CN106946348A - 一种生物法厌氧环境安全主动控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物法厌氧环境安全主动控制装置及方法，包括承压混合气气仓、恒压配重、生物密封凝胶、氧浓度增益膜；其中：所述承压混合气气仓内充满预混气体，并且与厌氧环境连接；所述恒压配重设置于承压混合气气仓内，用于保持承压混合气气仓一直处于正压状态；所述生物密封凝胶和氧浓度增益膜设置在承压混合气气仓和厌氧环境的连接处，且氧浓度增益膜位于厌氧环境的一侧，生物密封凝胶位于承压混合气气仓一侧；氧浓度增益膜用于吸收厌氧环境中的氧气，生物密封凝胶用于将生物密封凝胶和氧浓度增益膜的连接处保持密封或者解除密封。本发明可根据厌氧系统中氧含量完成微生物主动的防护控制，程不需要外部能源供给，且成本低，可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及是一种应用于厌氧系统中的安全主动控制装置及方法，属于生物能源中的厌氧发酵系统安全控制技术领域。
背景技术
确保厌氧条件的稳定性，是确保易燃易爆气体开采与输送安全的重要因素。目前对厌氧空间的实时监控与保护多通过电控手段完成。但是在野外环境、地下狭小空间、或者无法稳定提供电源的条件下，电控技术多存在持续供电难、传感器布置难、环境干扰大等技术难题。因此需要一种既不需要持续能源供给，又能对厌氧空间内的氧浓度做出及时响应的主动控制技术，提高气体能源开采的可靠性与安全性。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物法厌氧环境安全主动控制装置及方法，能够利用微生物实现对厌氧空间含氧量主动响应，同时不需要外部能源持续供给。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种生物法厌氧环境安全主动控制装置，包括承压混合气气仓、恒压配重、生物密封凝胶、氧浓度增益膜；其中：
所述承压混合气气仓内充满预混气体，并且与厌氧环境连接；
所述恒压配重设置于承压混合气气仓内，用于保持承压混合气气仓一直处于正压状态；
所述生物密封凝胶和氧浓度增益膜设置在承压混合气气仓和厌氧环境的连接处，且氧浓度增益膜位于厌氧环境的一侧，生物密封凝胶位于承压混合气气仓一侧；所述氧浓度增益膜用于吸收厌氧环境中的氧气，所述生物密封凝胶用于将生物密封凝胶和氧浓度增益膜的连接处保持密封或者解除密封。
所述氧浓度增益膜由含银材料复合制成。
所述生物密封凝胶由好氧菌与其对应的培养基混合制成。
所述厌氧环境设置有泄压阀。
一种生物法厌氧环境安全主动控制方法，当厌氧环境遭到氧气渗透，厌氧环境气相空间氧气含量升高达到临界条件时，氧浓度增益膜吸附厌氧环境中的氧气，降低厌氧环境中的氧气浓度，并将氧气传递到生物密封凝胶上，生物密封凝胶上的好氧菌由休眠状态转为活跃状态，此时好氧菌利用氧气和培养基中的营养完成有氧呼吸，实现新陈代谢，在此过程中生物密封凝胶被快速降解，使原本密封的通道内外联通；此时承压混合气气仓中预混气在恒压配重的作用下进入厌氧环境及时降低环境中氧气浓度，确保厌氧环境安全。
当承压混合气气仓与厌氧环境联通时，打开泄压阀，使得承压混合气气仓和厌氧环境压力相等，体系平衡。
有益效果：本发明提供的生物法厌氧环境安全主动控制装置及方法，能够利用微生物自主判断厌氧系统中游离氧浓度，当氧浓度达到安全临界水平时，微生物通过有氧代谢解除生物密封凝胶的封闭，混合气进入厌氧环境及时控制环境中氧气浓度。具有以下特点：1)能够主动识别厌氧环境的氧浓度变化，控制自主化；2)技术实施无需外部能源供给，稳定性高；3)技术实施成本低，符合产业化要求。
附图说明
图1为本发明的装置的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种生物法厌氧环境安全主动控制装置，包括承压混合气气仓1、恒压配重2、生物密封凝胶3、氧浓度增益膜4；其中：
承压混合气气仓1内充满预混气体，并且与厌氧环境5连接；
恒压配重2设置于承压混合气气仓1内，用于保持承压混合气气仓1一直处于正压状态；
生物密封凝胶3和氧浓度增益膜4设置在承压混合气气仓1和厌氧环境5的连接处，且氧浓度增益膜4位于厌氧环境5的一侧，生物密封凝胶3位于承压混合气气仓1一侧；所述氧浓度增益膜4用于吸收厌氧环境5中的氧气，所述生物密封凝胶3用于将生物密封凝胶3和氧浓度增益膜4的连接处保持密封或者解除密封；
氧浓度增益膜4由含银材料复合制成，能吸附厌氧环境的游离氧，起到降低厌氧环境5中氧浓度的作用；
生物密封凝胶3由好氧菌与其对应的培养基混合制成，当好氧菌进入活性状态，能快速消耗凝胶中的养分，将生物密封凝胶3的密封状态解除；其中，好氧菌不限于具体好氧菌菌种，可根据工程与生产需要，选择具有氧代谢能力的菌种；
