CN110499246A - 一种利用微藻发酵产生沼气的生物反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用微藻发酵产生沼气的生物反应器，生物反应器的本体是一个两端封闭的不锈钢钢管，不锈钢钢管外环设有绝热层，不锈钢钢管外壁与绝热层之间用于填充加热液体，不锈钢钢管顶部连接有向外送气的软管。本发明生物反应器以微藻作为发酵原料，以豆腐废水为额外的养料，进行21天的厌氧消化实验，并收集产生的沼气。本发明具有原料易得，工艺简单，便于实施，成本较低，节能环保等优点。

Description

一种利用微藻发酵产生沼气的生物反应器
技术领域
本发明属于沼气工程领域，具体是一种利用微藻发酵产生沼气的生物反应器。
背景技术
生物能源是人类最主要的可再生能源之一，是煤炭、石油和天然气等常规石化能源的有益补充，指通过微生物的活动，将生物质、水或其他无机物转化为沼气、氢气等可燃气体或乙醇、油脂类可燃物质。
生物能源发展至今已经有三代，第一代生物能源由玉米、大豆、甘蔗和油菜籽等可食原料制成。这些资源用于生产能源被认为是食品价格上涨的原因之一。第二代生物燃料主要是利用废弃生物质和木质纤维素等原料，其比第一代生物质能源具有明显的优势：较高的收益率和对土地质量和数量方面的要求较低。然而木质纤维素转化为生物燃料面临的主要问题是其抗降解能力强。因此，第二代生物燃料仍然缺乏大规模的使用可行性。第三代生物质原料以微藻和藻类为代表，与前两种生物质能源相比具有更大的优势：微藻/大型藻类获得高产量的同时并不占用耕地。已有的研究表明，在与谷物类相同24小时光照条件下，藻类物质的生产潜力可达到谷物类物质2-20倍。此外，藻类物质中含有的纤维素(木质素)等含量相对较低，因此并不需要通过预处理来降低纤维素(木质素)的量。现在的研究表明，通过热处理或者发酵能够将大部分的微藻/藻类转化为生物燃料，这其中包含生物油以及大量的可燃性气体。由于藻类产生的生物油中含有大量的氧、氮和硫等元素，需要对生物油做进一步的处理才能使用。对于可燃性气体而言，其中甲烷含量最高可达70％以上。相比其他化石燃料，甲烷燃烧过程产生较少的二氧化碳，对大气污染影响较弱，因此认为藻类转化成甲烷亦是藻类转化合理利用有效途径。
目前最高效转化藻类为甲烷方式是发酵转化。发酵转化是指微生物在无氧条件下分解各种有机物质产生能量的一种方式。虽然藻类含有大量氮元素，但是通过发酵法可以完全将藻类转化为甲烷(60％)和二氧化碳(40％)。藻类生物质是一种来源丰富的可再生资源，利用藻类生物质产甲烷已经成为研究热点之一。将来能够实现藻类产甲烷的工业化不仅能够缓解现在我国以及世界上的石化能源危机和石化能源燃烧带来的环境问题，也为藻类转化提供一条新途径。
发明内容
本发明的目的是为了实现利用藻类发酵产生沼气，提供一种利用微藻发酵产生沼气的生物反应器。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种利用微藻发酵产生沼气的生物反应器，生物反应器的本体是一个两端封闭的不锈钢钢管，不锈钢钢管外环设有绝热层，不锈钢钢管外壁与绝热层之间用于填充加热液体，不锈钢钢管顶部连接有向外送气的软管。
优选地，不锈钢钢管内设置有一个热电偶。
用于测量温度，并由外接的数据记录器记录温度数据。
优选地，不锈钢钢管顶部的软管上安装有压力计。用于测量气压。
优选地，生物反应器的本体外设置有一个加热器，加热器上连接进水管，进水管另一端连接至不锈钢钢管外壁与绝热层之间的腔体中。
加热器将水加热后输送到不锈钢钢管外壁与绝热层之间的腔体中，热水用于加热生物反应器本体内的发酵物料。
提高绝热层内反应器外循环水的温度以保持反应器中温度稳定在35℃，可以使得生物反应器本体内的发酵更充分。
优选地，反应器内设置有叶片式搅拌器。使水和发酵液混合均匀，使发酵更充分、完善。
本发明反应器以微藻作为发酵原料，以豆腐废水为额外的养料，进行21天的厌氧消化实验，并收集产生的沼气。
本发明具有以下技术效果：
本发明主体是不锈钢管，发酵原料是微藻，养料是豆腐废水，以上材料易得，成本低廉；发酵设备和气体收集装置构造简单，操作方便；利用微藻发酵产生沼气，发酵效率高，也为藻类处理提供新方法；产生的沼气是清洁的生物能源，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明一种利用微藻发酵产生沼气的生物反应器结构示意图；
图2为本发明中产气压力曲线。
具体实施方式
下面对本发明具体实施方式进行详细说明，但是以下实施例仅是作为例证，并不对本反应器构成任何限制。实施例1为本发明的设计例。
实施例1
一种利用微藻发酵产生沼气的生物反应器，生物反应器的本体6是一个两端封闭的不锈钢钢管，不锈钢钢管外环设有绝热层7，不锈钢钢管外壁与绝热层之间用于填充加热液体，不锈钢钢管顶部连接有向外送气的软管。
不锈钢钢管内设置有一个热电偶5，用于测量温度，并由外接的数据记录器记录温度数据。
不锈钢钢管顶部的软管上安装有压力计4，用于测量气压。
生物反应器的本体外设置有一个加热器1，加热器上连接进水管3，进水管另一端连接至不锈钢钢管外壁与绝热层之间的腔体中。加热器将水加热后输送到不锈钢钢管外壁与绝热层之间的腔体中，热水用于加热生物反应器本体内的发酵物料。
反应器内设置有叶片式搅拌器8。使水和发酵液混合均匀，使发酵更充分、完善。
