CN101805689B - 用于产生沼气的分室状厌氧消化器 - Google Patents

用于产生沼气的分室状厌氧消化器 Download PDF

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Abstract

一种分室式厌氧消化器，包括：被导入有家畜废水或食物废弃物的第一进料反应器；被导入有流过第一进料反应器的流入物的第二进料反应器；厌氧消化反应器的第一区至第四区，用于将流过第二进料反应器的流入物以先进先出的次序进行甲烷发酵，生成沼气并同时将该沼气转移到下一厌氧消化区；位于第四区下层部分且由该下层向其中吸入污泥液的入口管线；位于第四区上层部分且由该上层向其中吸入活化液体的入口管线；与第四区中的气体层连接的沼气捕获装置；位于第一进料反应器内的第一热交换管，它使得上述吸入的污泥液与新的流入物进行热交换；位于所述上层上的后续处理反应器的第一区至第四区；和液态堆肥反应器，它储存排放的、已去除臭味组分的污泥。

Description

用于产生沼气的分室状厌氧消化器
相关文献的交叉引用 
本专利申请要求2009年2月16日提交的韩国专利申请No.10-2009-0012435的优先权，将所述申请的内容引入本文作为参考。 
技术领域
本文公开的内容涉及一种用于产生沼气的分室状(apartment-shaped)厌氧消化器。 
背景技术
厌氧消化也被称为“甲烷发酵”，是用于使有机废弃物例如食物废弃物、家畜废物、下水道污泥、粪便等进行稳定化的生物处理方法，也是在厌氧条件下，将高分子有机材料在兼性厌氧微生物和专性厌氧微生物的存在下进行水解的处理方法，所述方法产生例如乙酸、丙酸、丁酸等挥发性脂肪酸，并最终将它们气化为甲烷、氢气、二氧化碳、氨和硫化氢。 
由于活化污泥法的广泛采用，这些厌氧消化尚未得到积极的使用。但自从20世纪70年代中期的石油危机以来，人们已经在石油替代能源的形式方面积极地进行了许多研究，这是因为所述厌氧消化具有如下优势，例如：可获得回收气体(CH460-70％、CO230-40％)用于燃料；与需要排出大量空气的活化污泥法相比，其能量消耗更低；与好氧处理方法相比，单位有机物质的生物污泥生成明显更低；由于在所述消化过的污泥中含有丰富的氮、磷、腐殖质等，可作为高价值的肥料；以及环保的资源再生方法，除普通的废弃物分解和处理功能以外还可产生燃料和肥料。 
厌氧消化过程基本上分为酸的产生和甲烷生成两个步骤。因为每个步骤中的微生物在生理特征和营养需求方面差异巨大，所以当外部条件改变时，两个生物群之间的平衡发生偏移从而抑制了整个过程的效率。作为替代方法，人们提出了两步发酵方法(两阶段法)，所述方法将反应器分为两个反应器以用于酸的产生和甲烷生成步骤。因为在传统的第一 步反应过程(一阶段法)中，酸的产生和甲烷生成同时发生，所以存在着不可能对所述酸的产生和甲烷生成步骤进行最佳控制的限制，并且由于其对外部导入废弃物的变化的敏感性而无法保持稳定性。相反，所述两阶段法在以下方面具有优势：可容易地保持适于每个步骤的环境条件；可恰当地控制进入甲烷反应器的装料速率；以及由于防止了由低级脂肪酸的积聚造成的pH急剧降低，可预先防止对甲烷发酵的抑制。然而，这类两阶段法的不利之处在于成本，因为必须分别提供反应器从而需要用于从第一反应器向第二反应器转移的设备，并且必须分别对每个反应器中的反应条件进行控制，使得所述两阶段法较为复杂。 
因此，本发明者在新的一阶段法方面进行了研究，所述方法用于在一个厌氧消化反应器中进行所述酸的产生和甲烷生成步骤，从而代替常规的两阶段法，并对已经被确定为常规的一阶段法的问题(即，同时满足酸的产生和甲烷生成最优条件的难题)加以改进。本发明者开发了用于在一个厌氧消化反应器内以先进先出的方式转移流入物(例如动物粪便或食物废弃物)的分室式(apartment-type)厌氧消化器，在所述分室式厌氧消化器中，可根据所述工艺流程恰当地提供最优条件，从而使本发明得以完成。 
发明内容
本发明一个目的是提供具有简单结构并通过提供最佳厌氧消化条件将沼气生产效率最大化的厌氧消化器。 
为了达到所述目的，本发明所提供的分室状厌氧消化器包括：第一进料反应器，家畜废水或食物废弃物(以下称为“流入物”)被导入所述第一进料反应器中；第二进料反应器，流过所述第一进料反应器的流入物被导入所述第二进料反应器中；厌氧消化反应器的第一区、第二区、第三区和第四区，它们被设计成用于将流过所述第二进料反应器的流入物以先进先出的次序进行甲烷发酵，从而生成沼气并同时将所述沼气转移到下一厌氧消化区；扩散气体供应管和扩散器，它们使得所述第一区、第二区、第三区和第四区的流入物具有流动性；入口管线，它位于所述厌氧消化反应器的第四区的下层部分中，污泥液从所述下层部分被吸入到所述入口管线中；入口管线，它位于所述厌氧消化反应器的第四区的 上层部分中，活化液体从所述上层部分被吸入到所述入口管线中；沼气捕获装置，它与所述厌氧消化反应器的第四区中的气体层连接；第一热交换管，它设置在所述第一进料反应器内部，使得从位于所述下层部分的入口管线所吸入的污泥液与新的流入物进行热交换；后续处理反应器的第一区、第二区、第三区和第四区，它们设置在所述厌氧消化反应器的上层上，使得完成热交换的所述污泥液以先进先出的次序导入，并处理由所述污泥液产生的气态臭味组分；以及液态堆肥反应器，在所述液态堆肥反应器中，储存有所排放出的、已去除臭味组分的污泥。 
效果 
本发明中的厌氧消化器具有如下特点：当将流入物导入时，不需要单独的气体储存单元和复杂的预处理；可在整个过程中，使用余热来控制所述流入物的温度，以提供对产甲烷菌(methanogen)的生长发育最优的条件；使得发酵液以先进先出的方式进行厌氧消化，以去除当将随后导入的未发酵液首先排出时，在所述后续处理过程中可降低臭味组分去除效率的因素；以及可将所述流入物缓慢地转移，使得在自身产生的、用于再循环的沼气进行纯化或不进行纯化的情况下，诱导所述流入物中沉积物的浮选和均化，而不使用复杂且高成本的搅拌器。此外，由于使用了低成本的氨和硫化氢去除装置，本发明可提供在经济性方面和所产生的沼气的纯度方面都很出色的厌氧消化器。所述氨和硫化氢去除装置可防止抑制产甲烷菌生长发育的氨和硫化氢的持续浓缩(其已经被确定为常规的气体厌氧消化反应器的不利之处)，并可将所产生的氨和硫化氢去除99％以上，从而通过将所述沼气中二氧化碳含量降低至20％以下而产生甲烷含量为80％以上的沼气，所述沼气为城市燃气水平。 
