CN110382682B - 用于处理湿有机物质以产生沼气的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

用于处理湿有机物质以产生沼气的设备，所述设备包括用于所述湿有机物质的厌氧消化的封闭反应器(11)。所述厌氧反应器包括两个垂直管，垂直布置的外管(14)限定第一反应室(111)，所述第一反应室(111)包围垂直布置的内管(15)，所述内管(15)通过垂直隔离壁(16)被分成第二反应室(112)的第一区域(112a)和第二区域(112b)。第一反应室包括连接第一和第二反应室的粒子保留单元(31)。所述厌氧反应器(11)具有用于在所述反应室(111、112)中的任一个中形成的气体的顶部排放管道(18)。还设想了一种用于处理湿有机物质的方法。

Description

用于处理湿有机物质以产生沼气的设备和方法
发明领域
本发明涉及从湿有机废物回收资源如来自粪便、污泥、泥浆和废水的能量、营养物和有机物的工艺设计。更准确地，本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于处理湿有机物质以产生沼气(生物气，biogas)的设备，以及根据权利要求13的前序部分的用于处理包含流体和固体颗粒的混合物的湿有机物质的方法。
背景技术
湿有机废物(WOW)以日益增大地程度被用作用于经由还生成其他产物如可以用作肥料的营养物的过程通过厌氧消化(AD)的沼气生产的来源。可用于AD的生物反应器技术通常代表所产生的产物价值未涵盖的资本成本，使得实施这样的方案依赖于理想主义和/或政府补贴。因此，需要更有效的生物过程，以使AD过程更具可持续性和工业可行性。通常需要额外的下游处理以符合排放限制并且改善所产生的气体、有机物和肥料的质量。这样的处理的成本可能非常高。因此需要一种先进的生物工艺来提高生产效率和产品质量，以削减投资和运营成本。
该技术领域中已经提供了大量方法和系统/设备。厌氧污泥床反应器(UASB)已被用于高速率厌氧消化过程，但是不适用于富粒子流体如泥浆，参见Tchobanoglous,G.,Burton,F.L.,&Stensel,H.(2003).Wastewater Engineering:Treatment and reuse,Advanced Wastewater Treatment,第4版.McGraw-Hill Series in Civil andEnvironmental Engineering.Metcalf and Eddy Inc.New York。
美国专利号5091315(McCarty，1989)中描述了厌氧折流板反应器(ABR)。McCarty教导了用于有机材料的厌氧发酵的生物转化反应器，所述生物转化反应器包括封闭限定容积的外壳、有机材料的液体流通过其可以进入反应器的进口以及所述材料通过其可以离开反应器的出口。一系列的垂直且间隔开的折流板布置在所述反应器中，迫使所述流分别在这些板的下方和上方通过。
厌氧折流板反应器(ABR)最初被设计成利用UASB原理同时能够处理具有高颗粒含量的进料，但是其还不是很成功，因为它不如预期的那样有效。
CN 106242162 A(2016)；WO 16059621 A(Alessandro，2016)；WO 16050893 A1(Uller，2016)；WO 15037989 A1(Koorneef，2015)；RU 2536988 C(Burdin等，2013)；WO13112182 A1(Smith，2013)中描述了该技术领域中的其他方法和装置。
不过，该技术领域中仍然存在提供成本有效且空间有效的方法和设备的一般挑战。
目标
本发明的一个目标是提供用于处理来自工业和农业的有机污泥、废水和其他类型的湿有机物质的方法和设备，其通过新型生物反应器工艺设计而比可得方案更有效，以适中的成本生产甲烷。
