專利名稱：處理有機原料的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種處理有機原料的方法以及使用該方法的設(shè)備，具體地說，所述方法是將高含氨有機原料用于凈化在降解中產(chǎn)生的沼氣的方法。本發(fā)明還涉及由該方法得到的產(chǎn)物。
背景技術(shù)：
出版物US 4824571公開了一種用于在缺氧介質(zhì)中降解各種有機產(chǎn)物和廢料的方法和設(shè)備。該方法產(chǎn)生降解產(chǎn)物和沼氣。該方法中，將待降解的物質(zhì)引入發(fā)酵池并回收所產(chǎn)生的沼氣。此后將沼氣從底部返回進(jìn)入池中以提供流化效果。
出版物US 4302236公開了堆肥體系在洗滌氣體排放物中的應(yīng)用。該方法中，具體地說，是從高含硫氣流中除去可形成無機酸的成分。無機基團(tuán)在氧或水存在下形成無機酸。使待凈化的氣流通過活性堆肥可生物降解的有機廢料，該有機廢料保持在嗜熱細(xì)菌相的消化條件下。
出版物WO 93/06064公開了一種中和并回收所形成的與濕堆肥有關(guān)的氣體的方法。該出版物中所描述的發(fā)明目的是使有害、有毒和/或污染性的糞料氣變得無害。根據(jù)該出版物，將部分氣體回用于堆肥物質(zhì)以改善其營養(yǎng)價值。
出版物DE 3134980公開了在沼氣反應(yīng)器中的厭氧環(huán)境下利用由菌株產(chǎn)生的并儲存在沼氣儲存器內(nèi)的沼氣來混合生物物質(zhì)的方法。該方法中，用周期性的沼氣吹風(fēng)來混合生物物質(zhì)。利用沼氣反應(yīng)器中的菌株提供必要的沼氣壓力。從外部將該反應(yīng)器密閉并將該反應(yīng)器與沼氣壓力容器相通。釋放沼氣壓力容器中的壓力，隨后將沼氣吹入生物物質(zhì)，再進(jìn)一步將沼氣從所述生物物質(zhì)處導(dǎo)入沼氣容器。
專利申請EP 486466公開了有機廢料的可控且連續(xù)的有氧生物分解的方法。將待分解的原料(其中選擇性地接種了細(xì)菌與微生物的混合物)投入到微生物廢料物質(zhì)中，并將已降解的原料排出，其中通入用于降解的含氧氣體。該出版物中所述的方法的目的是控制含氮產(chǎn)物的降解。該方法中，根據(jù)降解產(chǎn)物的NH3含量和pH，在所述含氧氣體中加入CO2氣體，從而使氣體與不含氮或含氮極少的部份相混合。該出版物所述的方法是有氧方法。
有機原料可以從源自動植物的生成物的各種來源中獲得。與降解植物的有機原料有關(guān)的一個問題是待處理原料的可獲得性具有季節(jié)依賴性，而且即使該植物是大量有機物固體，也必須能夠在短期內(nèi)得到處理，因為它們不能夠長久儲存。有機原料的保存造成幾個問題，例如保存會產(chǎn)生NH3，而NH3是有毒化合物，會抑制微生物起作用。目前生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)器僅允許引入低固體含量的物質(zhì)，因為NH3抑制了反應(yīng)器中微生物的活動。季節(jié)性生產(chǎn)的有機原料的保存也會導(dǎo)致問題的產(chǎn)生，這是因為如果采用傳統(tǒng)生物轉(zhuǎn)化方法，由于對pH變化敏感，則它們既不能在酸性條件也不能在堿性條件中保存。傳統(tǒng)生物轉(zhuǎn)化方法還對溫度變化極度敏感。
此外，用傳統(tǒng)方法產(chǎn)生的沼氣中二氧化碳含量較高。二氧化碳是對環(huán)境有害的化合物，一般要將其除去。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供可以解決上述問題的方法和實施該方法的設(shè)備。用獨立權(quán)利要求所公開的特征限定的方法和體系可以實現(xiàn)該目的。從屬權(quán)利要求中公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。
本發(fā)明基于以下想法將從進(jìn)行降解過程即水解的第一反應(yīng)器通出的沼氣通過包含氨水或高氨含量的有機原料的第二加壓反應(yīng)器。這樣，甲烷/二氧化碳混合氣中的二氧化碳在第二反應(yīng)器中與氨水反應(yīng)形成碳酸氫銨和/或碳酸銨。所形成的一種或多種化合物構(gòu)成了緩沖化合物的一部分，所述的緩沖化合物不會象游離氨一樣在處理過程中抑制微生物，因為所形成的緩沖化合物會阻止不利于微生物的pH變化。因此，第二反應(yīng)器中所產(chǎn)生的淤渣可以重復(fù)利用進(jìn)入第一反應(yīng)器，該淤渣由待水解的物質(zhì)和沼氣所構(gòu)成且包含一種或多種緩沖化合物。
待處理的有機原料可以源自植物或動物。本文中有機原料是指任何有機成分。高含氨原料在此是指含氨的原料。氨可以僅來自于待處理的生物廢料本身，或在必要時將其加入到待處理的原料中。具體地說，富含蛋白質(zhì)和/或脂肪的有機原料天然地產(chǎn)生大量氨。加入到待處理的有機原料中的氨或微生物在其中所產(chǎn)生的游離氨通過生物轉(zhuǎn)化即水解來軟化細(xì)胞膜，并且水解本身還會顯著加速。本發(fā)明的方法和設(shè)備在加壓的和不加壓的生物轉(zhuǎn)化處理中均可使用。
