[发明专利]厌氧方法

说明书

本发明涉及用于通过厌氧生物处理给料以生产可以用作能量来源的含甲烷的生物气的方法和设备。本发明特别涉及从诸如由用于酒精饮料工业中的发酵过程，如从采用谷物材料用于发酵的酿造/蒸馏过程所产生的植物废料生产甲烷。

本申请是国际申请日为2013年1月11日、国际申请号为PCT/GB2013/050046、进入中国国家阶段的申请号为201380013493.6且发明名称为“厌氧方法”的中国发明申请的分案申请。

发明领域

本发明涉及用于通过厌氧生物处理给料(feedstock)以生产可以用作能量来源的含甲烷的生物气。本发明特别涉及从如由用于酒精饮料工业中的发酵过程，如自采用谷物材料用于发酵的酿造/蒸馏过程产生的植物废料来生产甲烷。

发明背景

用于生产生物气(大部分是甲烷和二氧化碳)的厌氧方法(厌氧过程或厌氧工艺，anaerobic process)是熟知的。其可以在连续基础上对来自大量工业的废品流(典型地，包含来源于植物或动物起源的可溶材料的含水流(aqueous stream))进行。这样的产品流可以包含有限程度的悬浮的固体；假定它们是可生物降解的(可以在厌氧方法中被消化)。所述方法可以在形式上被分成四个不同的阶段，其中每个阶段由可以在自然中发现一起以共生方式作用的不同的组的生物(organism)实施，其中一组生物的产物被传递至下一组作为能量来源(食物)。

这四个不同的阶段是：

1.发酵和水解-在该阶段，存在于流出物可溶流(effluent solubles stream)中的长链大分子被分解成较小链分子。例如在酒精饮料工业中，典型地存在有不同的四类大分子，糖、蛋白质、油脂和有机酸。

2.产酸-这涉及一组从以上(1)中生产的较小链基质(底物，substrate)生产广谱挥发性脂肪酸(VFA)的生物。

3.产乙酸-该阶段涉及VFA分解为(占优势地)乙酸，所述乙酸变成由一系列产甲烷生物使用用来生产甲烷气体的优势基质。

4.产甲烷-这是最后的阶段并且涉及产生甲烷气体，以及一些二氧化碳。典型地也形成其他产物如氨和硫化氢。

作为实例，来自如用于生产酒精饮料的发酵和蒸馏过程的含水残余物可以相对容易地(至少在除去未溶解的固体内容物的块之后)经过水解和产酸，因为用于有关生物的基质富有能量并且大量营养物(碳氮和磷-C∶N∶P)的比率对于这些步骤以及随后的甲烷生产在理想的范围内。

然而，当尝试提供有效方法时，产乙酸和产甲烷被证明是显著更困难的步骤。有效的方法应当导致有机内容物的良好去除(典型地，测量为化学需氧量-COD的减少)和生物气的相应的高甲烷含量。

例如，典型的厌氧消化方法，如对酒精饮料工业中的废弃含水流出物采用的那些，仅可以被预期在COD去除为大约70％以下的情况下操作并且生产具有70％以下的甲烷含量的生物气，其中大多数剩余物是CO₂，并因此代表不可用于能量产生的碳。生物气的甲烷含量高度依赖于基质组成。富含糖的基质将典型地具有较低的生物气甲烷含量。此外，通常需要额外的加工步骤(典型地包括需氧消化加工)以降低COD水平至对于丢弃(例如排出)可接受的那些水平。