专利名称：一种针对不同品质沼气的品位提升方法
技术领域：
本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种针对不同品质沼气的品位提升方法。
背景技术：
根据发酵装置、操作方法和进料原料的不同，发酵所产沼气的品位，既沼气中可燃气体CH4的体积含量,千差万别。一般认为沼气的组成(体积百分比)包括CH4 40%-75%,CO215%-60%，水蒸气 5%-10%，H2S O. 005%_2%，硅氧烷 0-0. 02%,卤代烃 V0C<0. 6%, NH3 <1%, O20_1%，C0〈0. 6%和N2 0-2%。当沼气中可燃气体CH4含量至少要高于60%才可以燃烧；若是进一步提升沼气品位达到生物甲烷气(Biomethane)的标注，则要求高于CH4 95%_97%和低于CO2 1%-3%。针对发酵技术、原料和装置的技术，一般只能解决某一种或者某一类发酵产沼气的问题，难以针对沼气本身进行沼气品位提升。常见的沼气品位提升技术以物理化学吸附剂法、变压吸附法(PSA, Pressure Swing Adsorption)、真空旋转吸附法(VSA, VacuumSwing Adsorption)、膜分离法、深冷分离法、生物甲烧浓缩法等为主。它们的最大缺陷在于吸附剂或者设备造价高、运行维护复杂、效果不够稳定；不能解决发酵副产物高负荷污染物沼液的净化问题；提升沼气品位的同时又产生了新的污染物。若是考虑藻类极高的光合固碳能力，则不仅可以利用其吸收沼气中CO2以提升沼气品位，还可以将沼液作为其基质，以达到净化沼液的目的。增殖的微藻可以不用收获而直接进行混合厌氧发酵，整个系统在提升沼气品位和净化沼液的过程中没有新的污染物产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实用性强、经济效益好的针对不同品质沼气的品位提升方法。本发明所提供的针对不同品质沼气的品位提升方法，其采用一个多级串联式反应器系统；其中，每一个反应器顶部设置有一个出气口，若干个反应器以出气口为接口，通过带有气阀的管道串联连接，组成多级式反应器；在每一级的反引器中设有LED灯；具体步骤如下
1)在第一级反应器中都利用沼液作为培养基质向反应器中接种微藻，利用微藻超高的光合固碳能力逐级吸收沼气中CO2 ;所述沼液为发酵副产物沼液；
2)测试沼气的进气品质参数CH4与CO2体积比；当CH4与CO2体积比偏高时，既是沼气中CO2含量偏低时，则采用混合入空气的方法以降低CH4与CO2体积比；当CH4与CO2体积比偏低时，既是沼气中CO2含量偏高时，则采用碱液石灰水先预处理沼气吸附一部分CO2的方法来以提高CH4与CO2体积比；针对原沼气不同的品质优选出最适宜的沼气CH4与CO2体积t匕，然后通入第一级反应器；
3)沼气在反应器中停留，使用光源进行光照，直至微藻生长进入稳定期；
4)将上一级反应器中增殖的部分微藻接种至下一级反应器中；5)然后通过气阀控制，使上一级中的沼气进入到下一级反应器中；
6)以此类推，沼气进入下一级反应器后，重复步骤(3) (5)；
7)最后得到所需高品位沼气。本发明中，所述的微藻是绿藻门小球藻泛70/^77<3 sp.、绿藻门小球藻
绿藻门小球藻CX7or<977a蓝藻门鱼腥藻JflaAaefla sp.或娃藻门谷
皮菱形藻AYtescAia palea中的一种或者几种的混合接种。本发明中，所述微藻为干重大于100 mg L—1的高密度微藻，以期在利用其超强的光合作用固碳能力在较短时间内吸收沼气中较多的CO2,以高效的提升沼气品位。本发明中，从第二级反应器开始，每级反应器的接种藻种都是来自于上级反应器 增殖的部分微藻，以利用这些微藻上级反应器中经过较高环境浓度CO2和CH4的驯化后能在下一级反应器中有更强的沼气品位提升能力。本发明中，整个系统的工作时间由系统的串联级数和每级反应器中沼气的停留时间决定；串联的级数以最终达到品位提升要求为准，每级反应器中沼气停留时间以微藻生长周期达到对数期末为止，沼气即刻进入到下一级反应器中。本发明中，所述光源为LED灯，或者为自然光源，或者以自然光源为主LED灯为辅。本发明中，采用人工合成仿真沼气的方法，调配CH4与CO2体积比模拟出不同品质沼气，以优选出最佳的沼气进气品质参数。一般需要调控沼气进气品质参数CH4与CO2体积比在3:7 7:3的范围内。大于该正常值为偏高，小于该正常值为偏低。本发明中，根据优选出的最佳沼气进气品质，采用混合入空气的以降低CH4与CO2体积比，或者采用碱液石灰水先预处理吸附一部分CO2以提高CH4与CO2体积比的方法来达到最佳的沼气进气品质；当进入系统的沼气达到或者接近此最佳CH4与CO2体积比时，既可以在本系统中达到良好的沼气品位提升效果。本发明的优点在于通过对沼气CH4与CO2体积比的调控，可以达到经济高效的提升沼气品位的目的；同时也净化了发酵副产物高负荷污染物沼液，增殖的微藻又可以进行混合厌氧发酵，所以在此沼气品位提升过程中几乎不产生新的污染物，具有实用性强、经济效益高、简单易行和操作方便的优点。
图1为一种利用微藻提升沼气品位的多级串联式光反应器系统示意图。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明进行详细的说明