本發(fā)明具有在生物轉(zhuǎn)化處理之前有機原料可以在堿性或酸性條件中保存的優(yōu)點。這對季節(jié)性產(chǎn)生的廢料的消化處理是特別有利的。在生物轉(zhuǎn)化處理方面，用酸或堿進(jìn)行保存最終得以實現(xiàn)。以前這是不可能的，因為用酸或堿保存的原料無法進(jìn)行進(jìn)一步的消化處理。用酸或堿保存還意味著在進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化之前可以對有機原料進(jìn)行衛(wèi)生化。在這一點上，衛(wèi)生化是指消滅原料中的病原菌。以前是通過例如熱處理即巴氏滅菌法進(jìn)行衛(wèi)生化。因此，本發(fā)明的體系提供了通過熱處理進(jìn)行衛(wèi)生化的替代方法。
本發(fā)明的方法和體系的優(yōu)點是可以將更大量的固體物質(zhì)引入生物轉(zhuǎn)化。此外，考慮到甲烷產(chǎn)率，具有微生物活性的廢料可以在最佳狀態(tài)下儲存，并且無需進(jìn)行熱操作即可使衛(wèi)生水平符合EU(歐盟)指標(biāo)。本發(fā)明方法具有這樣的優(yōu)點，即，它可以將緩沖溶液和/或含緩沖溶液的待處理的有機原料再次引入到因氨含量過高而中斷其處理的水解反應(yīng)器中，因而可以使其重新啟動。此外，本發(fā)明方法使得可以將有機原料比之前保存得更久，這有利于儲存。所形成的氨不再妨礙處理，相反地，長期的儲存預(yù)處理了廢料。該方法產(chǎn)生了可以回收并重新利用的水解產(chǎn)物和沼氣。
由本發(fā)明的方法實現(xiàn)的一個優(yōu)點是由此產(chǎn)生的沼氣所包含的二氧化碳比傳統(tǒng)方法產(chǎn)生的沼氣中的二氧化碳要少得多。低二氧化碳含量的沼氣是對環(huán)境友好的。
本發(fā)明方法和設(shè)備具有這樣的優(yōu)點，當(dāng)將第二反應(yīng)器中形成的含緩沖化合物的淤渣再循環(huán)至第一反應(yīng)器時，因為減少了pH變化，所以工藝過程較穩(wěn)定。在水解處理的傳統(tǒng)反應(yīng)器中，對于微生物最有利的條件主要存在于反應(yīng)器的底部。在傳統(tǒng)工藝中，反應(yīng)器中部的條件相當(dāng)適于微生物，而在反應(yīng)器中上層物質(zhì)的條件是不利于微生物發(fā)揮作用的。傳統(tǒng)水解工藝中，在反應(yīng)器中將待水解的物質(zhì)混合時，僅使條件變得對微生物更加惡劣。相反，因為本發(fā)明方法所形成的緩沖化合物阻止了水解反應(yīng)器中pH的變化，所以提供了適于微生物發(fā)揮作用的最佳條件。這樣，工藝的穩(wěn)定化將使工藝條件得到改善，并在水解反應(yīng)器中得到更大量的有用微生物。隨后，更大量的有用微生物導(dǎo)致可以將更大量的有機原料投入水解反應(yīng)器，或相應(yīng)地，如果所用進(jìn)料量相同，則處理時間將變短。
本發(fā)明的方法還具有一個優(yōu)點，即，緩沖化合物可以由水解處理的成分單獨產(chǎn)生，而不需要在工藝過程中加入化學(xué)試劑。在第二反應(yīng)器即所謂的加速器或穩(wěn)定器中形成緩沖化合物是一種改善和加速水解處理的非常經(jīng)濟(jì)的方法。如果直接將可商購的緩沖化合物加入第一水解反應(yīng)器，將需要加入極大的量，處理成本將不合理地上升。
本發(fā)明的方法和設(shè)備使得能夠特別有效地生產(chǎn)特別純的沼氣。因為進(jìn)入第二反應(yīng)器的沼氣中所含有的CO2與氨反應(yīng)并形成一種或多種緩沖化合物，所以本發(fā)明的方法提供了具有高甲烷含量的沼氣。這樣，可以在第二反應(yīng)器中對沼氣進(jìn)行洗氣，且水解裝置中不需要單獨的沼氣清洗裝置。


將參考附圖并結(jié)合優(yōu)選實施方案更詳細(xì)地描述本發(fā)明，圖1和圖2是實施本發(fā)明一些實施方案的示意圖。
圖1顯示了用于實施本發(fā)明一個優(yōu)選實施方案的設(shè)備。
圖2顯示了用于實施本發(fā)明一個優(yōu)選實施方案的設(shè)備。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及處理有機原料的方法，該方法使用至少兩個反應(yīng)器并包括以下步驟a)在至少一個第一反應(yīng)器中對有機原料進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化；b)在至少一個第二反應(yīng)器中用氨處理在所述生物轉(zhuǎn)化中形成的沼氣；c)將第二反應(yīng)器中形成的緩沖溶液再循環(huán)至第一反應(yīng)器內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化中。