本发明的另一个目标是提供适用于以低机械复杂性和构造成本进行这样的方法的设备。
最后，一个目标是提供以上提及的方法和设备以将有机废物转化为需要很少且廉价的后处理的有价值的无毒产物。
本发明
利用根据本发明的设备和方法达成上述目标。
根据第一个方面，本发明涉及一种如权利要求1所限定的设备。
根据第二个方面，本发明涉及一种如权利要求13所限定的方法。
从属权利要求公开了本发明的优选实施方案。
本发明的设备包括厌氧反应器，所述厌氧反应器包括两个反应室，其中内反应室被包围在外反应室内。从总体上看，这是一个已知的构思。在此特定领域内并且利用此处提出的具体设计，由于固有的优点，所述设计是独特且创新性的。
在优选的实施方案中，本发明的设备还包括布置在所述厌氧反应器下游的第二反应器，所述第二反应器被布置为好氧反应器。
在以下描述中，如果没有另外的具体说明，则术语“甲烷”意味着涵盖纯的甲烷以及其中甲烷是主要组分的沼气。
如本文中使用的，“管道”是指管状部分或中空圆柱体，典型地但不必需地具有圆形横断面。特别地，反应器的内管可以具有多边形横断面，如方形横断面。与其独立地，如果存在，好氧反应器的最内管也可以具有选自多边形横断面、圆形横断面和椭圆形横断面的横断面。
所述设备和方法的其他和优选细节在参考附图的以下详述中提供。
图1a是本发明所基于的设备的示意且简化的侧面透明透视图。
图1b是图1a的设备的示意且简化的顶部剖视图。
图1c是与图1a所示的设备略微不同的设备的示意且简化的侧面透明透视图。
图2a是根据本发明的设备的优选实施方案的示意且简化的侧面透明透视图。
图2b是图2a的设备的示意且简化的顶部剖视图。
图2c是来自图2a和2b的细部31的放大侧面剖视图。
图2d是图2c所示元件的透视图。
图2e是与图2c所示的细部31略微不同的细部131的放大侧面剖视图。
图2f是图2e所示元件的透视图。
图2g-2i是图2c-2f中的细部31、131的不同实施方案的顶部剖视图。
图3是根据本发明的方法的优选实施方案的原理视图。
图4是任选的好氧反应器的实施方案的示意且简化的侧面透明透视图。
图5示出了在实际实施例期间分别在进口和出口处的化学需氧量(COD)和NH4的图。
应当注意，附图上的尺寸可能会变形；例如，对于所显示的多种仪器的直径和高度之间的比率。
由于本发明涉及方法以及设备，所以取决于讨论的是设备还是方法，附图的部分以略微不同的用辞提及。因此，一个且相同的图细部在讨论设备时可以被称为“反应室”并且在讨论方法时可以被称为“反应区”；当讨论设备时被称为“导管(conduit)”并且当讨论方法时被称为“过程流(process flow)”。
图1a是本发明所基于的设备的示意图，其示出了反应器11，该反应器11包括封闭的外圆筒14和完全被外圆筒包围的内圆筒15。通过“封闭的”，要理解的是，除了所显示的进口和出口导管，所述圆筒具有液密性底部和液密性顶部。该设计是申请人自己的设计，但是缺少本发明的表征特征。其还未被公开显示。
将待处理的新鲜材料经由进口导管12装入至第一外反应室111，该外反应室被限定在所述外圆筒的内壁和所述内圆筒的外壁之间。
内圆筒具有在外圆筒顶部下方一定垂直距离处的顶端和在外圆筒底部上方一定距离处的底端。图1a所示的内圆筒具有壁部分15a，其顶部低于内圆筒的顶部，由此允许来自外圆筒的材料流在所述低壁15a的顶部上方进入与所述低壁部分15a相邻的内圆筒的第一区域112a中。内圆筒的所述区域112a与内圆筒的另一区域112b通过垂直板或隔离壁16部分地隔开，所述垂直板或隔离壁16从内圆筒15的顶部向下延伸并且在内圆筒的封闭底壁上方一定距离处终止。
对于工艺的经济性以及对于操作条件来说，这是必不可少的，在所述操作条件中，来自反应器11的排放流是基本上无粒子的流体流并且粒子被保留直至通过微生物的作用转化为气体。
