CN101092637A - 发酵生物制氢剩余液产烷与杀菌后循环利用方法及系统 - Google Patents

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泮进明
张瑞红
罗智生
应义斌
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Abstract

本发明公开了一种发酵生物制氢剩余液产烷与杀菌后循环利用方法及系统。原料先在主产氢池产氢，接着进入副产氢池进一步产氢，再将副产氢池的剩余液依次输入主产烷池和副产烷池，利用剩余液中的有机酸和醇等有机物以及产氢过程未降解的原料生产甲烷，尤其使有机酸彻底分解，将副产烷池的pH控制在7.0～9.0之间，定期利用紫外线杀菌灯杀灭副产烷池中的产烷细菌，再将副产烷池的剩余液返回到主产氢池以提高产氢环境的pH，解决发酵生物制氢过程伴随氢气产生的有机酸引起pH下降而抑制产氢过程的问题，实现发酵生物制氢剩余液的循环利用，大大降低系统的排放量，实现非化学物质调控pH，避免环境污染，提高经济效益。

Description

发酵生物制氢剩余液产烷与杀菌后循环利用方法及系统
技术领域
本发明涉及发酵生物制氢剩余液循环利用方法，尤其是涉及一种发酵生物制氢剩余液产烷与杀菌后循环利用方法及系统。
背景技术
当今世界，能源危机日益严峻。世界各国正在大力开发新型可再生替代能源。氢气用途广泛，可作为飞机、火箭、汽车等的高能燃料，同时也是化工合成、炼油重整、煤的液化和甲烷化、甲醇合成、航空航天以及金属冶金、焊接等领域的重要原料，被认为是最有吸引力的新型替代能源之一。
发酵生物制氢技术是新型可再生能源开发的热点技术，同时又是再生利用各种有机废弃物、解决环境污染的重要途径。与化学法制氢相比，发酵生物制氢具有清洁、节能、不消耗化石能源等许多突出的优点，研究重点是对各种植物、有机废水、有机废弃物等可再生生物质资源进行再生利用。
发酵生物制氢过程在产生氢气的同时，也产生许多有机酸和醇等副产品，同时，在剩余液中还有许多不能被产氢细菌降解利用的剩余原料。有机酸、醇和剩余原料可以继续用于生产甲烷，产烷细菌可以利用发酵生物制氢剩余液中的绝大部分有机物，这些有机物的深度利用，尤其是有机酸的深度分解利用可以大大提高发酵液体的pH值。
与此同时，发酵生物制氢过程的pH是必需加以调控的重要环境因子。在一个高效发酵生物制氢系统内，pH必然呈下降趋势，这是由于各种有机酸伴随着氢气产生，而产氢细菌不能进一步利用有机酸，从而引起有机酸累积并导致pH降低。pH太低会抑制产氢细菌生长和降低酶活性，甚至导致产物殊异，长期胁迫将导致产氢细菌日渐式微，乃至灭亡，引起整个系统的崩溃。
目前的pH调控方法一般采用各种化学物质进行，如NaOH、KOH、Na2CO3、NaHCO3、NH4OH、Ca(OH)2等，优点是用量少，见效快。但利用化学物质调控pH存在很多负面因素：化学物质的使用使制氢成本大幅提高，不利于在发展中国家和地区应用；化学物质对产氢细菌及后继使用中其他功能细菌(如产烷细菌)有毒害作用，大量投加会严重影响细菌的生理活性；化学物质的存在影响产氢/产烷余液的处理或利用，这些化学物质最终会污染受地环境，如使盐度升高等，尤其对集中式规模化系统来说，“后顾之忧”将更加严重。
发明内容
为了解决发酵生物制氢过程对原料的生物降解率低、剩余液中的有机酸和醇及未降解的原料排放会造成环境污染、制氢过程引起pH下降并需要高成本且有危害的化学物质加以调控等技术问题，本发明的目的在于提供一种发酵生物制氢剩余液产烷与杀菌后循环利用方法及系统，利用发酵生物制氢的剩余液进行甲烷生产并获得pH较高的产烷剩余液，再利用杀菌技术杀灭产烷剩余液中的产烷细菌，最后用于调控发酵生物制氢过程的pH，实现循环利用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一、一种发酵生物制氢剩余液产烷与杀菌后循环利用方法：