附图说明
从下列详细说明连同所述附图将会更为清楚地理解本发明的上述目的和其他目的、特征以及其他优点，其中： 
图1为使用本发明中的分室式厌氧消化反应器进行家畜废水或食物废弃物处理工艺的流程图； 
图2为显示本发明中的分室式厌氧消化反应器的第一层消化反应器的立体图； 
图3为显示本发明中的分室式厌氧消化反应器的第二层后续处理反应器的立体图； 
图4为示意性显示将本发明中的分室式厌氧消化反应器进行分隔的观察断面的俯视图； 
图5为图4中观察断面A的截面主视图； 
图6为图4中观察断面B的截面主视图； 
图7为图4中观察断面C的截面主视图； 
图8显示从上面观察时图4中的观察断面D； 
图9显示将位于本发明中的分室状厌氧消化反应器下部中的最终发酵液吸入的管线布置的俯视图(a图)和侧视图(b图)； 
图10显示将位于本发明中的分室状厌氧消化反应器上层部分中的液体接种物和稀释剂吸入的管线布置的俯视图(a图)和侧视图(b图)； 
图11为图4中观察断面D的侧视图； 
图12为显示设置在本发明中的分室状厌氧消化反应器中的氨/硫化氢去除装置的组图，其显示：(a图)氨/硫化氢去除装置和厌氧消化反应器的连接示意图；(b图)氨/硫化氢去除装置，其中A型槽和B型槽彼此连接；(c图)只装配有A型槽的硫化氢去除装置；以及 
图13显示从上面观察时图4中本发明中的扩散气体分隔壁的一种实施方式。 
具体实施方式
通过参考附图对本发明的优选实施方式进行下列详细的说明，将会更为清楚地理解本发明的特征和优点。首先应注意的是，基于本发明者恰当地定义了最能描述本发明的术语概念的假设，本文所使用的术语或字词应被理解为对应于本发明技术精神的含义或概念。还应理解的是，并未提供本发明所涉及的公知功能和公知结构的详细描述，以避免不必要地使得本发明的本质不清楚。 
本发明提供了一种分室状厌氧消化器，所述的分室状厌氧消化器可通过提供最佳厌氧消化条件来增加沼气的生产效率，在所述最佳厌氧消 化条件下，酸的产生和甲烷生成步骤可在一个厌氧消化反应器中同时进行。 
在下文中，根据本发明实施方式的一个方面，将会参考所述附图对厌氧消化器进行详细描述。 
根据本发明实施方式的一个方面，所述厌氧消化器包括： 
第一进料反应器3，家畜废水或食物废弃物(以下称为“流入物”)被导入所述第一进料反应器中； 
第二进料反应器4，流过所述第一进料反应器的流入物被导入所述第二进料反应器中； 
厌氧消化反应器的第一区5、第二区6、第三区7和第四区8，它们被设计成用于将流过所述第二进料反应器4的流入物以先进先出的次序进行甲烷发酵，从而生成沼气并同时将所述沼气转移到下一厌氧消化区； 
扩散气体供应管和扩散器，它们使得所述第一区、第二区、第三区和第四区的流入物具有流动性； 
入口管线41，它位于所述厌氧消化反应器的第四区8的下层部分中，污泥液从所述下层部分被吸入到所述入口管线中； 
入口管线42，它位于所述厌氧消化反应器的第四区8的上层部分中，活化液体从所述上层部分被吸入到所述入口管线中； 
沼气捕获装置，它与所述厌氧消化反应器的第四区8中的气体层连接； 
第一热交换管2，它设置在所述第一进料反应器3内部，使得从位于所述下层部分的入口管线41所吸入的污泥液与新的流入物进行热交换； 
后续处理反应器的第一区11、第二区12、第三区13和第四区14，它们设置在所述厌氧消化反应器的上层上，使得完成热交换的所述污泥液以先进先出的次序导入，并处理由所述污泥液产生的气态臭味组分；以及 
液态堆肥反应器，在所述液态堆肥反应器中，储存有所排放出的、已去除臭味组分的污泥。 
根据本发明实施方式的一个方面，厌氧消化器包括位于所述厌氧消化反应器第一区5、第二区6、第三区7和第四区8底部上的底部加热管线9，以保持最佳的甲烷发酵温度(参见图2)。 
所述底部加热管线9提供约35℃至约55℃的温度范围，该温度范围是在所述厌氧消化反应器中由产甲烷菌产生甲烷的最佳温度范围。因为最初所导入的流入物的温度在夏季和冬季分别为约18℃和约8℃，所述底部加热管线9可将对甲烷生成最佳的发酵温度和最初所导入的流入物温度之间的温度变化最小化。 
根据本发明实施方式的一个方面，所述厌氧消化器的厌氧消化反应器的第一区、第二区、第三区和第四区的特征在于，它们具有这样的结构，在所述结构中，用于储存由甲烷发酵所产生的沼气的空间在被导入各个区的流入物的上部和各个区的顶板(ceiling)之间是密闭的(参见图2)。 
当因甲烷发酵而产生沼气时，所产生的气体储存在各个区中的顶板和所述流入物的上部之间。因此，根据本发明实施方式的一个方面，所述厌氧消化器不需要单独的沼气储存装置。 
在所述厌氧消化反应器的第一区5以及第二进料反应器4的外壁，设置水位测量管51和水位测量管52来测量所述第一区5和所述第二进料反应器4中的流入物的液面。通过由因甲烷发酵而产生的沼气施加的压力，在所述第一区5和第二进料反应器4之间可产生流入物的液面差。也就是说，当由于大量的沼气产生而在所述第一区5的气体层中产生大的压力时，因为在向其中导入流入物的第二进料反应器4中的液面升高，有可能对停止所述流入物进料的时间点进行控制(参见图11)。 
根据本发明实施方式的一个方面，所述厌氧消化反应器的第一区、第二区、第三区和第四区具有这样的结构，在所述结构中，所述区通过隔离壁5′、6′和7′彼此隔开。在这种情况下，每个隔离壁5′、6′和7′的端部从所述厌氧消化反应器的内壁以的形式开口，所述开口部分不包括储存有沼气的上部空间。所述流入物通过所述开口的空间转移进入下一区(参见图2)。 6 
在所述厌氧消化反应器的隔离壁5′、6′和7′中，所述第一区和第二区之间的隔离壁5′以及所述第三区和第四区之间的隔离壁7′在相同的方向上开口，而所述第二区和第三区之间的隔离壁6′具有这样的结构，在所述结构中，所述端部在与所述第一区和第二区之间的隔离壁5′以及所述第三区和第四区之间的隔离壁7′的开口相反的方向上开口。因此，所述流入物以之字形的方式流过所述厌氧消化反应器的整个区域。 
所述厌氧消化反应器的第一区5为进行酸的产生的区域，产生比约7.2至约7.4低得多的pH，而pH约7.2至约7.4对于产甲烷菌而言是最佳的pH范围。因此，需要将已被所述流入物降低的pH控制到最佳pH范围。这一控制作用可通过由将在下文中描述的扩散气体供应管27和扩散器26所导入的气体中所包含的氨组分进行调节。由于所述已调节pH的流入物以之字形的方式流过长的距离，pH被控制在适合于甲烷发酵的范围内。也就是说，所述隔离膜5′、6′和7′通过增加所述流入物的移动距离使所述流入物本身具有缓冲能力，从而在流入物在更为靠近第四区8时可提供最佳的甲烷发酵条件。 
