[发明专利]用于使由污物收集的含甲烷生物气体的量最大化的主处理单元和系统

说明书

技术领域

一般而言，本发明涉及污物含甲烷生物气体收集领域，具体而言，本发明涉及用于使由污物收集的含甲烷生物气体的量最大化的主处理单元和系统。

背景技术

当天然存在的微生物分解并且消化污物时，污物会被消化，从而导致生成生物气体。在好氧环境中，有机废物降解的终产物主要为CO₂和H₂O。在厌氧环境中，废物降解的中间终产物主要是醇、醛、有机酸以及CO₂。在被称为甲烷微生物的特定微生物的存在下，这些中间体被最终转化为终产物CH₄和CO₂以及痕量的H₂S。

通过甲烷微生物形成甲烷被称为甲烷生成。

用于厌氧消化的简化总体化学方程式如下所示：

C₆H₁₂O₆→3CO₂+3CH₄。

还已经表明，甲烷生成采用来自其它有机化合物的碳，所述有机化合物例如为甲酸、甲醇、甲胺、二甲基硫醚和甲硫醇。

如果含甲烷生物气体将要用于商业或工业应用，其可能需要利用擦洗和清洁设备进一步处理(如氨气处理)，以使H₂S处于可接受的水平，并且降低硅氧烷的量。由上述过程获得的含甲烷生物气体可用于各种应用，包括发电和化合物(包括甲醇等)的化学合成。

随着时间的推移，污物通常沉积为三个基本可区分的层：1)底部淤积层，其包含比重比水大、密度比水高并且得自大部分固体污物的材料；2)中间层，该层包含液体和悬浮的固体，其中这些固体通常为在液体层中时继续降解的极小的有机材料；3)浮渣层(scrum layer)，该层基本上由比重比水小的材料(如油脂、油和脂肪)组成。各层限定具有不同特性的独特环境，所述特性维持不同的微生物群。

在常规腐化池或澄清池的淤积层中，由于厌氧消化而产生含甲烷生物气体。生物气体由淤积层渗出，然后通过中间液体层，随后经过浮渣层，从而汇集在腐化池或澄清池的上部空间。由于甲烷氧化细菌(甲烷营养菌)的群落可能存在于浮渣层内，因此生物气体的至少一些甲烷成分在通过浮渣层时会被消化为二氧化碳。现有的生物气体生成系统并没有被设计为最大程度地捕获或收集由淤积物分解产生的含甲烷生物气体，并且/或者防止含甲烷生物气体与浮渣层中的甲烷营养菌之间的相互作用。

提供上述背景信息是为了揭露申请人认为与本发明最为相关的信息。既不是旨在承认，也不应当解释为任何上述的信息构成了本发明的抵触本发明的现有技术。

发明概述

本发明提供一种用于使由污物收集的含甲烷生物气体的量最大化的系统，包括：1)主处理单元(PTU)，该单元有利于将甲烷消耗浮渣层与甲烷产生淤积层和甲烷收集点均隔离；以及2)含甲烷生物气体捕获或收集子系统。

任选地是，系统还包括可操作性地与PTU连接的用于促进甲烷生成的过程和/或含甲烷生物气体输送子系统。

本发明的目的是提供一种用于使由污物收集的含甲烷生物气体的量最大化的主处理单元(PTU)和系统。根据本发明的一个方面，提供一种适合于收集含甲烷生物气体的主处理单元，所述主处理单元包括污物沉积区域和淤积物消化区域，其中所述污物沉积区域适合于接收污物，并且输出外排液，并且所述消化区域适合于从沉积区域接收污物的固体成分，并且输出基本上在消化区域生成的含甲烷生物气体，其中含甲烷生物气体的输出基本上不与污物浮渣层接触。

根据本发明的另一个方面，提供一种适合于收集含甲烷生物气体的主处理单元，其中所述主处理单元被构造为将污物沉积和淤积物消化分别分隔在沉积区域和消化区域内，并且输出基本上在消化区域生成的含甲烷生物气体，其中含甲烷生物气体的输出基本上不与污物浮渣层接触。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于收集含甲烷生物气体的系统，包括：主处理单元，该单元被构造为将污物分为浮渣层、液体层和淤积层，所述主处理单元包括适合于接收污物并且输出外排液的沉积槽以及适合于从所述沉积槽接收污物的固体成分的消化槽，所述沉积槽具有第一顶部空间，该第一顶部空间被构造为使池子和下游管道与大气相通，以防止液压锁紧，并且收集基本上在沉积槽内生成的生物气体，并且所述消化槽具有基本上与第一顶部空间分隔的第二顶部空间，该第二顶部空间被构造为收集基本上在消化槽内生成的含甲烷生物气体，其中所述浮渣层基本上保留在沉积槽内，并且淤积层基本上保留在消化槽内；以及生物气体收集系统，该系统与所述第二顶部空间可操作性地连接。