专利名称：一种转折流动式甲烷生物氧化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及温室气体减排技术，特别是涉及到一种甲烷生物氧化的装置。
背景技术：
温室气体(如二氧化碳、甲烷、N2O等)不断增加所导致的全球变暖已成为世界关注的重大环境问题。其中，甲烷的全球增温潜势(GWP)是二氧化碳的23倍，占全球变暖份额的20％。而温室气体在大气中的寿命分别为二氧化碳120年，甲烷12年，N2O114年。可见，与控制其他温室气体相比，减排甲烷将起到立竿见影的效果。大气中的甲烷来源主要包括湿地、稻田、反刍动物、垃圾填埋场、煤矿开采、天然气泄漏等。土壤中存在甲烷氧化细菌可以将甲烷氧化为二氧化碳和水。然而，这一生物转化过程必须有氧气的参与才能完成。土壤孔隙中的氧气来源于空气的扩散作用，由于空气的扩散作用较弱及细菌消耗氧气，使得甲烷氧化细菌的活性及其活动范围大大受限，一般情况下甲烷氧化细菌至出现在土壤表层50cm以内，制约了甲烷生物氧化在温室气体减排中的积极作用。
有少量研究采用生物氧化装置(即反应器)将甲烷和空气引入反应器，利用反应器内的填充介质表面附着的甲烷氧化细菌氧化甲烷、消耗氧气，并生成二氧化碳和水。然而，反应器内部构造简单，容易形成气体短流，甲烷和氧气混合不充分，不利于甲烷生物氧化在温室气体减排中进一步发挥作用。同时，填充介质密度一般在1g/cm3以上，自重随反应器的增高而加大，导致底部孔隙减少，不利于氧气和甲烷的流动，限制了反应器高度的增加。
发明内容
本发明的目的在于克服天然土壤中氧气自由扩散能力较差，现有甲烷生物氧化装置易短流、气体混合不均匀以及填充介质密度较大反应器高度受限等缺陷，提供一种转折流动式甲烷生物氧化装置，本发明可用于垃圾填埋场、煤矿等甲烷集中排放源的甲烷减排。
为实现上述目的，本发明提供一种能使甲烷和氧气强制转折流动的装置，从而强化甲烷生物氧化性能。该装置主要包括反应器、空气供应系统和甲烷供应系统。反应器由甲烷进气口、空气进气口、气体混合室、下折流板、上折流板、排气口和填充介质构成；上下折流板为交错设置，可设置为多级；填充介质可以是天然土壤也可是人工设计的组合材料，但必须含有甲烷氧化细菌和孔隙。甲烷供应系统由风机、输气管组成。空气供应系统由风机、输气管组成。
本发明的工作原理是甲烷和空气通过各自的供应系统强制进入反应器顶部的气体混合室，经混合的气体沿填充介质中的孔隙向下流动，在反应器底部通过上折流板的作用混合气体转而向上流过填充介质到达反应器顶部的第二气体混合室再次混合；混合气体在反应器顶部通过下折流板的作用转而向下流过填充介质。依此类推，折流板可设置为多级，甲烷和氧气的混合气体在反应器内的填充介质表面不断的转折流动、混合，为填充介质中的甲烷氧化细菌提供了便利的生长条件，甲烷在反应器内不断得到分解，最终变为二氧化碳从排气口排出。
本发明具有显著的有益效果(1)由于甲烷的GWP是二氧化碳的23倍，因此本发明通过将甲烷转化为二氧化碳大大降低了其全球增温潜势，具有显著的全球环境效应。
(2)本发明的高度可达2m左右，高于天然土壤的50cm，大大提高了甲烷氧化细菌的活性。
(3)本发明在反应器内沿宽度和长度方向任意交错设置折流板，大大延长了甲烷和氧气在反应器内的停留时间，避免了反应器高度受限等不利因素，增大了细菌分解甲烷的能力。
(4)本发明在反应器内形成的气体混合室实现甲烷和氧气的多次混合，有助于细菌协同利用甲烷和氧气。
图1为本发明的结构示意图具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明做进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例图1示出了本发明的结构示意。由图1可见，本转折流动式甲烷生物氧化装置包括反应器、甲烷供应系统和空气供应系统。具体来讲，反应器由甲烷进气口I-1、空气进气口I-2、气体混合室I-3、上折流板I-4、气体混合室I-5、下折流板I-6、排气口I-7和填充介质I-8构成。填充介质I-8为含有甲烷氧化细菌和孔隙的天然砂性土壤。甲烷供应系统由风机II-1、输气管II-2组成。空气供应系统由风机III-1、输气管III-2组成。
本发明装置的工作过程是(1)甲烷通过风机II-1和输气管II-2，经反应器顶部的甲烷进气口I-1强制进入气体混合室I-3；空气通过风机III-1和输气管III-2，经反应器顶部的空气进气口I-2强制进入气体混合室I-3；甲烷和空气在气体混合室I-3得到初步混合。
(2)经混合的气体沿填充介质I-8中的孔隙向下流动，在流动过程中附着在填充介质I-8中的甲烷氧化细菌不断消耗利用混合气体中的甲烷和氧气，生成的二氧化碳和水不断进入混合气体。
(3)混合气体到达反应器底部后，由于上折流板I-4的导流作用，混合气体转而向上流过填充介质I-8，在流动过程中附着在填充介质I-8中的甲烷氧化细菌不断消耗利用混合气体中的甲烷和氧气，生成的二氧化碳和水不断进入混合气体。
(4)混合气体接着到达反应器顶部的气体混合室I-5，并再次混合。
(5)再次混合后的气体通过下折流板I-6的作用转而向下流过填充介质I-8，在流动过程中附着在填充介质I-8中的甲烷氧化细菌不断消耗利用混合气体中的甲烷和氧气，生成的二氧化碳和水不断进入混合气体。
(6)最终的混合气体从排气口I-7排出。
权利要求
1.一种转折流动式甲烷生物氧化装置，其特征在于装置由反应器、甲烷供应系统和空气供应系统组成，甲烷供应系统通过甲烷进气口(I-1)与反应器相连，空气供应系统通过空气进气口(I-2)与反应器相连。
2.根据权利要求1所述，反应器由甲烷进气口(I-1)、空气进气口(I-2)、气体混合室(I-3)、上折流板(I-4)、气体混合室(I-5)、下折流板(I-6)、排气口(I-7)和填充介质(I-8)构成。
3.根据权利要求2所述，折流板可设置为多级。
4.根据权利要求2所述，填充介质(I-8)可以是天然土壤也可是人工设计的组合材料，但必须含有甲烷氧化细菌和孔隙。
5.根据权利要求1和权利要求2所述，甲烷供应系统由风机II-1和输气管II-2组成，甲烷从反应器顶部强制进入气体混合室(I-3)。
6.根据权利要求1和权利要求2所述，空气供应系统由风机III-1和输气管III-2组成，空气从反应器顶部强制进入气体混合室(I-3)。
全文摘要
本发明公开了属于温室气体减排技术范围，提供一种转折流动式甲烷生物氧化装置，该装置由反应器、甲烷气体供应系统、空气供应系统构成，通过气体供应系统强制引导甲烷和空气在装置内填充介质表面不断的上下转折流动、混合，为填充介质中的甲烷氧化细菌提供了便利的生长条件，延长了甲烷和氧气在装置内的停留时间，使得甲烷在装置内不断得到分解，最终变为二氧化碳从排气口排出。
文档编号C12M1/00GK101016511SQ200710079550
公开日2007年8月15日 申请日期2007年2月28日 优先权日2007年2月28日
发明者张相锋 申请人:张相锋