厌氧环境5设置有泄压阀6，用于当承压混合气气仓1与厌氧环境5联通时，打开泄压阀6，使得承压混合气气仓1和厌氧环境5压力相等，体系平衡。
一种生物法厌氧环境安全主动控制方法，当厌氧环境5遭到氧气渗透，厌氧环境5气相空间氧气含量升高达到临界条件时，氧浓度增益膜4吸附厌氧环境5中的氧气，降低厌氧环境5中的氧气浓度，并将氧气传递到生物密封凝胶3上，生物密封凝胶3上的好氧菌由休眠状态转为活跃状态，此时好氧菌利用氧气和培养基中的营养完成有氧呼吸，实现新陈代谢，在此过程中生物密封凝胶3被快速降解，使原本密封的通道内外联通；此时承压混合气气仓1中预混气在恒压配重2的作用下进入厌氧环境5及时降低环境中氧气浓度，确保厌氧环境安全；并通过泄压阀6使厌氧环境5和承压混合气气仓1压力相同，实现对厌氧空间氧浓度异常的主动响应。
实施例
根据下述步骤实现本发明：
(1)选定好氧菌菌种，确定菌种对氧浓度的敏感水平Obio％vol，并由好氧菌与其对应的培养基混合制成生物密封凝胶3；
本实施例中，选择酵母菌为耗氧菌种，对应生物密封凝胶培养基可采用：可溶性淀粉20g，KNO3 1g，NaCl 0.5g，K2HPO4·3H2O 0.5g,MgSO4·7H2O 0.5g,FeSO4·7H2O 0.01g,水1000mL,pH7.4-7.6,琼脂20g。
(2)确定厌氧环境1氧浓度安全临界水平Ocont％vol；
(3)结合步骤(1)、(2)，计算氧浓度放大倍数T，定制氧浓度增益膜4；
T＝Ocont/Obio
(3)将生物密封凝胶3和氧浓度增益膜4置于承压混合气气仓1和厌氧环境5的连接处，并且氧浓度增益膜4位于厌氧环境5一侧，生物密封凝胶3位于承压混合气气仓1一侧；
(6)承压混合气气仓1常规下充满预混气，在恒压配重2作用下，长期处于正压、静止状态；其中，预混气的体积百分比组成为：N2 90％，H2 10％；
(7)当厌氧环境5氧浓度高于临界值，生物密封凝胶3上的好氧菌由休眠状态转为活跃状态，此时好氧菌利用氧气和营养完成有氧呼吸，实现新陈代谢，在此过程中生物密封凝胶3被快速降解，对承压混合气气仓1的密封解除；
(8)承压混合气气仓1预混气进入厌氧环境5及时降低环境中氧气浓度，确保厌氧环境安全，并通过泄压阀6使厌氧环境5和承压混合气气仓1压力相同，实现对厌氧空间氧浓度异常的主动响应。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种生物法厌氧环境安全主动控制装置，其特征在于：包括承压混合气气仓(1)、恒压配重(2)、生物密封凝胶(3)、氧浓度增益膜(4)；其中：
所述承压混合气气仓(1)内充满预混气体，并且与厌氧环境(5)连接；
所述恒压配重(2)设置于承压混合气气仓(1)内，用于保持承压混合气气仓(1)一直处于正压状态；
所述生物密封凝胶(3)和氧浓度增益膜(4)设置在承压混合气气仓(1)和厌氧环境(5)的连接处，且氧浓度增益膜(4)位于厌氧环境(5)的一侧，生物密封凝胶(3)位于承压混合气气仓(1)一侧；所述氧浓度增益膜(4)用于吸收厌氧环境(5)中的氧气，所述生物密封凝胶(3)用于将生物密封凝胶(3)和氧浓度增益膜(4)的连接处保持密封或者解除密封。
2.根据权利要求1所述的生物法厌氧环境安全主动控制装置，其特征在于：所述氧浓度增益膜(4)由含银材料复合制成。
3.根据权利要求1所述的生物法厌氧环境安全主动控制装置，其特征在于：所述生物密封凝胶(3)由好氧菌与其对应的培养基混合制成。
4.根据权利要求1所述的生物法厌氧环境安全主动控制装置，其特征在于：所述厌氧环境(5)设置有泄压阀(6)。
5.根据权利要求1所述的生物法厌氧环境安全主动控制装置，其特征在于：所述预混气的体积百分比组成为：90％的N2，10％的H2。
6.一种生物法厌氧环境安全主动控制方法，其特征在于：当厌氧环境(5)遭到氧气渗透，厌氧环境(5)气相空间氧气含量升高达到临界条件时，氧浓度增益膜(4)吸附厌氧环境(5)中的氧气，降低厌氧环境(5)中的氧气浓度，并将氧气传递到生物密封凝胶(3)上，生物密封凝胶(3)上的好氧菌由休眠状态转为活跃状态，此时好氧菌利用氧气和培养基中的营养完成有氧呼吸，实现新陈代谢，在此过程中生物密封凝胶(3)被快速降解，使原本密封的通道内外联通；此时承压混合气气仓(1)中预混气在恒压配重(2)的作用下进入厌氧环境(5)及时降低环境中氧气浓度，确保厌氧环境安全。
7.根据权利要求6所述的生物法厌氧环境安全主动控制方法，其特征在于：当承压混合气气仓(1)与厌氧环境(5)联通时，打开泄压阀(6)，使得承压混合气气仓(1)和厌氧环境(5)压力相等，体系平衡。
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