专利名称：一种促进甲烷生物氧化的空气供应系统及方法
技术领域：
本发明涉及温室气体减排技术，特别是涉及到一种促进甲烷生物氧化的空气供应系统及方法。
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，N2O 114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。
有少量研究采用甲烷生物氧化装置(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。其缺陷在于反应器的氧气供应为一次完成，而氧气在沿填充介质流动的过程中不断被消耗，导致在反应器的空气进口区域氧气供应过量、气体出口区域氧气供应缺乏；进口区域氧气长期过量将促进微生物胞外聚合物(EPS)的生长，EPS容易堵塞孔隙、影响气体流动，进而引起甲烷氧化细菌活性下降，这也是许多生物氧化装置运行较长一段时间后甲烷氧化效率开始下降的主要原因；出口区域氧气供应不足影响甲烷氧化细菌的活性。
发明内容
本发明的目的是提供一种促进甲烷生物氧化的空气供应系统及方法，其特征在于所述促进甲烷生物氧化的空气供应系统依托于甲烷生物氧化反应器，其中反应器沿气体流动方向划分为多段，每段设置独立的空气进气口并安装氧气测定仪，空气供应系统由风机、输气管道及阀门构成，空气供应系统和反应器以各段的空气进气口相连，通过氧气测定仪监测和阀门调节分别对各段供应空气，从而降低装置空气进口区域的氧气供应、提高装置出气口区域的氧气供应，强化装置内部甲烷生物氧化均匀性能，提高甲烷生物氧化装置的长期运行稳定性。
本发明的方法步骤是(1)将风机、输气管和阀门按反应器的分段情况依次相连；(2)将反应器各段的空气进气口与对应的阀门相连，第一段的进气口阀门保持全开，其余阀门为全闭；(3)将氧气测定仪分别安装在反应器各段空气进口上方的反应器截面中央部位；(4)启动空气供应系统，同时从反应器第一段供应甲烷；(5)通过观察反应器各段安装的氧气测定仪，依次人工调节各段的进气口阀门，使得各段的混合气体中氧气浓度保持在2％～15％。
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)本发明的空气供应系统与甲烷生物氧化反应器配套，对反应器的空气供应分为多段，可根据反应器内各段的氧气浓度机动灵活的提供所需要的氧气，不会因为供氧不足对甲烷氧化细菌形成限制，也不会因为供氧过量诱发EPS的过量生长。
(3)本发明可降低反应器入口混合气体中的氧气浓度，提高反应器出口混合气体中的氧气浓度，大大提高空气供应在整个反应器内的均匀性，有利于甲烷氧化细菌的生长。
(4)本发明在反应器内各段分别供应空气，降低了反应器入口空气的通气速率，缩短了空气在反应器内的流动路程，有利于降低风机的能耗。
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，本发明的促进甲烷生物氧化的空气供应系统与甲烷生物氧化反应器配套使用。具体来讲，空气供应系统由风机II-1、输气管II-2、阀门(II-3、II-5、II-7)和氧气浓度测定仪(II-4、II-6、II-8、II-9)组成。
本发明的工作方法是(1)将风机II-1、输气管II-2和阀门(II-3、II-5、II-7)依次相连；(2)将反应器各段的空气进气口(I-2、I-3、I-4)与对应的阀门(II-3、II-5、II-7)相连，阀门II-3保持全开，阀门II-5和阀门II-7)为全闭；(3)将甲烷氧化介质I-6装填入反应器；(4)将氧气测定仪(II-4、II-6、II-8)分别安装在反应器各段空气进口上方的反应器截面中央部位，将氧气测定仪II9安装在反应器排气口I-5处；(5)启动空气供应系统，同时从反应器甲烷进气口I-供应甲烷；(6)每隔0.5～5小时读取氧气测定仪(II-4、II-6、II-8、II-9)的氧气浓度数据，依次阀门(II-3、II-5、II-7)，使得反应器内的混合气体中氧气浓度保持在2％～15％。
权利要求
1.促进甲烷生物氧化的空气供应系统及方法，其特征在于该系统由风机、输气管道及阀门构成，并依托于甲烷生物氧化反应器；空气供应系统和甲烷生物氧化反应器以空气进气口相连。
2.根据权利要求1所述，甲烷生物氧化反应器沿气体流动方向划分为多段，每段设置独立的空气进气口；氧气测定仪安装在甲烷生物氧化反应器各段的空气进气口上方的截面中央部位及排气口部位。
3.根据权利要求2所述，甲烷生物氧化反应器内气体的氧气浓度通过氧气测定仪监测。
4.根据权利要求1所述，甲烷生物氧化反应器各段内气体的氧气浓度控制采用多个阀门反复调节。
5.根据权利要求3和权利要求4所述，通过氧气测定仪监测和阀门调节，反应器各段的氧气浓度控制在2％～15％。
全文摘要
本发明公开了属于温室气体减排技术范围，提供一种促进甲烷生物氧化的空气供应系统及方法，该系统依托于甲烷生物氧化反应器，其中反应器沿气体流动方向划分为多段，每段设置独立的空气进气口并安装氧气测定仪，空气供应系统由风机、输气管道及阀门构成，空气供应系统和反应器以各段的空气进气口相连，通过氧气测定仪监测和阀门调节分别对各段供应空气，从而降低装置空气进口区域的氧气供应、提高装置出气口区域的氧气供应，强化装置内部甲烷生物氧化均匀性能，提高甲烷生物氧化装置的长期运行稳定性。
文档编号C12M1/04GK101016512SQ20071007955
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