实施例1 一种针对不同品质沼气的品位提升方法。构建多级串联式光反应器系统，总共12级,每级置尺寸为3 mX3 mX3 m ;接种绿藻门小球藻sp.初始密度500 mg L_S小球藻和沼液总体积1. O m3,沼气体积8. O m3 ;光周期为12 h/12 h,系统反应器控制温度为30±0.5 ° C，每级反应器工作时间72 h，采用自然光照(光强度大约为300ilOOymol m_2 s—1)。采用CH4气体瓶和CO2气体瓶人工模拟进气沼气CH4/C02体积比3: 7、4:6、5:5、6:4和7:3。结果显示进气沼气CH4/C02体积比为4:6时沼气品位提升效果最好，经过所述的多级串联式光反应器系统，沼气品位可以提升至CH4 90. 55±5. 85%，基本达到生物甲烷气的CH4含量要求。针对实际沼气时，原沼气品位为CH4含量50. 42± 10. 33%，CH4/CO2体积比约为5:5，混合一定量空气后达到CH4/C02体积比约为4:6的最佳值。经过所述的多级串联式光反应器系统，沼气品位可以提升至CH4 87. 55±10. 85%，达到可燃沼气的CH4含量要求，基本接近生物甲烷气的CH4含量要求。实施例2 —种针对不同品质沼气的品位提升方法。构建多级串联式光反应器系统，总共9级,每级置尺寸为5 mX4 mX3 m ;接种蓝藻门鱼腥藻JflaAaeaa sp.初始密度450 mg L_\藻种和沼液总体积10. O m3,沼气体积50. O m3 ;光周期为12 h/12 h,系统反应器控制温度为25±0. 5 ° C，每级反应器工作时间72 h，采用人工光源LED灯白光(330μ mo I m_2 s—1光照强度)。采用CH4气体瓶和CO2气体瓶人工模拟进气沼气CH4/C02体积比
3.0:7. 0,3. 5:6. 5、4:6、4· 5:5. 5 和 5. 0:5. O。结果显示进气沼气 CH4/C02 体积比为 3. 5:6. 5时，既是沼气品位大约为CH4 35%时沼气品位提升效果最好。针对实际沼气时，原沼气品位CH4 27. 91±18. 01%, CH4/C02体积比约为3:7。采用碱液石灰水先预处理沼气吸附一部分CO2，使得进入系统的沼气品位达到或者接近最佳值CH4 35%。经过所述的多级串联式光反应 器系统，沼气品位最终提升至CH4 76. 31 土 14. 25%，达到可燃沼气的CH4含量要求。
权利要求
1.一种针对不同品质沼气的品位提升方法，其采用一个多级串联式反应器系统；其中，每一个反应器顶部设置有一个出气口，若干个反应器以出气口为接口，通过带有气阀的管道串联连接，组成多级式反应器；在每一级的反引器中设有LED灯；其特征在于具体步骤如下 1)在第一级反应器中都利用沼液作为培养基质向反应器中接种微藻，利用微藻超高的光合固碳能力逐级吸收沼气中CO2 ;所述沼液为发酵副产物沼液； 2)测试沼气的进气品质参数CH4与CO2体积比；当CH4与CO2体积比偏高时，既是沼气中CO2含量偏低时，则采用混合入空气的方法以降低CH4与CO2体积比；当CH4与CO2体积比偏低时，既是沼气中CO2含量偏高时，则采用碱液石灰水先预处理沼气吸附一部分CO2的方法来以提高CH4与CO2体积比；针对原沼气不同的品质优选出最适宜的沼气CH4与CO2体积t匕，然后通入第一级反应器； 3)沼气在反应器中停留，使用光源进行光照，直至微藻生长进入稳定期； 4)将上一级反应器中增殖的部分微藻接种至下一级反应器中； 5)然后通过气阀控制，使上一级中的沼气进入到下一级反应器中； 6)以此类推，沼气进入下一级反应器后，重复步骤(3) (5)； 7)最后得到所需高品位沼气。
2.根据权利要求1所述的针对不同品质沼气的品位提升方法，其特征在于所述的微藻是绿藻门小球藻Chlorella sp.、绿藻门小球藻Chlorella vulgaris、绿藻门小球藻Chlorella pyrenoidosa、蓝藻门鱼腥藻Anabaena sp.或娃藻门谷皮菱形藻Λ tzschiapalea中的一种或者几种的混合接种。
3.根据权利要求1所述的针对不同品质沼气的品位提升方法，其特征在于所述微藻的干重大于100 mg L'
4.根据权利要求1所述的针对不同品质沼气的品位提升方法，其特征在于所述光源为LED灯，或者为自然光源，或者以自然光源为主LED灯为辅。
5.根据权利要求1所述的针对不同品质沼气的品位提升方法，其特征在于步骤(2)中，所述CH4与CO2体积比正常值为3:7 7: 3，大于该正常值为偏高，小于该正常值为偏低。
全文摘要
本发明属于环境工程技术领域，具体为一种针对不同品质沼气的品位提升方法，包括构建多级串联式光反应器系统，利用沼液作为培养基质向反应器中接种微藻，利用微藻超高的光合固碳能力逐级吸收沼气中CO2，以提升沼气品位；针对不同品质沼气优选出最适宜的沼气CH4/CO2体积比，然后通过调控进入反应器系统中的沼气CH4/CO2体积比来到达最佳的沼气品位提升效果。本发明方法通过对沼气CH4/CO2体积比的调控，可以达到经济高效的提升沼气品位的目的；同时也净化了发酵副产物高负荷污染物沼液，增殖的微藻又可以进行混合厌氧发酵，所以在此沼气品位提升过程中几乎不产生新的污染物，具有实用性强、经济效益高、简单易行和操作方便的优点。
文档编号B01D53/84GK103007742SQ201210577609
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者郑正, 颜诚, 张丽, 王东, 钱俊成 申请人:复旦大学