專利名稱：一種多級(jí)串聯(lián)式沼氣品位提升系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種多級(jí)串聯(lián)式沼氣品位提升系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
沼氣是ー種清潔環(huán)保、實(shí)用性很高的緑色生物質(zhì)能，在我國(guó)農(nóng)村地區(qū)使用較多，一般由混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)生?，F(xiàn)階段我國(guó)限制厭氧發(fā)酵エ藝發(fā)展的兩大瓶頸就是沼氣品位低下和發(fā)酵副產(chǎn)物沼液污染環(huán)境。根據(jù)發(fā)酵原料和エ藝等的不同，一般發(fā)酵產(chǎn)沼氣中有用成分CH4含量?jī)H占40%-75%，而CO2含量則達(dá)到了 15%-60%，水蒸氣含量為5%_10%以及其他含量低于2%的微量氣體。此種狀況造成了大量厭氧發(fā)酵裝置被廢棄，本應(yīng)進(jìn)入發(fā)酵裝置的農(nóng)業(yè)固廢，如秸桿、畜禽糞便、處于垃圾等都被直接焚燒和排放，對(duì)農(nóng)村環(huán)境造成了極為嚴(yán)重的污染。要改變此種狀況，則要提高沼氣的品位以提高其利用價(jià)值。沼氣經(jīng)過(guò)某些品位提升技術(shù)，可以得到生物甲烷氣，其可以直接替代傳統(tǒng)的化石燃料。生物甲烷氣要求95%-97%的CH4含量和低于1%_3%的CO2含量；輸氣管線技術(shù)規(guī)程也要求生物甲烷氣的CO2含量必須低于3%，車(chē)用燃料生物甲烷氣則要求結(jié)合的CO2N2含量小于1. 5%-4. 5%?，F(xiàn)常用采用的沼氣品 位提升方法主要分為吸附法和物理法兩種。吸附法主要是利用化學(xué)物理吸附劑或者水溶性吸附劑吸收沼氣中CO2，此種方法的缺點(diǎn)是吸附劑消耗量高，吸附劑的回收再生和購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用較大，經(jīng)濟(jì)性差。物理法則主要包括變壓吸附、真空旋轉(zhuǎn)吸附、膜分離和深冷分離等，這些方法的缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜，一次性建設(shè)投資高，且維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用高，技術(shù)實(shí)用性較差。也有采用生物法提升沼氣品位的方法，采用的是生物甲烷濃縮，既使用產(chǎn)甲烷菌吸收沼氣中CO2產(chǎn)生CH4，但因?yàn)槲⑸锉旧硖匦运拗疲朔N方法技術(shù)還不成熟，且效果不穩(wěn)定。以上方法最大的缺點(diǎn)就是在處理ー種污染物的時(shí)候產(chǎn)生了新的污染物，其最終結(jié)果無(wú)非是將ー種污染物從ー個(gè)區(qū)域轉(zhuǎn)移到另外ー個(gè)區(qū)域，或者從ー種形式轉(zhuǎn)化為另外ー種形式。若是利用微藻極強(qiáng)的生物固碳能力和超高的光合作用能力，則有可能從根本上解決此問(wèn)題。微藻是地球上最古老的物種之一，從太古紀(jì)時(shí)代起，其就開(kāi)始轉(zhuǎn)化地球上在當(dāng)時(shí)濃度尚高的CO2，是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)最為主要的初級(jí)生產(chǎn)者之一。微藻的光能利用率達(dá)18%，光合效率達(dá)43%，是一般農(nóng)作物的3倍和1. 4倍以上；極高的光能利用率和光合效率決定了其對(duì)CO2的超強(qiáng)吸收能力。同時(shí)，發(fā)酵副產(chǎn)物沼液中含有豐富的氮、磷、鉀等大量元素和鐵、鋅、銅等微量元素，而且還含有17種氨基酸、活性酶等，其可以作為微藻的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源。利用沼液作為液體培養(yǎng)基質(zhì)，沼氣中CO2作為微藻的碳源，則在提升沼氣品位時(shí)還可以凈化沼液，從而徹底解決厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的兩大瓶頸問(wèn)題。反應(yīng)器系統(tǒng)中增殖的微藻又可以作為混合厭氧發(fā)酵的原料，則整個(gè)多級(jí)串聯(lián)式沼氣品位提升系統(tǒng)在提升沼氣品位和浄化沼液的過(guò)程中就不會(huì)產(chǎn)生新的污染物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)便易行、經(jīng)濟(jì)效益好的多級(jí)串聯(lián)式沼氣品位提升系統(tǒng)。
本發(fā)明所提供的多級(jí)串聯(lián)式沼氣品位提升系統(tǒng)，其主要由若干個(gè)密封袋串聯(lián)組成；