根据本发明的一个方面，所述厌氧消化反应器的第一区、第二区、第三区和第四区的各个区具有这样的结构，在所述结构中，除了在安装有第一进料反应器3和第二进料反应器4方向上的器壁、所述第一区和第二区之间的隔离壁5′以及所述第三区和第四区之间的隔离壁7′以外，使所述流入物具有流动性的扩散气体供应管27和扩散器26沿着其他器壁底部上的器壁周边安装(参见图8)。 
本发明中的厌氧消化反应器不包含单独的搅拌器。用以代替搅拌器的是通过所述扩散气体供应管27和所述扩散器26导入的、使所述流入物具有流动性的气体，该气体起到搅拌器的作用。 
特别地，所述厌氧消化反应器的第一区5中的扩散气体分隔壁25安装在将在下文中描述的第二热交换管24的前面，引导从安装在器壁底部的扩散器26所导入的扩散气体在垂直方向上的流动。然后，流过所述分隔壁的扩散气体通过给予所述流入物以顺时针方向的旋转，从而为流过所述第一区5的流入物提供搅拌作用和流动性(参见图7)。所导入的扩散气体可在所述厌氧消化反应器的各个不同区中经历不同的处理过程。 这将在下文中的对应部分中更为具体地进行描述。 
此外，根据本发明的一个实施方式，安装在厌氧消化反应器中的扩散气体分隔壁可安装于在所述厌氧消化反应器的第一区至第四区底部安装有扩散气体供应管和扩散器的器壁的前面，而不仅限于安装在第一区，从而进一步为流过各个区的流入物提供流动性(参见图13)。 
根据本发明实施方式的一个方面，用以对由外源供应的热量进行交换的第二热交换管24设置在与所述厌氧消化反应器的第一区5中的隔离壁5′相对的器壁表面上，目的是为了使最初所导入的流入物温度与对甲烷生成最佳的发酵温度之间的温度变化最小化，从而在后续的厌氧消化反应器的第二区至第四区中将甲烷发酵效率最大化(参见图6)。由所述外源供应的热量可通过使用由锅炉烟气或发动机废气所产生的余热来增加能效。 
根据本发明实施方式的一个方面，所述厌氧消化反应器的第二区6包含气体管道34，用以通过位于上部气体层中的第二抽吸泵(suctionbrewer)31从所述上部气体层中回收因厌氧消化而产生的沼气，并且向包含于所述第一区5和第二区6中的扩散气体供应管27和扩散器26供给用于提供搅拌作用和流动性的气体。根据本发明实施方式的一个方面，所述厌氧消化反应器的第四区8包含气体管道35，用以通过位于上部气体层中的第一抽吸泵30从所述上部气体层中回收因厌氧消化而产生的沼气，并且向包含于所述第三区7和第四区8中的扩散气体供应管27和扩散器26供给用于提供搅拌作用和流动性的气体(参见图8)。 
通过所述气体管道34吸入的沼气不仅可不使用单独的氨和硫化氢纯化作用而直接供应至所述第一区5和第二区6，还可通过对选择性地连接至相邻气体管道35的氨和硫化氢去除装置28的普通开/关阀门进行操作而以纯化的氨和硫化氢的形式进行供应。 
如上文所述，所述厌氧消化反应器的第一区5因为进行酸的产生的步骤，因而具有相对低pH的环境，在当所述流入物相继转移至下一区时，需要用于保持适合于甲烷发酵的pH的工艺。为此，本发明可通过将包含于由厌氧消化反应器第二区6的气体管道34所吸入的沼气中的氨原封不 动地导入到位于所述第一区的扩散气体供应管27和扩散器中而不经过单独的纯化过程，从而将所述流入物所降低的pH控制在适合于甲烷发酵的pH范围内。 
因为通过所述厌氧消化反应器的第三区7和第四区8中的处理过程的流入物的pH被控制在对甲烷发酵最佳的pH，用于提供搅拌作用和流动性的气体在供应时可优选从所述沼气中已将氨去除，从而使得这些甲烷发酵条件可以不受到干扰。此外，所述气体在供应时可优选甚至从所述沼气中去除硫化氢以增加最终所产生沼气的纯度。为此，有必要通过氨和硫化氢去除装置28来去除氨和硫化氢。氨和硫化氢去除装置将在下文中参考图12更为详细地进行描述。 
根据本发明实施方式的一个方面，氨和硫化氢去除装置28包含： 
封闭式槽(以下称为“A型槽”)，所述槽包含： 
扩散器65，它被供应有从所述厌氧消化反应器中的气体层转移出的包含氨和硫化氢的沼气； 
水，溶解有由所述扩散器65供应的所述沼气； 
排水管线66，将溶解有所述沼气的水在下部通过水位和气体压力由所述排水管线66排出； 
入口管线67，将已去除氨和硫化氢的水由所述入口管线67被导入上部中；以及 
废气管线68，使所述已去除氨和硫化氢的气体通过所述废气管线68被返回至所述厌氧消化反应器；以及 
包含桃红荚硫菌(Thiocaosa roseopersicina)培养物的开放式槽(以下称为“B型槽”)，所述槽包含： 
水管线69，从所述A型槽下部排出的水通过所述水管线69被导入上部中； 
用于水位调节的球形旋塞62，它连接至所述水管线69并受到所述水管线69的支撑； 
感应水位的液面传感器61； 
供应有外部空气的扩散器63； 
排水管线70，将已去除氨和硫化氢的水在下部由所述排水管线70排出；和 
排水泵64，它与所述排水管线70连接并根据所述液面传感器的水位感应信息执行开/关功能； 
其中，所述A型槽与所述B型槽彼此连接。 
根据本发明实施方式的一个方面，所述氨和硫化氢去除装置28的A型槽将溶解于水的氨和硫化氢供应至所述B型槽，在所述B型槽中，所述的氨和硫化氢与由所述外部空气供应的氧气进行反应，并以硫酸铵((NH4)2SO4)的形式去除所述的氨和硫化氢，如下列式1所示。 
【式1】 
2NH3+H2S+2O2→(NH4)2SO4
所述去除装置28的A型槽为封闭式槽。所述槽可以优选保持合适的内部压力和水位，从而可将溶解有从厌氧消化反应器的气体层导入的气体的水供应至所述B型槽，并且所述内压力更优选可保持在约0.4kg/cm2至约0.6kg/cm2。 
根据本发明实施方式的一个方面，所述氨和硫化氢去除装置28的A型槽和B型槽可优选包含桃红荚硫菌培养物。如下列式2所示，桃红荚硫菌培养物中的某些酶可将沼气中的二氧化碳和硫化氢转化为甲醛(CH2O)和硫酸(H2SO4)盐的形式以提高所述沼气的纯度。并且，认为转化后的硫酸又与氨反应从而转化为硫酸铵的形式，如下列式3所示。 
【式2】 
2CO2+H2S+2H2O→2(CH2O)+H2SO4
【式3】 
