CN206799604U - 一种电场和微波耦合强化海藻厌氧发酵制取甲烷*** - Google Patents

一种电场和微波耦合强化海藻厌氧发酵制取甲烷*** Download PDF

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徐姗楠
夏禛
张喆
王爽
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Abstract

本实用新型公开了一种电场和微波耦合强化海藻厌氧发酵制取甲烷***，包括按顺序连接的海藻储罐、预处理罐、厌氧发酵罐和甲烷收集罐，所述海藻储罐和预处理罐之间设有微波处理发生器，所述厌氧发酵罐设有加热装置、微波发生装置和电场发生装置。该***通过电场和微波的耦合作用可实现海藻高效厌氧发酵产甲烷，发酵速度快，产气率和能量转化效率，***运行高效。

Description

一种电场和微波耦合强化海藻厌氧发酵制取甲烷***
技术领域
本实用新型属于海藻资源化处理技术领域，具体涉及一种电场和微波耦合强化海藻厌氧发酵制取甲烷***。
背景技术
世界能源需求不断增长，然而石油、煤炭等不可再生燃料的过度开发利用等一列问题导致了能源匮乏和环境污染等全球性问题。在新的能源形式下，世界各国开始将目光聚集到新能源和可再生能源领域，生物质能源是最安全、最稳定的能源，世界各国都针对生物能源产业制定了一系列的鼓励和刺激政策。作为缓解当今我国面临的“粮食、能源、环境”三大危机的有效途径之一，厌氧发酵技术已广受关注。厌氧发酵技术是生物质能源化、资源化利用的一种有效途径。早在几千年前人类已开始对厌氧消化技术加以挖掘利用，在科学飞速发展的今天，从现行市场生物厌氧工艺和技术看，无论小型厌氧工艺设备，还是大型工厂化厌氧工艺设备，都遵循着极力满足和维护生物厌氧工艺环境，及生物生长的要求。例如，生物厌氧需要无氧，在工艺和技术上就设法做到密闭。生物厌氧需要温度，在工艺和技术上就设法加温。生物厌氧需要相互流动，在工艺和技术上就设法搅动。生物厌氧需要增加菌种，在工艺和技术上就设法人工培养菌种添加或活化渣泥回流，留住菌种。厌氧发酵技术是能将生物质资源多层次转化为能源甲烷和优质有机肥的有效方法。
相对陆生能源作物而言，海藻作为厌氧发酵制取甲烷的生物质原料具有三个优势。首先，海藻光合作用效率高、生长迅速且生物质产量高，生物质产量为玉米的9倍。其次，海藻作为水生生物，大规模培养不占用宝贵的耕地面积。此外，海藻成分中很少含有在陆地高等植物中大量存在的木质纤维结构，相对容易水解和发酵产氢气、甲烷。因此，海藻是一种具有大规模能源化应用潜力的生物质原料。
对于海藻这种生物质原料，先进行物理或化学处理是必要的，以使之变为较适合于厌氧生物转化的原料。海藻厌氧发酵之后的尾液中含有大量的小分子有机物，例如乙酸、丁酸和乙醇等，不经过处理直接排放会造成能源损失和环境污染。针对海藻原料厌氧发酵的反应特点，需要研究相应的预处理方法解决海藻降解转化的难题，提高生物甲烷的得率。
电场刺激技术和微生物工程技术之间发生着日益紧密的联系。相关研究已经涉及到电场刺激对细胞生长、代谢、酶活以及细胞膜通透性等诸方面的影响作用，并被广泛应用于环境、生物化工等行业，同时也为生物工程领域提供了新的技术，推动了生物化工及电场技术的发展。在甲烷池中栖息着种类繁多、数量巨大、功能不同的可以将有机物分解产生甲烷的各类微生物。当利用弱电流激发电极反应时可以刺激微生物细胞的生长和代谢，产生促进作用。同时研究结果表明微波处理能够提高可发酵糖的释放量；非热效应对菌体的酶产量有提高作用或对酶的活性有促进作用；微波的振动作用有利于海藻表面新产生气体的释放，间接增加了可发酵的面积。因此微波耦合电场强化厌氧发酵技术具有发酵速度快和***运行高效等优点，如何到达在电场与微波耦合作用下的快速、稳定的甲烷发酵是实现厌氧发酵高效产甲烷的关键。
因而，探索海藻高效可综合利用的发酵制甲烷的***可实现生物质成分的高效分级利用，大幅度提高产气率和能量转化效率，从工程角度实现其资源化具有重要的意义。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电场和微波耦合强化海藻厌氧发酵制取甲烷***，该***通过电场和微波的耦合作用可实现海藻高效厌氧发酵产甲烷，发酵速度快，产气率和能量转化效率，***运行高效。
本实用新型的上述目的是采用如下技术方案实现的：一种电场和微波耦合强化海藻厌氧发酵制取甲烷***，包括按顺序连接的海藻储罐、预处理罐、厌氧发酵罐和甲烷收集罐，所述海藻储罐和预处理罐之间设有微波处理发生器，所述厌氧发酵罐设有加热装置、微波发生装置和电场发生装置。
本实用新型所述加热装置包括加热管、感温探头和温控仪，所述微波发生装置包括微波发生器和与所述微波发生器相连接的微波能量输出柱，所述电场发生装置包括一对电极板和与该对电极板相连接的直流电源。
本实用新型所述厌氧发酵罐底部设有排渣口。
本实用新型所述甲烷收集罐顶部设有甲烷出口。
本实用新型所述海藻储罐、预处理罐、厌氧发酵罐和甲烷收集罐中设有搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌棒和与所述搅拌棒相连接的电机。
本实用新型所述海藻储罐、微波处理发生器、预处理罐、厌氧发酵罐和甲烷收集罐通过管道相连接，所述管道上设有泵。
