專利名稱：發酵生物制氫剩余液產烷與殺菌后循環利用方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及發酵生物制氫剩余液循環利用方法，尤其是涉及一種發酵生物制氫剩余液產烷與殺菌后循環利用方法及系統。
背景技術：
當今世界，能源危機日益嚴峻。世界各國正在大力開發新型可再生替代能源。氫氣用途廣泛，可作為飛機、火箭、汽車等的高能燃料，同時也是化工合成、煉油重整、煤的液化和甲烷化、甲醇合成、航空航天以及金屬冶金、焊接等領域的重要原料，被認為是最有吸引力的新型替代能源之一。
發酵生物制氫技術是新型可再生能源開發的熱點技術，同時又是再生利用各種有機廢棄物、解決環境污染的重要途徑。與化學法制氫相比，發酵生物制氫具有清潔、節能、不消耗化石能源等許多突出的優點，研究重點是對各種植物、有機廢水、有機廢棄物等可再生生物質資源進行再生利用。
發酵生物制氫過程在產生氫氣的同時，也產生許多有機酸和醇等副產品，同時，在剩余液中還有許多不能被產氫細菌降解利用的剩余原料。有機酸、醇和剩余原料可以繼續用于生產甲烷，產烷細菌可以利用發酵生物制氫剩余液中的絕大部分有機物，這些有機物的深度利用，尤其是有機酸的深度分解利用可以大大提高發酵液體的pH值。
與此同時，發酵生物制氫過程的pH是必需加以調控的重要環境因子。在一個高效發酵生物制氫系統內，pH必然呈下降趨勢，這是由于各種有機酸伴隨著氫氣產生，而產氫細菌不能進一步利用有機酸，從而引起有機酸累積并導致pH降低。pH太低會抑制產氫細菌生長和降低酶活性，甚至導致產物殊異，長期脅迫將導致產氫細菌日漸式微，乃至滅亡，引起整個系統的崩潰。
目前的pH調控方法一般采用各種化學物質進行，如NaOH、KOH、Na2CO3、NaHCO3、NH4OH、Ca(OH)2等，優點是用量少，見效快。但利用化學物質調控pH存在很多負面因素化學物質的使用使制氫成本大幅提高，不利于在發展中國家和地區應用；化學物質對產氫細菌及后繼使用中其他功能細菌(如產烷細菌)有毒害作用，大量投加會嚴重影響細菌的生理活性；化學物質的存在影響產氫/產烷余液的處理或利用，這些化學物質最終會污染受地環境，如使鹽度升高等，尤其對集中式規模化系統來說，“后顧之憂”將更加嚴重。
發明內容
為了解決發酵生物制氫過程對原料的生物降解率低、剩余液中的有機酸和醇及未降解的原料排放會造成環境污染、制氫過程引起pH下降并需要高成本且有危害的化學物質加以調控等技術問題，本發明的目的在于提供一種發酵生物制氫剩余液產烷與殺菌后循環利用方法及系統，利用發酵生物制氫的剩余液進行甲烷生產并獲得pH較高的產烷剩余液，再利用殺菌技術殺滅產烷剩余液中的產烷細菌，最后用于調控發酵生物制氫過程的pH，實現循環利用。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一、一種發酵生物制氫剩余液產烷與殺菌后循環利用方法原料先在主產氫池產氫，接著進入副產氫池進一步產氫，再將副產氫池的剩余液依次輸入主產烷池和副產烷池，利用剩余液中的有機酸和醇以及產氫過程未降解的原料生產甲烷，尤其使有機酸徹底分解，將副產烷池的pH控制在7.0～9.0之間，再利用紫外線殺菌燈殺滅副產烷池中的產烷細菌，最后將副產烷池的剩余液返回到主產氫池以提高產氫環境的pH，解決發酵生物制氫過程伴隨氫氣產生的有機酸引起pH下降而抑制產氫過程的問題，實現發酵生物制氫剩余液的循環利用。