H2SO4+2NH3→(NH4)2SO4
通过所述反应，包含于所述沼气中的硫化氢可随部分二氧化碳得以减少。特别地，在氨和硫化氢未被去除的条件下，在其中进行厌氧消化 液体搅拌的常规的气体搅拌式厌氧消化反应器中，氨和硫化氢的积聚已被确定为是在沼气产生环境(产甲烷菌的生长发育)方面具有副作用的因素。然而，根据本发明中所述的去除装置，已去除硫化氢和氨的气体(即，所述上层部分中纯化后的沼气)可用于搅拌所述厌氧消化液，并因此可将二氧化碳和氢气作为用于甲烷生成的底物供应至所述厌氧消化液中的产甲烷菌。这意味着作为杂质的二氧化碳可与额外的氢气结合，从而使得所产生的总的沼气中甲烷浓度提高而二氧化碳浓度降低，并由此提高沼气的纯度。 
当向所述氨和硫化氢去除装置中导入高浓度的硫化氢时，所述硫化氢可快速地转化为纯硫(S)的形式并得以去除。也就是说，当所述硫化氢的浓度较高时，通过桃红荚硫菌将硫化氢(H2S)氧化为硫(S)的过程要比将硫(S)氧化为硫酸根离子(SO4 2-)的过程进行得相对更为迅速，因此大量的硫在所述去除装置的溶液中积聚，而一部分硫发生沉淀并悬浮在容器的表面上或溶液中。 
此外，可优选将来自外部空气的、溶解于水中的氧气供应给所述氨和硫化氢去除装置28的B型槽。通过所述供应，不仅会预先阻断氧气输入到待去除氨和硫化氢的沼气中，也会预先阻断氧气输入到需要极端厌氧条件的厌氧消化反应器中。 
根据本发明实施方式的一个方面，所述氨和硫化氢去除装置28的B型槽中的液面传感器61包含三根长度各异的传感器杆a、b和c。当所述B型槽的水位触及最短的传感器杆a时，运行排水泵64以将已去除氨和硫化氢的水供应至所述A型槽。当所述B型槽的水位触及中等长度的传感器杆b时，停止所述排水泵64的运行。当所述溶液在A型槽和B型槽中循环时，在没有向所述A型槽中供应任何气相氧的情况下，氨和硫化氢的去除反应连续不断地进行。 
根据本发明实施方式的一个方面，所述氨和硫化氢去除装置28将已去除氨和硫化氢的已溶解的沼气通过所述B型槽转移至所述A型槽，并通过位于所述A型槽上部的废气管线将其供应至位于所述厌氧消化反应器下部的扩散气体供应管27和扩散器26。更具体地说，在已被转移至所述A型槽的沼气中易溶于水的气体氨(NH4)和硫化氢(H2S)在水中溶 解，而甲烷(CH4)、氢气(H2)和部分二氧化碳(CO2)则通过位于所述A型槽上部的废气管线排出，并供应至位于本发明的A型槽下部的扩散气体供应管27和扩散器26。所述A型槽中的水被供应至所述B型槽，进行由2CO2+H2S+2H2O→2(CH2O)+H2SO4表示的反应。如上所述，在B型槽中，通过紫色细菌(桃红荚硫菌)将H2S氧化为S的速率要比将S氧化为SO4 2-的速率更快，因此使用S的瞬时物质积聚(transient massaccumulation)使得通过已供应至所述B型槽的溶解氧将S转化为SO4 2-。SO4 2-与溶解的NH4 +的结合使得氨快速进行反应变为硫酸铵的形式(参见化学反应式3)。也就是说，当水在所述A型槽和B型槽之间循环时，这些反应连续不断地发生。 
根据本发明实施方式的一个方面，所述氨和硫化氢去除装置28的B型槽可在约6个月至约1年内不进行液相更换，而是仅仅补充蒸发掉的水分即可。所述去除装置28的液相更换时间取决于作为生成物的硫酸铵的饱和浓度，并且当在所述去除装置中溶液的饱和浓度达到约40％时，从去除效率方面考虑，可优选更换所述液相。 
根据本发明实施方式的一个方面，为了提高所述氨和硫化氢去除装置28中的硫化氢去除效率，可将单独的硫化氢去除装置28′另外连接至所述氨和硫化氢去除装置28。 
所述硫化氢去除装置28′的实施方式的一个优选的方面可以封闭式槽的形式提供，所述槽包含：入口管线71，已去除部分硫化氢的沼气通过去除装置28被导入该入口管线中；扩散器72，将由所述入口管线71导入的沼气进行扩散；水，包含与由所述扩散器72供应的所述沼气中的硫化氢进行反应的氢氧化亚铁或氢氧化铁；以及废气管线73，将已去除硫化氢的沼气排出。 
特别地，通过位于所述A型槽上部的废气管线68供应的氨的99％以上以及已去除部分硫化氢的沼气通过扩散器65得以溶解，并且包含于所述去除装置28′中的氢氧化亚铁或氢氧化铁与残余的硫化氢发生反应，从而以铁硫化物和水的形式去除残余的硫化氢。所述硫化氢去除装置28′可串联连接至所述氨和硫化氢去除装置28的A型槽。 
更优选地，可使用通过制备矿物质氢氧化物的方法制备的氢氧化亚铁或氢氧化铁，所述方法描述于由本发明者提交且获得授权的“有机螫合物的制备方法(Method for preparation of organic chelate)”(韩国专利No.0481326和美国专利No.7087775)。 
本发明中的氢氧化亚铁或氢氧化铁为Fe(OH)2或Fe(OH)3形式的物质，通过常规的二价铁或三价铁(例如FeCl2、FeCl3等)在水溶液中与NaOH进行当量反应(equivalent reaction)而得到。可将如下列式4所得到的产物进行离心并去除NaCl，得到所述的Fe(OH)2或Fe(OH)3。 
【式4】 
FeCl2+2NaOH→Fe(OH)2+2NaCl 
FeCl3+3NaOH→Fe(OH)3+3NaCl 
因为所述氢氧化亚铁或氢氧化铁与硫化氢完全反应，而所述硫化氢是通过本发明反应槽中的扩散器溶解于去除装置中的溶液去除设备的气体组分，去除效率取决于所述扩散器的气体溶解能力。相比于在高压下向常规的脱硫装置中通入空气、并将作为氢氧化铁的FeO(OH)和作为氧化铁的Fe2O3与气相硫化氢进行吸附反应从而按照空气通入速率(airventing rate)(气体处理能力)来去除硫化氢的方法，本发明要出色得多。就反应效率而言，本发明也远远优于取决于氢氧化铁纯度和颗粒状物表面积的常规脱硫装置。 
特别地，对于常规的脱硫装置(“The Study of Biogas Production andEnergy Use by High-rate Two Phase Anaerobic Treatment of SwineWastewater(Final report)”，p.151，2006年9月，工业和资源部，韩国)，每kg的Fe2O3可吸附130g硫化氢；对于本发明中的去除装置，每kg的Fe(OH)3可吸附约478g硫化氢，表明：就去除效率而言，本发明远远优于常规装置，约为3.7倍。由于本发明具有约4Nm3/min的空气通入速率，就气体处理而言，要远远优于常规脱硫装置的2.5Nm3/min，因此认为本发明在处理能力方面非常出色。 
