专利名称：一种多级串联式沼气品位提升系统的制作方法
技术领域：
本发明属于环境工程技术领域，具体涉及ー种多级串联式沼气品位提升系统。
背景技术：
沼气是ー种清洁环保、实用性很高的緑色生物质能，在我国农村地区使用较多，一般由混合厌氧发酵产生。现阶段我国限制厌氧发酵エ艺发展的两大瓶颈就是沼气品位低下和发酵副产物沼液污染环境。根据发酵原料和エ艺等的不同，一般发酵产沼气中有用成分CH4含量仅占40%-75%，而CO2含量则达到了 15%-60%，水蒸气含量为5%_10%以及其他含量低于2%的微量气体。此种状况造成了大量厌氧发酵装置被废弃，本应进入发酵装置的农业固废，如秸杆、畜禽粪便、处于垃圾等都被直接焚烧和排放，对农村环境造成了极为严重的污染。要改变此种状况，则要提高沼气的品位以提高其利用价值。沼气经过某些品位提升技术，可以得到生物甲烷气，其可以直接替代传统的化石燃料。生物甲烷气要求95%-97%的CH4含量和低于1%_3%的CO2含量；输气管线技术规程也要求生物甲烷气的CO2含量必须低于3%，车用燃料生物甲烷气则要求结合的CO2N2含量小于1. 5%-4. 5%。现常用采用的沼气品 位提升方法主要分为吸附法和物理法两种。吸附法主要是利用化学物理吸附剂或者水溶性吸附剂吸收沼气中CO2，此种方法的缺点是吸附剂消耗量高，吸附剂的回收再生和购买费用较大，经济性差。物理法则主要包括变压吸附、真空旋转吸附、膜分离和深冷分离等，这些方法的缺点是设备复杂，一次性建设投资高，且维护运行费用高，技术实用性较差。也有采用生物法提升沼气品位的方法，采用的是生物甲烷浓缩，既使用产甲烷菌吸收沼气中CO2产生CH4，但因为微生物本身特性所限制，此种方法技术还不成熟，且效果不稳定。以上方法最大的缺点就是在处理ー种污染物的时候产生了新的污染物，其最終結果无非是将ー种污染物从ー个区域转移到另外ー个区域，或者从ー种形式转化为另外ー种形式。若是利用微藻极强的生物固碳能力和超高的光合作用能力，则有可能从根本上解决此问题。微藻是地球上最古老的物种之一，从太古纪时代起，其就开始转化地球上在当时浓度尚高的CO2，是整个生态系统最为主要的初级生产者之一。微藻的光能利用率达18%，光合效率达43%，是一般农作物的3倍和1. 4倍以上；极高的光能利用率和光合效率决定了其对CO2的超强吸收能力。同时，发酵副产物沼液中含有丰富的氮、磷、钾等大量元素和铁、锌、铜等微量元素，而且还含有17种氨基酸、活性酶等，其可以作为微藻的营养来源。利用沼液作为液体培养基质，沼气中CO2作为微藻的碳源，则在提升沼气品位时还可以净化沼液，从而彻底解决厌氧发酵产沼气的两大瓶颈问题。反应器系统中增殖的微藻又可以作为混合厌氧发酵的原料，则整个多级串联式沼气品位提升系统在提升沼气品位和浄化沼液的过程中就不会产生新的污染物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简便易行、经济效益好的多级串联式沼气品位提升系统。
本发明所提供的多级串联式沼气品位提升系统，其主要由若干个密封袋串联组成；
其中，所述每ー个密封袋作为ー个反应器1，其顶部设置有一个出气ロ 2，若干个聚乙烯密封袋以出气ロ 2为接ロ，通过管道串联连接，使聚こ烯密封袋组成多级式反应器；所述管道上设置有气阀3。所述的多级式反应器中 ，姆ー级反应器内米用沼液作为液体营养基质培养微藻，沼气在上级反应器中停留一定时间后就进入到下一级反应器中，沼气中CO2逐级被微藻吸收，从而提升沼气品位。所述微藻的培养液体营养基质是发酵副产物沼液，这样既可以节省培养基的费用又可以净化沼液。所述的反应器I是透明的聚こ烯密封袋，其轻便易用，造价低廉，方便安装和移动。所述反应器上还设置有检查ロ 4，用于拿取反应器中増殖的微藻。所述反应器内可另设置有一定光照强度的用于微藻培养的LED灯光源5。在微藻培养过程中，光源可以单独使用LED灯光源5，也単独使用自然光，或者两者结合使用，以自然光源日光为主，在日光不足时以人工光源5作为补充。所述的微藻是小球藻GWordh sp.，其在接种前已经经过多次驯化，具有极好的耐受高浓度CO2和CH4的能力；也可以采用小球藻和蓝藻，或其它ー种或多种藻种混合接种。所述反应器中都采用了高密度微藻接种的方法，既接种微藻干重超过100 mgじ1，这样可以提高微藻在短时间内的固碳量。本发明中，沼气在每级反应器中停留时间是根据人工测定微藻干重后确定其生长状况而定的，以微藻进入生长稳定期为限，沼气即刻通过人工控制的气阀3进入到下级反应器。本发明中，下级反应器接种的微藻藻种来源于上级反应器中増殖的微藻，即在上级反应器中沼气进入到下级反应器后关闭气阀3，然后取出上级反应器中部分増殖的微藻，通过检查ロ 4接种到下级反应器中；上级反应器中微藻的沼气品位提升过程实际上也是微藻在较高CO2和CH4浓度环境的驯化过程，经过如此驯化后的微藻藻种在下级反应器中会具有更好的吸收沼气中CO2的能力。本发明中，最后ー级反应器出口处安置固体氧气吸附剂6，以吸收最終出气的沼气中的O2，保证最后所得的生物甲烷气的使用安全。本发明在显著提升沼气品位的同时对于高负荷污染物沼液也有一定的浄化作用；且在提升沼气品位和浄化沼液的过程中几乎不产生新的污染物，反应器中増殖的微藻不用收获，可以直接用于混合厌氧发酵，这样就又节省了收获微藻的费用。