其中，所述每ー個(gè)密封袋作為ー個(gè)反應(yīng)器1，其頂部設(shè)置有一個(gè)出氣ロ 2，若干個(gè)聚乙烯密封袋以出氣ロ 2為接ロ，通過(guò)管道串聯(lián)連接，使聚こ烯密封袋組成多級(jí)式反應(yīng)器；所述管道上設(shè)置有氣閥3。所述的多級(jí)式反應(yīng)器中 ，姆ー級(jí)反應(yīng)器內(nèi)米用沼液作為液體營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)培養(yǎng)微藻，沼氣在上級(jí)反應(yīng)器中停留一定時(shí)間后就進(jìn)入到下一級(jí)反應(yīng)器中，沼氣中CO2逐級(jí)被微藻吸收，從而提升沼氣品位。所述微藻的培養(yǎng)液體營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)是發(fā)酵副產(chǎn)物沼液，這樣既可以節(jié)省培養(yǎng)基的費(fèi)用又可以凈化沼液。所述的反應(yīng)器I是透明的聚こ烯密封袋，其輕便易用，造價(jià)低廉，方便安裝和移動(dòng)。所述反應(yīng)器上還設(shè)置有檢查ロ 4，用于拿取反應(yīng)器中増殖的微藻。所述反應(yīng)器內(nèi)可另設(shè)置有一定光照強(qiáng)度的用于微藻培養(yǎng)的LED燈光源5。在微藻培養(yǎng)過(guò)程中，光源可以單獨(dú)使用LED燈光源5，也単獨(dú)使用自然光，或者兩者結(jié)合使用，以自然光源日光為主，在日光不足時(shí)以人工光源5作為補(bǔ)充。所述的微藻是小球藻GWordh sp.，其在接種前已經(jīng)經(jīng)過(guò)多次馴化，具有極好的耐受高濃度CO2和CH4的能力；也可以采用小球藻和藍(lán)藻，或其它ー種或多種藻種混合接種。所述反應(yīng)器中都采用了高密度微藻接種的方法，既接種微藻干重超過(guò)100 mgじ1，這樣可以提高微藻在短時(shí)間內(nèi)的固碳量。本發(fā)明中，沼氣在每級(jí)反應(yīng)器中停留時(shí)間是根據(jù)人工測(cè)定微藻干重后確定其生長(zhǎng)狀況而定的，以微藻進(jìn)入生長(zhǎng)穩(wěn)定期為限，沼氣即刻通過(guò)人工控制的氣閥3進(jìn)入到下級(jí)反應(yīng)器。本發(fā)明中，下級(jí)反應(yīng)器接種的微藻藻種來(lái)源于上級(jí)反應(yīng)器中増殖的微藻，即在上級(jí)反應(yīng)器中沼氣進(jìn)入到下級(jí)反應(yīng)器后關(guān)閉氣閥3，然后取出上級(jí)反應(yīng)器中部分増殖的微藻，通過(guò)檢查ロ 4接種到下級(jí)反應(yīng)器中；上級(jí)反應(yīng)器中微藻的沼氣品位提升過(guò)程實(shí)際上也是微藻在較高CO2和CH4濃度環(huán)境的馴化過(guò)程，經(jīng)過(guò)如此馴化后的微藻藻種在下級(jí)反應(yīng)器中會(huì)具有更好的吸收沼氣中CO2的能力。本發(fā)明中，最后ー級(jí)反應(yīng)器出口處安置固體氧氣吸附劑6，以吸收最終出氣的沼氣中的O2，保證最后所得的生物甲烷氣的使用安全。本發(fā)明在顯著提升沼氣品位的同時(shí)對(duì)于高負(fù)荷污染物沼液也有一定的浄化作用；且在提升沼氣品位和浄化沼液的過(guò)程中幾乎不產(chǎn)生新的污染物，反應(yīng)器中増殖的微藻不用收獲，可以直接用于混合厭氧發(fā)酵，這樣就又節(jié)省了收獲微藻的費(fèi)用。


圖1串聯(lián)式沼氣品位提升系統(tǒng)裝置示意圖。圖中標(biāo)號(hào)1為反應(yīng)器，2為出氣ロ，3為氣閥，4為檢查ロ，5為人工LED燈光源，6為固體氧氣吸附劑。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明
實(shí)施例1
ー種多級(jí)串聯(lián)式沼氣品位提升系統(tǒng)單級(jí)裝置體積10. 8為立方米(長(zhǎng)4米、寬2. 7米、厚1. 0米)，總共9級(jí)；每級(jí)反應(yīng)器內(nèi)安裝了 LED植物燈作為人工光源，光照總強(qiáng)度為700Lux，光暗比為12h/12h，溫度控制在30°C，在最后ー級(jí)出氣ロ處裝設(shè)了氧氣吸附劑(圖1)。每級(jí)反應(yīng)器中接種小球藻sp. 400 mgじ1;沼液培養(yǎng)液體積為1. 8立方米，沼氣體積為9立方米；每級(jí)反應(yīng)器工作時(shí)間為72小時(shí)。原沼氣品位為CH4含量62. 40±8. 13%，經(jīng)過(guò)多級(jí)串聯(lián)式沼氣品位提升系統(tǒng)處理后CH4含量達(dá)到87. 65±13. 74%，基本達(dá)到生物甲烷氣的要求。實(shí)施例2
ー種多級(jí)串聯(lián)式沼氣品位提升系統(tǒng)單級(jí)裝置體積36為立方米(長(zhǎng)8米、寬3米、厚1. 5米)，總共7級(jí)；每級(jí)使用自然光作為光源，同時(shí)使用LED植物燈作為補(bǔ)充光源，光照強(qiáng)度保持在750±50 Lux，光暗比為12h/12h，溫度控制在25°C，在最后ー級(jí)出氣ロ處裝設(shè)了氧氣吸附劑(圖1)。姆級(jí)反應(yīng)器中接種小球藻sp.取Chlorella vulgaris各200mgじ1 ;沼液培養(yǎng)液體積為4立方米，沼氣體積為32立方米；每級(jí)反應(yīng)器工作時(shí)間為72小時(shí)。原沼氣品位為進(jìn)氣CH4含量60. 55±7. 29%，經(jīng)過(guò)多級(jí)串聯(lián)式沼氣品位提升系統(tǒng)處理后CH4含量達(dá)到90. 14±12. 52%，基本達(dá)到生物甲烷氣的要求。