尽管所述板或隔离壁16从内圆筒15的顶部延伸，但是其典型地不以液密性方式连接至所述顶部。更优选地，沿着隔离壁16的顶部或通过其最上部分中的穿孔，将空间保持开口，从而允许所产生的气体通过以到达共用的气体排放导管18。
以上描述的布置允许来自外圆筒14的底部的材料的传输流到达其顶部，在内圆筒的区域112a中向下并且在内圆筒的区域112b中再次向上。然而，期望的是，通过布置在内圆筒的区域112b的顶部附近的导管17离开反应器11的材料仅仅是流体材料，并且材料的所有粒子保留在设备中直至由微生物、厌氧细菌或古细菌(archaea)的作用转化为气体。
通过微生物的作用形成的含甲烷沼气被布置成通过布置在反应器11的顶部处的导管18离开反应器。由于甲烷是在内圆筒中以及在外圆筒中形成的，所以内圆筒的顶部可以是开口的以允许含甲烷沼气流至导管18，或者设置有单独的气体排放导管(未示出)。
图1b是图1所示的反应器11的顶部剖视图，示出了外圆筒14、内圆筒15、由外圆筒的内壁和内圆筒的外壁限定的第一反应室111、第二反应室的第一区域112a和第二反应室的第二区域112b，所述区域通过垂直隔离壁16隔开，所述隔离壁16从内圆筒的顶部向下延伸至位于内圆筒的底壁上方的底部边缘。
图1c示出了原理上与以上关于图1a所讨论的厌氧反应器类似的厌氧反应器。这些设计之间的唯一区别在于从第一外反应室进入内反应室的第一部分112a的开口通道具有在垂直壁中的槽形开口15c的形式，而不是与较低壁部分15a相邻的完全开口部分，以这样的方式使得从隔室111流动至112a的流体在隔室111的上流体表面下方从隔室111排放。进料导管12、排放导管17和在这些之间的内部流动全都如上所述。
如图1a-1c所示，如果不是不可能的，将所有颗粒材料保留在设备中也是困难的，因此，根据本发明，如下所讨论的，将额外的仪器结合到厌氧反应器11中。
分离器或粒子保留单元31被布置在外圆筒14的顶部附近，参见图2a，构成粒子捕集通道，流体在进入内圆筒的区域112a之前不得不流经该通道。以类似的方式，分离器32可以布置在内圆筒15的顶部附近，在第二反应室112和排放导管17之间，流体在离开反应器11之前不得不流经该分离器。这些分离器31、32具有在每个圆筒中尽可能多地保留固体颗粒材料直至其通过微生物的作用转化为气体的功能。
图2b是图2a所示的实施方案的顶部剖视图。
现在参考图2c，这样的粒子保留单元(例如31)可以在下表面处提供有这样的布置，所述布置将小的上升气泡在它们沿着下表面朝向这些下表面的最高点流动时聚集成较大的气泡。这可以通过在这些表面上具有向下指向的框缘(rim)以将气泡引导到每个表面的最高点来实现，其中存在开口以引导气泡在何处释放以进一步垂直流向上部流体表面。在图2c中，倾斜区域33和34被布置成引导携带小固体粒子的垂直上升的气泡远离分离器31的入口，以防止粒子随流体逸出反应室。可以使用至少一个大体上垂直布置的管道35以将这样的积聚气泡和粒子传送到所讨论的反应室的顶部，或者它们可以在分离器31的外部自由地向上流动。通过槽形入口37进入分离器31，流体不得不在大体上水平的方向上移动，而较轻的气泡倾向于垂直上升通过入口。
在粒子保留单元31内可以设置有垂直延伸的隔离壁36以确保流体在该单元中的大体上层流向上流动。
图2d提供了图2c所示的粒子保留单元31的一部分的透视图，其是略微向上的方向。倾斜区域或元件33和34显示为具有向下延伸的框缘，有助于将气泡向上引导至布置在它们最高点处的框缘中的端口。围绕倾斜区域34的框缘中的端口定位成使得从该区域逸出的大部分气泡将进入任选的管道35。用于液体到粒子保留单元的槽形入口37由于倾斜区域33和34在水平方向上部分重叠而在附图上几乎无法看到。
图2e示出了与图2c的实施方案31略有不同的粒子保留单元131的实施方案，主要区别在于单元131的外圆筒形壁延伸以至少部分地覆盖倾斜区域133、134，并且在倾斜区域134的上端处的用于气泡的开口具有在圆筒形壁中的孔的形式而不是在框缘中的凹槽的形式。
