一種沼氣提純的膜生物反應器及其沼氣提純工藝系統的制作方法

文檔序號:17937079發布日期:2019-06-15 01:51
一種沼氣提純的膜生物反應器及其沼氣提純工藝系統的制作方法

本發明屬于可持續發展及膜生物反應器領域,具體涉及一種沼氣提純的膜生物反應器裝置及沼氣提純工藝系統。



背景技術:

沼氣是一種清潔、可再生能源,其成分以甲烷、二氧化碳為主,并含有少量的氧氣、氫氣、氮氣、硫化氫等,其中CH4含量為50%-70%,CO2含量為30%-50%。沼氣中的CO2降低了沼氣的能量密度和熱值,限制了沼氣的利用范圍,將沼氣提純為生物天然氣(BNG),可用于車內燃料、并入天然氣管網、燃料電池以及化工原料等領域。沼氣提純是指去除沼氣中的雜質組分,使之成為甲烷含量高、熱值和雜質氣體組分品質符合天然氣標準要求的高品質CH4。

非生物膜分離提純法是利用不同氣體組分在壓力驅動下通過膜的滲透性作用的不同來實現的,通常情況下二氧化碳的滲透速度快,作為快氣以透過氣排出,甲烷的滲透速度慢,作為慢氣以透余氣形式獲得提純產品氣。但常規的CO2/CH4分離膜并不能完全去除CO2,且能耗高,容易造成環境二次污染等特點。



技術實現要素:

發明目的:針對現有技術存在的問題,本發明提供一種沼氣提純的膜生物反應器。該反應器是一種厭氧生物膜—膜生物反應器在運行過程中可實現沼氣高效提純。

本發明還提供一種沼氣提純工藝系統。

技術方案:為了實現上述目的,如本發明所述一種沼氣提純的膜生物反應器,包括反應器本體,所述反應器本體分為上殼體和下殼體,所述上殼體頂部設置有反應器循環水進水口和反應器循環水出水口,所述下殼體底部設置有反應器進氣口和反應器出氣口;所述上殼體和下殼體內部形成反應槽,上殼體內的液相室,下殼體內的氣相室;氣相室與液相室之間設置有硅膠墊片;硅膠墊片間設置由平板膜;所述平板膜上附著有微藻。

其中,所述反應器本體為長方體型或者圓柱體等,材質為透明且密封有機玻璃、聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。

作為優選,所述反應器循環水進水口和反應器循環水出水口分別位于上反應槽上部的兩端,且設有閥門,用于定期更換液相室的液體。

進一步地,所述反應器循環水進水口和反應器循環水出水口通過蠕動泵與循環液儲液瓶相連;所述循環液儲液瓶位于反應器本體外側。通過蠕動泵定時將循環水儲液罐內的培養基泵入反應器殼體的液相室內,提供微藻的生長代謝所需要的營養。

其中,所述硅膠墊片為兩個寬硅膠墊片位于上下殼體中間,且分別位于平板膜的兩側。寬硅膠墊片設置在氣相室與液相室之間,用于平板膜組件與反應器本體的密封,避免漏氣或漏水。

作為優選,所述平板膜為透氣不透水的疏水平板膜;所述平板膜上附著大量的小球藻、柵藻或者微綠球藻等具有高產油脂能力的藻種。平板膜為透氣不透水的疏水平板膜用于提高沼氣向液相及生物相的傳質速度及微藻在其表面附著掛膜,采用設置有透氣不透水的平板膜生物反應器對沼氣進行提純,具有較高的沼氣提純效率,且處理過程中富集生長的微藻可用于生物質。

進一步地,所述液相室和循環水儲液瓶內均包括微藻生長繁殖的培養基。

其中,所述平板膜的膜材料可以為聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚乙烯(PE)中的一種或多種。膜厚度為100~500微米,孔徑0.05~0.25微米。

其中,所述液相室上側設置有光照系統并反應器本體(1)外部。所述光照系統采用LED燈,可控制光照時間及光照強度。光照系統具有定時開啟功能和光照強度控制功能,用于提供微藻進行光合作用的光照。LED燈的光強控制在2000~4000LUX,定時功能保證12個小時的光照和12個小時的間隙,以便提供適合微藻生長的光照模式。

