CN105601070A - 有机废物厌氧消化-微生物电解耦合反应系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机废物厌氧消化-微生物电解耦合反应系统,其系统包括厌氧消化反应器、提取装置和脱水装置，所述厌氧消化反应器上设有进料口、出料口和出气口，所述提取装置通过出料口与所述厌氧消化反应器相连通，所述脱水装置与所述提取装置相连通，所述厌氧消化反应器内设有微生物电解装置，还包括电解水装置，所述电解水装置产生的气体通过进气口进入所述厌氧消化反应器内。所述微生物电解装置包括阳极、阴极和电源。本发明还公开了一种使用上述系统产生甲烷的方法，包括电解水、有机废物的微生物电解和厌氧消化等步骤。本发明处理范围广，有效提高有机物的水解速率，降低硫化氢的浓度，增加甲烷的产量。

Description

有机废物厌氧消化-微生物电解耦合反应系统及其方法
技术领域
本发明属于垃圾处理技术领域，具体涉及一种有机废物的厌氧消化-微生物电解耦合反应系及方法。
背景技术
厌氧消化是一种微生物转化技术，尤其适合于易降解有机废物的处理和能源化转化。因此，特别适合食品加工、厨余和餐厨垃圾及畜禽粪便等有机废物的处理。它不仅可把这类有机废物高效率地转化为可再生能源——生物气体，同时，还可副产有机肥料，从而实现有机废物的完全循环和高值利用。有机垃圾的易降解成分含量高，可更多更容易地转化成生物能源，为缓解能源紧张状况开辟新的途径，并实现有机垃圾的高值转化。此外，农村废物及城市有机垃圾大多不含有害物质，富含氮、磷、钾等营养物质，经厌氧生物处理后产生的沼渣是很好的有机肥料，直接或经简单处理后即可使用，对促进农业的可持续发展也有重要作用，从而实现有机垃圾真正意义上的完全资源循环。
但是，在厌氧过程中废弃物中的有机硫、无机硫都会转变为硫化氢释放到空气、水中。硫化氢向环境释放可能产生很多危害人体健康危害、动物危害、环境危害、微生物活性抑制、金属腐蚀作用。
同时，现有的厌氧消化产甲烷系统存在启动周期长、系统稳定性差、有机质降解率不高、产甲烷效果不佳等问题。
目前，需要一种能够减少H2S释放的高效有机废物的处理方法及系统。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种固体有机废物的厌氧消化-微生物电解耦合反应系统，具体技术方案为：一种有机废物的厌氧消化-微生物电解耦合反应系统，包括厌氧消化反应器、提取装置和脱水装置，所述厌氧消化反应器上设有进料口、出料口和出气口，所述提取装置通过出料口与所述厌氧消化反应器相连通，所述脱水装置与所述提取装置相连通，所述厌氧消化反应器内设有微生物电解装置，还包括电解水装置，所述电解水装置产生的气体通过进气口进入所述厌氧消化反应器内。
进一步地，所述微生物电解装置包括阳极、阴极和电源，所述阳极与电源正极连接，所述阴极与电源负极连接。
进一步地，所述微生物电解装置的阳极和阴极之间设有阳离子交换膜。
进一步地，所述阳极和阴极材料为不锈钢、石墨、镍、钢、金属合金或金属氧化物。
进一步地，所述微生物电解装置的电源电压范围为1.8-12V。
进一步地，所述微生物电解装置的电源电压范围为2-6V。
进一步地，还包括预处理装置，所述预处理装置通过进料口与所述厌氧消化反应器相连通。
进一步地，在所述预处理装置和厌氧消化反应器之间设有混匀设备，所述脱水装置的排水口处设有反渗透膜，所述厌氧消化反应器内设有温度传感器和能转动的搅拌装置。
使用上述有机废物的厌氧消化-微生物电解耦合反应系统生产甲烷的方法，具体步骤如下：