图2e的实施方案在图2f中以不同的角度示出，其中圆筒形壁中的孔和管道135面向观察者。图2f中的虚线示出了气泡沿着倾斜区域134(虚线)(该倾斜区域134被粒子保留单元的外圆筒形壁(在液体的入口开口下方)遮蔽)向上移动、穿过壁中的孔到达外部并且从那里进入管道135的下入口、仍然向上升起的路径。
图2g是粒子保留单元131内部的顶部剖视图，示出了多个平行的隔离壁136，其使得进入的流体大体上层流流动通过。图2h示出了粒子保留单元231内部的顶部剖视图，示出了径向布置的多个隔离壁236，其仍然使得进入的流体大体上层流流动通过。图2i示出了粒子保留单元331内部的顶部剖视图，示出了具有管道堆叠形式的多个隔离壁336，所述管道的直径明显小于粒子保留单元331的直径。而且在这种情况下，使得进入粒子保留单元的流体大体上层流流动通过。
将小气泡在它们上升到反应器液体表面之前以使得它们局部施加强烈混合的方式将它们聚集成大气泡的目的是破碎上流体表面处的漂浮污泥以增强该漂浮污泥内的气体的释放，并且允许这样的污泥更快地沉降到反应室的较低部分。这些较大的气泡可以沿着粒子保留单元(31、32)的侧面自由流动，或者在终止于流体表面附近的管道中自由流动。
这样的粒子保留单元31、32也可以提供有由与所述单元侧壁平行的平行板或管组成的内部布置，以减轻流扰动并且获得层流条件从而增强粒子的沉降。
反应室111可以设置有任何合适的温度控制装置，以便监测和控制其内的温度。
还有一种选择是在所述圆筒的仅一个中包括这样的分离器，例如仅在内圆筒中的分离器32。每个分离器可以是技术上简单的装置，如大体上圆筒形的主体设置有延伸到材料倾向于移动通过的区域中的倾斜板，以延迟其向上运动并且优选地施加一个或多个运动方向变化以及对于反应室111、112中的一者或二者加长从进口导管至出口导管的行进距离。分离器的形状应该是这样的，由于夹带的气泡而向上漂浮的粒子将被倾斜板转移以不进入分离器反而漂浮到顶部，当夹带的气体已被释放时，粒子将通过重力从顶部沉降回来。更复杂的分离器可以包括多个板等，以在流体到达排放的途中对流体施加若干方向变化。
现在参考图3，其更定向于方法而不是设备设计。在另一个优选的实施方案中，不依赖于分离器的存在，第二反应器21布置在第一厌氧反应器的下游。该第二反应器被布置为好氧反应器，并且至少具有净化来自第一反应器的排放水的功能。它还可以具有借助于从第二反应器到第一反应器的流体再循环来支持和改善第一反应器中的消化条件的功能。第二反应器可以以多种方式设计，共同要素是这样的布置，其中空气或氧气或富氧空气与流体密切接触一段时间，该时间足以使氧气被水吸收，使得反应器中的微生物可以吸收足够的氧气以引起氧气与流体中的组分如特别是甲烷和有机组分之间的生物化学反应。
第二反应器21包括至少两个反应室211、212以及再循环导管28，第一反应室211被布置成接收通过第一反应器的排放导管17排放的材料作为进料，第二反应室212被布置成用于通过进口导管29添加氧气，再循环导管28用于将具有颗粒材料的流体从好氧反应器21再循环到厌氧反应器11，而第二反应器的任选的第三反应室213具有用于净化的流体的上排放导管26和用于大部分颗粒物质的下排放管道27。
在优选的实施方案中，好氧反应器21可以设置有在反应室211和212之间的粒子保留单元以及任选地在排放导管26处的粒子保留单元，以代替第三反应室213。
再循环导管28典型地设置有用于控制通过其的流动速率(独立于通过反应室的其他流动速率)的工具。
现在参考图4。类似于第一反应器，第二反应器可以设计为在管中的多个管。更具体地，第二反应器21的第一反应室211可以限定在内部的开口垂直管22内，而第三反应室213可以限定在外部的封闭垂直管23和这样的内部垂直管22之间。