二、一種發酵生物制氫剩余液產烷與殺菌后循環利用系統包括產氫池和產烷池；第一隔板將產氫池分成主產氫池和副產氫池，主產氫池上端連有進料泵和氫氣輸出管，主產氫池和副產氫池上端通過第一泵單向聯接；第二隔板將產烷池分成主產烷池和副產烷池，主產烷池上端連有甲烷輸出管，主產烷池和副產烷池上端通過第二泵單向聯接；副產氫池下端通過第三泵與主產烷池上端單向聯接；副產氫池上端設有紫外線殺菌燈，副產烷池下端通過第四泵與主產氫池上端單向聯接，副產氫池下端設有排放泵。
本發明具有的有益的效果是1.發酵生物制氫過程在主產氫池和副產氫池分兩步完成，保證原料有足夠的時間分解，充分提高氫氣產量和原料利用率，提高系統的經濟效益；2.發酵生物制氫過程新產生的有機酸、醇與難分解的原料等有機物在產烷池進行甲烷生產，進一步分解有機物，達到深度處理的目的，避免排放引起的環境污染問題，同時生產出來的甲烷也是重要的能源，提高系統的經濟效益；3.產烷過程也在主產烷池和副產烷池分兩步完成，保證原料有足夠的時間分解，尤其充分分解有機酸，提高發酵液的pH值，為循環利用提供保障；4.副產烷池的發酵液充分產烷后pH升高至7.0～9.0，定期利用紫外線進行殺菌，尤其殺死大部分產烷細菌以避免雜菌對產氫細菌的沖擊，再輸入主產氫池提高產氫環境的pH，為發酵生物制氫過程創造良好的環境，避免伴隨氫氣產生的有機酸引起pH下降而抑制產氫，提高了制氫效率；5.利用產烷、殺菌后的發酵生物制氫剩余液代替化學物質來pH調控，節省成本，不增加額外污染物，降低系統排放液的處理難度和處理成本，循環利用同時也降低整個系統的排放量及相應的處理成本；本發明主要用于發酵生物制氫剩余液在甲烷生產、殺菌后進行循環利用。
圖1是本發明的發酵生物制氫剩余液產烷與殺菌后循環利用系統剖面圖；圖2是本發明的發酵生物制氫剩余液產烷與殺菌后循環利用系統平面圖；圖中1.產氫池，2.主產氫池，3.分隔板，4.副產氫池，5.產烷池，6.主產烷池，7.分隔板，8.副產烷池，9.泵，10.泵，11.泵，12.紫外線殺菌燈，13.泵，14.進料泵，15.排放泵，16.氫氣輸出管，17.甲烷輸出管。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
如圖1、圖2所示，本發明包括產氫池1和產烷池5；第一隔板3將產氫池1分成主產氫池2和副產氫池4，主產氫池2上端連有進料泵14和氫氣輸出管16，主產氫池2和副產氫池4上端通過第一泵9單向聯接；第二隔板7將產烷池5分成主產烷池6和副產烷池8，主產烷池6上端連有甲烷輸出管17，主產烷池6和副產烷池8上端通過第二泵11單向聯接；副產氫池8下端通過第三泵10與主產烷池6上端單向聯接；副產氫池8上端設有紫外線殺菌燈12，副產烷池8下端通過第四泵13與主產氫池2上端單向聯接，副產氫池8下端設有排放泵15。
產氫池中隔板的位置根據主產氫池和副產氫池的體積比決定，主產氫池和副產氫池的體積比為0.2～10。兩者的大小主要根據原料的分解特性來決定，易分解的原料主產氫池可以小一點，難分解的原料主產氫池就要大一點。
產烷池中隔板的位置根據主產烷池和副產烷池的體積比決定，主產烷池和副產烷池的體積比為0.2～10。兩者的大小主要根據原料的分解特性來決定，易分解的原料主產烷池可以小一點，難分解的原料主產烷池就要大一點。
原料先在主產氫池2產氫，接著進入副產氫池4進一步產氫，再將副產氫池4的剩余液依次輸入主產烷池6和副產烷池8，利用剩余液中的有機酸和醇以及產氫過程未降解的原料生產甲烷，尤其使有機酸徹底分解，將副產烷池8的pH控制在7.0～9.0之間，再利用紫外線殺菌燈12殺滅副產烷池8中的產烷細菌，最后將副產烷池8的剩余液返回到主產氫池2以提高產氫環境的pH，解決發酵生物制氫過程伴隨氫氣產生的有機酸引起pH下降而抑制產氫過程的問題，實現發酵生物制氫剩余液的循環利用。
