CN108362852A - 一种利用菌液喷雾降解矿井风流瓦斯的实验方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种利用菌液喷雾降解矿井风流瓦斯的实验方法和装置，本装置包括装置本体，装置本体的两端设有进风口和出风口，装置本体内设有菌液喷雾装置，装置本体的下部设有集液槽，装置本体与集液槽连通，集液槽与废液过滤罐连通，废液过滤罐与低浓度菌液罐连通，低浓度菌液罐、高浓度菌液罐均与混合菌液罐连通，混合菌液罐与菌液喷雾装置连通。本方法包括如下步骤：风流瓦斯进入装置本体内，菌液喷雾装置将甲烷氧化细菌通入装置本体并喷出，风流瓦斯内的甲烷与菌液进行反应发生降解（甲烷被降解成CO2和H2O），降解后的风流瓦斯排出装置本体。本发明具有设计合理、结构简单、成本低廉、安装和使用方便、工作效率高、可循环利用、实用性强的特点。
Description
技术领域
本发明涉及矿井瓦斯处理，特别是指一种利用菌液喷雾降解矿井风流瓦斯的实验方法和装置。
背景技术
我国有世界上数量最多的井工煤矿，煤矿在生产中向大气排放大量的乏风（乏风：进入矿井的新鲜风流经过生产地点后的风流称为乏风，乏风含有粉尘及甲烷等有害气体），由于乏风中含有以甲烷（CH4）为主的有害气体，甲烷不仅具有易燃、易爆的特性，而且会加剧温室效应，造成环境污染。因此，解决煤矿乏风中的甲烷无论是立足当前还是放眼未来，都具有重要意义。
20世纪以来，国内外学者开始研究利用微生物解决矿井瓦斯，即利用甲烷氧化菌把瓦斯（CH4）降解成CO2和H2O。与传统技术相比，微生物技术无疑具有安全、高效的特点，理论已经实现，甲烷氧化菌已经能大量培养，但在应用技术上却进展缓慢，一个重要原因是能用于瓦斯降解的关键设备极少。因此，研制出一种安全、高效、结构简单、成本低廉、操作简便的风流甲烷降解装置则十分必要，而且具有广阔的市场。
现有技术方案的主要问题：
1、装置结构不合理。现有技术方案主要是利用浸润的多孔材料与风流正交，或者使风流流经生物滤池，这样会造成风流流动阻力大，降解速率低。而实际上煤矿风流是具有一定流动速度的，即在实验装置内要在较短的时间内完成有效降解，达到这一目标才具有应用前景。
2、降解效率低。目前的技术方案如果充分考虑到了风流流动性，但经过降解的风流中瓦斯浓度仍然较高，未达到降解目的。
以上两个问题其实是一个问题的两个方面，即要求装置“要在较短时间内完成有效降解。
3、废液的回收处理及再利用。经过降解后的废液里仍然含有一定浓度的甲烷氧化菌，可以经过回收处理后循环利用，节约成本。
发明内容
本发明提出一种利用菌液喷雾降解矿井风流瓦斯的实验方法和装置，解决了现有技术中缺少瓦斯降解的关键设备的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种利用菌液喷雾降解矿井风流瓦斯的实验装置，包括装置本体，所述的装置本体的两端分别设有进风口和出风口，装置本体内设有菌液喷雾装置，装置本体的下部设有集液槽，装置本体与集液槽连通，集液槽与废液过滤罐连通，废液过滤罐与低浓度菌液罐连通，低浓度菌液罐、高浓度菌液罐均与混合菌液罐连通，混合菌液罐与菌液喷雾装置连通。
所述的菌液喷雾装置包括主管路，主管路与混合菌液罐连通，主管路分别与第一副管路和第二副管路连通，所述的进风口设有第一甲烷传感器和流量计，第一副管路和第二副管路之间设有位于装置本体内的第二甲烷传感器，出风口设有第三甲烷传感器，第一甲烷传感器、第二甲烷传感器、第三甲烷传感器和流量计均与中央控制器电连接。
所述的第一副管路的进液端设有第一阀门，第二副管路的进液端设有第二阀门，第一副管路上设有第一菌液喷头，第二副管路上设有第二菌液喷头，主管路上设有第二压力泵，第一阀门、第二阀门和第二压力泵均与中央控制器电连接，集液槽的出液端设有第五阀门，废液过滤罐通过导液管与低浓度菌液罐连通，导液管上设有第一压力泵，低浓度菌液罐的出液端设有第三阀门，高浓度菌液罐的出液端设有第四阀门，第三阀门、第四阀门、第五阀门和第一压力泵均与中央控制器电连接。