在這一點上所述生物轉(zhuǎn)化是指水解，該水解是對有機原料進(jìn)行部分水解或完全水解。所述生物轉(zhuǎn)化可以是加壓或不加壓的過程。
第一反應(yīng)器是指進(jìn)行所述生物轉(zhuǎn)化的一個或多個反應(yīng)器?？梢杂卸鄠€反應(yīng)器進(jìn)行所述生物轉(zhuǎn)化。
第二反應(yīng)器是指其中裝入了部分水解或完全水解的有機原料和/或氨和/或含氨原料和沼氣的一個或多個反應(yīng)器。實際上，可以將該反應(yīng)器視為一種加速器，該加速器加速了第一反應(yīng)器中的生物轉(zhuǎn)化處理。
這些反應(yīng)器可以是任何反應(yīng)罐或容器，或者它們可以僅僅是管道部分。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠設(shè)計適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)器以滿足各種特定裝置的需要。
將有機原料裝進(jìn)生物轉(zhuǎn)化處理反應(yīng)器。該處理反應(yīng)器中壓力高于大氣壓力或為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力。隨著有機原料分解，將產(chǎn)生含有CH4和CO2的沼氣。將所產(chǎn)生的沼氣通過裝有氨或高含氨量的有機原料的至少一個第二反應(yīng)器，從而使甲烷/二氧化碳混合氣中的二氧化碳與氨反應(yīng)形成一種或多種緩沖化合物，例如碳酸氫銨和/或碳酸銨。第二反應(yīng)器中，存在所產(chǎn)生的含一種或多種緩沖化合物的淤渣，其可以再循環(huán)進(jìn)入第一生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)器?？梢杂卸鄠€生物轉(zhuǎn)化處理反應(yīng)器。而且，可以有多個裝有氨或含氨原料的反應(yīng)器。
在主反應(yīng)器之后緩沖化合物產(chǎn)生于其中的一個或多個反應(yīng)器是加壓的。優(yōu)選壓力至少為約1.8巴。
第二反應(yīng)器中，存在由此形成的緩沖化合物，從而使得酸或堿的加入不會導(dǎo)致pH的明顯變化，并且其條件為適于微生物發(fā)揮作用的最佳條件。所形成的緩沖化合物可以是具有緩沖性質(zhì)的任何化合物。
當(dāng)裝有氨的一個或多個反應(yīng)器中pH值已經(jīng)達(dá)到與進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化的反應(yīng)器相同的水平時，可以將有機原料從第二反應(yīng)器返回投入到第一處理反應(yīng)器中。主反應(yīng)器后裝有氨的反應(yīng)器產(chǎn)生經(jīng)清洗的沼氣，因此其中的CO2含量低于引入該反應(yīng)器的沼氣的CO2含量。
在文獻(xiàn)中對于氨的毒性具有多個參考值。以前，3000mg/l的氨含量被認(rèn)為是有毒的，1500～3000mg/l的氨含量具有抑制作用。然而現(xiàn)在，已經(jīng)令人吃驚地發(fā)現(xiàn)待處理原料的氨含量可以高得多并仍然出現(xiàn)生物轉(zhuǎn)化。如從本文的實施例可以看到，待水解物質(zhì)的氨含量比以前視為抑制限度的氨含量高了三倍多。
加壓的第二反應(yīng)器產(chǎn)生了碳酸氫銨，因為氨和二氧化碳這兩種氣體(離解為NH4+和HCO3離子)趨向于占有盡可能小的空間。這樣，根據(jù)反應(yīng)溶液中游離氨的量，反應(yīng)物銨離子與碳酸根離子鍵合而得到碳酸氫銨或碳酸銨。這兩種鹽在與游離氨以及碳酸的相互配比為1∶10時都作為緩沖劑。因為厭氧微生物的生活條件在很大程度上取決于游離氨的量和pH，換言之，隨著pH上升微生物的生命機能變?nèi)?，所以緩沖劑的存在是極其有利的，特別是在具有高干物質(zhì)含量的進(jìn)料和已經(jīng)在有氧條件下產(chǎn)生氨的原料中。此外，在生物轉(zhuǎn)化中所形成的或存在于有機原料中的羧酸，例如乙酸、丙酸或戊酸與游離氨形成緩沖劑。加壓有助于緩沖劑的形成，因此第二反應(yīng)器優(yōu)選是加壓的。
要用本發(fā)明的方法處理的有機原料在裝進(jìn)反應(yīng)器之前可以在酸性或堿性條件下保存。這意味著有待引入到生物轉(zhuǎn)化中的原料在生物轉(zhuǎn)化之前是衛(wèi)生化的。
本發(fā)明的方法中，要進(jìn)行的生物轉(zhuǎn)化可以是嗜中溫的或嗜高溫的。在這一點上，術(shù)語“嗜中溫的”表示該生物轉(zhuǎn)化在40℃以下的溫度進(jìn)行。在這一點上，術(shù)語“嗜高溫的”表示該生物轉(zhuǎn)化在40～70℃的溫度下進(jìn)行，優(yōu)選為55～65℃。傳統(tǒng)的嗜高溫的生物轉(zhuǎn)化一般難以控制，但是本發(fā)明方法可以容易地實現(xiàn)嗜高溫的生物轉(zhuǎn)化。
