CN113512485A - 一种沼气厌氧发酵装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种沼气厌氧发酵装置及其使用方法，该装置由密封袋、软管、开关阀/止水夹/罗伯特夹和集气袋组成。用于批式、续批式或连续式发酵。本发明通过按压密封袋挤出多余空气，省去氮气等吹脱操作，有效避免吹脱气体对沼气成分和浓度测量的影响；收集沼气时通过按压密封袋将袋内气体排出至集气袋，无需修正和计算，测量集气袋内气体可得到实际产气量，提高产气测量的准确性。可变体积的密封袋便于快速检验发酵系统的气密性，克服了传统装置易于漏气且难以及时发现的问题。使用树脂等材料制作，成本低廉。区别于了传统厌氧发酵装置利用玻璃瓶、橡胶塞、玻璃注射器、打孔器、玻璃导管等材料，本装置简便、安全、省力。

Description

一种沼气厌氧发酵装置及其使用方法

技术领域

本发明属于厌氧发酵领域，具体涉及一种沼气的厌氧发酵装置及其使用方法。

背景技术

沼气厌氧发酵技术是处理有机固废、污/废水、畜禽粪便的废弃物资源的主要技术手段，针对沼气厌氧发酵工艺技术优化和机理探索等研究逐年增加，这些研究往往都需要从实验室规模开始。在实验室中，研究者主要利用抽滤瓶、血清瓶等体积固定不变的固体玻璃瓶，厌氧发酵前，需要用氮气或者氮气和二氧化碳混合气体对反应瓶进行吹脱，置换瓶体上空的气体同时降低瓶内发酵液中的溶解氧，减少氧气对厌氧微生物的毒害，使发酵体系尽快进入厌氧状态。置换后瓶体上空的吹脱气体约占反应瓶总体10-76％，这部分气体会影响沼气发酵过程，使沼气中甲烷和二氧化碳浓度以及累积产气体积被低估或者高估。此外，厌氧发酵装瓶时常需要用橡胶塞压紧瓶口密封，有的还需要在胶塞上打孔插玻璃导管，费时费力且难以保证在整个厌氧发酵过程中的密封性，一旦漏气难以及时发觉。用于厌氧发酵的玻璃瓶主要由高硼硅等材料制成，成本较高。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种沼气厌氧发酵装置及使用方法。无需修正和计算，测量集气袋内气体可直接得到实际产气量，提高沼气产气测量的准确性。组装简便、安全、省力，对于力气小的使用者友好。具有良好的密封性且便于快速检验发酵系统的气密性，克服传统装置易于漏气且难以及时发现的问题。成本低廉，可重复使用。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种沼气厌氧发酵装置，该装置由密封袋、软管、开关阀/止水夹/罗伯特夹和集气袋组成。若用于续批式或连续式发酵，则在密封袋和集气袋中间加入快速连接头。所述密封袋可自立，袋体有出口，用于进料/水、出料/水、取样和排出气体，密封袋出口通过软管与集气袋连接。

进一步的，所述密封袋为软体袋，体积可变。在使用中，底物和厌氧污泥装袋后，先按压密封袋将袋内气体排出，再连接集气袋、开关阀/止水夹/罗伯特夹等，无需氮气或氮气和二氧化碳吹脱，即可可达到沼气发酵的要求，快速进入厌氧状态，同时有效避免吹脱气体对测量沼气成分、浓度和总产气量的影响。

进一步的，发酵初始，将密封袋气体排出与集气袋组装连接后，开关阀/ 止水夹/罗伯特夹呈关闭状并保持一段时间，直到密封袋内产生的气体，使袋内液面与出口分离，再打开开关阀/止水夹/罗伯特夹，将密封袋与集气袋连通，该步骤可避免由于气浮导致的发酵液或悬浮底物/污泥进入集气袋。

进一步的，测量沼气时通过按压密封袋将袋内气体全部挤出至集气袋，无需修正和计算，测量集气袋内气体可直接得到实际产气量，提高沼气产气测量的准确性。

进一步的，应于续批式或连续厌氧发酵研究时，装置中加入快速连接头，通过开关阀/止水夹/罗伯特夹的开关、快速连接头的断开和连接，完成进出料/ 进出水和取样。

进一步的，所述的一种沼气厌氧发酵装置及使用方法，其密封袋的出口最少可以设置为1个。通过顶部的1个出口，即可完成进出料/进出水、取样和排出气体的功能。只有1个出口的设计使密封袋结构更简单，成本更低，密封性更好，排出空气关闭出口形成负压，便于及时检测气密性。

与现有技术相比，本发明的优点在于：使用本装置进行沼气厌氧发酵，无需氮气或者氮气和二氧化碳吹脱，无需利用顶空体积修正来计算累积产气体积，步骤简化，产气体积和气体浓度的测量准确性提高；区别于了传统厌氧发酵装置利用玻璃瓶、橡胶塞、玻璃注射器、打孔器、玻璃导管等材料，本装置组装简便、安全、省力，对于力气小的使用者友好。可变体积的密封袋便于快速检验发酵系统的气密性，且密封袋最少仅需一个出口，保证了良好的密封性，克服了传统装置易于漏气且难以及时发现的问题。可使用树脂等材料制作密封袋，成本低廉，可重复使用。本发明广泛适用于沼气厌氧发酵研究。

