CN206886793U - 一种在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置，包括依次连接的厌氧发酵池、混气罐、还原箱以及冷却罐，所述还原箱内沿着气体的流动方向设置有多层可供气体穿过的氧化铜网，所述还原箱的下方设置有一用于测量所述氧化铜网总质量变化的电子秤。本实用新型一种在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置，在确保系统安全运行的同时，利用了H2还原氧化铜的化学原理来在线监测厌氧发酵池内的产氢量，而且各个结构部件成本不高，其中被损耗的氧化铜网可以进行更换，将被还原后的氧化铜网放置在干燥空气中又重新被氧化，可以重复利用，降低了使用成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及产氢量的检测设备技术领域，具体涉及的是一种在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置。
背景技术
目前人们在对新能源的研究中，清洁、高效、廉价的氢一直是研究者追求的目标。氢是一种理想的清洁能源，它热值高，高达3042cal/m3，热转化率也高，而且能量密度很高，是普通汽油的3倍，这意味着燃料的自重可减轻2/3。
制氢技术主要有物化法和生物法，物化法包括水电解法、甲烷裂解法和水煤气转化法等；生物制氢主要有光合制氢和厌氧发酵制氢。物化法存在着耗能大、效率低等问题，生物制氢技术与之相比具有清洁、节能和不消耗矿物资源等突出优点。特别是利用有机废水生物发酵制氢的方法，不仅解决了有机废水处理的难题，还产出清洁能源，是一种变废为宝的新型废水生物处理技术。
然而氢气由于其无色、无味、密度小等特点，很难用直观的方式监测其含量，目前监测生物发酵产氢浓度的主要方法是气相色谱法，但色谱法无法连续监测氢气浓度，同时使用的色谱柱为需要定时维护或更换的耗材，长期使用成本较高。因此，需开发一种可连续监测有机废水生物厌氧产氢量的装置(系统)，在实现在线监测产氢量的同时降低成本。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置，装置的使用成本较低，且能够实现在线监测厌氧条件下有机废水生物的产氢量。
为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：
一种在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置，包括厌氧发酵池、混气罐、还原箱以及冷却罐，所述厌氧发酵池的出气口处安装有用于监控单位时间内气体流量的流量计，所述厌氧发酵池通过至少一条气体输送管道与所述混气罐密封连接，所述混气罐通过混气输送管道与所述还原箱密封连接，所述混气输送管道上安装有用于控制进入所述还原箱的气体流量的混气流量阀，所述还原箱内沿着气体的流动方向设置有多层可供气体穿过的氧化铜网，所述还原箱上设置有加热装置，所述还原箱的下方设置有一用于测量所述氧化铜网总质量变化的电子秤，所述电子秤连接有数据输出终端，所述还原箱通过还原气体输送管道与所述冷却罐密封连接，所述冷却罐通过冷却气体输送管道与所述厌氧发酵池密封连接。
所述混气罐内设置有搅拌浆。
所述气体输送管道有两条，每条所述气体输送管道设置在所述厌氧发酵池的不同高度处，每条所述气体输送管道上分别安装有用于控制进入所述混气罐内的气体流量的气体流量阀。
所述还原箱包括箱体和位于所述箱体内的框架，所述框架的形状与所述箱体的外形相适应，各层所述氧化铜网的端部固定在所述框架上，所述箱体的底部设置有多条支脚，各条所述支脚搭载在所述电子秤上。
所述加热装置为电阻丝和/或红外灯管。
所述还原气体输送管道上安装有排气阀，所述冷却气体输送管道上也安装有排气阀。
所述数据输出终端为计算机。
所述冷却罐的底部设置有排水阀门。
利用该在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置测试产氢量的方法，包括以下步骤：
(1)在已加入厌氧发酵产氢细菌的厌氧发酵池内通入有机废水，打开还原箱内的加热装置，使得还原箱内的温度高于200℃且低于500℃，厌氧发酵池内产生CO2、H2、CH4等混合气体；
