1.一種用于優(yōu)化由一種或多種原料材料產(chǎn)生生物氣的方法,其中生物氣產(chǎn)生至少在第二反應(yīng)器中進(jìn)行,所述方法包括:
(a)測(cè)定所述一種或多種原料材料的揮發(fā)性固體(VS)中的總元素氮(N)含量或所述一種或多種原料材料的碳氮(C/N)摩爾比,以及
(b)測(cè)定所述第二反應(yīng)器的內(nèi)容物的總元素氮含量或總氨氮含量或C/N摩爾比,
其中,當(dāng)所述原料材料的所述C/N摩爾比低于15或者所述原料材料的VS中的所述總元素氮含量高于40克N/千克VS時(shí),所述原料材料是富氮的,
其中,當(dāng)所述原料材料的所述C/N摩爾比高于15或者所述原料材料的揮發(fā)性固體中的所述總元素氮含量低于40克N/千克VS時(shí),所述原料材料是富碳的,
其中,當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)容物中的所述C/N摩爾比在5.0和12之間,或者反應(yīng)器內(nèi)容物中的所述總氨氮的量在每升0.1和2.5克之間,或者反應(yīng)器內(nèi)容物中的所述總元素氮的量在每升0.3和2.8克之間時(shí),所述第二反應(yīng)器中的氮狀態(tài)是最優(yōu)的,
(c)當(dāng)步驟(a)或步驟(b)中的所述氮狀態(tài)測(cè)定表明所述原料是富氮的時(shí),或者所述第二反應(yīng)器具有低于最優(yōu)的C/N摩爾比或高于最優(yōu)的總氨含量或元素氮含量時(shí),在第一反應(yīng)器中用至少一種氨化微生物物種處理所述富氮原料,以產(chǎn)生氨沼渣,
其中,氨沼渣是產(chǎn)生于所述第一反應(yīng)器的沼渣,在所述第一反應(yīng)器中所述原料已經(jīng)被氨化,直到優(yōu)選地所述原料中超過(guò)50%的所述總元素氮轉(zhuǎn)化為氨,
(d)將所述氨沼渣從所述第一反應(yīng)器遞送至除氮系統(tǒng),
(e)在所述除氮系統(tǒng)中處理所述氨沼渣以產(chǎn)生氨減少沼渣,
其中,氨減少沼渣為已經(jīng)通過(guò)所述除氮系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)去除至少80%的氨氮的氨沼渣,
(f)將所述氨減少沼渣從所述除氮系統(tǒng)遞送至所述第二反應(yīng)器;
(g)當(dāng)步驟(a)中的所述氮狀態(tài)測(cè)定表明所述原料是富碳的時(shí),將富碳原料直接遞送至所述第二反應(yīng)器;
(h)當(dāng)步驟(b)中的所述氮狀態(tài)測(cè)定表明所述第二反應(yīng)器具有高于最優(yōu)的C/N摩爾比或低于最優(yōu)的總氨含量或元素氮含量時(shí),將富氮原料直接遞送至所述第二反應(yīng)器;
所述方法還包括:
(i)在所述第二反應(yīng)器中用至少一種產(chǎn)甲烷微生物物種由所遞送的原料產(chǎn)生生物氣,以及
(j)在除氮后測(cè)定所述氨減少沼渣的氮狀態(tài),并控制所述除氮系統(tǒng)的效率以及進(jìn)入所述第二反應(yīng)器的氨減少沼渣的流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中,當(dāng)所述第二反應(yīng)器的所述內(nèi)容物中的所述C/N摩爾比高于所述最優(yōu)范圍,或者所述第二反應(yīng)器的所述內(nèi)容物中的總元素氮或總氨氮的含量低于所述最優(yōu)范圍時(shí),通過(guò)執(zhí)行下述步驟中的一個(gè)或多個(gè)將氮遞送至所述第二反應(yīng)器:
(i)向所述第二反應(yīng)器中加入氨氮,
(ii)在所述第二反應(yīng)器中共消化富氮和富碳原料,
(iii)在不進(jìn)行氨化或除氮的情況下直接將富氮原料遞送至所述第二反應(yīng)器,
(iv)通過(guò)控制除氮系統(tǒng)效率和控制進(jìn)入所述第二反應(yīng)器中的氨減少沼渣的流量,來(lái)增加所述氨減少沼渣中的總氨氮或總元素氮的濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法,其中,在所述第一反應(yīng)器中處理所述原料材料,直到所述材料中超過(guò)50%的所述總元素氮轉(zhuǎn)化為氨。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中,所述至少一種氨化微生物種是以CBS登錄號(hào)136063保藏的產(chǎn)氨混合細(xì)菌種群S1。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中,所述除氮工藝包括將氨回收為氨水或銨鹽。