本实用新型具有以下优点：本实用新型将电场强化厌氧发酵、微波辐射强化破壁等技术有机结合起来，实现了物理化学强化处理技术和微生物处理技术结合，真正实现了有机底物的高效利用，提高了整个***的运行稳定性，因此，本实用新型提供的***不仅处理效率高，而且结构紧凑、相互配合运作，运行稳定。
附图说明
图1为具体实施方式中电场和微波耦合强化海藻厌氧发酵制取甲烷***的示意图，图中各标号表示：1-海藻储罐，2-搅拌棒，3-电机，4-泵，5-微波处理发生器，6-预处理罐，7-厌氧发酵罐，8-感温探头，9-温控仪，10-加热管，11-直流电源，12-阀门，13-排渣口，14-甲烷收集罐，15-甲烷出口，16-电极极板，17-微波发生器，18-微波能量输出柱。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提供的电场和微波耦合强化海藻厌氧发酵制取甲烷***，包括按顺序连接的海藻储罐1、预处理罐6、厌氧发酵罐7和甲烷收集罐14，海藻储罐1和预处理罐6之间设有微波处理发生器5，所述厌氧发酵罐7设有加热装置、微波发生装置和电场发生装置。
使用微波预处理(通过微波处理发生器5)海藻可以有效增加海藻的附加值，提高海藻开采和利用的经济效益。这是因为微波的非热效应能够对海藻的晶体结构起到松散作用，使可发酵的组分更容易被利用。
所述加热装置包括加热管10、感温探头8和温控仪9，所述微波发生装置包括微波发生器17和与所述微波发生器相连接的微波能量输出柱18，所述电场发生装置包括一对电极板16和与该对电极板相连接的直流电源11。
所述厌氧发酵罐7底部设有排渣口13。
所述甲烷收集罐14顶部设有甲烷出口15。
所述海藻储罐1、预处理罐6、厌氧发酵罐7和甲烷收集罐14中设有搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌棒2和与所述搅拌棒2相连接的电机3。
所述海藻储罐1、微波处理发生器5、预处理罐6、厌氧发酵罐7和甲烷收集罐14通过管道相连接，所述管道上设有泵4。
使用时的具体过程为：
如图1所示，将海藻与水或化学溶液的混合物倒入海藻储罐1中，泵4将海藻储罐1中的海藻混合物输送至微波处理发生器5中，对海藻进行微波预处理。微波预处理后经泵4输送到预处理罐6中进行加热预处理。将海藻从预处理罐6经泵4输入到厌氧发酵罐7中。海藻储罐1、预处理罐6、厌氧发酵罐7内均设置有的搅拌棒2，搅拌棒2由电机3控制。厌氧发酵罐7内设置有感温探头8、加热管10和温控仪9。厌氧发酵罐7设置有中固定的两电极极板16通过导线与固定在厌氧发酵罐中的直流电源11的两电极相连，电机3的电流为直流电流。微波能量输出柱18从厌氧发酵罐7的顶部发射微波，微波能量输出柱18由微波发生器17控制。厌氧发酵罐7发酵过程中产生的气体即甲烷从厌氧发酵罐7的上部排气口排出，通入到甲烷收集罐14中。当罐内气体达到一定体积后，打开阀门12，从甲烷出口15处排出、收集。厌氧发酵罐7产生的液体由阀门控制从厌氧发酵罐7的底部通过排渣口13排出。
其中对海藻进行微波预处理时，微波辐射功率优选为150～850W、频率为2450MHz，处理时间优选为10～200min。
预处理罐6中进行加热预处理时，温度优选为50～150℃，处理时间优选为40～150min。
厌氧发酵罐7中直流电源的电压为0.2～2.5V，微波发生器的辐射功率优选为0.1～100000W，更佳为0.1～800w，辐射时间优选为0.1～600min。
厌氧发酵处理时温度优选为30～150℃，更佳为45～55℃，厌氧发酵时间优选为3～14天。
本实用新型的实施方式不限于此，按照本实用新型的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本实用新型权利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电场和微波耦合强化海藻厌氧发酵制取甲烷***，包括按顺序连接的海藻储罐、预处理罐、厌氧发酵罐和甲烷收集罐，其特征是：所述海藻储罐和预处理罐之间设有微波处理发生器，所述厌氧发酵罐设有加热装置、微波发生装置和电场发生装置。
2.根据权利要求1所述的电场和微波耦合强化海藻厌氧发酵制取甲烷***，其特征是：所述加热装置包括加热管、感温探头和温控仪，所述微波发生装置包括微波发生器和与所述微波发生器相连接的微波能量输出柱，所述电场发生装置包括一对电极板和与该对电极板相连接的直流电源。
3.根据权利要求1或2所述的电场和微波耦合强化海藻厌氧发酵制取甲烷***，其特征是：所述厌氧发酵罐底部设有排渣口。
4.根据权利要求3所述的电场和微波耦合强化海藻厌氧发酵制取甲烷***，其特征是：所述甲烷收集罐顶部设有甲烷出口。
5.根据权利要求4所述的电场和微波耦合强化海藻厌氧发酵制取甲烷***，其特征是：所述海藻储罐、预处理罐、厌氧发酵罐和甲烷收集罐中设有搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌棒和与所述搅拌棒相连接的电机。
6.根据权利要求5所述的电场和微波耦合强化海藻厌氧发酵制取甲烷***，其特征是：所述海藻储罐、微波处理发生器、预处理罐、厌氧发酵罐和甲烷收集罐通过管道相连接，所述管道上设有泵。
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