CN103013603A - 一种多级串联式沼气品位提升系统 - Google Patents

一种多级串联式沼气品位提升系统 Download PDF

Info

Publication number
CN103013603A
CN103013603A CN2012105473036A CN201210547303A CN103013603A CN 103013603 A CN103013603 A CN 103013603A CN 2012105473036 A CN2012105473036 A CN 2012105473036A CN 201210547303 A CN201210547303 A CN 201210547303A CN 103013603 A CN103013603 A CN 103013603A
Authority
CN
China
Prior art keywords
biogas
reactor
stage
grade
little algae
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012105473036A
Other languages
English (en)
Inventor
郑正
颜诚
张丽
王东
钱俊成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fudan University
Original Assignee
Fudan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fudan University filed Critical Fudan University
Priority to CN2012105473036A priority Critical patent/CN103013603A/zh
Publication of CN103013603A publication Critical patent/CN103013603A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/02—Photobioreactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/20—Material Coatings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/58—Reaction vessels connected in series or in parallel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/20—Degassing; Venting; Bubble traps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M31/00—Means for providing, directing, scattering or concentrating light
    • C12M31/10—Means for providing, directing, scattering or concentrating light by light emitting elements located inside the reactor, e.g. LED or OLED
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

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。

Description

一种多级串联式沼气品位提升系统
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种多级串联式沼气品位提升系统。
背景技术
沼气是一种清洁环保、实用性很高的绿色生物质能，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工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。根据发酵原料和工艺等的不同，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，如秸秆、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一种污染物的时候产生了新的污染物，其最终结果无非是将一种污染物从一个区域转移到另外一个区域，或者从一种形式转化为另外一种形式。
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净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，每一级反应器内采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1是透明的聚乙烯密封袋，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口4，用于拿取反应器中增殖的微藻。
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，也单独使用自然光，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Chlorella 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，或其它一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 L-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，通过检查口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，最后一级反应器出口处安置固体氧气吸附剂6，以吸收最终出气的沼气中的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，反应器中增殖的微藻不用收获，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。
附图说明
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为出气口，3为气阀，4为检查口，5为人工LED灯光源，6为固体氧气吸附剂。
具体实施方式
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700 Lux，光暗比为12h/12h，温度控制在30℃，在最后一级出气口处装设了氧气吸附剂（图1）。每级反应器中接种小球藻Chlorella sp. 400 mg L-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
一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，光照强度保持在750±50 Lux，光暗比为12h/12h，温度控制在25℃，在最后一级出气口处装设了氧气吸附剂（图1）。每级反应器中接种小球藻Chlorella sp.和Chlorella vulgaris 各200 mg L-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。

Claims (9)

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，每一级反应器内采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（1）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 L-1。
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）。
CN2012105473036A 2012-12-17 2012-12-17 一种多级串联式沼气品位提升系统 Pending CN103013603A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012105473036A CN103013603A (zh) 2012-12-17 2012-12-17 一种多级串联式沼气品位提升系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012105473036A CN103013603A (zh) 2012-12-17 2012-12-17 一种多级串联式沼气品位提升系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103013603A true CN103013603A (zh) 2013-04-03

Family

ID=47962724

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012105473036A Pending CN103013603A (zh) 2012-12-17 2012-12-17 一种多级串联式沼气品位提升系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103013603A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102992497A (zh) * 2012-12-25 2013-03-27 复旦大学 一种可以同时净化沼液和提升沼气品位的方法
CN104762331A (zh) * 2015-03-31 2015-07-08 中国科学院南海海洋研究所 一种将沼气发酵与微藻培养耦合的方法以及培养装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101914572A (zh) * 2010-07-20 2010-12-15 中国科学院广州能源研究所 二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的方法
CN202017006U (zh) * 2011-03-28 2011-10-26 上海百泉生物技术有限公司 一种用于沼气净化的微生态反应器
CN102392052A (zh) * 2011-09-22 2012-03-28 复旦大学 一种利用沼液培养自养型淡水微藻提纯沼气的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101914572A (zh) * 2010-07-20 2010-12-15 中国科学院广州能源研究所 二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的方法
CN202017006U (zh) * 2011-03-28 2011-10-26 上海百泉生物技术有限公司 一种用于沼气净化的微生态反应器
CN102392052A (zh) * 2011-09-22 2012-03-28 复旦大学 一种利用沼液培养自养型淡水微藻提纯沼气的方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102992497A (zh) * 2012-12-25 2013-03-27 复旦大学 一种可以同时净化沼液和提升沼气品位的方法
CN104762331A (zh) * 2015-03-31 2015-07-08 中国科学院南海海洋研究所 一种将沼气发酵与微藻培养耦合的方法以及培养装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Effect of addition of biogas slurry for anaerobic fermentation of deer manure on biogas production
CN101285075B (zh) 沼气发酵和自养型淡水微藻培养的耦合方法
CN101280271A (zh) 一种微藻产业化生产装置及生产微藻的方法
CN102337302A (zh) 一种沼气生物净化及其废弃物资源化循环利用方法
CN104762331A (zh) 一种将沼气发酵与微藻培养耦合的方法以及培养装置
Tran et al. Cultivation and anaerobic digestion of Scenedesmus spp. grown in a pilot-scale open raceway
Ramaraj et al. Potential evaluation of biogas production and upgrading through algae
CN107083322A (zh) 一种多层微藻生长繁殖装置
CN105540995B (zh) 一种净化农村生活污水和水禽养殖污水的生态利用方法
CN107189930A (zh) 室内微藻培养系统及其培养方法
CN102674651A (zh) 一种以沼气工程为纽带的粪便处理系统及方法
CN103103128A (zh) 一种微藻高效富集培养的方法
CN105541057A (zh) 一种猪场沼液资源化利用的方法
CN102992497A (zh) 一种可以同时净化沼液和提升沼气品位的方法
CN105505779A (zh) 畜禽粪便水溶肥生产废水培养杜氏藻的资源化利用方法
CN113105991B (zh) 一种微纳米气泡培养采收一体化微藻生物膜反应器及其微藻培养采收方法
CN101906380B (zh) 饵料微藻的封闭式管道培养装置及微藻管道培养方法
CN201729830U (zh) 饵料微藻的封闭式管道培养装置
CN107098478A (zh) 一种微藻固碳及污水生态处理系统
CN103013603A (zh) 一种多级串联式沼气品位提升系统
CN101275117B (zh) 一种利用co2使藻类快速增殖直接用于生物制氢的方法
CN101280273A (zh) 一种光合自氧微生物的工业化培养的方法和装置
CN207404942U (zh) 一种微藻固碳及污水生态处理系统
CN202786230U (zh) 一种处理有机废弃物的系统
CN102965282A (zh) 一种封闭式藻类培养系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130403