本發明所述的沼氣提純工藝系統,包括沼氣提純的膜生物反應器的反應器本體、循環液儲液瓶、蠕動泵、脈沖阻尼器、液相取樣口、氣瓶、氣體流量計、水浴、光照系統;所述循環液儲液瓶位于水浴中,并依次與蠕動泵、脈沖阻尼器、反應器本體的反應器循環水進水口連接,再通過反應器循環水出水口連接回到循環液儲液瓶;所述氣瓶通過氣體流量計與反應器本體的反應器進氣口連接,出氣口設置氣袋用于收集提純后的沼氣;照明系統設置在反應器本體外部的上端;

使用時氣瓶中沼氣通過氣體流量計進入反應器進氣口在進入反應器本體的氣相室中,沼氣依次通過平板膜組件、培養基,最后被小球藻利用,最后從反應器出氣口排出,被氣袋收集起來,實現沼氣提純;膜生物反應器提純沼氣的過程中,蠕動泵將循環水儲液瓶的培養基經過脈沖阻尼器泵入反應器循環水進水口中,后從循環水出水口排出,并重新通過蠕動泵回到循環水儲液瓶;膜生物反應器提純沼氣的過程中,小球藻在平板膜表面附著生長,形成微生物膜,該微生物膜在受到光照系統的光照的條件下可利用沼氣中的二氧化碳,實現沼氣的提純。

其中,所述沼氣的組成包括50-70%的甲烷氣,剩余為30-50%的二氧化碳氣體。

作為優選,所述光照系統距離液相室頂部30cm,30cm處光照強度2500LUX,光照設定為12h開12h關。

在本發明中,循環水儲液瓶中的培養基通過反應器循環水進水口進入反應器殼體的液相室中,用于為微藻的生長提供營養,并從反應器循環水出水口出去,通過蠕動泵將出水返回到循環水儲液罐內,再通過蠕動泵將循環水儲液罐內的培養基通過進水口進入反應器,達到循環培養基的作用;沼氣模擬氣以穩定流量通過進氣口進入反應器殼體的氣相室中,并通過滲透作用穿過透氣不透水膜,沼氣中的二氧化碳組分被附著在膜組件表面的微藻生物膜利用,甲烷組分通過出氣口排出反應器,并利用氣袋將其收集;平板膜組件強化了氣體在水相和生物相的傳質速度,使沼氣在生物相分布更均勻;在光照系統提供光照的條件下,微藻在膜組件上附著生長,形成微生物膜,可以利用沼氣中的二氧化碳,將沼氣提純,沼氣得到凈化。

本發明通過在反應器中設置透氣不透水膜,使得微藻在其表面形成膜,且增加了沼氣在水相及生物相的傳質速度。同時,由于微藻可以利用二氧化碳進行光合作用,達到去除沼氣中二氧化碳的作用,從而提高了甲烷的比例,達到沼氣提純。

本發明中的微藻由于具有比C4植物光合速率高、繁殖快、環境適應性強、處理效率高以及易于其他工程技術集成等優點,高密度培養小球藻來固定CO2是主要控制和減少大氣中的CO2的一種有效途徑。

工作原理:反應器啟動后,氣瓶內的模擬沼氣進入反應器的氣相室,后通過平板膜滲透進入液相室,并被附著在平板膜表面的微藻進行光合作用,從而被去除,模擬沼氣中的甲烷未被利用,沼氣得到凈化。

有益效果:與現有技術相比本發明具有如下優點:

本發明的沼氣提純的膜生物反應器結構簡單,使用方便,利用平板膜可以提高氣體的傳遞速率,且反應器檢修方便,密封性好。

本發明的沼氣提純工藝系統中的微藻可以充分利用沼氣中的二氧化碳,從而使沼氣提純;光照系統可提供微藻光合作用所需要的光照,且其光照強度可調節;

富集得到的微藻也用于加工成化工產品;并且提高提純工藝效率,快速簡便,無污染,實現資源的再生利用。

附圖說明

圖1為沼氣提純的膜生物反應器的結構示意圖;

