CN106554975A - 一种甲烷连续生物降解的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

一种甲烷连续生物降解的工艺方法，涉及一种甲烷降解工艺方法，配气及进气组件将不同来源的含甲烷气体，按生物膜接触氧化工艺化的要求，调节气体的组成和含量，引入生物滴滤塔；培养基循环组件，按生物膜内甲烷降解菌生长要求配制培养基，由泵引入生物滴滤塔，并定期循环更换培养基，循环出的培养基可用于提取甲醇；生物膜接触氧化组件，含甲烷气体进入生物滴滤塔内，在挂生物膜的填料表面与含甲烷气体和培养基发生反应，达到去除甲烷和合成甲醇。处理后的含甲烷气体不但可达标排放，而且能满足甲烷生化合成甲醇的要求，为含甲烷气体的处理提供了一套环保、低成本、高效率、稳定的解决途径。

Description

一种甲烷连续生物降解的工艺方法
技术领域
本发明涉及一种甲烷降解工艺方法，特别是涉及一种甲烷连续生物降解的工艺方法。
背景技术
甲烷分子式CH4，是一种没有颜色，没有气味，比空气轻，极难溶于水的可燃性气体。甲烷和空气成适当比例的混合物，遇火花会发生爆炸。甲烷的化学性质相当稳定，跟强酸、强碱或强氧化剂（如KMnO4）等一般不起反应。它是最简单的有机化合物。甲烷在自然界分布很广，是天然气、沼气、坑气及煤层气的主要成分之一。
甲烷的危害体现在诸多方面，下面对几个方面的危害进行简单介绍。
（1）安全方面
煤层气是与煤炭伴生的赋存在煤层中的气体，主要成分为甲烷，甲烷含量一般为90 %～99 %，当煤矿中积聚的瓦斯达到爆炸浓度范围，同时具有引燃热源时，就有发生瓦斯爆炸事故的可能。由于我国煤层地质构造比较复杂，煤层透气性比较差，我国的煤矿瓦斯灾害仍然没有得到彻底的治理，重特大瓦斯事故时有发生。
（2）环境方面
近年来，甲烷已经成为大气中主要的碳氢化合物，它们吸收太阳光中的红外线，增暖作用为二氧化碳的20～30倍。一旦在空气中的浓度增加，就难以得到控制和下降，因此甲烷也是仅次于CO2的一种重要温室气体。近200年来甲烷在大气中的含量以每年百分之一的速度急剧增加。根据气候变化跨国委员会(IPCC)估计，甲烷的释放量到2010年将增至400 Tg～600 Tg。甲烷造成的温室效应将是二氧化碳的5-6倍，因此近年来甲烷的排放引起各国政府和环境科学家的极大关注。
（3）其他方面
当空气中甲烷达到25 %～30 %且温度过高、氧含量明显降低时，会引起头痛、头晕、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、共济失调，若不及时脱离，可窒息死亡。
垃圾掩埋场的废弃物和污水处理的剩余污泥中所产生的气体也含有大量的甲烷气体，同样对环境会造成很大的危害。
甲烷的降解一直是化学研究的热点。化学催化多需要高温、高压，催化剂毒性对环境造成很大危害。而生物催化具有反应条件温和，选择性强等特点，因此以生物催化法催化甲烷制甲醇具有一定的意义。生物降解甲烷的过程中甲烷氧化细菌中甲烷单加氧酶催化下甲烷氧化为甲醇，反应式是：CH4+O2+NADH2→CH3OH+H2O+NAD+。MMO是一种组分相对复杂的多酶复合物，MMO利用2个还原性当量使氧分子化学键断裂，一个氧原子被还原生成H2O，一个氧原子整合到甲烷分子中生成甲醇。生物催化氧化制甲醇一般为常温、常压，反应液为生理环境，pH在7左右，催化高度专一，具有广阔的应用前景，将会是一种理想的工业化方式。同时,在环境保护方面，对于甲烷生物降解的研究对于减轻甲烷产生的温室效应具有深远的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种甲烷连续生物降解的工艺方法，是一种甲烷连续生物降解的新工艺，该工艺处理后的含甲烷气体不但可达标排放，而且能满足甲烷生化合成甲醇的要求，为含甲烷气体的处理提供了一套环保、低成本、高效率、稳定的解决途径，简化了甲烷的降解难度，同时将甲烷转让化生成甲醇，可以进行工业化生产。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种甲烷连续生物降解的工艺方法，所述方法包括以下过程：
配气及进气组件将不同来源的含甲烷气体，按生物膜接触氧化工艺化的要求，调节气体的组成和含量，引入生物滴滤塔；
培养基循环组件，按生物膜内甲烷降解菌生长要求配制培养基，由泵引入生物滴滤塔，并定期循环更换培养基，循环出的培养基可用于提取甲醇；
a、 生物膜接触氧化组件，含甲烷气体进入生物滴滤塔内，在挂生物膜的填料表面与含甲烷气体和培养基发生反应，达到去除甲烷和合成甲醇。
所述的一种甲烷连续生物降解的工艺方法，所述步骤b中的培养基成分（g/L）：NaNO3 2.0，KH2PO4·12H2O 1.0，Na2HPO4·12H2O 3.0，MgSO4 0.3，CaCl2 0.2，FeSO4 0.015，CuSO4 0.005，EDTA 0.02，MnSO4 3.0×10-4，ZnSO4 3.4×10-4，Na2MoO4 2.5×10-4)。
所述的一种甲烷连续生物降解的工艺方法，所述步骤c中的生物接解反应中生物膜内的甲烷氧化菌是自行筛选产生，并经前期驯化处理。
所述的一种甲烷连续生物降解的工艺方法，所述步骤a中的甲烷含量为5%~25%左右为最优。
本发明的优点与效果是：
本发明在滴滤塔生物膜接触氧化工艺及其相关设备基础上综合而成，处理后的含甲烷气体不但可达标排放，而且能满足甲烷生化合成甲醇的要求，为含甲烷气体的处理提供了一套环保、低成本、高效率、稳定的解决途径。
附图说明
图1为艺装置图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
图中部件为：1气源 2空气泵 3 液体泵 4 培养基罐 5 进气口 6保温层 7测温口8 培养基布水器 9 填料层 10 排气口。
实施例1
安装连接生物滴滤塔，进气与喷淋液的流向采用逆流操作，培养基由加压泵打到塔顶均匀向下喷淋在填料层中，此过程中加入一定量的备用菌种，自上而下流动，最后由塔底排液管流入到储液槽再由加压泵打到塔顶进行循环，循环液路为封闭式循环系统。采用过氧化氢将滴滤塔灭菌，再用无菌水冲洗几次，保证无过氧化氢残留，然后往滴滤塔中装入3/4的聚丙烯鲍尔环填料，然后进行密封。把气路及水路安装连接好后把含有甲烷氧化细菌的培养基注入其中，液面要超过填料表面，然后开始连续的通入含有18%甲烷的空气，控制流速为0.2L/h。开始挂膜。每2d更换1/3的培养基。将滴滤塔内的培养基连续循环10d，有明显的生物膜出现。将含甲烷气体和空压机吹出的少量空气按一定的比例经配气装置混合均匀后进入气体混合瓶混合均匀，由塔底进入生物滴滤塔，在上升的过程中与填料表面湿润的生物膜接触而被降解。培养基采用间接性循环，每12h循环1次，循环时间为1h，培养基每两天更换一次，每次更换三分之一。取出的培养基用于甲醇的提取。结果表明，当进气甲烷量为18%时，最有利于甲烷的降解与甲醇的积累。