(2)在所述厌氧发酵池内产生的混合气体通过气体输送管道进入混气罐，经过混气罐混合均匀后，通过混气输送管道进入还原箱，由混气输送管道上的混气流量阀控制单位时间内进入还原箱内的气体流量；
(3)混合气体在还原箱内经过各层氧化铜网，氧化铜网的氧化铜成分被混合气体中的H2还原为铜，并由电子秤测量得到氧化铜网的总质量减少量a，反应过程中生成的水在所述还原箱内汽化；
(4)经过所述还原箱后的剩下的混合气体通过还原气体输送管道进入冷却罐，通过在所述冷却罐内进行热交换，使得剩下的混合气体降至室温，通过冷却气体输送管道重新回到所述厌氧发酵池内并经过出气口上的流量计，由流量计的读数b计算得到剩下的混合气体量为b×时间；
(5)根据在所述还原箱内发生的反应H2+CuO＝Cu+H2O，得到氧化铜所失去的氧原子将与氢原子结合，在200-500℃条件下生成水蒸气，通过此化学方程式可计算得到通过氧化铜网的混合气体中H2的质量，当氧化铜网的总质量减少量为a时，则所述还原箱内混合气体中含有氢气质量为0.025a，所述数据输出终端由此计算得到产氢量。
进一步，考虑到混合气体中存在甲烷气体，将反应温度控制在500℃以下，从而避免甲烷与氧化铜反应，剩下的混合气体量b×时间可作为氢气产气量的校正指标，如果0.025a大于或等于b×时间，则在线检测氢气产量的装置运行正常，如果0.025a小于b×时间，则应该考虑管道中有氢气泄漏或氧化铜已全部还原成铜，系统内大部分的氢气无法被还原，需要进行装置检修或更换铜网。
采用上述结构后，本实用新型一种在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置，在确保系统安全运行的同时，利用了H2还原氧化铜的化学原理来在线监测厌氧发酵池内的产氢量，而且各个结构部件成本不高，其中被损耗的氧化铜网可以进行更换，将被还原后的氧化铜网放置在干燥空气中又重新被氧化，可以重复利用，降低了使用成本。
因此，本实用新型一种在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置，装置的使用成本较低，且能够实现在线监测厌氧条件下有机废水生物的产氢量。
进一步，所述混气罐内设置有搅拌浆，搅拌桨缓慢旋转将混气罐内的混合气体充分混合，减少不同密度气体的富集对装置监测结果造成的影响。
进一步，所述气体输送管道有两条，每条所述气体输送管道设置在所述厌氧发酵池的不同高度处，确保厌氧发酵池内不同区域的混合气体进入混气罐，同样可减少不同密度气体的富集对装置监测结果造成的误差。
进一步，所述还原气体输送管道上安装有排气阀，所述冷却气体输送管道上也安装有排气阀。在装置运行前或更换氧化铜网后，通过各个排气阀排空装置内的空气，使系统内部不存在氧气，保护了厌氧发酵池内的厌氧环境，同时保障氢气不与氧气发生接触，确保装置运行安全。
进一步，所述冷却罐的底部设置有排水阀门，定时打开排水阀门，使还原箱内发生还原反应产生的水蒸汽进入冷却罐冷却后能够排出。
附图说明
图1为一种在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置的结构示意图。
图中：
厌氧发酵池 1 出气口 11
流量计 12 混气罐 2
还原箱 3 箱体 31
支脚 311 框架 32
氧化铜网 33 冷却罐 4
气体输送管道 5 气体流量阀 51
混气输送管道 6 混气流量阀 61
电子秤 7 计算机 8
还原气体输送管道 9 排气阀 91
冷却气体输送管道 10 排气阀 101
具体实施方式
为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。
一种在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置，如图1所示，包括厌氧发酵池1、混气罐2、还原箱3以及冷却罐4，厌氧发酵池1的顶部设置有出气口11，出气口11处安装有用于监控单位时间内产气流量的流量计12，厌氧发酵池1通过至少一条气体输送管道5与混气罐2密封连接，气体输送管道5上安装有用于控制由厌氧发酵池1进入混气罐2内的气体流量的气体流量阀51。