如上所述，本发明中的氨和硫化氢去除装置28可显著地减少沼气中的二氧化碳含量，因为包含于桃红荚硫菌培养物中所产生的酶在去除硫 化氢的过程中会消耗二氧化碳。在用于产生沼气的常规厌氧消化反应器中所产生的沼气只含有60％至70％以下的甲烷以及35％至45％以下的二氧化碳。 
相反，当使用本发明中所述的去除装置28和/或去除装置28′时，为了从由厌氧消化反应器所产生的沼气中去除硫化氢的目的，可独立使用所述去除装置28′。此外，当所述去除装置28与所述去除装置28′结合使用时，可通过向好氧消化反应器供应高纯度的沼气作为用于搅拌厌氧消化液的气体来保持最佳厌氧消化条件(防止氨和硫化氢在消化液中的积聚)，因而通过进行2CO2+H2S+2H2O→2(CH2O)+H2SO4的反应并将残余的二氧化碳和氢气作为消化液中产甲烷菌的底物进行供应，从而将作为杂质的二氧化碳转化为甲烷，二氧化碳含量可减少至20％以下，所产生的总的沼气中的甲烷含量增加至80％以上。产甲烷菌的种类和可用的底物总结于下列表1中。 
表1 
 产甲烷菌种类   可用的底物
 嗜热自养甲烷杆菌 (Methanobacterium，thermoautotrophicum)   H2+CO2、CO
 嗜树木甲烷短杆菌 (Methanobrevibacter arboriphilus)   H2+CO2
 万尼氏甲烷球菌 (Methanococcus vanniellii)   H2+CO2、HCOOH
 亨氏甲烷螺菌 (Methanospirillum hungatei)   H2+CO2、HCOOH
 巴氏甲烷八叠球菌 (Methanosarcina barkeri)   H2+CO2、CH3OH、  CH3COOH、甲胺
 马氏甲烷八叠球菌 (Methanosarcina mazei)   CH3OH、CH3COOH、甲胺
 宋氏甲烷斯菌 (Methanothrix soehngenii)   CH3COOH
 丁达尔甲烷叶菌 (Methanolobus tindarius)   CH3COOH、甲胺
 甲基拟甲烷球菌 (Methanococcoides methylutens)   CH3COOH、甲胺
 居泥甲烷盘菌 (Methanoplanus limicola)   H2+CO2、HCOOH
 因为通过所述去除装置进行去除的效率取决于转移至去除装置的待去除气体的溶解性，为了提高溶解性，缓慢增加输入到去除装置中的该气体的输入速率是可取的。就提高纯度而言，通过增加去除装置中待去除的气体的循环频率，可实现更高的去除效率。 
根据本发明实施方式的一个方面，所述厌氧消化反应器中的第一进料反应器3包含第一热交换管2。因为可使用泥浆泵21将在第四区8完成最终厌氧消化的第四区8下部的最终发酵液(污泥液)导入安装在所述第四区8底部上的入口管线41，然后将其转移至第一热交换管2并在第一进料反应器3中进行循环，可将新的冷的流入物加热(参见图5和图9)。 
如上所述，因为导入所述厌氧消化反应器的流入物的温度在夏季约为18℃而在冬季约为8℃，因而相比于嗜中温厌氧消化的温度范围35℃至42℃发生了明显的温度变化。 
在其中完成最终厌氧消化的最终发酵液(污泥液)的温度变为约35℃。因为将对应于所述温度的热量作为余热回收至所述流入物，将所述最终发酵液转移至所述厌氧消化反应器上层上的后续处理反应器，所述发酵步骤已经完成，并不需要另外的温度控制。 
因此，本发明可通过导入连接至上述下部的入口管线41的第一热交换管线2，从而向相对低温的第一进料反应器3中的新的流入物提供由相对高温的最终发酵液所产生的余热，使得新的流入物将实际甲烷发酵的温度和最佳甲烷发酵的温度之间的变化最小化。 
根据本发明实施方式的一个方面，所述厌氧消化反应器的第四区8包含位于所述上部的入口管线42，其将上部的活化液体吸入。所述活化液体通过泥浆泵43吸入。当流入物为家畜废水时，所述活化液体被用作液体接种物，而当流入物为食物废弃物时，根据所述流入物的浓度，所述活化液体被用于进行稀释。当所述活化液体被用作液体接种物时，可通过操作普通的开/关阀44，将该活化液体导入第二进料反应器4(参见图10)。 
根据本发明实施方式的一个方面，为了提高硫化氢的去除效率，所 述厌氧消化反应器在所述第四区8上部的沼气层和与所述沼气层连接的沼气捕获装置之间可进一步包含硫化氢去除装置(参见图1)。所述硫化氢去除装置可使用如图12(c)所示的硫化氢去除装置28′。 
根据本发明实施方式的一个方面，所述厌氧消化反应器包含位于所述上层的后续处理反应器(参见图3)。所述后续处理反应器被分为第一区11、第二区12、第三区13和第四区14，并且具有这样的结构，在所述结构中，这些区通过隔离壁彼此隔开，所述隔离壁与安装在位于下层的厌氧消化反应器的第一区5、第二区6、第三区7和第四区8中的隔离壁5′、6′和7′的形式相同。所述处理反应器还包含与在所述下层中的相应部件形式相同的扩散气体供应管(未显示)和扩散器(未显示)。 
在所述后续处理反应器的各个区11、12、13和14中，通过泵(brewer)(未显示)将含有氧气的外部空气供应至扩散气体供应管和扩散器，并且通过所述扩散器喷出的所述空气使得各个区中的、以先进先出的次序转移的流入物具有流动性。这意味着除了用外部空气作为扩散气体外，所述处理反应器以与位于所述下层的厌氧消化反应器相同的方式运行。 
为了去除由所述厌氧消化反应器的最终发酵液(污泥液)所产生的臭味组分，所述后续处理反应器的区11、12、13和14可连接至臭味去除装置，该臭味去除装置将由区11、12、13和14的上部气体层所产生的气体进行纯化并向外排放(参见图1)。 
作为臭味组分去除装置，开放式的B槽可单独连接至所述后续处理反应器的气体层进行使用。所述B型槽包括含有桃红荚硫菌培养物的水，通过使用所述去除装置中的扩散器，将由所述后续处理反应器的各个区中的气体层吸入的气体溶解于上述水中，以硫酸铵或硫酸盐的形式去除作为臭味组分的氨和硫化氢，然后将已去除臭味组分的气体排放到空气中。 
随后，可将已去除臭味组分的最终发酵液转移至液态堆肥反应器并用作耕地使用的肥料。 
在下文中，将根据图1，对具有所述结构的厌氧消化器的运行状态进行描述。 
