[發明專利]一種利用生物填料強化有機固廢厭氧消化能力的反應器

在審

• 申請號: 202110986651.2
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113695356A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 戴曉虎;陳永棟;李磊;劉芮;劉昊宇
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B09B3/00
• 分類號: B09B3/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 陳天寶

本發明涉及一種利用生物填料強化有機固廢厭氧消化能力的反應器，包括反應器主體和預設于反應器內部的生物填料系統；所述反應器主體包括反應器壁和設于反應器壁上的進料口、沼氣收集管、攪拌組件；所述生物填料系統包括設于所述反應器主體內部的填料網兜，所述填料網兜中設有生物填料，所述反應器壁上與填料網兜對應位置處設有清掏口，通過清掏口實現生物填料的取出或更換。與現有技術相比，本發明大大強化了有機固廢在厭氧消化過程中的水解、產酸、產甲烷效率，且生物填料不會隨出料流失，不存在堵塞現象，且填料能夠回收利用，實現了經濟價值的最大化。

技術領域

本發明涉及有機固廢厭氧消化處理技術領域，尤其是涉及一種利用生物填料強化有機固廢厭氧消化能力的反應器。

背景技術

厭氧消化經常被用于處理有機質固體廢棄物。在厭氧消化過程中，固體廢棄物中的有機物經過水解、酸化、甲烷化過程得到穩定和去除。然而，依然有一系列瓶頸問題影響了厭氧消化的高效運行。首先，水解是大部分有機固廢(如市政污泥、畜禽糞便、農作物秸稈等)厭氧消化的限速步驟，這類有機固廢在厭氧消化過程中水解的速度和限度直接決定了其厭氧消化性能的好壞；其次，有機固廢高負荷厭氧消化過程中會產生大量的揮發性脂肪酸(VFA)，其中丙酸的積累可能會對產甲烷菌的活性造成嚴重的影響，而由于丙酸向乙酸轉化在熱力學上不能夠自發，轉化過程容易受到高氫分壓的影響；然后，傳統的有機固廢厭氧消化的甲烷產率不高(市政污泥120-160mL/gVS，農作物秸稈160-220mL/gVS，廚余垃圾260-420mL/gVS)，遠遠低于其產甲烷潛力。

針對以上問題，科研人員展開了細致的研究，發現一些外源物質的添加可以解決上述瓶頸問題。有科研人員在市政污泥厭氧消化系統中加入了Fe₂O₃顆粒，發現Fe₂O₃顆粒富集了異化鐵還原細菌，強化了市政污泥中有機物的水解；有科研人員在市政污泥高含固厭氧消化系統中添加了Fe₃O₄顆粒，發現富集了特定的電活性細菌，并強化了直接種間電子傳遞(DIET)，加快了丙酸的代謝，并加快了甲烷的生成速率；還有學者在市政污泥、廚余垃圾單獨消化和共消化過程中添加量生物炭、鐵單質等，發現這兩種物質的添加均能顯著地提升甲烷產量和甲烷含量。

盡管在實驗室小試研究中發現外源物質的添加能夠顯著地強化有機固廢厭氧消化效率，但其實際工程應用遇到了一系列問題，主要是：第一，單獨添加碳基材料并不能十分顯著地強化DIET作用，且只有在水解酸化效率十分高的時候才能強化揮發性脂肪酸(VFA)向甲烷的同養轉化；第二，碳基材料表面和微生物表面的電子捕獲過程容易被忽略，主要是由于部分碳基材料表面活性位點較低所致；第三，鐵劑材料在厭氧消化體系中容易團聚；第四，鐵基材料在厭氧消化過程中容易流失。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種利用生物填料強化有機固廢厭氧消化能力的反應器，解決了現有技術中外源材料活性位點低、在厭氧消化系統中容易團聚和流失導致難以工程化應用的問題。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

本技術方案的目的是保護一種利用生物填料強化有機固廢厭氧消化能力的反應器，包括反應器主體和預設于反應器內部的生物填料系統；

所述反應器主體包括反應器壁和設于反應器壁上的進料口、沼氣收集管、攪拌組件；

所述生物填料系統包括設于所述反應器主體內部的填料網兜，所述填料網兜中設有生物填料，所述反應器壁上與填料網兜對應位置處設有清掏口，通過清掏口實現生物填料的取出或更換。

進一步地，所述填料網兜為與反應器壁的內部匹配的環形結構。

進一步地，所述填料網兜在反應器壁的內部沿垂向設置多個，以此構成立體層次化的填料網兜結構。

進一步地，在垂向上，各填料網兜中的生物填料種類不同。