所述的第一菌液喷头和第二菌液喷头均两两一组，每组的两个菌液喷头相向设置。
所述的装置本体的下部设有若干漏液孔，装置本体通过漏液孔与集液槽连通，集液槽的底部倾斜设置，废液过滤罐通过半透膜分为两部分，一部分与集液槽连通，另一部分与低浓度菌液槽连通。
一种利用菌液喷雾降解矿井风流瓦斯的实验方法，包括如下步骤：风流瓦斯进入装置本体内，菌液喷雾装置将甲烷氧化细菌通入装置本体并喷出，风流瓦斯内的甲烷与菌液进行反应发生降解，降解后的风流瓦斯排出装置本体，装置本体内的菌液与风流瓦斯作用后流入底部的集液槽内，再从集液槽流入废液过滤罐，菌液在废液过滤罐内进行过滤，低浓度的菌液回流至低浓度菌液罐，低浓度菌液罐和高浓度菌液罐内的菌液在混合菌液罐内混合配制，配制好的菌液输送至菌液喷雾装置进行喷雾。
所述的菌液喷雾装置包括与混合菌液罐连通的主管路，主管路分别与第一副管路和第二副管路连通，第一甲烷传感器和流量计将装置本体进风口的甲烷浓度和风量信号传递给中央控制器，第二甲烷传感器将第一幅管路和第二副管路之间的甲烷浓度传递给中央控制器，第三甲烷传感器将出风口的甲烷浓度传递给中央控制器，当进风口的甲烷浓度小于设定值时，主管路和副管路均关闭，否则开启主管路和第一副管路，对甲烷进行降解，当第一副管路和第二副管路之间的甲烷浓度小于设定值时，第二副管路关闭，否则开启第二副管路，对剩余的甲烷进行降解。
所述的中央控制器通过第一阀门控制主管路与第一副管路的连通、通过第二阀门控制主管路与第二副管路的连通、通过第三阀门控制低浓度菌液槽与混合菌液槽的连通、通过第四阀门控制高浓度菌液槽与混合菌液槽的连通、通过第一压力泵控制废液过滤槽与低浓度菌液槽的菌液输送、通过第二压力泵控制主管路与副管路的菌液输送、通过第五阀门控制集液槽与废液过滤槽的连通。
所述的废液过滤罐通过半透膜将菌液分为杂物和低浓度菌液，低浓度菌液输送至低浓度菌液罐。
所述的第一副管路上设有将菌液雾化的第一菌液喷头，第二副管路上设有将菌液雾化的第二菌液喷头，第一菌液喷头和第二菌液喷头均两两一组，每组的两个菌液喷头相对设置。
本发明具有设计合理、结构简单、成本低廉、安装和使用方便、工作效率高、安全可靠、实验数据准确性高、运行稳定、使用寿命长、可循环利用、实用性强的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图。
图中：1-第一阀门，2-第二阀门，3-第三阀门，4-第四阀门，5-第一甲烷传感器，6-第二甲烷传感器，7-第三甲烷传感器，8-第一菌液喷头，9-第二菌液喷头，10-进风口，11-出风口，12-漏液孔，13-第一压力泵，14-第二压力泵，15-集液槽，16-废液过滤罐，17-低浓度菌液罐，18-高浓度菌液罐，19-混合菌液罐，20-导液管，21-半透膜，22-第五阀门，23-流量计。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种利用菌液喷雾降解矿井风流瓦斯的实验装置，包括装置本体，所述的装置本体的两端分别设有进风口10和出风口11，装置本体内设有菌液喷雾装置，装置本体的下部设有集液槽15，装置本体与集液槽15连通，集液槽15与废液过滤罐16连通，废液过滤罐16与低浓度菌液罐17连通，低浓度菌液罐17、高浓度菌液罐18均与混合菌液罐19连通，混合菌液罐19与菌液喷雾装置连通。
所述的菌液喷雾装置包括主管路，主管路与混合菌液罐19连通，主管路分别与第一副管路和第二副管路连通，所述的进风口10设有第一甲烷传感器5和流量计23，第一副管路和第二副管路之间设有位于装置本体内的第二甲烷传感器6，出风口11设有第三甲烷传感器7，第一甲烷传感器5、第二甲烷传感器6、第三甲烷传感器7和流量计23均与中央控制器电连接，
所述的第一副管路的进液端设有第一阀门1，第二副管路的进液端设有第二阀门2，第一副管路上设有第一菌液喷头8，第二副管路上设有第二菌液喷头9，主管路上设有第二压力泵13，第一阀门1、第二阀门2和第二压力泵13均与中央控制器电连接，集液槽15的出液端设有第五阀门22，废液过滤罐16通过导液管20与低浓度菌液罐17连通，导液管20上设有第一压力泵13，低浓度菌液罐17的出液端设有第三阀门3，高浓度菌液罐18的出液端设有第四阀门4，第三阀门3、第四阀门4、第五阀门22和第一压力泵13均与中央控制器电连接。