圖2為沼氣提純的膜生物反應器的剖面圖;

圖3為沼氣提純工藝系統的工藝流程圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

實施例1

如圖1和2所示,一種沼氣提純的膜生物反應器,包括反應器本體1,反應器本體1為兩端封閉的長方體,其高為25mm長為250mm,寬為70mm,總的體積是為0.44L,有效體積為0.27L;形狀可根據實際需求靈活選擇圓柱體等,材質為透明且密封的有機玻璃,也可以采用聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。

反應器本體1分為上殼體2和下殼體3,上殼體2和下殼體3內部形成反應槽,上殼體1內的液相室,下殼體2內的氣相室。上殼體2頂部設置有反應器循環水進水口4和反應器循環水出水口5,反應器循環水進水口4和反應器循環水出水口5分別位于上反應槽上部的兩端,且設有閥門,用于定期更換液相室的液體。反應器循環水進水口4和反應器循環水出水口5連接蠕動泵10,通過蠕動泵10與循環液儲液瓶11相連;所循環液儲液瓶11位于反應器本體1外側,用于通過蠕動泵10定時將循環水儲液瓶11內的培養基泵入反應器本體1的液相室內。

下殼體3底部設置有反應器進氣口6和反應器出氣口7;沼氣通過進氣口6進入反應器本體的氣相室內,出氣口7設置氣袋用于收集提純后的沼氣。

氣相室與液相室之間設置有硅膠墊片8,硅膠墊片8為兩個寬硅膠墊片位于上下殼體中間,硅膠墊片間設置由平板膜9,且分別位于平板膜9的兩側;膜兩側寬硅膠墊片為2mm厚的圓環形寬硅膠墊片,外徑25cm,內徑20cm。平板膜10為透氣不透水的疏水平板膜;平板膜與進水方向和進氣方向水平,所平板膜10材料含有五層涂層,順序為聚四氟乙烯PTFE—聚偏氟乙烯PVDF—聚丙烯PP—聚偏氟乙烯PVDF—聚四氟乙烯PTFE,也可以替換成聚丙烯PP、聚四氟乙烯PTFE、聚偏氟乙烯PVDF和聚乙烯PE中的一種或多種材料,孔徑0.1微米,直徑25cm,膜厚度為100um,平板膜位于離反應器底部20mm的位置上。平板膜10位于液相室一側上附著大量的小球藻,也可以是柵藻或者微綠球藻。

液相室上側設置有光照系統12并反應器本體1外部。光照系統采用LED燈,可控制光照時間及光照強度。光照系統具有定時開啟功能和光強控制功能,用于提供微藻進行光合作用的光照。LED燈和液相室距離30cm,30cm處光照強度2500LUX,定時功能保證12個小時的光照和12個小時的間隙,提供了適合微藻生長的光照模式。

實施例2

一種沼氣提純的膜生物反應器,包括反應器本體1,反應器本體1為兩端封閉的長方體,其高為50mm,長為500mm,寬為140mm,總的體積是為0.88L,有效體積為0.54L,有效體積為0.27L;形狀可根據實際需求靈活選擇圓柱體等,材質為透明且密封的有機玻璃,也可以采用聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。

反應器本體1分為上殼體2和下殼體3,上殼體2和下殼體3內部形成反應槽,上殼體1內的液相室,下殼體2內的氣相室。上殼體2頂部設置有反應器循環水進水口4和反應器循環水出水口5,反應器循環水進水口4和反應器循環水出水口5分別位于上反應槽上部的兩端,且設有閥門,用于定期更換液相室的液體。反應器循環水進水口4和反應器循環水出水口5連接蠕動泵10,通過蠕動泵10與循環液儲液瓶11相連;所循環液儲液瓶11位于反應器本體1外側,用于通過蠕動泵10定時將循環水儲液瓶11內的培養基泵入反應器本體1的液相室內。