權(quán)利要求
1.一種多級(jí)串聯(lián)式沼氣品位提升系統(tǒng)，其特征在于主要由若干個(gè)密封袋串聯(lián)組成；所述每一個(gè)密封袋作為一個(gè)反應(yīng)器(1)，其頂部設(shè)置有一個(gè)出氣口(2)，若干個(gè)聚乙烯密封袋以出氣口(2)為接口，通過(guò)管道串聯(lián)連接，使聚乙烯密封袋組成多級(jí)式反應(yīng)器；所述管道上設(shè)置有氣閥(3)； 所述的多級(jí)式反應(yīng)器中，每一級(jí)反應(yīng)器內(nèi)米用沼液作為液體營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)培養(yǎng)微藻，沼氣在上級(jí)反應(yīng)器中停留一定時(shí)間后就進(jìn)入到下一級(jí)反應(yīng)器中，沼氣中CO2逐級(jí)被微藻吸收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)串聯(lián)式沼氣品位提升系統(tǒng)，其特征在于所述液體營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)是發(fā)酵副產(chǎn)物沼液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)串聯(lián)式沼氣品位提升系統(tǒng)，其特征在于所述的反應(yīng)器(I)是透明的聚乙烯密封袋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)串聯(lián)式沼氣品位提升系統(tǒng)，其特征在于所述反應(yīng)器上還設(shè)置有檢查口(4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)串聯(lián)式沼氣品位提升系統(tǒng)，其特征在于所述反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有用于微藻培養(yǎng)LED燈光源(5);微藻培養(yǎng)過(guò)程中，單獨(dú)使用LED燈光源作為人工光源(5);或者使用自然光和LED燈光源(5)兩者相結(jié)合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)串聯(lián)式沼氣品位提升系統(tǒng)，其特征在于所述的微藻采用小球藻Chlorella sp.，其在接種前已經(jīng)經(jīng)過(guò)多次馴化，具有耐受高濃度CO2和CH4的能力；或者是采用小球藻和藍(lán)藻。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的多級(jí)串聯(lián)式沼氣品位提升系統(tǒng)，其特征在于所述微藻干重超過(guò)100 mg I71。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多級(jí)串聯(lián)式沼氣品位提升系統(tǒng)，其特征在于下級(jí)反應(yīng)器接種的微藻藻種來(lái)源于上級(jí)反應(yīng)器中增殖的微藻，即在上級(jí)反應(yīng)器中沼氣進(jìn)入到下級(jí)反應(yīng)器后關(guān)閉氣閥(3)，然后取出上級(jí)反應(yīng)器中部分增殖的微藻，通過(guò)檢查孔(4)接種到下級(jí)反應(yīng)器中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)串聯(lián)式沼氣品位提升系統(tǒng)，其特征在于最后一級(jí)反應(yīng)器出口處安置固體氧氣吸附劑(6)。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種多級(jí)串聯(lián)式沼氣品位提升系統(tǒng)，包括采用若干個(gè)透明密封袋串聯(lián)組成多級(jí)式反應(yīng)器，沼氣在上級(jí)反應(yīng)器中停留后進(jìn)入到下一級(jí)反應(yīng)器中，逐級(jí)吸收沼氣中CO2，提升沼氣品位；將發(fā)酵副產(chǎn)物沼液作為微藻的液體培養(yǎng)基質(zhì)，向每級(jí)反應(yīng)器中接種高密度微藻，利用微藻的超強(qiáng)固碳能力吸收沼氣中CO2；上一級(jí)反應(yīng)器中增長(zhǎng)后的微藻部分作為藻種接種到下一級(jí)反應(yīng)器中。本發(fā)明系統(tǒng)在顯著提升沼氣品位的同時(shí)對(duì)于高負(fù)荷污染物沼液也有一定的凈化作用，且在提升沼氣品位和凈化沼液的過(guò)程中幾乎不產(chǎn)生新的污染物，具有簡(jiǎn)單易行、操作方便和經(jīng)濟(jì)效益好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C10L3/10GK103013603SQ20121054730
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者鄭正, 顏誠(chéng), 張麗, 王東, 錢(qián)俊成 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)