具体地，第二反应器21可以由通过垂直壁隔开的三个反应室211、212、213构成，所述垂直壁具有布置在更宽的内管22内的开口最内管24的形状，内管22和最内管24二者都布置在仍然更宽的封闭垂直管23内，最内管24的上壁边缘在流体排放导管26下方终止，所述流体排放导管26确定封闭垂直管23中的液面。最内管24的下壁在外部的封闭垂直管23的底部上方终止，而更宽的内管(22)的上壁边缘在流体排放导管26上方终止，所述流体排放导管26确定封闭垂直管23中的液面。更宽的内管22的下壁在外部的封闭垂直管23的底部上方终止，因此在管22的内壁和管24的外壁之间限定了环形空间211，并且在管23的内壁和管22的外壁之间限定了环形空间213。
图3是根据构成本发明第二方面的方法的工艺示意图。应该注意的是，图3并不旨在说明所涉及的反应器或反应室的任何具体设计，仅仅是方法论。因此，在图3的左手部分中发生的过程可以很好地在前面讨论的附图所示类型的反应器中进行。
在左侧，进料流体流过反应器，在该反应器中进行厌氧消化过程。待处理的有机材料/污泥通过在第一反应室111底部处的导管12供应。微生物(主要是厌氧细菌和古细菌)存在于反应器11的污泥床中，以促进以本身已知的方式转化成甲烷。进料的流体部分在隔离壁15的上方通过，任选地通过分离器。如前所述，隔离壁15可以是由外圆筒包围的内圆筒的壁。
从此处，流体向下流动并且进入反应区或室112a，在隔离壁下方流过并且在反应室112b中向上流动。然后，任选地在通过分离器(未示出)之后，流体流动通过排放导管17，从与进口导管25连接的第一反应器11在第二反应器21的顶部附近进入21中。第二反应器被布置为好氧反应器并且包括三个反应室或反应区211、212、213，如下所述，它们至少部分地彼此隔开。在好氧反应器21的第一反应区211中，流动方向向下。在第二反应区212中，流动方向向上，这通过经由进口导管29添加空气、富氧空气或纯氧气促进。通过区211和212之间的连续循环将存在相互作用，所述区211和212仅通过隔离壁24部分地隔开，所述隔离壁24在其下侧边缘下方并且在其上侧边缘上方具有开口通道。区212中的通气提供所需的氧气(即用于微生物)，以在氧气与流体中的组分如甲烷和有机组分之间进行生物化学反应。可以在区211的底部处收集粒子，并且将粒子与一些量的流体一起再循环至厌氧反应器11，例如通过再循环导管28，从而通过增加的沼气产生和改善的沼气质量来提高厌氧性能。
经处理的流体在将区212与213部分地隔开的隔离壁22下方离开区212至区213。区213用作沉降区以保留粒子。可以在区213的底部收获粒子并且通过出口导管27排放粒子。
主要特征和优点
该新的发明结合了UASB和ABR的最佳方面，简化了ABR设计，使其构造更便宜，并且能够更有效地保留粒子，与标准ABR设计相当。
此外，优选的整合的厌氧和好氧过程增强了有机物质向甲烷的转化，超过了仅通过厌氧过程可获得的转化。反应器21中的好氧过程通过使用氧作为电子受体的生化反应，通过好氧微生物的生长捕获厌氧流出物中剩余的溶解的有机物质和溶解的无机物质并将其转化为生物质。将好氧反应器中的流体的一部分以受控方式泵送回到厌氧反应器，以供应好氧生物质作为厌氧反应器中用于甲烷产生的额外进料。
这样的好氧生物质可以在厌氧过程中具有额外的益处，因为它可以含有比纯厌氧培养物更多且不同的酶，由此增强进料中粒子的水解，还导致更多且更快的沼气产生。
引入室212中的含氧气泡在212中引起向上的流体流动，其在211中将再次引起向下的流体流动，在211中引入了来自厌氧反应器的流出物，使得引入的流体中溶解的气体被吸收在好氧反应器流体中，同时流体向下流动，使得生物体有时间吸收甲烷，从而防止甲烷作为温室气体在厌氧反应器下游被汽提。流体中溶解的甲烷被消耗并且用作好氧微生物生长的进料，使得当流体在底部进入212时，该流体中不存在溶解的甲烷，从而避免甲烷随着引入到室212中的空气气泡被汽提到大气中。