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,還包括在將所述氨沼渣引入所述除氮系統(tǒng)之前減少所述氨沼渣中的固體含量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法,還包括將從所述氨沼渣中移除的所述固體直接引入所述第二反應(yīng)器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法,還包括在將從所述氨沼渣中移除的所述固體轉(zhuǎn)移至所述第二反應(yīng)器之前,將所述固體引入磷回收工藝。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,還包括將磷回收為磷酸鹽溶液或鹽沉淀物;以及使用所述磷酸鹽溶液作為所述除氮系統(tǒng)中的吸收劑。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,還包括將來(lái)自所述第二反應(yīng)器的沼渣分離成具有增加的固體含量的固體部分和具有減少的固體含量的液體部分;以及將所述液體部分再循環(huán)至所述第一反應(yīng)器或所述第二反應(yīng)器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述第一反應(yīng)器和/或所述第二反應(yīng)器中的溫度在嗜中溫范圍內(nèi),即在30℃和40℃之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述第一反應(yīng)器和/或所述第二反應(yīng)器中的溫度在嗜熱范圍內(nèi),即在45℃和60℃之間。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中,氨化在所述第一反應(yīng)器中如下進(jìn)行:
首先,將包含每千克VS小于60克單糖、寡糖、淀粉或可發(fā)酵膳食纖維的富氮原料遞送至所述第一反應(yīng)器中用于預(yù)氨化,
其次,將富氮原料即包含每千克VS超過(guò)60克單糖、寡糖、淀粉或可發(fā)酵膳食纖維的富氮原料遞送至所述第一反應(yīng)器用于與所述預(yù)氨化原料繼續(xù)氨化。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中,將在所述第一反應(yīng)器中產(chǎn)生的氣體引導(dǎo)至所述第二反應(yīng)器以提高生物氣產(chǎn)率。
15.一種用于優(yōu)化由原料產(chǎn)生生物氣的系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括:
第一反應(yīng)器,用于處理原料以進(jìn)行氨化,以生成氨沼渣,
用于除氮的系統(tǒng),以由氨沼渣生成氨減少沼渣,
第二反應(yīng)器,用于由所述氨減少沼渣產(chǎn)生生物氣,
用于將各種類型的原料分別遞送至所述第一反應(yīng)器的裝置,
用于將所述氨沼渣從所述第一反應(yīng)器遞送至所述用于除氮的系統(tǒng)的裝置,
用于將所述氨減少沼渣從所述用于除氮的系統(tǒng)遞送至所述第二反應(yīng)器的裝置,以及
用于將原料或氨氮直接遞送至所述第二反應(yīng)器的裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng),其中,工藝中的氮狀態(tài)由下述控制:
第一測(cè)量系統(tǒng),測(cè)定原料中揮發(fā)性固體中的總元素氮含量或原料中的碳氮摩爾比,
第二測(cè)量系統(tǒng),測(cè)定除氮后所述氨減少沼渣中的總氨氮的量、總元素氮的量或C/N摩爾比,
第三測(cè)量系統(tǒng),測(cè)定所述第二反應(yīng)器的內(nèi)容物中的總氨氮的量、總元素氮的量或C/N摩爾比,
用于控制將富氮原料、富碳原料或包含每千克揮發(fā)性固體超過(guò)60克單糖、寡糖、淀粉或可發(fā)酵膳食纖維的富氮原料分配到第一反應(yīng)器或第二反應(yīng)器中的裝置,用于將所述第二反應(yīng)器中的所述總氨氮的量、總元素氮的量或C/N摩爾比保持在最佳范圍內(nèi),
用于基于來(lái)自所述第二測(cè)量系統(tǒng)和所述第三測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)控制所述除氮系統(tǒng)的效率以及進(jìn)入所述第二反應(yīng)器的所述氨減少沼渣流的流量的裝置,用于將所述第二反應(yīng)器中的所述總氨氮的量、總元素氮的量或C/N摩爾比保持在最佳范圍內(nèi),
其中,當(dāng)所述原料材料的所述C/N摩爾比低于15,或者所述原料材料的VS中的所述總元素氮含量高于40克N/千克VS時(shí),所述原料材料是富氮的,
其中,當(dāng)所述原料材料的所述C/N摩爾比高于15,或者所述原料材料的揮發(fā)性固體中的所述總元素氮含量低于40克N/千克VS時(shí),所述原料材料是富碳的,
其中,當(dāng)所述C/N摩爾比在5.0和12之間,或者所述總氨氮的量在每升0.1和2.5克之間,或者所述總元素氮的量在每升0.3和2.8克之間時(shí),所述第二反應(yīng)器的內(nèi)容物中的氮狀態(tài)是最優(yōu)的。