例如，本發(fā)明的方法使得由生物處理得到的魚的儲存和運輸條件在保存、溫度、儲存時間等方面不會產(chǎn)生額外的費用。
在我們的研究中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在已經(jīng)開始產(chǎn)生二氧化碳的處理反應(yīng)器中加入含氨廢料級分是最方便的。而且，有利的是，令所產(chǎn)生的氣體自反應(yīng)器底部起通過反應(yīng)溶液以實現(xiàn)機械混合并盡可能充分地完成二氧化碳與氨的反應(yīng)。
當(dāng)制備銨氮肥料時，二氧化碳由碳酸鹽與酸釋放，為此，對環(huán)境最友好且對于發(fā)明人的再循環(huán)構(gòu)思最可行的辦法是通過醋酸發(fā)酵從糖廠的廢料級分中得到乙酸，從而將碳酸氫銨轉(zhuǎn)化為乙酸銨，并將所釋放的二氧化碳導(dǎo)至溫室或用其他方法例如通過加壓進(jìn)行儲存。可以使用作為難處理的廢料而存在的磷酸，以及硝酸來替代乙酸，它們的有價值的磷酸鹽和硝酸鹽因可用于肥料而得到利用。
所述有機原料是動物源性的原料，例如魚或魚廢料、家禽或家禽廢料；植物源性的原料，例如谷物、栽培植物或栽培植物廢料，例如大麥、卷心菜、馬鈴薯或馬鈴薯皮。所述有機原料還可以是微生物源性的原料，例如酵母或酵母廢料，例如經(jīng)基因操作的酵母廢料。所述有機原料還可以是上述原料的混合物。
所述生物轉(zhuǎn)化可以在超過大氣壓的壓力下進(jìn)行，例如約1.2～6巴的壓力、優(yōu)選2～4巴的壓力。所述生物轉(zhuǎn)化還可以在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力進(jìn)行。優(yōu)選所述生物轉(zhuǎn)化是加壓的。
所述生物轉(zhuǎn)化利用存在于所述有機原料中的微生物和/或利用加入的微生物來進(jìn)行。
該方法使用至少兩個反應(yīng)器，從而一個用于生物轉(zhuǎn)化而另一個用于凈化沼氣。所述另一個反應(yīng)器(其中進(jìn)行沼氣的凈化)裝有有機原料、氨或有機原料與氨的混合物。優(yōu)選以連續(xù)循環(huán)的方式實施本發(fā)明的方法。
該方法中，在有機原料的水解中產(chǎn)生氨。將來自第二反應(yīng)器的緩沖溶液加入至進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化的第一反應(yīng)器?？晒┻x擇的是，還可以將部分水解的有機原料加入至所述生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)器。
由氨和二氧化碳反應(yīng)得到的緩沖溶液包含碳酸氫銨和/或碳酸銨及游離氨和/或碳酸。碳酸氫銨或碳酸銨與游離氨和/或碳酸之間的比例是1∶10。
該方法從有機原料得到的水解產(chǎn)物可以回收并可用作例如土壤改良劑、肥料或類似肥料的產(chǎn)品或驅(qū)蟲劑。
還優(yōu)選回收經(jīng)凈化的沼氣，它可以用作溫室氣體，用于加熱，用于發(fā)電或用作燃料。經(jīng)凈化的沼氣含有小于25％的二氧化碳，通常含有15～20％的二氧化碳。
本發(fā)明還涉及由以下方法制備的水解產(chǎn)物，該方法中，對有機原料進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，用氨處理得到的沼氣，將所產(chǎn)生的緩沖溶液或淤渣再循環(huán)至所述的生物轉(zhuǎn)化并回收所得到的水解產(chǎn)物。
本發(fā)明還涉及由以下方法制備的凈化沼氣，該方法中，對有機原料進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，用氨處理得到的沼氣，將所產(chǎn)生的緩沖溶液或淤渣再循環(huán)至所述的生物轉(zhuǎn)化并回收經(jīng)凈化的沼氣。
本發(fā)明的方法所得到的產(chǎn)品比以前制備的產(chǎn)品更純，并且該方法中所產(chǎn)生的全部產(chǎn)物都可以得到利用。例如，由本發(fā)明的方法產(chǎn)生并經(jīng)過清洗的沼氣中所含有的CO2比傳統(tǒng)方法所產(chǎn)生的沼氣中的CO2要少得多。
本發(fā)明還涉及用于處理有機原料的設(shè)備。圖1顯示了用于實施本發(fā)明一個實施方案的設(shè)備。附圖標(biāo)記1代表壓力計，所述壓力計用于調(diào)節(jié)壓力和移動物質(zhì)。預(yù)處理中開始?xì)怏w凈化，借此所述原料可以經(jīng)受比在主反應(yīng)器中更高的壓力，這使得淤渣能夠從一個反應(yīng)器轉(zhuǎn)移到另一個反應(yīng)器。附圖標(biāo)記2代表正在進(jìn)入的懸浮的含氨原料。附圖標(biāo)記3代表混合氣體噴嘴，CO2通過該噴嘴溶解在原料中。附圖標(biāo)記4代表已經(jīng)獲得了緩沖劑的原料。附圖標(biāo)記5代表由主反應(yīng)器傳送的需作氣體凈化的CH4/CO2混合物。附圖標(biāo)記6代表經(jīng)洗滌的排出的CH4。附圖標(biāo)記7代表來自主反應(yīng)器的最終成品，該成品用于土壤改良。