将例如家畜废水、食物废弃物等流入物导入第一进料反应器，并通过来自包含在第一进料反应器中的热交换管线(第一热交换管线)的热量进行加热。已完成热交换的待加热的流入物溢流至第二进料反应器，然后被导入位于所述下层的厌氧消化反应器的第一区，并以先进先出的方式顺序流过所述厌氧消化反应器的第二区、第三区和第四区。作为厌氧消化的结果，产生沼气并储存在各个区的上部。在所述厌氧消化反应器第一区的侧壁中，包含有热交换管线(第二热交换管线)，所述热交换管线中循环有由外部余热供气装置供应的发动机废气或锅炉烟气，从而将所述流入物的温度和最佳厌氧消化温度之间的变化最小化。安装在所述第一区至第四区底部上的底部加热管线向所述流入物供热以达到相同的目的。 
扩散气体供应管和扩散器安装在所述厌氧消化反应器的第一区、第二区、第三区和第四区的底部上，将流过各个区的流入物进行搅拌，并向所述流入物提供流动性。所述气体通过外部泵(external brewer)吸入所述第二区和第四区上部中的沼气，在去除或不去除所述氨和硫化氢的情况下，包含在所述沼气中的氨和硫化氢被供应至第一区至第四区的扩散气体供应管和扩散器。未流过所述氨和硫化氢去除装置的沼气通常被转移至所述第一区中的扩散气体供应管、扩散器和扩散气体隔离壁，结果通过进行酸的产生步骤，所述第一区中的流入物的降低的pH值借助于由含有氨的沼气提供的搅拌作用和流动性，会满足适合于下一区进行甲烷发酵的流入物的pH条件。流过所述氨和硫化氢去除装置的沼气通常被供应至所述第三区至第四区，结果最大限度地去除氨和硫化氢的高纯度沼气积聚在所述第四区的气体层中，在所述第四区的气体层中储存了最终的沼气。如果必要，所积聚的沼气可流过硫化氢去除装置，从而在去除几乎所有残余硫化氢的状态下用作发电/产热的燃料。 
将到达所述厌氧消化反应器第四区并完成厌氧消化的最终发酵液(污泥液)收集在所述第四区的下部中。所述最终发酵液通过位于所述下部中的入口管线吸入，转移至包含于第一进料反应器中的第一热交换管线，并在向所导入的新的流入物供给因最终发酵而产生的热量后，移入位于所述厌氧消化反应器上层的后续处理反应器。除了最终发酵液存 在于所述下层中之外，活化液体存在于所述厌氧消化反应器第四区的上层部分中。部分活化液体通过位于所述上层部分的入口管线供应至第二进料反应器，并用作液体接种物和pH调节液，其他活化液体则被用作被导入第一进料反应器的家畜废水或食物废弃物的稀释剂。 
转移至位于所述厌氧消化反应器上层的后续处理反应器的所述最终发酵液(污泥液)以先进先出的方式移入所述后续处理反应器的第一区、第二区、第三区和第四区，所述后续处理反应器的第一区、第二区、第三区和第四区与位于下层的所述厌氧消化反应器的第一区、第二区、第三区和第四区具有相同的结构。用于向所述最终发酵液提供搅拌作用和流动性的过程以与在所述厌氧消化反应器中相同的方式进行。然而，不同于所述厌氧消化反应器，含有氧气的外部空气被注入到通过扩散气体供应管和扩散器供应的所述扩散气体中。移入所述后续处理反应器各个区中的所述最终发酵液向位于所述上部中的气体层产生例如氨、硫化氢等的臭味组分，并且这些臭味组分被再次转移至所述氨和硫化氢去除装置从而被去除并向外排出。将最终残留的发酵液转移至液态堆肥反应器，并用作耕地使用的肥料，从而通过本发明中的厌氧消化器完成厌氧消化过程。 
因为所述厌氧消化反应器上部中的气体层在本发明中的厌氧消化器中同时起到气体储存单元的作用，所以并不需要单独的气体储存单元。进料反应器的水位也可通过气体层中的气体压力进行控制，并且连接至所述厌氧消化反应器的另外的装置例如发电引擎的运行可通过消化液液面测量管进行控制。 
在本发明所述的厌氧消化器中，所述厌氧消化反应器第一区和第四区的氧化还原电位(ORP)经测定分别为-330mV至-460mV，满足了厌氧消化反应器所需要的-300mV以下的细菌培养条件。 
此外，本发明中所述的厌氧消化器，当将流入物导入时不需要预处理，并且，例如使用余热通过控制整个过程中所述流入物的温度，提供产甲烷菌生长发育的最优条件，所述过程包括起始投料步骤、厌氧消化步骤等。 
当随后导入的未发酵液首先流出时，本发明中所述的厌氧消化器可通过使得所述流入物以先进先出的方式移动而将降低所述后续处理中的臭味组分去除效率的因素去除。 
此外，本发明中所述的厌氧消化器在所述厌氧消化反应器内部不需要单独的搅拌单元，并可将所述流入物缓慢地转移，使得在自身产生的、用于再循环的沼气进行纯化或不进行纯化的情况下，诱导所述流入物中沉积物的浮选和均化。 
此外，本发明中的厌氧消化器可从所述厌氧消化反应器中的气体层吸入沼气，并使该沼气通过氨和硫化氢去除装置再循环以产生高纯度的沼气。通过所述去除装置，可防止抑制产甲烷菌生长发育的氨和硫化氢的持续浓缩，该持续浓缩已经被确定为常规的气体搅拌型厌氧消化反应器的不利之处。 
此外，在结合式A型槽和B型槽28的情况下，本发明中所述的氨和硫化氢去除装置可将所产生的氨去除99％以上，并将所产生的硫化氢去除30％以上，并且连接至所述结合式去除装置28并包含氢氧化亚铁或氢氧化铁的去除装置28′可通过提高流入该去除装置的频率将所产生的硫化氢去除99％以上。 
另外，当本发明的氨和硫化氢去除装置28中包含的桃红荚硫菌培养物中产生的酶在去除硫化氢时，该去除装置28可消耗二氧化碳，从而初步降低沼气中的二氧化碳含量。此外，上述沼气中残余的二氧化碳和氢气可以作为消化液中的产甲烷菌的底物予以提供，从而将作为杂质的二氧化碳转化为甲烷，从而再次降低所述二氧化碳含量。用于沼气生产的常规厌氧消化反应器只含有65％以下的甲烷和35％以上的二氧化碳。然而，本发明中所述的去除装置可用于所述厌氧消化反应器，通过将所述沼气中的二氧化碳含量降低至20％以下，产生甲烷含量为80％以上的沼气，达到城市燃气的水平(参见表2)。 
表2 
表2为通过本发明中的去除装置去除氨、硫化氢和二氧化碳的效率的测量结果。具体地说，表2为沼气的成分和含量的结果，其通过将流过去除装置的频率从1增加至3，在图12(a)中的泵29和A型槽之间的GASTEC Detector(制造商：日本)管(测量位置1)进行测量，以及在图12(a)中的去除装置28′的A′型槽外的位置(测量位置2)。参考表2，仅通过最初的一次流过就将氨完全去除，而流过频率为一次、两次和三次时，分别去除了约68％、约80％以及约94％的硫化氢。可见，沼气中所包含的二氧化碳为20％以下，并且，可由包含本发明中的去除装置的厌氧消化反应器产生高纯度的沼气。 
