本发明涉及一种用于生物甲烷化包含h2和/或co的气体(例如合成气)的生物甲烷化设备。本发明还涉及一种用于生物甲烷化包含co和/或h2的气体的生物甲烷化设备。本发明的设备和方法可用于处理废物、处理污泥(特别是来自废水处理的)领域，以及更一般地，用于所谓的“电转气(power to gas)”的领域。
背景技术：
1、甲烷化旨在使氢气(h2)、一氧化碳(co)和二氧化碳(co2)起反应以生成甲烷(ch4)和水(h2o)。
2、已知催化转化的化学甲烷化方法。然而，此类方法成本高昂并且通常涉及高压和高温。通过在常温常压下利用生物途径将h2和co2和/或co转化为甲烷，可以避免这些缺点。
3、还已知可视为基于微生物的生物催化方法的生物方法。取决于所涉及的微生物种群，生物甲烷化反应可涉及多种机制。尤其可引用三个细菌种群的示例，它们使得能够通过三种不同的机制，基于co或h2合成甲烷(ch4)(参见navarro等人的front.microbiol.7:1188)。
4、种群1：一氧化碳营养型产乙酸菌+产乙酸产甲烷菌。
5、反应1：4co+2h2o→ch3cooh+2co2
6、反应2：ch3cooh→ch4+co2
7、整体反应：4co+2h2o->ch4+3co2
8、种群2：同型产乙酸菌+产乙酸产甲烷菌或氢营养型产甲烷菌反应1：4h2+2co2->ch3cooh+2h2o
9、反应2：ch3cooh→ch4+co2
10、反应3：4h2+co2->ch4+2h2o
11、整体反应：4h2+co2->ch4+2h2o
12、种群3：一氧化碳营养型产甲烷菌
13、整体反应：4co+2h2o→ch4+3co2
14、当然，这些不同种群可共存于同一反应器中。
15、生物甲烷化方法的众所周知的限制之一在于一氧化碳(co)和氢气(h2)在水中的低溶解度，这限制了生物甲烷化方法的动力学和/或产率。已经探索了各种解决方案以增加这些分子向反应介质中的转移。
16、由此，文献wo2013110186、us20160153008和us20160230193提出了包括在消化器内循环热解气体(合成气)的步骤的方法。此类方法使得能够伴随消化反应来实施甲烷化。然而，此类方法不允许选择专用于甲烷化的微生物，因此限制了甲烷化的产率。
17、已经开发了其它解决方案，它们使用特定于甲烷化步骤的单元，这使得能够通过选择压强获得专用于甲烷化的微生物种群。尤其可引用文献wo2018234058，其提出穿过布置在甲烷化反应器中的膜注入热解气体，以增大气体与反应介质之间的接触表面，从而提高传质和产率。然而，在此类系统中，co2浓度相对于co或h2浓度不受控：它是由所注入的气体中的部分浓度引起的。由此，膜被部分地用于注入co2，而co2与co或h2相比，溶于水介质容易得多。
18、因此，需要改进的甲烷化方法，特别是在难溶性气体(例如co和h2)的传质方面、在使用用于注入所述难溶性气体的膜方面、在总体转化效率方面。这种改进的工艺还允许减小甲烷化反应器的尺寸。
技术实现思路
1、本发明旨在通过提出一种使co2的注射与co/h2的注射解除关联的模块式的生物甲烷化设备和模块式的生物甲烷化方法，解决上述问题的全部或一部分。
2、为此，本发明的主题在于一种用于生物甲烷化包含co和/或h2的气体的生物甲烷化设备，该生物甲烷化设备的特征在于，它包括：
3、-第一反应器，其包括腔部，所述第一反应器被构造为被布置在包含至少一种细菌种群的液体浴内，以使得在第一反应器与液体浴接触时，围绕腔部形成生物膜；
4、-用于将包含co和/或h2的气体注射到腔部中的注射器，生物膜能够将包含co和/或h2的气体生物转化成甲烷；
5、-用于注射co2的第一注射设备，其被构造为将气态co2注射到液体浴中。
6、有利地，根据本发明的生物甲烷化设备包括细小气泡或微米气泡或纳米气泡生成器，该生成器包括：
7、-连接到用于注射co2的第一注射设备的第一输入；
8、-连接到液体浴的第一输出；
9、-细小气泡或微米气泡或纳米气泡生成器被构造为在第一输出处，输出在第一输入处注射的co2的细小气泡或微米气泡或纳米气泡。
10、有利地，根据本发明的生物甲烷化设备包括连接到液体浴的第二注射设备，所述第二注射设备用于将碳酸氢钠注射到液体浴中。