（1）电解水：H2O→H2+O2
（2）有机废物经过进料口输入厌氧消化反应器；
（3）有机废物的微生物电解和厌氧消化；
（4）产生氢气、二氧化碳和甲烷等，其中：H2+CO2→CH4（甲烷）+2H2O；
（5）有机废物残余物经出料口输出到提取装置，并经脱水装置处理后产生液肥和有机固肥。
进一步地，还包括有机废物的预处理和混匀，所述预处理工艺包括破袋、分选、筛分等工序，预处理后有机废物的固废含量达到20%以上。
与现存的厌氧消化系统相比，本发明的系统及方法的有益效果如下。
（1）本发明可处理垃圾污水、厨余及其它气化机较难处理的农业废料，生产甲烷、液肥和有机固肥。
（2）电解水，不仅可以产生氢气，同时可以产生氧气，氧气与H2S反应，降低H2S浓度。
（3）有机废物的微生物电解，也能增加氢气的产量，氢气与二氧化碳反应，产生甲烷，从而降低二氧化碳含量，增加10%-40%的甲烷产量。
（4）废液的循环使用，减少了净水的使用量，同时也减少了废水的排放量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是图1中A-A截面图。
图中，1是进水口，2是预处理装置，3是混匀装置，4是进料口，5是厌氧消化反应器，6是出气口，7是搅拌装置，8是出料口，9是提取装置，10是脱水装置，11是肥料出口，12是排水口，13是水管，14是阀门，15是进气口,16是微生物电解装置，17是电源、18是阴极，19是阳极，20是阳离子交换膜。
具体实施方式
结合附图，对本发明进行进一步的说明。如图1所示，本发明包括预处理装置2、混匀装置3、厌氧消化反应器5、提取装置9和脱水装置10，所述厌氧消化反应器上设有进料口4、出料口8和出气口6，所述提取装置通过出料口与所述厌氧消化反应器相连通，所述脱水装置与所述提取装置相连通，所述厌氧消化反应器内设有微生物电解装置16，所述微生物电解装置包括阳极19、阴极18和电源17，所述阳极与电源正极连接，所述阴极与电源负极连接，微生物电解装置的阳极和阴极之间设有阳离子交换膜20。所述阳极和阴极材料为不锈钢、石墨、镍、钢、金属合金或金属氧化物。所述微生物电解装置的电源电压范围为1.8-12V（电压不足以破坏微生物的生长），优选为2-6V。电极的表面面积在10cm2至100cm2每公升的反应器容积的范围內，以維持微生物的生長，并提供所需的电流密度（电极表面的电流密度为0.01A/cm2以下）。
还包括电解水装置，所述电解水装置产生的气体通过进气口15进入所述厌氧消化反应器内。所述脱水装置的排水口12处设有反渗透膜，水管13与排水口相连通，通过阀门14控制水流方向，排出的水通过水管可以提供生活用水，也可以输送回预处理装置，预处理装置上设有进水口1。脱水后的有机废物经肥料出口11排出，可以做固体有机肥。
所述厌氧消化反应器内还设有能转动的搅拌装置7，搅拌装置对有机废物进行搅拌，可以增加物料与微生物接触的机会，使系统内的物料和温度均匀分布，防止局部出现酸积累，使生物反应生成的硫化氢、甲烷等对厌氧菌活动有阻害的气体迅速排出，使产生的浮渣被充分破碎。
有机废物经过破袋、分选、筛分等预处理后，固体有机废物的含量达到20%以上，并将混匀装置混匀后输入到厌氧消化反应器内。在厌氧消化反应过程中，有机废物经微生物发酵产生CH4、CO2、H2O和H2S等物质。有机物质在微生物催化电解过程中，会产生H2，电解水会产生H2和O2，而H2与CO2反应产生CH4和H2O，从而降低二氧化碳的含量，提高甲烷的产量。通过电解水制取氧被用于厌氧生物反应器内，不仅能提高有机物的水解速率，氧与硫化氢反应，使硫化氢浓度降低，降低硫化氢对细菌的伤害。
