[发明专利]将难降解有机物转化为生物气的设备和方法

说明书

本发明涉及一种用于将难降解有机物转化为生物气(13)的设备(100)，所述设备包括厌氧消化器(11)，配置所述厌氧消化器(11)，以便进料包含难降解有机物的有机材料(12)，并产生生物气(13)和包含至少一部分难降解有机物的消化物(14)，其特征在于，所述设备包括用于所述难降解有机物的受控的部分氧化的装置(15)，所述装置(15)包括：被配置以进料难降解有机物的入口，和被配置以控制所述难降解有机物在所述用于受控的部分氧化的装置(15)内的停留时间、从而部分降解难降解有机物的构件。本发明还涉及使用这样的设备将难降解有机物转化为生物气的方法。

技术领域

本发明涉及废物和废水处理领域并涉及将难降解有机物(refractory organics)转化为生物气的设备。本发明还涉及将难降解有机物转化为生物气的方法，目的在于减少难降解有机物，同时增加生物气产量。

背景技术

由于随原料一起供应的有机材料的生物发酵，厌氧消化产生生物气。处理复杂有机底物(substrates)的消化器通常实现30％至60％的挥发性固体减少。可将消化物(digestate)脱水以产生通常具有20％至30％固体的饼状物(cake)。

难降解有机物，诸如腐殖化合物(humic compound)，是在无氧/缺氧条件下难以水解的有机底物。因此，在消化工艺的上游，在厌氧消化环境中它们的解聚变得必要。厌氧消化可以通过消化器上游的热水解预处理来促进。

然而，垃圾填埋场沥滤液和热水解预处理的厌氧消化分离物和/或污泥可以显著增加废水处理厂的氮、难降解化学需氧量(也称为COD)和胶体材料负荷。在本专利申请中，术语难降解有机物包括有机氮、难降解COD和/或胶体材料。

一方面，这种有机负荷对厌氧铵氧化和氨氧化细菌种群二者都是抑制性的。因此，当设置侧流处理时，这些化合物导致生物活性降低。另一方面，这些化合物导致排放物氮和碳的增加，因此使得难以满足排放限制和/或要求。另外，它们还猝灭了废水处理厂出口上的UV光，导致这种系统的消毒效率降低。

用于生物气生产的大多数生物质预处理技术的产率受到阈值的限制。后者是由于对产甲烷种群而言碳的部分生物可用性和生物降解性。因此，上述方法的排放物可能在难降解化学需氧量(COD)和胶体材料负荷方面负荷很大。

现有的技术方案在于将排放物返回至进口(headworks)，以使用曝气池进行常规的碳处理。该技术方案导致曝气池中氧/空气消耗的增加以消除额外的碳并保持在不合格标准内。因此，增加了对曝气池曝气的电力需求并增加了待处理生物污泥的产生。

另一种现有技术方案在于对排放物实施Fenton氧化工艺。这种技术方案不令人满意，因为这种氧化导致碳破坏，也就是说，碳没有具有其原本的价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种增加生物气产量的技术方案，具有低曝气需求和进口返回(headworks return)，使用碳产生能量并增加总生物气产率而不是产生CO₂。本发明能够实现低试剂消耗以在小反应器设计内使生物气生产最大化。

为此，本发明的主题是一种用于将难降解有机物转化为生物气的设备，所述设备包括厌氧消化器，配置所述厌氧消化器以便进料包含难降解有机物的有机材料，并产生生物气和包含至少一部分难降解有机物的消化物，所述设备包括用于所述难降解有机物的受控的部分氧化的装置，所述装置包括被配置以进料难降解有机物的入口，和被配置以控制所述难降解有机物在所述用于受控的部分氧化的装置内的停留时间、从而部分降解难降解有机物的构件。难降解有机物的部分降解使单环和乙酸盐的产生最大化并使CO₂产生最小化。