11、有利地，根据本发明的生物甲烷化设备包括用于注射气体、优选地co2的第三注射设备，该第三注射设备被构造为间断性地，以气态的形式，优选地以细小气泡或粗大气泡的形式，将该气体注射到液体浴中。
12、有利地，根据本发明的生物甲烷化设备包括：
13、-用于测量液体浴的碱性和/或ph值的测量设备；和/或
14、-用于分析第一反应器输出处的气态组成的分析仪；和/或
15、-用于测量溶解于液体浴中的co2的测量探头；
16、以上中的一个或更多个连接到液体浴和/或第一反应器的输出，并用于确定液体浴中和/或第一反应器的输出处的监控物质的浓度，监控物质优选地是co2、h2或甲烷，生物甲烷化设备还包括根据所确定的监控物质的浓度，控制注射设备的控制装置。
17、有利地，第一注射设备和第三注射设备形成单个同一注射设备。
18、本发明还涉及一种生物甲烷化设施，其包括：
19、-厌氧消化器，其被构造为被供给有机物，并生成生物气体；
20、-如上所述的生物甲烷化设备；
21、厌氧消化器连接到第一反应器的输出。
22、本发明还涉及一种用于生物甲烷化包含co和/或h2的气体的生物甲烷化方法，该生物甲烷化方法的特征在于，它包括以下步骤：
23、-提供布置在包括至少一种细菌种群的液体浴内的第一反应器的步骤，第一反应器包括与液体浴接触的腔部，围绕腔部形成有生物膜；
24、-将包含co和/或h2的气体注射到腔部中的步骤；
25、-通过生物膜，将包含co和/或h2的气体生物转化成甲烷的步骤；
26、-将气态co2注射到液体浴中的第一注射步骤。
27、有利地，根据本发明的生物甲烷化方法包括生成所注射的co2的细小气泡或微米气泡或纳米气泡的步骤。
28、有利地，根据本发明的生物甲烷化方法包括将碳酸氢钠注射到液体浴中的步骤。
29、有利地，根据本发明的生物甲烷化方法包括间断性地，以气态的形式，优选地以细小气泡或粗大气泡的形式，将气体、优选地co2，注射到液体浴中的第二注射步骤。
30、有利地，根据本发明的生物甲烷化方法包括：
31、-测量液体浴的碱性的步骤；和/或
32、-分析第一反应器的输出处的气态组成的步骤；和/或
33、-测量溶解于液体浴中的co2的步骤；
34、以上步骤允许确定液体浴中和/或第一反应器的输出处的监控物质的浓度，该监控物质优选地是co2、h2或甲烷；
35、-根据所确定的监控物质的浓度，控制注射步骤的步骤。
36、有利地，根据本发明的生物甲烷化方法包括给厌氧消化器供给所转化成的甲烷的步骤。
1.一种用于生物甲烷化包含co和/或h2的气体(8)的生物甲烷化设备(10、20、30、40、50)，所述生物甲烷化设备的特征在于，它包括：
2.如权利要求1所述的生物甲烷化设备(10、20、30、40、50)，包括细小气泡或微米气泡或纳米气泡生成器(21)，该生成器包括：
3.如权利要求1或2所述的生物甲烷化设备(20、30、40)，包括连接到所述液体浴(13)的第二注射设备(31)，所述第二注射设备(31)用于将碳酸氢钠注射到所述液体浴(13)中。
4.如权利要求1至3中任一项所述的生物甲烷化设备(30、40)，包括用于注射气体、优选地co2的第三注射设备(41)，该第三注射设备被构造为间断性地，以气态的形式，优选地以细小气泡或粗大气泡的形式，将气体注射到所述液体浴(13)中。
5.如权利要求1至4中任一项所述的生物甲烷化设备(40)，包括：
6.如权利要求4或5所述的生物甲烷化设备(20、30、40)，其中，所述第一注射设备(14)和所述第三注射设备(41)形成单个同一注射设备。
7.一种生物甲烷化设施(50)，包括：
8.一种用于生物甲烷化包含co和/或h2的气体(8)的生物甲烷化方法，该生物甲烷化方法的特征在于，它包括以下步骤：
9.如权利要求8所述的生物甲烷化方法，包括生成所注射的co2的细小气泡或微米气泡或纳米气泡的步骤(120)。
10.如权利要求8或9所述的生物甲烷化方法，包括将碳酸氢钠注射到所述液体浴(13)中的步骤(130)。
11.如权利要求8至10中任一项所述的生物甲烷化方法，包括间断性地，以气态的形式，优选地以细小气泡或粗大气泡的形式，将气体、优选地co2，注射到所述液体浴(13)中的第二注射步骤(140)。
12.如权利要求8至11中任一项所述的生物甲烷化方法，包括：
13.如权利要求8至12中任一项所述的生物甲烷化方法，包括给厌氧消化器供给所转化成的甲烷的步骤(190)。
