感器用于测量相应的渗滤器(P1，P2)中存在的气体的甲烷含量，并且其与pH传感器(14)连接，所述pH传感器用于测量相应的渗滤器(P1，P2)中存在的液体的pH值，并且其中各个渗滤器(P1，P2)的气体供应管(3)被设计成使得可允许切换到空气供应、来自另一个渗滤器的气体供应、或关闭气体供应管，其中所述至少两个渗滤器(P1，P2)通过它们的气体供给管(3)彼此连接，使得在以偏置时间运行期间，能够发生将来自在排气模式中的一个渗滤器(P1)的富含CO2的水解气体送入待吹扫的渗滤器(P2)中，其中以偏置时间运行是指至少两个渗滤器在不同起始时间下装载固体生物源材料，并经历它们的基质水解，使得至少一个渗滤器处于排气模式，所述富含CO2的水解气体具有至少50体积％的CO2含量，和少于2体积％的甲烷含量。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于每个渗滤器(P1，P2)包含可关闭的气体排放管(4)，其中所述气体排放管(4)被设计成允许切换到将气体排放到能量利用系统中、或将废气排放到大气中、或关闭所述气体排放管。
8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于在每个渗滤器(P1，P2)处布置压力传感器(17)，其用于测量渗滤器(P1，P2)内部的压力。
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