在211中引入的流体中的溶解的CO2不具有作为用于好氧生物质生长的进料的作用并且将不会被吸收，因此当流体进入212时它将随着引入其中的空气气泡被汽提到大气中。由此从21再循环到11的流体具有低的CO2，使得从厌氧反应器回收的沼气的甲烷与CO2的比率高于在不具有这样的与21的过程相互作用的情况下在11中将实现的甲烷与CO2的比率。组合11和21由此用作用于内部沼气升级的原则，因为甲烷是所需的产品。
比水重的粒子通过重力从在213中向上流向流出物导管26的水中分离，并且由此保留在该过程中以维持高浓度的微生物，从而进行所需的过程并且制备可以作为产品收获的富含营养物的团聚体，并且避免经处理的水中的粒子。分离器或粒子保留单元，如图2a中的31和32，可以用于与室213相同的目的，作为在21中保留团聚粒子的替代方案。可以从反应器11和/或21收获中剩余的团聚体，以获得不同品质的团聚体。
虽然借助于好氧反应器进行的过程通常显示为材料从左向右移动，但是反应器的方便设计在这种情况下也可以具有彼此包围的垂直圆筒的形式，在这种情况下为圆筒套圆筒套圆筒，如图4主要说明的和以上评论的。
根据本发明使用的微生物培养物典型地作为悬浮的微生物培养物存在，或作为附着的微生物培养物存在，或作为其组合存在。
厌氧过程可以作为上流式厌氧污泥床进行，这意味着当流体离开室时培养物通过重力保留。
在反应区211中的流体中的溶解的甲烷被好氧微生物消耗，使得当流体进入反应区212时在流体中不存在溶解的甲烷，从而避免甲烷随着引入到反应区212中的空气气泡被汽提到大气中。
当流体进入反应区212时，引入到反应区211中的流体中的溶解的CO2可以随着引入到反应区212中的空气气泡被汽提到大气中，使得从好氧过程21到厌氧过程11的再循环流体28具有低的CO2，从而促进厌氧过程中产生的沼气具有高的甲烷与CO2比率。
作为经处理的水离开所述过程的流体不得不在第三反应区213中向上流动，使得比水重的粒子通过重力从水中分离，并且由此保留在该过程中以保持高浓度的微生物，从而进行所需的过程并且制备可以作为产品收获的富含营养物的团聚体，并且在再循环导管28中保持高水平的富含有机营养物的团聚体和在经处理的水中避免粒子。
本发明的厌氧过程通常可以在任何数量的上流式厌氧污泥床中进行，其中在每个上流式厌氧污泥床室和所述室的排放之间布置粒子保留单元。
实施例
根据图1构建的中试装置已经使用来自真空马桶的富粒子“黑水”作为进料进行了几个月的测试。根据标准程序和由Hach,Manchester,GB提供的仪器进行测量，以反应器内外的化学需氧量(COD)的方式，图5的第一副图显示了有机物质去除的进展。从2015年7月15日开始至2015年10月13日，定期进行测量，并且显示出在接近测试期结束时，当过程达到稳态条件时，超过一半的进料COD被去除。当含有蛋白质的有机物质分解时，铵被释放，如可以在第二副图中看到的，其中测得的出口铵水平比稳态下的进口浓度高几倍，证实了在反应器设计中有机物质的有效降解。若干其他测量如pH、有机酸、沼气产生和沼气组成也证实所述过程按预期发挥作用。
Figure BDA0002135129850000111

Claims (21)

1.一种用于处理湿有机物质以产生沼气的设备，所述设备包括用于所述湿有机物质的厌氧消化的第一反应器(11)，其中所述第一反应器(11)是封闭厌氧反应器，并且其中所述第一反应器(11)具有两个垂直管的形式，垂直布置的外管(14)限定第一反应室(111)，所述第一反应室(111)包围垂直布置的内管(15)，所述内管(15)通过垂直隔离壁(16)被分成第二反应室(112)的第一区域(112a)和第二区域(112b)，所述垂直隔离壁(16)在所述内管(15)的底部附近在所述第一区域(112a)和所述第二区域(112b)之间留有自由区域以允许通过该自由区域的材料运输，所述第二反应室的所述第一区域(112a)的上端具有通向第一反应室(111)的开口