附图说明

图1所示以纤维素粉为底物的累积产甲烷量。BMC表示本发明中沼气厌氧发酵装置，FMC表示对照组传统的抽滤瓶发酵装置；

图2所示以秸秆为底物的累积产甲烷量，BS-O表示无气体吹脱组，BS表示氮气吹脱组；

图3所示为本发明一种沼气厌氧发酵装置结构示意图。其中1.密封袋，2. 出口，3.软管，4*.罗伯特夹，5.快速连接头，6.集气袋；*可以用开关阀或止水夹代替。

具体实施方式

下面结合具体实施方法对本发明作进一步解说，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做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。

实施例一

使用本发明沼气厌氧发酵装置，将接种厌氧底泥和发酵底物分别通过出口倒入密封袋内，料泥比为1：2，厌氧底泥取自市政污水厂厌氧塔，底物为纤维素粉，按压密封袋体排出袋内空气，利用软管连接集气袋、开关阀/止水夹/罗伯特夹，关闭开关阀/止水夹/罗伯特夹，3-4小时后，明显产气，打开开关阀/止水夹/罗伯特夹，密封袋与集气袋联通。检测产甲烷量时，按压密封袋体将气体全部收集至集气袋中，利用沼气成分分析仪来检测袋中气体成分，采用排水法测定产沼气体积。对照组采用等体积的抽滤瓶，瓶口用橡胶塞按压密封，抽滤口通过软管与集气袋连接。氮气吹脱5分钟。接种污泥、底物与本发明沼气厌氧发酵装置相同。检测产甲烷量时，将集气袋内甲烷与瓶顶空甲烷两部分分别累积计算产甲烷量。厌氧发酵实验在35℃中温条件下进行51天。每组三个重复。实验结果如图1所示，使用本发明沼气厌氧发酵装置，累积产甲烷1730mL,显著高于对照组(980mL)。与传统不变体积的厌氧发酵装置相比，本发明沼气厌氧发酵装置获得了更好的产甲烷结果。

实施例二

使用本发明沼气厌氧发酵装置，分别进行两组实验，无气体吹脱组(BS-O) 和氮气吹脱组(BS，氮气吹脱5分钟)，每组三个重复。其余操作相同。将接种厌氧底泥和发酵底物分别通过出口倒入密封袋内，料泥比为1：2，厌氧底泥取自市政污水厂厌氧塔，底物为秸秆，粉碎至0.5mm左右。按压密封袋体排出袋内空气，利用软管连接集气袋、开关阀/止水夹/罗伯特夹，关闭开关阀/止水夹/ 罗伯特夹，3-4小时后，明显产气，打开开关阀/止水夹/罗伯特夹，密封袋与集气袋联通。检测产甲烷量时，按压密封袋体将气体全部收集至集气袋中，利用沼气成分分析仪来检测袋中气体成分，采用排水法测定产沼气体积。厌氧发酵实验在35℃中温条件下进行75天。实验结果如图2所示，使用本发明沼气厌氧发酵装置，在无气体吹脱条件下，累积产甲烷量与氮气吹脱组无显著差异。说明利用本发明沼气厌氧发酵装置进行厌氧发酵研究，无需气体吹脱，也可达到很好的厌氧发酵条件，获得了很好的产甲烷结果。

Claims (6)

1.一种沼气厌氧发酵装置及使用方法，其特征在于包括密封袋、软管、开关阀/止水夹/罗伯特夹和集气袋组成。若用于续批式或连续式发酵，则在密封袋和集气袋中间加入快速连接头。所述密封袋底部具有水平支撑结构，可以自行站立。所述密封袋有出口，可用于进出料/进出水、取样和排出气体。密封袋通过软管与集气袋、开关阀/止水夹/罗伯特夹等连接。

2.根据权利要求1所述的一种沼气厌氧发酵装置及使用方法，其特征在于密封袋为软体，体积可变。在使用中，底物和厌氧污泥装袋后，先按压密封袋将袋内气体排出，再连接集气袋、开关阀/止水夹/罗伯特夹等，在无氮气或氮气和二氧化碳吹脱的情况下，也可达到沼气发酵的要求，同时有效避免吹脱气体对测量沼气成分、浓度和总产气量的影响。

3.根据权利要求1所述的一种沼气厌氧发酵装置及使用方法，其特征在于发酵初始，开关阀/止水夹/罗伯特夹呈关闭状态，直到密封袋内产生的气体，使袋内液面与出口分离，再打开开关阀/止水夹/罗伯特夹，使密封袋与集气袋连通。

4.根据权利要求1所述的一种沼气厌氧发酵装置及使用方法，其特征在于测量沼气前，通过按压密封袋将袋内气体排至集气袋，在无顶空体积修正计算的条件下，测量集气袋内气体可得到实际产气量和各组分浓度。

5.根据权利要求1所述的一种沼气厌氧发酵装置及使用方法，其特征在于应于续批式或连续厌氧发酵研究时，装置中加入快速连接头，通过开关阀/止水夹/罗伯特夹的开关、快速连接头的断开和连接，完成进出料/进出水和取样。

6.根据权利要求1所述的一种沼气厌氧发酵装置及使用方法，其特征在于密封袋的出口最少为1个。

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