圖2中描述了本發(fā)明設(shè)備的一個實例。用于處理有機原料的設(shè)備包括至少一個第一反應(yīng)器9、至少一個第二反應(yīng)器10、用于將待處理的有機原料從至少一個第一反應(yīng)器9轉(zhuǎn)移到至少一個第二反應(yīng)器10的管12、用于將沼氣從至少一個第一反應(yīng)器9轉(zhuǎn)移到至少一個第二反應(yīng)器10的管14、用于將包含緩沖化合物的原料從至少一個第二反應(yīng)器10再循環(huán)到至少一個第一反應(yīng)器9的管15。作為選擇，管12和14可以直接始于第一反應(yīng)器9并連接到第二反應(yīng)器10。該設(shè)備還包括用于將有機原料引入第一反應(yīng)器9的管8、用于從第一反應(yīng)器9移出沼氣的管13和用于將部分水解的或完全水解的產(chǎn)物從第一反應(yīng)器9移出的管11。
這里的第一反應(yīng)器是指進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化的一個或多個反應(yīng)器。所述的一個或多個反應(yīng)器可以是加壓的或可以在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下。
這里的第二反應(yīng)器是指引入部分水解的有機原料和/或氨和/或含氨原料和沼氣的一個或多個反應(yīng)器。實際上，可以將該反應(yīng)器視為一種對第一反應(yīng)器中所進(jìn)行的生物轉(zhuǎn)化進(jìn)行加速的加速器。
在下文中，將對設(shè)備的運轉(zhuǎn)進(jìn)行更詳細(xì)的描述。通過管8將有機原料引入第一反應(yīng)器9。在第一反應(yīng)器9中，進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化并開始形成沼氣?？梢酝ㄟ^管11將部分或完全水解的有機原料從第一反應(yīng)器9移出。通過從管11出發(fā)的支管12，將部分或完全水解的產(chǎn)物轉(zhuǎn)入第二反應(yīng)器10。通過管13移出第一反應(yīng)器9中所形成的沼氣。通過從管13出發(fā)的支管14將沼氣轉(zhuǎn)移到第二反應(yīng)器10，其中沼氣與含有氨的部分或完全水解的有機原料形成一種或多種緩沖化合物。作為選擇，支管12和14可以直接將第一反應(yīng)器9連接至第二反應(yīng)器10。第一反應(yīng)器9可以是加壓的或在正常壓力下。第二反應(yīng)器10是加壓的，優(yōu)選壓力為至少2巴。第二反應(yīng)器10中所形成的含有緩沖化合物的淤渣或溶液經(jīng)過管15轉(zhuǎn)移返回到第一反應(yīng)器9。
隨著技術(shù)的進(jìn)步，本發(fā)明的基本思想可以通過多種方式實現(xiàn)，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。因此，本發(fā)明及其實施方案并不局限于上述實例，而是可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)變化。
實施例實施例1有機原料的處理和沼氣的產(chǎn)生向容量為300升的反應(yīng)器R1中引入有機原料和20升含有各種魚所特有的微生物以及酵母的接種物，該有機原料包含18.8kg骨粉、28.9kg魚和3.8kg經(jīng)基因操作的酵母(Genencor)。反應(yīng)器中壓力為2巴。反應(yīng)器中pH為8.2。用分光光度計測定總NH4含量為9200mg/l。此外，利用硫酸測定碳酸鹽的量，由此計算銨離子含量作為碳酸銨量。銨離子含量經(jīng)計算為8700mg/l，碳酸鹽含量為46300mg/l。還對堿度和磷酸鹽含量進(jìn)行了測定。堿度為32000，磷酸鹽含量為1200mg/l。對從反應(yīng)器所得到的沼氣的量和組成進(jìn)行測量。在第二天，反應(yīng)器產(chǎn)生了109.4升/天的沼氣，該沼氣含有74.6％的CH4和20.0％的CO2。
可以將從反應(yīng)器R1得到的沼氣進(jìn)一步引入到裝有高含氨量的生物廢料的反應(yīng)器中，在該反應(yīng)器中二氧化碳進(jìn)一步與氨反應(yīng)形成緩沖化合物。然后氨的毒性消失并且條件對于微生物為最佳。