混气罐2内设置有可缓慢旋转的搅拌浆(图中未示出)，混气罐2通过混气输送管道6与还原箱3的一端密封连接，混气输送管道6上安装有用于控制由混气罐2进入还原箱3的气体流量的混气流量阀61，通过控制气体流量阀51和混气流量阀61的通气量，使得混气罐2内的气压始终低于厌氧发酵池1内的气压，保证厌氧发酵池1内产生的气体自然地流入到混气罐2内。
还原箱3包括由陶瓷制成的箱体31和位于箱体31内的框架32，框架32的形状与箱体31的外形相适应，箱体31内沿着气体的流动方向设置有多层可供气体穿过的氧化铜网33，各层氧化铜网33所在的平面与气体的流动方向相垂直。箱体31内设置有多根对氧化铜网33进行加热的红外灯管，红外灯管均匀分布在箱体31的内侧壁上，箱体31外还缠绕有用于加热的电阻丝，从而保证加热效果。
还原箱3的下方设置有一用于测量氧化铜网33总质量变化的电子秤7，电子秤7连接有用于计算并在线显示产氢量的计算机8，计算机8还与流量计12连接，从而可显示并计算剩余气体总量，各层氧化铜网33的端部固定在框架32上，箱体31的底部对称设置有两条支脚311，各条支脚311搭载在电子秤7上。还原箱3的另一端通过还原气体输送管道9与冷却罐4密封连接，冷却罐4通过冷却气体输送管道10与厌氧发酵池1密封连接。
利用该在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置测试产氢量的方法，包括以下步骤：
(1)在已加入厌氧发酵产氢细菌的厌氧发酵池1内通入有机废水，打开还原箱3上的红外灯管和电阻丝进行加热，使得还原箱3内的温度高于200℃且低于500℃，厌氧发酵池1内产生CO2、H2、CH4等混合气体，调节气体流量阀51和混气流量阀61的通气量，使得混气罐2内的气压始终低于厌氧发酵池1内的气压，从而保证厌氧发酵池1内产生的气体自然地流入到混气罐2内；
(2)在厌氧发酵池1内产生的混合气体通过气体输送管道5进入混气罐2，由气体输送管道5上的气流流量阀51控制进入混气罐2内的气体流量，经过混气罐2混合均匀后，再通过混气输送管道6进入还原箱3，由混气输送管道6上的混气流量阀61控制单位时间内进入还原箱3内的气体流量；
(3)混合气体在还原箱3内依次经过各层氧化铜网33，氧化铜网33的氧化铜成分被混合气体中的H2还原为铜，并由电子秤7测量得到氧化铜网33的总质量减少量a，反应过程中生成的水在还原箱3内汽化；
(4)经过还原箱3后的剩下的混合气体通过还原气体输送管道9进入冷却罐，通过在冷却罐9内进行热交换，使得剩下的混合气体降至室温，通过冷却气体输送管道10重新回到厌氧发酵池1内并经过出气口11上的流量计12，由流量计12的读数b计算得到剩下的混合气体量为b×时间；
(5)根据在还原箱3内发生的反应H2+CuO＝Cu+H2O，得到氧化铜所失去的氧原子将与氢原子结合，在200-500℃条件下生成水蒸气，通过此方程式可计算得到通过氧化铜网33的混合气体中H2的质量，当氧化铜网的总质量减少量为a时，则还原箱3内混合气体中含有氢气质量为0.025a，计算机8由此计算得到产氢量。
考虑到混合气体中存在甲烷气体，将反应温度控制在500℃以下，从而避免甲烷与氧化铜反应，剩下的混合气体量b×时间可作为氢气产气量的校正指标，如果0.025a大于或等于b×时间，则在线检测氢气产量的装置运行正常，如果0.025a小于b×时间，则应该考虑管道中有氢气泄漏或氧化铜已全部还原成铜，系统内大部分的氢气无法被还原，需要进行装置检修或更换铜网。
采用上述结构后，本实用新型一种在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置，在确保系统安全运行的同时，利用了H2还原氧化铜的化学原理来在线监测厌氧发酵池内的产氢量，而且各个结构部件成本不高，其中被损耗的氧化铜网可以进行更换，将被还原后的氧化铜网放置在干燥空气中又重新被氧化，可以重复利用，降低了使用成本。
因此，本实用新型一种在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置，装置的使用成本较低，且能够实现在线监测厌氧条件下有机废水生物的产氢量。
进一步，混气罐2内设置有搅拌浆，搅拌桨缓慢旋转将混气罐2内的混合气体充分混合，减少不同密度气体的富集对装置监测结果造成的影响。
进一步，气体输送管道5有两条，每条气体输送管道5设置在厌氧发酵池1的不同高度处，确保厌氧发酵池1内不同区域的混合气体进入混气罐2，同样可减少不同密度气体的富集对装置监测结果造成的误差。