对于本发明所属领域的技术人员来说显而易见的是，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种改进和改变，而所有这些改进和改变都被认为包含于所附的权利要求书中。 
举例来说，本发明中的厌氧消化器包括具有单独的上层和下层的单层式结构的厌氧消化器，也包括具有如说明书和权利要求书中所述的上层和下层的双层结构而所述上层和下层的技术性能包含于一个单层之中的厌氧消化器。本发明中所述的氨和硫化氢去除装置28或硫化氢去除装置28′不限于仅用于本发明中所述厌氧消化器的用途。相反，所述去除装置28或所述去除装置28′可根据所述装置的结构适当地进行改进，只要其是为了去除例如氨、硫化氢、二氧化碳等气体并得到高纯度沼气的目的而提供的装置。此外，其可用于去除硫、氨、二氧化碳等的装置以及用于产生沼气的装置。 

Claims (25)

1.一种分室式厌氧消化器，所述消化器包括：
第一进料反应器，家畜废水或食物废弃物被导入所述第一进料反应器中；
第二进料反应器，流过所述第一进料反应器的所述家畜废水或食物废弃物被导入所述第二进料反应器中；
厌氧消化反应器的第一区、第二区、第三区和第四区，它们被设计成用于将流过所述第二进料反应器的所述家畜废水或食物废弃物以先进先出的次序进行甲烷发酵，从而生成沼气并同时将所述沼气转移到下一厌氧消化区；
入口管线，它位于所述厌氧消化反应器的第四区的下层部分中，污泥液从所述下层部分被吸入到所述入口管线中；
入口管线，它位于所述厌氧消化反应器的第四区的上层部分中，活化液体从所述上层部分被吸入到所述入口管线中；
沼气捕获装置，它与所述厌氧消化反应器的第四区中的气体层连接；
第一热交换管，它设置在所述第一进料反应器内部，使得从位于所述下层部分的入口管线所吸入的污泥液与新的家畜废水或食物废弃物进行热交换；
后续处理反应器的第一区、第二区、第三区和第四区，它们设置在所述厌氧消化反应器的上层上，使得完成热交换的所述污泥液以先进先出的次序导入，并处理由所述污泥液产生的气态臭味组分；
扩散气体供应管和扩散器，它们使所述厌氧消化反应器的第一区、第二区、第三区和第四区的所述家畜废水或食物废弃物以及所述后续处理反应器的第一区、第二区、第三区和第四区的所述家畜废水或食物废弃物具有流动性，所述扩散气体供应管和所述扩散器被安装于所述厌氧消化反应器的第一区、第二区、第三区和第四区中以及所述后续处理反应器的第一区、第二区、第三区和第四区中；以及
液态堆肥反应器，在所述液态堆肥反应器中，储存有所排放出的、已去除臭味组分的污泥，
其中，所述厌氧消化反应器的各个区具有这样的结构，在所述结构中，各个所述区由隔离壁彼此隔开，在各个所述隔离壁的端部以“┓”的形式开口，所述家畜废水或食物废弃物和沼气穿过所述开口的空间进入下一区，
且其中，所述厌氧消化反应器各个区的所述隔离壁具有这样的结构，在所述结构中，第一区和第二区之间的隔离壁以及第三区和第四区之间的隔离壁在相同的方向上开口，第二区和第三区之间的隔离壁在与第一区和第二区之间的隔离壁以及第三区和第四区之间的隔离壁的开口相反的方向上开口，所述家畜废水或食物废弃物以之字形的方式流过所述厌氧消化反应器的整个区域，
并且其中，包含在所述厌氧消化反应器上层中的所述后续处理反应器的第一区、第二区、第三区和第四区通过隔离壁彼此隔开，所述隔离壁与安装于位于下层的所述厌氧消化反应器的第一区、第二区、第三区和第四区的隔离壁的形式相同。
2.如权利要求1所述的消化器，其中，所述厌氧消化反应器的第一区、第二区、第三区和第四区的底部包含底部加热管线，以保持进行甲烷发酵的温度。
3.如权利要求1所述的消化器，其中，所述厌氧消化反应器的各个区具有这样的结构，在所述结构中，用于储存通过甲烷发酵产生的沼气的空间是密闭的。
4.如权利要求1所述的消化器，其中，所述扩散气体供应管和扩散器包括所述第一区和所述第二区中的扩散气体供应管和扩散器，该扩散气体供应管和扩散器被沿着器壁的周边设置，且位于在所述第二区和所述第三区之间安装的隔离壁朝向所述第二区的侧壁底部、与所述隔离壁垂直的由所述第一区通往所述第二区的内壁底部以及与由所述第一区通往所述第二区的内壁垂直的所述第一区内壁的底部；所述扩散气体供应管和扩散器还包括所述第三区和所述第四区中的扩散气体供应管和扩散器，该扩散气体供应管和扩散器被沿着器壁的周边设置，且位于在所述第二区和所述第三区之间安装的隔离壁朝向所述第三区的侧壁底部、与所述隔离壁垂直的由所述第三区通往所述第四区的内壁底部以及与由所述第三区通往所述第四区的内壁垂直的所述第四区内壁的底部。
5.如权利要求1所述的消化器，其中，所述厌氧消化反应器的第一区具有第二热交换管，所述第二热交换管排列在与所述第一区中的隔离壁相对的侧壁表面上，并可对由外源供应的热量进行交换，从而通过使最初所导入的家畜废水或食物废弃物温度与对甲烷生成最佳的发酵温度之间的温度变化最小化而将甲烷发酵效率最大化。
6.如权利要求5所述的消化器，其中，由所述外源供应的热量是由锅炉烟气或发动机废气产生的余热。
7.如权利要求5所述的消化器，其中，所述厌氧消化反应器的第一区具有位于所述第二热交换管前面的扩散气体分隔壁，且所述扩散气体供应管和扩散器安装于安装有所述第二热交换器的器壁与所述扩散气体分隔壁之间的底部上，并且所述扩散气体分隔壁引导从所述扩散器排出的所述扩散气体在垂直方向上的流动，然后使得所述扩散气体流过所述扩散气体分隔壁，从而为流过所述第一区的所述家畜废水或食物废弃物提供顺时针方向的流动性。
8.如权利要求1所述的消化器，其中，所述厌氧消化反应器的第二区包含气体管道，以回收因厌氧消化而产生的气体并将所述气体供应至位于所述第一区和所述第二区中的所述扩散气体供应管和扩散器，所述扩散气体供应管和扩散器被沿着器壁的周边设置，且位于在所述第二区和第三区之间安装的隔离壁朝向所述第二区的侧壁底部、与所述隔离壁垂直的由所述第一区通往所述第二区的内壁底部以及与由所述第一区通往所述第二区的内壁垂直的所述第一区内壁的底部；并且所述厌氧消化反应器的第四区包含气体管道，以回收因厌氧消化而产生的气体并将所述气体供应至位于所述第三区和所述第四区中的所述扩散气体供应管和扩散器，所述扩散气体供应管和扩散器被沿着器壁的周边设置，且位于在所述第二区和所述第三区之间安装的隔离壁朝向所述第三区的侧壁底部、与所述隔离壁垂直的由所述第三区通往所述第四区的内壁底部以及与由所述第三区通往所述第四区的内壁垂直的所述第四区内壁的底部。