原料先在主产氢池产氢，接着进入副产氢池进一步产氢，再将副产氢池的剩余液依次输入主产烷池和副产烷池，利用剩余液中的有机酸和醇以及产氢过程未降解的原料生产甲烷，尤其使有机酸彻底分解，将副产烷池的pH控制在7.0～9.0之间，再利用紫外线杀菌灯杀灭副产烷池中的产烷细菌，最后将副产烷池的剩余液返回到主产氢池以提高产氢环境的pH，解决发酵生物制氢过程伴随氢气产生的有机酸引起pH下降而抑制产氢过程的问题，实现发酵生物制氢剩余液的循环利用。
二、一种发酵生物制氢剩余液产烷与杀菌后循环利用系统：
包括产氢池和产烷池；第一隔板将产氢池分成主产氢池和副产氢池，主产氢池上端连有进料泵和氢气输出管，主产氢池和副产氢池上端通过第一泵单向联接；第二隔板将产烷池分成主产烷池和副产烷池，主产烷池上端连有甲烷输出管，主产烷池和副产烷池上端通过第二泵单向联接；副产氢池下端通过第三泵与主产烷池上端单向联接；副产氢池上端设有紫外线杀菌灯，副产烷池下端通过第四泵与主产氢池上端单向联接，副产氢池下端设有排放泵。
本发明具有的有益的效果是：
1.发酵生物制氢过程在主产氢池和副产氢池分两步完成，保证原料有足够的时间分解，充分提高氢气产量和原料利用率，提高系统的经济效益；
2.发酵生物制氢过程新产生的有机酸、醇与难分解的原料等有机物在产烷池进行甲烷生产，进一步分解有机物，达到深度处理的目的，避免排放引起的环境污染问题，同时生产出来的甲烷也是重要的能源，提高系统的经济效益；
3.产烷过程也在主产烷池和副产烷池分两步完成，保证原料有足够的时间分解，尤其充分分解有机酸，提高发酵液的pH值，为循环利用提供保障；
4.副产烷池的发酵液充分产烷后pH升高至7.0～9.0，定期利用紫外线进行杀菌，尤其杀死大部分产烷细菌以避免杂菌对产氢细菌的冲击，再输入主产氢池提高产氢环境的pH，为发酵生物制氢过程创造良好的环境，避免伴随氢气产生的有机酸引起pH下降而抑制产氢，提高了制氢效率；
5.利用产烷、杀菌后的发酵生物制氢剩余液代替化学物质来pH调控，节省成本，不增加额外污染物，降低系统排放液的处理难度和处理成本，循环利用同时也降低整个系统的排放量及相应的处理成本；
本发明主要用于发酵生物制氢剩余液在甲烷生产、杀菌后进行循环利用。
附图说明
图1是本发明的发酵生物制氢剩余液产烷与杀菌后循环利用系统剖面图；
图2是本发明的发酵生物制氢剩余液产烷与杀菌后循环利用系统平面图；
图中：1.产氢池，2.主产氢池，3.分隔板，4.副产氢池，5.产烷池，6.主产烷池，7.分隔板，8.副产烷池，9.泵，10.泵，11.泵，12.紫外线杀菌灯，13.泵，14.进料泵，15.排放泵，16.氢气输出管，17.甲烷输出管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，本发明包括产氢池1和产烷池5；第一隔板3将产氢池1分成主产氢池2和副产氢池4，主产氢池2上端连有进料泵14和氢气输出管16，主产氢池2和副产氢池4上端通过第一泵9单向联接；第二隔板7将产烷池5分成主产烷池6和副产烷池8，主产烷池6上端连有甲烷输出管17，主产烷池6和副产烷池8上端通过第二泵11单向联接；副产氢池8下端通过第三泵10与主产烷池6上端单向联接；副产氢池8上端设有紫外线杀菌灯12，副产烷池8下端通过第四泵13与主产氢池2上端单向联接，副产氢池8下端设有排放泵15。