实施例2
一种利用微藻发酵产生沼气的生物反应器，使用包括如下步骤：用于沼气生产的原料是Dunaliella salina微藻，从南京某水产养殖中心获得。作为养料的豆腐废水是从南京某工厂获得。同时,活性污泥是实验室培养所得。
使用分析天平称1g微藻，将养料豆腐废水pH调整到6-8，取100ml，用量杯取20ml活性污泥。将微藻、豆腐废水和活性污泥加入生物反应器并均匀混合，并在无氧条件下搅拌，然后让生物反应器反应21天。在反应过程中,压力每24小时观察一次,以查明气体是否形成。
图2显示了微藻发酵过程中的产气压力曲线。压力图显示,反应器21天发酵气体压力值范围为0-15KPa，反映了发酵时间和沼气压力之间的线性关系。
使用气体色谱氢火焰离子检测器(GC-FID)测定第7、14和21天产生的气体中CH4含量。流动气体通过反应器上连接的软管进入量杯，使用注射器采集气体样品。然后,将样品注入隔膜并进入取样阀，然后输入气相色谱,数据是以峰值形式分析,并在形状区域中解释。在21天发酵后CH4含量为6.57％,与发酵7天时无甲烷气体和发酵14天不到1％相比，结果表明,Dunaliella salina微藻作为来源的有积极地产出CH4。
发酵时间影响沼气量和甲烷量，产生的沼气量和甲烷含量最高的含量在发酵21天,沼气量为0.19L,甲烷含量为6.57％。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种利用微藻发酵产生沼气的生物反应器，其特征如下：生物反应器的本体是一个两端封闭的不锈钢钢管，不锈钢钢管外环设有绝热层，不锈钢钢管外壁与绝热层之间用于填充加热液体，不锈钢钢管顶部连接有向外送气的软管。
2.根据权利要求1所述的一种利用微藻发酵产生沼气的生物反应器，其特征是，不锈钢钢管内设置有一个热电偶。
3.根据权利要求1所述的一种利用微藻发酵产生沼气的生物反应器，其特征是，不锈钢钢管顶部的软管上安装有压力计。
4.根据权利要求1所述的一种利用微藻发酵产生沼气的生物反应器，其特征是，生物反应器的本体外设置有一个加热器，加热器上连接进水管，进水管另一端连接至不锈钢钢管外壁与绝热层之间的腔体中。
5.根据权利要求1所述的一种利用微藻发酵产生沼气的生物反应器，其特征是，反应器内设置有叶片式搅拌器。
6.根据权利要求1所述的一种利用微藻发酵产生沼气的生物反应器，其特征是，反应器以微藻作为发酵原料，以豆腐废水为额外的养料，进行21天的厌氧消化实验，并收集产生的沼气。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202626176U (zh) * 2012-05-16 2012-12-26 上海交通大学 一种尿液资源化和能源化的处理装置
US20130236951A1 (en) * 2012-03-07 2013-09-12 National Chiao Tung University Microalgae for Removal of Carbon Dioxide Generated from Biogas and Biogas Electric Generator
CN105624026A (zh) * 2014-12-01 2016-06-01 中粮集团有限公司 一种低碳零排放循环制取氢气的装置
CN207294789U (zh) * 2017-08-07 2018-05-01 杭州君库科技咨询有限公司 一种可控温度的生物制药发酵罐
CN207376064U (zh) * 2017-08-28 2018-05-18 潍坊大益生物科技有限公司 换热式发酵罐
CN109136082A (zh) * 2018-09-03 2019-01-04 东南大学 一种微藻和甲烷氧化菌共生强化沼气制取生物油脂的膜生物反应器和菌藻共生体系

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130236951A1 (en) * 2012-03-07 2013-09-12 National Chiao Tung University Microalgae for Removal of Carbon Dioxide Generated from Biogas and Biogas Electric Generator
CN202626176U (zh) * 2012-05-16 2012-12-26 上海交通大学 一种尿液资源化和能源化的处理装置
CN105624026A (zh) * 2014-12-01 2016-06-01 中粮集团有限公司 一种低碳零排放循环制取氢气的装置
CN207294789U (zh) * 2017-08-07 2018-05-01 杭州君库科技咨询有限公司 一种可控温度的生物制药发酵罐
CN207376064U (zh) * 2017-08-28 2018-05-18 潍坊大益生物科技有限公司 换热式发酵罐
CN109136082A (zh) * 2018-09-03 2019-01-04 东南大学 一种微藻和甲烷氧化菌共生强化沼气制取生物油脂的膜生物反应器和菌藻共生体系

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