以允许从所述第一反应室(111)至所述第二反应室(112)的所述第一区域(112a)的材料运输，所述第一反应室(111)在其下端与第一进口导管(12)连接，同时所述第二反应室(112)在其上端与用于流体材料的流体排放导管(17)连接，所述第一反应器(11)还具有用于在所述两个反应室(111、112)中的任一个中形成的气体的顶部排放管道(18)，其特征在于，在所述第一反应器(11)的所述第一反应室(111)和所述第一反应器(11)的所述第二反应室(112)的所述第一区域(112a)之间布置第一粒子保留单元(31)，其中所述第一粒子保留单元(31)在下表面处提供有以下布置，所述布置将小的上升气泡聚集成较大的气泡并且以使得它们局部地施加强烈混合的方式引导这些气泡上升至反应器液体表面，从而破碎漂浮污泥以增强这种漂浮污泥内的气体的释放。
2.根据权利要求1所述的设备，其中在所述第一反应室(111)和所述第二反应室的所述第一区域(112a)之间的所述开口具有在垂直壁部分中的槽形开口(15c)的形式，以这样的方式使得从所述第一反应室(111)流动至所述第二反应室的所述第一区域(112a)的流体在所述第一反应室(111)的上流体表面下方从所述第一反应室(111)排放。
3.根据权利要求1所述的设备，其中在所述第二反应室(112)和所述流体排放导管(17)之间布置第二粒子保留单元(32)。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述较大的气泡在终止于所述流体表面附近的管道中流动。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一粒子保留单元(31)提供有由与所述单元侧壁平行的平行板或管组成的内部布置，以减轻流扰动并且获得层流条件，从而增强粒子的沉降。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一反应室(111)设置有温度控制装置。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备另外包括布置在所述第一反应器(11)下游的第二反应器(21)，其中所述第二反应器(21)是封闭好氧反应器，并且其中所述第二反应器(21)包括与来自所述第一反应器(11)的所述流体排放导管(17)连接的流体进口导管(25)，其中所述第二反应器(21)包括至少两个反应室(211、212)和再循环导管(28)，所述第二反应器的第一反应室(211)被布置成接收通过所述第一反应器的流体排放导管(17)排放的材料作为进料，所述第二反应器的第二反应室(212)被布置用于通过第二进口导管(29)添加氧气，所述再循环导管(28)用于将具有颗粒材料的流体从所述第二反应器(21)再循环到所述第一反应器(11)。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述第二反应器(21)还包括第三反应室(213)，所述第三反应室(213)具有用于净化的流体的上排放导管(26)和用于大部分颗粒物质的下排放导管(27)；或
其中所述第二反应器(21)还包括布置在所述第二反应器的所述第一反应室(211)或所述第二反应室(212)和所述上排放导管(26)之间的第三粒子保留单元。
9.根据权利要求7或8所述的设备，其中用于将颗粒物质和流体从所述第二反应器(21)再循环到所述第一反应器(11)的所述再循环导管(28)设置有用于控制流动速率的工具。
10.根据权利要求8所述的设备，其中所述第二反应器(21)的所述第一反应室(211)被限定在内部开口垂直管(22)内并且所述第三反应室(213)被限定在外部封闭垂直管(23)和所述内部开口垂直管(22)之间。