图1串联式沼气品位提升系统装置示意图。图中标号1为反应器，2为出气ロ，3为气阀，4为检查ロ，5为人工LED灯光源，6为固体氧气吸附剂。
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
ー种多级串联式沼气品位提升系统单级装置体积10. 8为立方米(长4米、宽2. 7米、厚1. 0米)，总共9级；每级反应器内安装了 LED植物灯作为人工光源，光照总强度为700Lux，光暗比为12h/12h，温度控制在30°C，在最后ー级出气ロ处装设了氧气吸附剂(图1)。每级反应器中接种小球藻sp. 400 mgじ1;沼液培养液体积为1. 8立方米，沼气体积为9立方米；每级反应器工作时间为72小时。原沼气品位为CH4含量62. 40±8. 13%，经过多级串联式沼气品位提升系统处理后CH4含量达到87. 65±13. 74%，基本达到生物甲烷气的要求。实施例2
ー种多级串联式沼气品位提升系统单级装置体积36为立方米(长8米、宽3米、厚1. 5米)，总共7级；每级使用自然光作为光源，同时使用LED植物灯作为补充光源，光照強度保持在750±50 Lux，光暗比为12h/12h，温度控制在25°C，在最后ー级出气ロ处装设了氧气吸附剂(图1)。姆级反应器中接种小球藻sp.取Chlorella vulgaris各200mgじ1 ;沼液培养液体积为4立方米，沼气体积为32立方米；每级反应器工作时间为72小时。原沼气品位为进气CH4含量60. 55±7. 29%，经过多级串联式沼气品位提升系统处理后CH4含量达到90. 14±12. 52%，基本达到生物甲烷气的要求。
权利要求
1.一种多级串联式沼气品位提升系统，其特征在于主要由若干个密封袋串联组成；所述每一个密封袋作为一个反应器(1)，其顶部设置有一个出气口(2)，若干个聚乙烯密封袋以出气口(2)为接口，通过管道串联连接，使聚乙烯密封袋组成多级式反应器；所述管道上设置有气阀(3)； 所述的多级式反应器中，每一级反应器内米用沼液作为液体营养基质培养微藻，沼气在上级反应器中停留一定时间后就进入到下一级反应器中，沼气中CO2逐级被微藻吸收。
2.根据权利要求1所述的多级串联式沼气品位提升系统，其特征在于所述液体营养基质是发酵副产物沼液。
3.根据权利要求1所述的多级串联式沼气品位提升系统，其特征在于所述的反应器(I)是透明的聚乙烯密封袋。
4.根据权利要求1所述的多级串联式沼气品位提升系统，其特征在于所述反应器上还设置有检查口(4)。
5.根据权利要求1所述的多级串联式沼气品位提升系统，其特征在于所述反应器内设置有用于微藻培养LED灯光源(5);微藻培养过程中，单独使用LED灯光源作为人工光源(5);或者使用自然光和LED灯光源(5)两者相结合。
6.根据权利要求1所述的多级串联式沼气品位提升系统，其特征在于所述的微藻采用小球藻Chlorella sp.，其在接种前已经经过多次驯化，具有耐受高浓度CO2和CH4的能力；或者是采用小球藻和蓝藻。
7.根据权利要求1或6所述的多级串联式沼气品位提升系统，其特征在于所述微藻干重超过100 mg I71。
8.根据权利要求4所述的多级串联式沼气品位提升系统，其特征在于下级反应器接种的微藻藻种来源于上级反应器中增殖的微藻，即在上级反应器中沼气进入到下级反应器后关闭气阀(3)，然后取出上级反应器中部分增殖的微藻，通过检查孔(4)接种到下级反应器中。
9.根据权利要求1所述的多级串联式沼气品位提升系统，其特征在于最后一级反应器出口处安置固体氧气吸附剂(6)。
全文摘要
本发明属于环境工程技术领域，具体为一种多级串联式沼气品位提升系统，包括采用若干个透明密封袋串联组成多级式反应器，沼气在上级反应器中停留后进入到下一级反应器中，逐级吸收沼气中CO2，提升沼气品位；将发酵副产物沼液作为微藻的液体培养基质，向每级反应器中接种高密度微藻，利用微藻的超强固碳能力吸收沼气中CO2；上一级反应器中增长后的微藻部分作为藻种接种到下一级反应器中。本发明系统在显著提升沼气品位的同时对于高负荷污染物沼液也有一定的净化作用，且在提升沼气品位和净化沼液的过程中几乎不产生新的污染物，具有简单易行、操作方便和经济效益好的优点。
文档编号C10L3/10GK103013603SQ20121054730
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者郑正, 颜诚, 张丽, 王东, 钱俊成 申请人:复旦大学