所述的第一菌液喷头8和第二菌液喷头9均两两一组，每组的两个菌液喷头相向设置。
所述的废液过滤罐16、低浓度菌液罐17、高浓度菌液罐18和混合菌液罐19均为设有刻度的圆柱形液体容器。
所述的装置本体的下部设有若干漏液孔12，装置本体通过漏液孔12与集液槽15连通，集液槽15的底部倾斜设置，废液过滤罐16通过半透膜21分为两部分，一部分与集液槽15连通，另一部分与低浓度菌液槽17连通。
一种利用菌液喷雾降解矿井风流瓦斯的实验方法，包括如下步骤：风流瓦斯进入装置本体内，菌液喷雾装置将甲烷氧化细菌通入装置本体并喷出，风流瓦斯内的甲烷与菌液进行反应发生降解，降解后的风流瓦斯排出装置本体，装置本体内的菌液与风流瓦斯作用后流入底部的集液槽15内，再从集液槽15流入废液过滤罐16，菌液在废液过滤罐16内进行过滤，低浓度的菌液回流至低浓度菌液罐17，低浓度菌液罐17和高浓度菌液罐18内的菌液在混合菌液罐19内混合配制，配制好的菌液输送至菌液喷雾装置进行喷雾。
所述的菌液喷雾装置包括与混合菌液罐19连通的主管路，主管路分别与第一副管路和第二副管路连通，第一甲烷传感器5和流量计23将装置本体进风口10的甲烷浓度和风量信号传递给中央控制器，第二甲烷传感器6将第一幅管路和第二副管路之间的甲烷浓度传递给中央控制器，第三甲烷传感器7将出风口11的甲烷浓度传递给中央控制器，当进风口10的甲烷浓度小于设定值时，主管路和副管路均关闭，否则开启主管路和第一副管路，对甲烷进行降解，当第一副管路和第二副管路之间的甲烷浓度小于设定值时，第二副管路关闭，否则开启第二副管路，对剩余的甲烷进行降解。
所述的中央控制器通过第一阀门1控制主管路与第一副管路的连通、通过第二阀门2控制主管路与第二副管路的连通、通过第三阀门3控制低浓度菌液槽17与混合菌液槽19的连通、通过第四阀门4控制高浓度菌液槽18与混合菌液槽19的连通、通过第一压力泵13控制废液过滤槽16与低浓度菌液槽17的菌液输送、通过第二压力泵14控制主管路与副管路的菌液输送、通过第五阀门22控制集液槽15与废液过滤槽16的连通。
所述的废液过滤罐16通过半透膜21将菌液分为杂物和低浓度菌液，低浓度菌液输送至低浓度菌液罐17。
所述的第一副管路上设有将菌液雾化的第一菌液喷头8，第二副管路上设有将菌液雾化的第二菌液喷头9，第一菌液喷头8和第二菌液喷头9均两两一组，每组的两个菌液喷头相对设置。
一种利用菌液喷雾降解矿井风流瓦斯的实验装置，所述装置本体两端分别设有进风口和出风口，装置本体中设置有菌液喷头，进风口设有第一甲烷传感器，装置本体内设置有第二甲烷传感器，出风口设置有第三甲烷传感器，菌液喷头通过导液管与混合菌液罐相连接，装置本体下部设置有漏液孔和集液槽，集液槽通过导液管与废液过滤罐相连，废液过滤罐通过导液管与低浓度菌液罐相连，低浓度菌液罐和高浓度菌液罐均设置有阀门，且通过导液管与混合菌液罐相连。
风从进风口进入，通过第一甲烷传感器和流量计，测出甲烷浓度和风量，并通过中央控制器，计算出第二压力泵的最佳的实际功率，并打开第一阀门，使第一菌液喷头喷出的菌液能与风流中的甲烷实现最大的降解效率，若通过第一甲烷测量传感器测出的甲烷浓度小于设定值，则第二压力泵与第一阀门均不工作。
第二甲烷传感器测出此时的甲烷浓度大于设定值（目标值），打开第二阀门，通过第二菌液喷头喷出的菌液能降解剩下的甲烷，若通过第二甲烷传感器测出的甲烷浓度小于设定值，则第二阀门不打开。
第三甲烷传感器测出此时的甲烷浓度，然后风流瓦斯从出风口排出。通过第一和第三甲烷传感的浓度变化以及流量计的风量，可计算出整个过程甲烷的降解量。