进一步，还原气体输送管道9上安装有排气阀91，冷却气体输送管道10上也安装有排气阀101。在装置运行前或更换氧化铜网33后，通过各个排气阀排空装置内的空气，使系统内部不存在氧气，保护了厌氧发酵池1内的厌氧环境，同时保障氢气不与氧气发生接触，确保装置运行安全。
进一步，冷却罐4的底部设置有排水阀门(图中未示出)，定时打开排水阀门，使还原箱3内发生还原反应产生的水蒸汽进入冷却罐4冷却后能够排出。
本实用新型中，厌氧发酵池1、混气罐2、还原箱3、氧化铜网33、加热装置、电子秤7、冷却罐4、流量计12、各流量阀、排气阀以及排水阀门均为本领域的公知部件。
上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。
Claims (8)
1.一种在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置，包括厌氧发酵池、混气罐、还原箱以及冷却罐，其特征在于：所述厌氧发酵池的出气口处安装有用于监控单位时间内气体流量的流量计，所述厌氧发酵池通过至少一条气体输送管道与所述混气罐密封连接，所述混气罐通过混气输送管道与所述还原箱密封连接，所述混气输送管道上安装有用于控制进入所述还原箱的气体流量的混气流量阀，所述还原箱内沿着气体的流动方向设置有多层可供气体穿过的氧化铜网，所述还原箱上设置有加热装置，所述还原箱的下方设置有一用于测量所述氧化铜网总质量变化的电子秤，所述电子秤连接有数据输出终端，所述还原箱通过还原气体输送管道与所述冷却罐密封连接，所述冷却罐通过冷却气体输送管道与所述厌氧发酵池密封连接。
2.根据权利要求1所述的一种在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置，其特征在于：所述混气罐内设置有搅拌浆。
3.根据权利要求1所述的一种在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置，其特征在于：所述气体输送管道有两条，每条所述气体输送管道设置在所述厌氧发酵池的不同高度处，每条所述气体输送管道上分别安装有用于控制进入所述混气罐内的气体流量的气体流量阀。
4.根据权利要求1所述的一种在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置，其特征在于：所述还原箱包括箱体和位于所述箱体内的框架，所述框架的形状与所述箱体的外形相适应，各层所述氧化铜网的端部固定在所述框架上，所述箱体的底部设置有多条支脚，各条所述支脚搭载在所述电子秤上。
5.根据权利要求1所述的一种在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置，其特征在于：所述加热装置为电阻丝和/或红外灯管。
6.根据权利要求1所述的一种在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置，其特征在于：所述还原气体输送管道上安装有排气阀，所述冷却气体输送管道上也安装有排气阀。
7.根据权利要求1所述的一种在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置，其特征在于：所述数据输出终端为计算机。
8.根据权利要求1所述的一种在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置，其特征在于：所述冷却罐的底部设置有排水阀门。
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| CN201720227512.0U CN206886793U (zh) | 2017-03-09 | 2017-03-09 | 一种在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN106800334A (zh) * | 2017-03-09 | 2017-06-06 | 高科环保工程集团有限公司 | 一种在线测试厌氧条件下废水生物产氢量的装置及方法 |
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