下殼體3底部設置有反應器進氣口6和反應器出氣口7;沼氣通過進氣口6進入反應器本體的氣相室內,出氣口7設置氣袋用于收集提純后的沼氣。

氣相室與液相室之間設置有硅膠墊片8,硅膠墊片8為兩個寬硅膠墊片位于上下殼體中間,硅膠墊片間設置由平板膜9,且分別位于平板膜9的兩側;膜兩側寬硅膠墊片為2mm厚的圓環形寬硅膠墊片,外徑50cm,內徑40cm。平板膜10為透氣不透水的疏水平板膜;平板膜與進水方向和進氣方向水平,所平板膜10材料膜材料為PTFE材質,孔徑0.1微米,直徑50cm,膜厚度為100um,平板膜位于離反應器底部20mm的位置上。平板膜10位于液相室一側上附著大量的小球藻,也可以是柵藻或者微綠球藻。

液相室上側設置有光照系統12并反應器本體1外部。光照系統采用LED燈,可控制光照時間及光照強度。光照系統具有定時開啟功能和光強控制功能,用于提供微藻進行光合作用的光照。LED燈和液相室距離30cm,30cm處光照強度4000LUX,定時功能保證12個小時的光照和12個小時的間隙,提供了適合微藻生長的光照模式。

實施例3

如圖3所示,一種沼氣提純工藝系統,包括實施例1的沼氣提純的膜生物反應器、循環液儲液瓶11、蠕動泵10、脈沖阻尼器13、液相取樣口14、氣瓶15、氣體流量計16、水浴17、光照系統12;循環液儲液瓶11位于水浴17中,并依次與蠕動泵10、脈沖阻尼器13、反應器本體1的反應器循環水進水口4連接,再通過反應器循環水出水口5連接回到循環液儲液瓶11;氣瓶15通過氣體流量計16與反應器本體1的反應器進氣口6連接,提純后的沼氣通過出氣口7設置氣袋用于收集;照明系統12設置在反應器本體外部的上端。

提純沼氣的過程中,蠕動泵10將循環水儲液瓶的小球藻培養基經過脈沖阻尼器13穩流后泵入反應器循環水進水口4中進入反應器殼體的液相室中,后從循環水出水口5排出,通過蠕動泵10將出水返回到循環水儲液罐內,再通過蠕動泵10將循環水儲液罐11內的培養基通過進水口進入反應器,達到循環培養基的作用;氣瓶15中沼氣模擬氣沼氣中甲烷組分與二氧化碳組分的體積分數分別為70%和30%、60%和40%或者50%和50%通過氣體流量計16以穩定流量通過進氣口6進入反應器殼體的氣相室中,并通過滲透作用穿過透氣不透水膜,即平板膜9,沼氣中的二氧化碳組分被附著在平板膜9組件表面的微藻生物膜利用,甲烷組分利用出氣口7設置的氣袋將其收集;平板膜9組件強化了氣體在水相和生物相的傳質速度,使沼氣在生物相分布更均勻;在液相取樣口14設置氣袋用于采集并測試沼氣進入液相中的氣體組分;在光照系統12提供光照的條件下,微藻在膜組件上附著生長,形成微生物膜,可以利用沼氣中的二氧化碳,將沼氣提純。

采用本實施例沼氣提純工藝系統提純沼氣,待處理沼氣的甲烷及二氧化碳組分分別占70%及30%,控制氣相室內氣壓為0.001Mpa。LED燈和液相室距離30cm,30cm處光照強度2500LUX,光照設定為12h開12h關。

采用本實施例沼氣提純工藝系統提純沼氣,待處理沼氣的甲烷及二氧化碳組分分別占60%及40%,控制氣相室內氣壓為0.001Mpa。LED燈和液相室距離30cm,30cm處光照強度2500LUX,光照設定為12h開12h關。

采用本實施例沼氣提純工藝系統提純沼氣,待處理沼氣的甲烷及二氧化碳組分分別占50%及50%,控制氣相室內氣壓為0.001Mpa。LED燈和液相室距離30cm,30cm處光照強度2500LUX,光照設定為12h開12h關。

再多了解一些
當前第1頁1 2 3 
網友詢問留言 已有0條留言
  • 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊!
1
广西快3一定牛走势图