Claims (4)

1.一种甲烷连续生物降解的工艺方法，其特征在于，所述方法包括以下过程：
a、配气及进气组件将不同来源的含甲烷气体，按生物膜接触氧化工艺化的要求，调节气体的组成和含量，引入生物滴滤塔；
b、培养基循环组件，按生物膜内甲烷降解菌生长要求配制培养基，由泵引入生物滴滤塔，并定期循环更换培养基，循环出的培养基可用于提取甲醇；
c、生物膜接触氧化组件，含甲烷气体进入生物滴滤塔内，在挂生物膜的填料表面与含甲烷气体和培养基发生反应，达到去除甲烷和合成甲醇。
2.根据权利要求1所述的一种甲烷连续生物降解的工艺方法，其特征在于，所述步骤b中的培养基成分（g/L）：NaNO3 2.0，KH2PO4·12H2O 1.0，Na2HPO4·12H2O 3.0，MgSO4 0.3，CaCl2 0.2，FeSO4 0.015， CuSO4 0.005，EDTA 0.02，MnSO4 3.0×10-4，ZnSO4 3.4×10-4，Na2MoO4 2.5×10-4)。
3.根据权利要求1所述的一种甲烷连续生物降解的工艺方法，其特征在于，所述步骤c中的生物接解反应中生物膜内的甲烷氧化菌是自行筛选产生，并经前期驯化处理。
4.根据权利要求1所述的一种甲烷连续生物降解的工艺方法，其特征在于，所述步骤a中的甲烷含量为5%~25%左右为最优。
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