在此过程中，菌液喷头喷出的废液通过漏液孔流出，流入到集液槽中，第五阀门打开，然后流入到废液过滤罐中，通过半透膜将杂物与菌液分离开，使过滤后的菌液在第一压力泵的作用下通过导液管流到低浓度菌液罐中，然后通过控制第三阀门和第四阀门，使低浓度菌液罐中的菌液和高浓度菌液罐中的菌液流入到混合菌液罐中，完成浓度配比，从而实现菌液的循环利用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用菌液喷雾降解矿井风流瓦斯的实验装置，包括装置本体，其特征在于：所述的装置本体的两端分别设有进风口（10）和出风口（11），装置本体内设有菌液喷雾装置，装置本体的下部设有集液槽（15），装置本体与集液槽（15）连通，集液槽（15）与废液过滤罐（16）连通，废液过滤罐（16）与低浓度菌液罐（17）连通，低浓度菌液罐（17）、高浓度菌液罐（18）均与混合菌液罐（19）连通，混合菌液罐（19）与菌液喷雾装置连通。
2.根据权利要求1所述的利用菌液喷雾降解矿井风流瓦斯的实验装置，其特征在于：所述的菌液喷雾装置包括主管路，主管路与混合菌液罐（19）连通，主管路分别与第一副管路和第二副管路连通，所述的进风口（10）设有第一甲烷传感器（5）和流量计（23），第一副管路和第二副管路之间设有位于装置本体内的第二甲烷传感器（6），出风口（11）设有第三甲烷传感器（7），第一甲烷传感器（5）、第二甲烷传感器（6）、第三甲烷传感器（7）和流量计（23）均与中央控制器电连接。
3.根据权利要求2所述的利用菌液喷雾降解矿井风流瓦斯的实验装置，其特征在于：所述的第一副管路的进液端设有第一阀门（1），第二副管路的进液端设有第二阀门（2），第一副管路上设有第一菌液喷头（8），第二副管路上设有第二菌液喷头（9），主管路上设有第二压力泵（13），第一阀门（1）、第二阀门（2）和第二压力泵（13）均与中央控制器电连接，集液槽（15）的出液端设有第五阀门（22），废液过滤罐（16）通过导液管（20）与低浓度菌液罐（17）连通，导液管（20）上设有第一压力泵（13），低浓度菌液罐（17）的出液端设有第三阀门（3），高浓度菌液罐（18）的出液端设有第四阀门（4），第三阀门（3）、第四阀门（4）、第五阀门（22）和第一压力泵（13）均与中央控制器电连接。
4.根据权利要求3所述的利用菌液喷雾降解矿井风流瓦斯的实验装置，其特征在于：所述的第一菌液喷头（8）和第二菌液喷头（9）均两两一组，每组的两个菌液喷头相向设置。
5.根据权利要求1所述的利用菌液喷雾降解矿井风流瓦斯的实验装置，其特征在于：所述的装置本体的下部设有若干漏液孔（12），装置本体通过漏液孔（12）与集液槽（15）连通，集液槽（15）的底部倾斜设置，废液过滤罐（16）通过半透膜（21）分为两部分，一部分与集液槽（15）连通，另一部分与低浓度菌液槽（17）连通。
6.一种利用菌液喷雾降解矿井风流瓦斯的实验方法，其特征在于包括如下步骤：风流瓦斯进入装置本体内，菌液喷雾装置将甲烷氧化细菌通入装置本体并喷出，风流瓦斯内的甲烷与菌液进行反应发生降解，降解后的风流瓦斯排出装置本体，装置本体内的菌液与风流瓦斯作用后流入底部的集液槽（15）内，再从集液槽（15）流入废液过滤罐（16），菌液在废液过滤罐（16）内进行过滤，低浓度的菌液回流至低浓度菌液罐（17），低浓度菌液罐（17）和高浓度菌液罐（18）内的菌液在混合菌液罐（19）内混合配制，配制好的菌液输送至菌液喷雾装置进行喷雾。
7.根据权利要求6所述的利用菌液喷雾降解矿井风流瓦斯的实验方法，其特征在于：所述的菌液喷雾装置包括与混合菌液罐（19）连通的主管路，主管路分别与第一副管路和第二副管路连通，第一甲烷传感器（5）和流量计（23）将装置本体进风口（10）的甲烷浓度和风量信号传递给中央控制器，第二甲烷传感器（6）将第一幅管路和第二副管路之间的甲烷浓度传递给中央控制器，第三甲烷传感器（7）将出风口（11）的甲烷浓度传递给中央控制器，当进风口（10）的甲烷浓度小于设定值时，主管路和副管路均关闭，否则开启主管路和第一副管路，对甲烷进行降解，当第一副管路和第二副管路之间的甲烷浓度小于设定值时，第二副管路关闭，否则开启第二副管路，对剩余的甲烷进行降解。