使用上述有机废物的厌氧消化-微生物电解耦合反应系统生产甲烷的方法，具体步骤如下：
（1）电解水：H2O→H2+O2
（2）有机废物经过进料口输入厌氧消化反应器；
（3）有机废物的微生物电解和厌氧消化；
（4）产生氢气、二氧化碳和甲烷等，其中：H2+CO2→CH4（甲烷）+2H2O；
（5）有机废物残余物经出料口输出到提取装置，并经脱水装置处理后产生液肥和有机固肥。
进一步地，所述厌氧消化反应器的温度为55℃-60℃，还包括有机废物的预处理和混匀，所述预处理工艺包括破袋、分选、筛分等，预处理后有机废物的固废含量达到20%以上。
本发明可以处理有机固体废弃物，餐饮残余、污泥、废水污泥等含碳-碳键的有机物质，处理范围广。通过电解制取氢气和氧气，以及微生物对有机物的厌氧生物反应，提高有机物的水解速率，降低硫化氢的浓度，增加甲烷的产量。

Claims (10)

1.有机废物厌氧消化-微生物电解耦合反应系统，其特征在于，包括厌氧消化反应器、提取装置和脱水装置，所述厌氧消化反应器上设有进料口、出料口和出气口，所述提取装置通过出料口与所述厌氧消化反应器相连通，所述脱水装置与所述提取装置相连通，所述厌氧消化反应器内设有微生物电解装置，还包括电解水装置，所述电解水装置产生的气体通过进气口进入所述厌氧消化反应器内。
2.根据权利要求1所述的有机废物厌氧消化-微生物电解耦合反应系统，其特征在于，所述微生物电解装置包括阳极、阴极和电源，所述阳极与电源正极连接，所述阴极与电源负极连接。
3.根据权利要求2所述的有机废物厌氧消化-微生物电解耦合反应系统，其特征在于，所述微生物电解装置的阳极和阴极之间设有阳离子交换膜。
4.根据权利要求2所述的有机废物厌氧消化-微生物电解耦合反应系统，其特征在于，所述阳极和阴极材料为不锈钢、石墨、镍、钢、金属合金或金属氧化物。
5.根据权利要求2所述的有机废物厌氧消化-微生物电解耦合反应系统，其特征在于，所述微生物电解装置的电源电压范围为1.8-12V。
6.根据权利要求5所述的有机废物厌氧消化-微生物电解耦合反应系统，其特征在于，所述微生物电解装置的电源电压范围为2-6V。
7.根据权利要求1-6任一项所述的有机废物厌氧消化-微生物电解耦合反应系统，其特征在于，还包括预处理装置，所述预处理装置通过进料口与所述厌氧消化反应器相连通。
8.根据权利要求1-6任一项所述的有机废物厌氧消化-微生物电解耦合反应系统，其特征在于，在所述预处理装置和厌氧消化反应器之间设有混匀设备，所述脱水装置的排水口处设有反渗透膜，所述厌氧消化反应器内设有温度传感器和能转动的搅拌装置。
9.使用权利要求1-6所述的有机废物厌氧消化-微生物电解耦合反应系统生产甲烷的方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）电解水：H2O→H2+O2
（2）有机废物经过进料口输入厌氧消化反应器；
（3）有机废物的微生物电解和厌氧消化；
（4）产生氢气、二氧化碳和甲烷等，其中：H2+CO2→CH4（甲烷）+2H2O；
（5）有机废物残余物经出料口输出到提取装置，并经脱水装置处理后产生液肥和有机固肥。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括有机废物的预处理和混匀，所述预处理工艺包括破袋、分选、筛分等工序，预处理后有机废物的固废含量达到20%以上。
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