實施例2有機原料的處理和沼氣的產(chǎn)生向容量為250升的反應(yīng)器R4引入有機原料和20升含有各種魚所特有的微生物以及酵母的接種物，該有機原料包含6.2kg骨粉、24.15kg魚和3.92kg經(jīng)基因操作的酵母(Genencor)。反應(yīng)器中壓力為2巴。反應(yīng)器中pH為8.0。用分光光度計測定總NH4含量為5800mg/l。此外，利用硫酸測定碳酸鹽的量，由此計算銨離子含量作為碳酸銨量。銨離子含量經(jīng)計算為7400mg/l，碳酸鹽含量為39400mg/l。還對堿度和磷酸鹽含量進(jìn)行了測定。堿度為21000，磷酸鹽含量為1100mg/l。對從反應(yīng)器所得到的沼氣的量和組成進(jìn)行測量。在第二天，反應(yīng)器產(chǎn)生了140升/天的沼氣，該沼氣含有76.8％的CH4和17.4％的CO2。
實施例3用添加硫酸來驗證反應(yīng)器中有機原料的緩沖性質(zhì)在處理期間從反應(yīng)器R(4)中取出50ml的有機原料樣品。為了驗證緩沖性質(zhì)，測量樣品的pH，此后向其中加入1-％H2SO4。在加入酸之前，樣品的pH為7.6。
表1

蒸餾水的pH為7.6。向50ml蒸餾水中加入0.5ml的1-％H2SO4，由此其pH下降到2.3。因此緩沖效應(yīng)清晰可見。
實施例4用添加氨來驗證反應(yīng)器中有機原料的緩沖性質(zhì)在處理期間從反應(yīng)器R(4)取出50ml的有機原料樣品。為了驗證緩沖性質(zhì)，測量樣品的pH，此后向其中加入1-％NH3。在加入堿之前，樣品的pH為7.6。
表2

蒸餾水的pH為7.7。向50ml蒸餾水加入如下量的1-％NH3并測量pH變化。
表3

這些結(jié)果也清楚地顯示出本發(fā)明中沼氣的洗滌可以提供強大的緩沖效應(yīng)，并由此改善了降解原料的微生物的工作條件。
實施例5驗證反應(yīng)器中水解產(chǎn)物和原料的碳酸鹽含量對從反應(yīng)器R(4)得到的水解產(chǎn)物進(jìn)行熱櫥(thermal cupboard)測試。對碳酸氫銨也進(jìn)行熱櫥測試。在通風(fēng)櫥中將每個樣品置于指定溫度下靜置約半小時。此后，將樣品放在硫酸上。如果出現(xiàn)強烈的鼓泡，就表示該樣品仍然含有碳酸鹽。表4中鼓泡樣品用符號+標(biāo)明。
表4

還發(fā)現(xiàn)當(dāng)含有30000mg/l碳酸銨的樣品在室溫下靜置一個星期時，一星期后的樣品中仍然殘留有13000mg/l碳酸銨。
相應(yīng)地，來自反應(yīng)器R(4)的最初有29000mg/l碳酸銨的樣品在室溫下靜置一星期后含有10000mg/l碳酸鹽。
實施例6驗證完全水解的產(chǎn)物的緩沖性質(zhì)向反應(yīng)器R8引入20kg魚、5kg包含各種魚所特有的微生物和酵母的接種物、1kg經(jīng)基因操作的酵母廢料(Genencor)和95kg水。反應(yīng)器中壓力為2巴。在反應(yīng)器中進(jìn)行水解。從反應(yīng)器R8中取出兩個100ml的經(jīng)過完全處理的魚基水解殘渣樣品。水解殘渣的干固體含量是5％。用添加硫酸來測量二氧化碳含量，將其用于計算碳酸銨含量，該碳酸銨含量為27900mg/l。這相當(dāng)于5200mg/l氨。
通過加入2.5-％氫氧化銨至第一個樣品然后加入2.5-％乙酸至第二個樣品首先驗證從反應(yīng)器取出的樣品的緩沖效應(yīng)。以下表格還顯示了添加氫氧化銨或乙酸對水的pH的影響。結(jié)果列于以下表5和6。
表5

表6

實施例7向反應(yīng)器R6引入30kg魚、7.5kg包含各種魚所特有的微生物和酵母的接種物、1.5kg經(jīng)基因操作的酵母廢料(Genencor)和142.5kg水。反應(yīng)器R6中的壓力是標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力。向反應(yīng)器R8引入20kg魚、5kg包含各種魚所特有的微生物和酵母的接種物、1kg經(jīng)基因操作的酵母廢料(Genencor)和95kg水。反應(yīng)器R8中壓力為2巴。在兩個反應(yīng)器中進(jìn)行水解。水解后，從兩個反應(yīng)器各取出五個溶液樣品，將樣品過濾并用分光光度法測量銨含量。用硫酸和甲基紅測定碳酸銨含量，并基于碳酸銨的量計算NH4+含量。結(jié)果列于表7中。由碳酸銨計算的銨含量可能小于所測得的銨含量。其可能的原因是銨離子含量是從濾過的溶液測得的，而碳酸銨含量是從未濾過的溶液測得的。
表7

實施例8沼氣的制備向容量為300升的反應(yīng)器R1引入有機原料和20升包含各種魚所特有的微生物和酵母的接種物，該有機原料包含18.8kg骨粉、28.9kg魚和3.8kg經(jīng)基因操作的酵母廢料(Genencor)。此外，反應(yīng)器中存在275kg水。反應(yīng)器中壓力為2巴。在反應(yīng)器中進(jìn)行水解。將水解反應(yīng)器R1中的部分物質(zhì)轉(zhuǎn)入第二反應(yīng)器，還在第二反應(yīng)器中注入了第一反應(yīng)器所產(chǎn)生的沼氣。在第二反應(yīng)器中在壓力下形成緩沖化合物或緩沖化合物的混合物，并將第二反應(yīng)器中的淤渣再循環(huán)返回到第一反應(yīng)器。測量所產(chǎn)生的沼氣的量并分析其甲烷和二氧化碳含量。采用分光光度法測量水解物質(zhì)的銨離子含量。還測量該物質(zhì)中的碳酸氫銨含量，并將其用于計算銨離子含量。重復(fù)測試五次。結(jié)果列于表8中。