實施例如圖1、圖2所示，產氫池1高3m、直徑3m，隔板3高2.7m、距產氫池1中軸線0.7m，泵9為5kw、1m3/min，產烷池5構造與產氫池1相同，泵10、泵13、泵14和泵15規格同泵9，紫外線殺菌燈12為100w、3盞。
上述具體實施方式
用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護范圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種發酵生物制氫剩余液產烷與殺菌后循環利用方法，其特征在于原料先在主產氫池產氫，接著進入副產氫池進一步產氫，再將副產氫池的剩余液依次輸入主產烷池和副產烷池，利用剩余液中的有機酸和醇以及產氫過程未降解的原料生產甲烷，尤其使有機酸徹底分解，將副產烷池的pH控制在7.0～9.0之間，再利用紫外線殺菌燈殺滅副產烷池中的產烷細菌，最后將副產烷池的剩余液返回到主產氫池以提高產氫環境的pH，解決發酵生物制氫過程伴隨氫氣產生的有機酸引起pH下降而抑制產氫過程的問題，實現發酵生物制氫剩余液的循環利用。
2.一種發酵生物制氫剩余液產烷與殺菌后循環利用系統，其特征在于包括產氫池(1)和產烷池(5)；第一隔板(3)將產氫池(1)分成主產氫池(2)和副產氫池(4)，主產氫池(2)上端連有進料泵(14)和氫氣輸出管(16)，主產氫池(2)和副產氫池(4)上端通過第一泵(9)單向聯接。第二隔板(7)將產烷池(5)分成主產烷池(6)和副產烷池(8)，主產烷池(6)上端連有甲烷輸出管(17)，主產烷池(6)和副產烷池(8)上端通過第二泵(11)單向聯接。副產氫池(8)下端通過第三泵(10)與主產烷池(6)上端單向聯接；副產氫池(8)上端設有紫外線殺菌燈(12)，副產烷池(8)下端通過第四泵(13)與主產氫池(2)上端單向聯接，副產氫池(8)下端設有排放泵(15)。
3.根據權利要求2所述的一種發酵生物制氫剩余液產烷與殺菌后循環利用系統，其特征在于產氫池中隔板的位置根據主產氫池和副產氫池的體積比決定，主產氫池和副產氫池的體積比為0.2～10。
4.根據權利要求2所述的一種發酵生物制氫剩余液產烷與殺菌后循環利用系統，其特征在于產烷池中隔板的位置根據主產烷池和副產烷池的體積比決定，主產烷池和副產烷池的體積比為0.2～10。
全文摘要
本發明公開了一種發酵生物制氫剩余液產烷與殺菌后循環利用方法及系統。原料先在主產氫池產氫，接著進入副產氫池進一步產氫，再將副產氫池的剩余液依次輸入主產烷池和副產烷池，利用剩余液中的有機酸和醇等有機物以及產氫過程未降解的原料生產甲烷，尤其使有機酸徹底分解，將副產烷池的pH控制在7.0～9.0之間，定期利用紫外線殺菌燈殺滅副產烷池中的產烷細菌，再將副產烷池的剩余液返回到主產氫池以提高產氫環境的pH，解決發酵生物制氫過程伴隨氫氣產生的有機酸引起pH下降而抑制產氫過程的問題，實現發酵生物制氫剩余液的循環利用，大大降低系統的排放量，實現非化學物質調控pH，避免環境污染，提高經濟效益。
文檔編號C12P5/02GK101092637SQ200710069100
公開日2007年12月26日 申請日期2007年6月12日 優先權日2007年6月12日
發明者泮進明, 張瑞紅, 羅智生, 應義斌 申請人:浙江大學