11.根据权利要求7所述的设备，其中所述第二反应器(21)包括通过垂直壁隔开的三个反应室(211、212、213)，所述垂直壁具有布置在更宽的内部开口垂直管(22)内的开口最内垂直管(24)的形状，所述内部开口垂直管(22)和开口最内垂直管(24)二者被布置在更宽的外部封闭垂直管(23)内，所述开口最内垂直管(24)的上壁边缘在确定所述外部封闭垂直管(23)中的液面的所述上排放导管(26)的下方终止，所述开口最内垂直管(24)的下壁在所述外部封闭垂直管(23)的底部上方终止，所述更宽的内部开口垂直管(22)的上壁边缘在确定所述外部封闭垂直管(23)中的液面的所述上排放导管(26)的上方终止，所述更宽的内部开口垂直管(22)的下壁在所述外部封闭垂直管(23)的底部上方终止，从而限定在所述内部开口垂直管(22)的内壁和实施开口最内垂直管(24)的外壁之间的环形空间形式的第一反应室(211)并且限定在所述外部封闭垂直管(23)的内壁和所述内部开口垂直管(22)的外壁之间的环形空间形式的第三反应室(213)。
12.一种用于使用根据权利要求7-11中任一项所述的设备来处理包含流体和固体颗粒物质的混合物的湿有机物质以清洁所述流体从而产生甲烷的方法，所述方法包括通过微生物培养物促进的在第一反应器中的厌氧消化，接着是在三个反应区中的在第二反应器中的好氧处理，其中空气或富氧空气或纯氧气鼓泡通过来自厌氧过程的流体流出物，至少产生来自所述厌氧处理的大部分是甲烷的顶部产物流、大部分是有机且富含营养物的颗粒物质的底部流和大部分是水的排放流，其特征在于，将粒子至少保留在所述第一反应区中。
13.根据权利要求12所述的方法，其中在所述第一反应区和所述第二反应区之间施加显著程度的再循环，将所述空气或富氧空气或纯氧气供应至所述第二反应区。
14.根据权利要求12所述的方法，其中将在所述好氧过程中进行处理的流体的受控部分再循环回到所述厌氧过程以增强其中的甲烷产生。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述微生物培养物作为悬浮的微生物培养物或作为附着的微生物培养物或者作为其组合存在。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述厌氧过程作为上流式厌氧污泥床进行，意味着当所述流体离开所述室时所述培养物通过重力被保留。
17.根据权利要求12所述的方法，其中在所述好氧过程中引入空气或富氧空气或纯氧气气泡以供应氧气并且在一个反应区中引起向上的流体流动，由此在其中引入来自所述厌氧过程的流出物的相邻反应区中引起向下的流体流动，使得在所述流体正在向下流动的同时在所引入的流体中的溶解的气体在所述好氧过程中被所述流体吸收。
18.根据权利要求13所述的方法，其中在反应区中的所述流体中的溶解的甲烷被消耗并且用作用于好氧微生物生长的进料，使得当所述流体进入反应区时所述流体中不存在溶解的甲烷，由此避免甲烷随着引入到反应区中的空气气泡被汽提到大气中。
19.根据权利要求13所述的方法，其中当引入反应区的流体进入反应区时所述流体中的溶解的CO2随着引入到反应区中的空气气泡被汽提到大气中，使得从所述好氧过程再循环至所述厌氧过程的流体具有低的CO2，由此促进在所述厌氧过程中产生的沼气具有高的甲烷与CO2比率。
20.根据权利要求12所述的方法，其中作为经处理的水离开所述过程的流体在所述第三反应区中不得不向上流动，使得比水更重的粒子通过重力从所述水中分离并且由此被保留在所述过程中，从而维持高浓度的微生物以进行所需的过程和制备可以作为产物收获的富含营养物的团聚体以及在再循环导管中维持高水平的富含有机营养物的团聚体并且在所述经处理的水中避免粒子。
21.根据权利要求12所述的方法，其中所述厌氧过程在任意数量的上流式厌氧污泥床中进行，其中在各个上流式厌氧污泥床室和所述室的排放之间布置粒子保留单元。
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