表8

實施例9沼氣的制備在反應(yīng)器R4中進(jìn)行三次與反應(yīng)器R1中所進(jìn)行的測試相應(yīng)的測試。向容量為250升的反應(yīng)器R4引入有機原料和20升包含各種魚所特有的微生物和酵母的接種物，該有機原料包含6.2kg骨粉、24.15kg魚和3.92kg經(jīng)基因操作的酵母廢料(Genencor)。向反應(yīng)器中加入225升水。反應(yīng)器中壓力為4巴。結(jié)果列于表9中。
表9

實施例10驗證水解產(chǎn)物的耐熱性將從反應(yīng)器R8取出的樣品保存在68～70℃的熱櫥內(nèi)的密閉容器中。分析經(jīng)冷卻的溶液的碳酸銨含量，該含量與未發(fā)酵的反應(yīng)器R8中的含量完全相同，即31700mg/l。以氨計算，其數(shù)值相當(dāng)于5900mg/l(NH4+)。該測試表明，即使該原料受熱達(dá)到68～70℃的溫度，該原料中仍保持了緩沖效果。
權(quán)利要求
1.一種處理有機原料的方法，其特征在于，該方法使用至少兩個反應(yīng)器并包括以下步驟a)在第一反應(yīng)器中對有機原料進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化；b)在第二反應(yīng)器中用氨處理所述生物轉(zhuǎn)化中形成的沼氣；和c)將第二反應(yīng)器中形成的緩沖溶液再循環(huán)至第一反應(yīng)器。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述有機原料是動物源性的原料。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述有機原料是魚或魚廢料、家禽或家禽廢料。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述有機原料是植物源性的原料。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述有機原料是栽培植物或栽培植物廢料，例如卷心菜、馬鈴薯或馬鈴薯皮。
6.如權(quán)利要求1～5中任一項所述的方法，其特征在于，所述有機原料是微生物源性的原料，例如酵母或酵母廢料。
7.如權(quán)利要求1～6中任一項所述的方法，其特征在于，所述生物轉(zhuǎn)化是加壓過程。
8.如權(quán)利要求1～7中任一項所述的方法，其特征在于，所述生物轉(zhuǎn)化在高于大氣壓的壓力下進(jìn)行。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述生物轉(zhuǎn)化在約1.2～6巴的壓力下進(jìn)行，并優(yōu)選在超過2巴的壓力下進(jìn)行。
10.如權(quán)利要求1～6中任一項所述的方法，其特征在于，所述生物轉(zhuǎn)化是非加壓的過程。
11.如權(quán)利要求1～10中任一項所述的方法，其特征在于，第二反應(yīng)器是加壓的。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，第二反應(yīng)器中的壓力超過1.8巴。
13.如權(quán)利要求1～12中任一項所述的方法，其特征在于，所述有機原料在進(jìn)行所述生物轉(zhuǎn)化之前保存在酸性條件中。
14.如權(quán)利要求1～12中任一項所述的方法，其特征在于，所述有機原料在進(jìn)行所述生物轉(zhuǎn)化之前保存在堿性條件中。
15.如權(quán)利要求1～14中任一項所述的方法，其特征在于，所述生物轉(zhuǎn)化是嗜中溫的。
16.如權(quán)利要求1～14中任一項所述的方法，其特征在于，所述生物轉(zhuǎn)化是嗜高溫的。
17.如權(quán)利要求1～16中任一項所述的方法，其特征在于，利用存在于所述有機原料中的微生物進(jìn)行所述生物轉(zhuǎn)化。
18.如權(quán)利要求1～17中任一項所述的方法，其特征在于，利用所加入的微生物進(jìn)行所述生物轉(zhuǎn)化。
19.如權(quán)利要求1～18中任一項所述的方法，其特征在于，在厭氧條件下進(jìn)行所述生物轉(zhuǎn)化。
20.如權(quán)利要求1～19中任一項所述的方法，其特征在于，該方法使用至少兩個反應(yīng)器，由此，一個反應(yīng)器用于所述生物轉(zhuǎn)化，另一個用于凈化沼氣。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，凈化沼氣的所述反應(yīng)器中裝有氨。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，凈化沼氣的所述反應(yīng)器中裝有有機原料與氨的混合物。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述氨是在水解所述有機原料時產(chǎn)生的。