产氢池中隔板的位置根据主产氢池和副产氢池的体积比决定，主产氢池和副产氢池的体积比为0.2～10。两者的大小主要根据原料的分解特性来决定，易分解的原料主产氢池可以小一点，难分解的原料主产氢池就要大一点。
产烷池中隔板的位置根据主产烷池和副产烷池的体积比决定，主产烷池和副产烷池的体积比为0.2～10。两者的大小主要根据原料的分解特性来决定，易分解的原料主产烷池可以小一点，难分解的原料主产烷池就要大一点。
原料先在主产氢池2产氢，接着进入副产氢池4进一步产氢，再将副产氢池4的剩余液依次输入主产烷池6和副产烷池8，利用剩余液中的有机酸和醇以及产氢过程未降解的原料生产甲烷，尤其使有机酸彻底分解，将副产烷池8的pH控制在7.0～9.0之间，再利用紫外线杀菌灯12杀灭副产烷池8中的产烷细菌，最后将副产烷池8的剩余液返回到主产氢池2以提高产氢环境的pH，解决发酵生物制氢过程伴随氢气产生的有机酸引起pH下降而抑制产氢过程的问题，实现发酵生物制氢剩余液的循环利用。
实施例：
如图1、图2所示，产氢池1高3m、直径3m，隔板3高2.7m、距产氢池1中轴线0.7m，泵9为5kw、1m3/min，产烷池5构造与产氢池1相同，泵10、泵13、泵14和泵15规格同泵9，紫外线杀菌灯12为100w、3盏。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1、一种发酵生物制氢剩余液产烷与杀菌后循环利用方法，其特征在于：原料先在主产氢池产氢，接着进入副产氢池进一步产氢，再将副产氢池的剩余液依次输入主产烷池和副产烷池，利用剩余液中的有机酸和醇以及产氢过程未降解的原料生产甲烷，尤其使有机酸彻底分解，将副产烷池的pH控制在7.0～9.0之间，再利用紫外线杀菌灯杀灭副产烷池中的产烷细菌，最后将副产烷池的剩余液返回到主产氢池以提高产氢环境的pH，解决发酵生物制氢过程伴随氢气产生的有机酸引起pH下降而抑制产氢过程的问题，实现发酵生物制氢剩余液的循环利用。
2、一种发酵生物制氢剩余液产烷与杀菌后循环利用系统，其特征在于：包括产氢池(1)和产烷池(5)；第一隔板(3)将产氢池(1)分成主产氢池(2)和副产氢池(4)，主产氢池(2)上端连有进料泵(14)和氢气输出管(16)，主产氢池(2)和副产氢池(4)上端通过第一泵(9)单向联接。第二隔板(7)将产烷池(5)分成主产烷池(6)和副产烷池(8)，主产烷池(6)上端连有甲烷输出管(17)，主产烷池(6)和副产烷池(8)上端通过第二泵(11)单向联接。副产氢池(8)下端通过第三泵(10)与主产烷池(6)上端单向联接；副产氢池(8)上端设有紫外线杀菌灯(12)，副产烷池(8)下端通过第四泵(13)与主产氢池(2)上端单向联接，副产氢池(8)下端设有排放泵(15)。
3、根据权利要求2所述的一种发酵生物制氢剩余液产烷与杀菌后循环利用系统，其特征在于：产氢池中隔板的位置根据主产氢池和副产氢池的体积比决定，主产氢池和副产氢池的体积比为0.2～10。
4、根据权利要求2所述的一种发酵生物制氢剩余液产烷与杀菌后循环利用系统，其特征在于：产烷池中隔板的位置根据主产烷池和副产烷池的体积比决定，主产烷池和副产烷池的体积比为0.2～10。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102300977B (zh) * 2009-01-30 2015-07-22 西安大略大学 用于从工业有机废弃物和生物质生产氢和甲烷的集成系统

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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