8.根据权利要求7所述的利用菌液喷雾降解矿井风流瓦斯的实验方法，其特征在于：所述的中央控制器通过第一阀门（1）控制主管路与第一副管路的连通、通过第二阀门（2）控制主管路与第二副管路的连通、通过第三阀门（3）控制低浓度菌液槽（17）与混合菌液槽（19）的连通、通过第四阀门（4）控制高浓度菌液槽（18）与混合菌液槽（19）的连通、通过第一压力泵（13）控制废液过滤槽（16）与低浓度菌液槽（17）的菌液输送、通过第二压力泵（14）控制主管路与副管路的菌液输送、通过第五阀门（22）控制集液槽（15）与废液过滤槽（16）的连通。
9.根据权利要求6所述的利用菌液喷雾降解矿井风流瓦斯的实验方法，其特征在于：所述的废液过滤罐（16）通过半透膜（21）将菌液分为杂物和低浓度菌液，低浓度菌液输送至低浓度菌液罐（17）。
10.根据权利要求7所述的利用菌液喷雾降解矿井风流瓦斯的实验方法，其特征在于：所述的第一副管路上设有将菌液雾化的第一菌液喷头（8），第二副管路上设有将菌液雾化的第二菌液喷头（9），第一菌液喷头（8）和第二菌液喷头（9）均两两一组，每组的两个菌液喷头相对设置。
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| CN108362852A true CN108362852A (zh) | 2018-08-03 |
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|---|---|---|---|
| CN201810095155.6A Pending CN108362852A (zh) | 2018-01-31 | 2018-01-31 | 一种利用菌液喷雾降解矿井风流瓦斯的实验方法和装置 |
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|---|---|
| CN (1) | CN108362852A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109523894A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-03-26 | 山东科技大学 | 一种生物技术防治瓦斯与火共生灾害模拟实验装置及方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101130787A (zh) * | 2006-08-21 | 2008-02-27 | 冯义华 | 微生物法处理沼气中硫化氢和二氧化碳气体并回收菌液的方法及装置 |
| CN204485626U (zh) * | 2015-02-16 | 2015-07-22 | 河南理工大学 | 一种巷道风流中自动脱除硫化氢装置 |
| CN104033174B (zh) * | 2014-06-10 | 2016-03-30 | 中国矿业大学 | 一种瓦斯浓度安全自动调节系统及方法 |
| CN205317731U (zh) * | 2016-01-15 | 2016-06-15 | 河南工程学院 | 一种微生物降解煤矿瓦斯实验装置 |
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| CN205404544U (zh) * | 2016-03-04 | 2016-07-27 | 河南工程学院 | 一种微生物降解煤矿风流中瓦斯的实验装置 |
-
2018
- 2018-01-31 CN CN201810095155.6A patent/CN108362852A/zh active Pending
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| CN109523894B (zh) * | 2018-12-26 | 2021-03-09 | 山东科技大学 | 一种生物技术防治瓦斯与火共生灾害模拟实验装置及方法 |
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