24.如權(quán)利要求1～23中任一項所述的方法，其特征在于，將來自第二反應(yīng)器的緩沖溶液以及選擇性的部分水解的有機原料加入到進(jìn)行所述生物轉(zhuǎn)化的第一反應(yīng)器中。
25.如權(quán)利要求1～24中任一項所述的方法，其特征在于，所形成的緩沖溶液包含碳酸氫銨或碳酸銨；以及游離氨和/或碳酸。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所形成的緩沖溶液包含的碳酸氫銨或碳酸銨與游離氨和/或碳酸的比率為1∶10。
27.如權(quán)利要求1～26中任一項所述的方法，其特征在于，將在所述方法中得自所述有機原料的水解產(chǎn)物回收。
28.如權(quán)利要求1～27中任一項所述的方法，其特征在于，將所述的經(jīng)凈化的沼氣回收。
29.一種水解產(chǎn)物，其特征在于，該水解產(chǎn)物是用以下方法制得的，在所述方法中，對有機原料進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，用氨處理所述生物轉(zhuǎn)化中形成的沼氣，將產(chǎn)生的緩沖溶液再循環(huán)返回到所述生物轉(zhuǎn)化，并回收得到的水解產(chǎn)物。
30.權(quán)利要求29所述的水解產(chǎn)物作為土壤改良劑、肥料或類似肥料物質(zhì)的用途。
31.一種經(jīng)凈化的沼氣，其特征在于，所述經(jīng)凈化的沼氣是用以下方法制得的，在所述方法中，對有機原料進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，用氨處理所述生物轉(zhuǎn)化中形成的沼氣，將產(chǎn)生的緩沖溶液再循環(huán)返回到所述生物轉(zhuǎn)化，并回收經(jīng)凈化的沼氣。
32.權(quán)利要求31所述的沼氣作為溫室氣體用于加熱、用于發(fā)電或用作燃料的用途。
33.用于處理有機原料的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括至少一個第一反應(yīng)器(9)；至少一個第二反應(yīng)器(10)；管(12)，所述管(12)用于將待處理的有機原料從所述的至少一個第一反應(yīng)器(9)轉(zhuǎn)移至所述的至少一個第二反應(yīng)器(10)；管(14)，所述管(14)用于將沼氣從所述的至少一個第一反應(yīng)器(9)轉(zhuǎn)移到所述的至少一個第二反應(yīng)器(10)；管(15)，所述管(15)用于將含有緩沖化合物的原料從所述的至少一個第二反應(yīng)器(10)再循環(huán)返回至所述的至少一個第一反應(yīng)器(9)。
34.如權(quán)利要求33所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括用于將有機原料引入第一反應(yīng)器(9)的管(8)；用于將沼氣從第一反應(yīng)器(9)排出的管(13)；以及用于將部分水解的或完全水解的產(chǎn)物從第一反應(yīng)器(9)移出的管(11)。
35.如權(quán)利要求33或34所述的設(shè)備，其特征在于，所述反應(yīng)器選擇性地是桶、容器或管道。
36.如權(quán)利要求33～35中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，在第一反應(yīng)器(9)中進(jìn)行所述有機材料的生物轉(zhuǎn)化，在第二反應(yīng)器(10)中形成一種或多種緩沖化合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種處理有機原料的方法，其中在至少一個第一反應(yīng)器中對有機原料進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，在至少一個第二反應(yīng)器中用氨處理由生物轉(zhuǎn)化形成的沼氣，并且將第二反應(yīng)器中產(chǎn)生的緩沖溶液再循環(huán)至第一反應(yīng)器中的生物轉(zhuǎn)化。因此甲烷/二氧化碳混合氣體中的二氧化碳與氨反應(yīng)形成緩沖化合物，例如碳酸氫銨和/或碳酸銨。
文檔編號C05F17/00GK1656043SQ03811585
公開日2005年8月17日 申請日期2003年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月21日
發(fā)明者尤西·耶爾文蒂耶 申請人:普雷塞科有限責(zé)任公司