9.如权利要求8所述的消化器，其中，包含在所述厌氧消化反应器的第四区中的所述气体管道与用于去除包含在因厌氧消化而产生的气体中的氨和硫化氢的装置连接，并将已去除氨和硫化氢的气体供应至包含在所述第三区和所述第四区中的所述扩散气体供应管和扩散器，以保持对甲烷发酵最佳的pH并增加最终所产生的沼气的纯度。
10.如权利要求8所述的消化器，其中，包含在所述厌氧消化反应器的第二区中的所述气体管道与包含在所述厌氧消化反应器的第四区中的气体管道连接，流过氨和硫化氢去除装置的气体流入所述第四区中的气体管道，并且所述第二区的气体管道选择性地将已去除氨和硫化氢的气体供应至包含在所述第一区和所述第二区中的所述扩散气体供应管和扩散器或者阻断其供应。
11.如权利要求9所述的消化器，其中，所述的氨和硫化氢去除装置(28)包含：
封闭式槽，所述槽包含：扩散器(65)，它被供应有从所述厌氧消化反应器中的气体层转移出的包含氨和硫化氢的沼气；水，溶解有由所述扩散器(65)供应的所述沼气；排水管线(66)，将溶解有所述沼气的所述水在下部通过水位和气体压力由所述排水管线(66)排出；入口管线(67)，将已去除氨和硫化氢的水由所述入口管线(67)被导入上部中；和废气管线(68)，使所述已去除氨和硫化氢的气体通过所述废气管线(68)被返回至所述厌氧消化反应器；以及
包含桃红荚硫菌培养物的开放式槽，所述槽包含：水管线(69)，从所述封闭式槽下部排出的水通过所述水管线(69)被导入上部中；用于水位调节的球形旋塞(62)，它连接至所述水管线(69)并受到所述水管线(69)的支撑；感应水位的液面传感器(61)；供应有外部空气的扩散器(63)；排水管线(70)，将已去除氨和硫化氢的水在下部由所述排水管线(70)排出；和排水泵(64)，它与所述排水管线(70)连接并根据所述液面传感器的水位感应信息执行开/关功能；
其中，所述封闭式槽与所述开放式槽彼此连接。
12.如权利要求11所述的消化器，其中，所述氨和硫化氢去除装置的所述封闭式槽将溶解于水的氨和硫化氢供应至所述开放式槽，在所述开放式槽中，所述氨和硫化氢与从所述外部空气供应的氧气进行反应，并以硫酸铵((NH4)2SO4)的形式去除所述氨和硫化氢。
13.如权利要求11所述的消化器，其中，所述氨和硫化氢去除装置的所述开放式槽使用桃红荚硫菌培养物以甲醛(CH2O)、硫酸(H2SO4)盐或纯硫(S)的形式去除所述沼气中的二氧化碳或硫化氢。
14.如权利要求11所述的消化器，其中，所述氨和硫化氢去除装置的所述开放式槽由所述外部空气供应溶解于水中的氧气，以阻断对所述厌氧消化反应器的氧气输入。
15.如权利要求11所述的消化器，其中，所述氨和硫化氢去除装置的所述开放式槽中的液面传感器包含三根长度各异的传感器杆，所述液面传感器在当所述开放式槽的水位触及最短的传感器杆时，运行所述排水泵以将已去除氨和硫化氢的水供应至所述封闭式槽，并在当所述开放式水槽的水位触及中等长度的传感器杆时，停止所述排水泵的运行以进行所述氨和硫化氢的去除反应。
16.如权利要求11所述的消化器，其中，所述氨和硫化氢去除装置将已去除氨和硫化氢的溶解的沼气通过所述开放式槽转移至所述封闭式槽，并通过位于所述封闭式槽上部的废气管线将所述沼气供应至位于所述下部的所述扩散气体供应管和扩散器。
17.如权利要求11所述的消化器，其中，所述氨和硫化氢去除装置通过位于所述封闭式槽下部的扩散器将已去除氨和硫化氢的沼气溶解，并且进一步将硫化氢去除装置连接至所述封闭式槽以增加硫化氢的去除效率，所述的硫化氢去除装置通过氢氧化亚铁或氢氧化铁与残余的硫化氢进行反应从而以铁硫化物和水的形式去除残余的硫化氢。
18.如权利要求17所述的消化器，其中，所述硫化氢去除装置为封闭式槽，所述装置包含：
入口管线，已去除部分硫化氢的沼气通过权利要求11所述的氨和硫化氢去除装置被导入所述入口管线中；
扩散器，将由所述入口管线导入的所述沼气进行扩散；
水，包含与由所述扩散器供应的沼气中的硫化氢进行反应的氢氧化亚铁或氢氧化铁；以及
废气管线，将已去除硫化氢的沼气排出。
19.如权利要求1所述的消化器，其中，被吸入位于所述厌氧消化反应器的第四区的下层部分的入口管线中的污泥液在所述第一进料反应器的第一热交换管中进行循环时，向新的家畜废水或食物废弃物提供因厌氧消化所致温度升高而产生的热量，并将最佳甲烷发酵温度和所述新的家畜废水或食物废弃物的温度之间的温度变化最小化。
20.如权利要求1所述的消化器，其中，被吸入位于所述厌氧消化反应器的上层部分的入口管线中的部分活化液体被导入所述第二进料反应器，并且当所述家畜废水或食物废弃物为家畜废水时，用作液体接种物。
21.如权利要求1所述的消化器，其中，在将所述家畜废水或食物废弃物导入所述第一进料反应器之前，根据所述家畜废水或食物废弃物的浓度，被吸入位于所述上层部分的入口管线中的部分活化液体被用于进行稀释。
22.如权利要求1所述的消化器，其中，为了提高硫化氢的去除效率，在所述厌氧消化反应器第四区的沼气层和与所述沼气层连接的所述沼气捕获装置之间包含含有水的硫化氢去除装置，以从所述沼气层通过所述硫化氢去除装置中的扩散器供应沼气，并以铁硫化物的形式去除残余的硫化氢，所述的水中加入有将与所述沼气中的残余硫化氢进行反应的氢氧化亚铁或氢氧化铁。
23.如权利要求1所述的消化器，其中，含有氧气的外部空气通过泵供应至在所述后续处理反应器的各个区中的所述扩散气体供应管和扩散器，并且通过所述扩散器喷出的空气使得各个区中的所述家畜废水或食物废弃物具有流动性，所述家畜废水或食物废弃物以先进先出的次序进行转移。
24.如权利要求1所述的消化器，其中，所述后续处理反应器的各个区与臭味组分去除装置连接，所述臭味组分去除装置将在各个区上部气体层中产生的气体纯化并向外排出，以除去由所述家畜废水或食物废弃物产生的臭味组分。
25.如权利要求24所述的消化器，其中，所述臭味组分去除装置为包含含有桃红荚硫菌培养物的水的开放式槽，所述臭味组分去除装置将从所述后续处理反应器的各个区的气体层吸入的气体通过位于所述去除装置中的扩散器溶解进入所述水中，从而以硫酸铵或硫酸盐的形式去除作为臭味组分的氨和硫化氢，然后将已去除臭味组分的气体排入空气中。
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