[發(fā)明專利]一種一體化分離式微生物固定床原位氫烷轉(zhuǎn)化方法

在審

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• 申請日: 2020-09-01
• 公開（公告）號: CN114107404A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設計）人: 郭榮波;楊智滿;楊豪杰;許曉暉;羅生軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: C12P5/02
• 分類號: C12P5/02;C12N11/04;C12M1/36;C12M1/34;C12M1/107;C12M1/00;C02F11/04;C12R1/01
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 李穎

1.一種一體化分離式微生物固定床原位氫烷轉(zhuǎn)化的方法，其特征在于：在沼氣發(fā)酵罐內(nèi)部發(fā)酵液面上方氣態(tài)空間內(nèi)設置原位氫烷轉(zhuǎn)化單元，其內(nèi)部填充具有氫烷轉(zhuǎn)化功能的甲烷菌群以生物膜的形式固定在多孔材料的微生物生物載體表面，使沼氣于原位氫烷轉(zhuǎn)化單元可實現(xiàn)沼氣中的CO₂和外源氫氣實時原位轉(zhuǎn)化甲烷。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述沼氣發(fā)酵罐內(nèi)部的液面上方的氣態(tài)空間設置一網(wǎng)狀材料，沼氣發(fā)酵罐內(nèi)部通過網(wǎng)狀材料被分隔為上下兩部分，上部為原位氫烷轉(zhuǎn)化單元，下部為沼氣生產(chǎn)單元(2)，氫氣由下部的沼氣生產(chǎn)單元(2)引入，且氫氣引入位置位于網(wǎng)狀材料與發(fā)酵液面之間的氣態(tài)空間。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于：來自于棄電電解水產(chǎn)生的氫氣存貯于儲氫罐內(nèi)，氫氣經(jīng)壓縮注入沼氣發(fā)酵罐內(nèi)上部氣態(tài)空間，沼氣發(fā)酵罐內(nèi)部的沼氣生產(chǎn)單元(2)產(chǎn)生的沼氣，上升并擴散至氫烷轉(zhuǎn)化單元(1)內(nèi)部，在甲烷菌群的作用下，將氫氣和CO₂轉(zhuǎn)化為甲烷；沼氣發(fā)酵罐上部氣態(tài)空間內(nèi)具有CO₂檢測傳感器(4)，確定氫氣注入量。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：所述沼氣中的CO₂和外源氫氣實時原位轉(zhuǎn)化甲烷時氫烷轉(zhuǎn)化單元內(nèi)的甲烷菌群由于營養(yǎng)缺乏而造成活性下降，沼氣發(fā)酵罐內(nèi)部的沼氣生產(chǎn)單元(2)產(chǎn)生的沼液由沼氣發(fā)酵罐底部排出通過沼液循環(huán)裝置(3)的作用下由沼氣發(fā)酵罐的原位氫烷轉(zhuǎn)化單元開設的入口使沼液定期注入生物膜表面維持甲烷菌群的生命活動和氫烷轉(zhuǎn)化活性。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述的氫烷轉(zhuǎn)化單元位于沼氣發(fā)酵罐內(nèi)部發(fā)酵液面上方氣態(tài)空間內(nèi)，其側(cè)壁由致密的不銹鋼或碳鋼材料制成，與沼氣發(fā)酵罐壁緊密相連；其頂部和底部由便于氣體進出多孔的不銹鋼或碳鋼網(wǎng)(孔徑5-20目)材料構(gòu)成。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：所述網(wǎng)狀材料為多孔的不銹鋼或碳鋼網(wǎng)(孔徑5-20目)材料，網(wǎng)狀材料被固定在沼氣發(fā)酵罐內(nèi)部氣態(tài)空間內(nèi)，用于支撐負載甲烷菌群的多孔材料的微生物生物載體。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述多孔材料的微生物生物載體為粒徑10-50目多孔材料載體經(jīng)接枝改性方式引入活性官能團，使其增加對微生物的附著力。

8.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征在于：所述甲烷菌群由氫營養(yǎng)型甲烷菌和乙酸裂解型甲烷菌組成，兩類菌群共同完成氫氣、CO₂、乙酸類小分子有機酸轉(zhuǎn)為甲烷過程；其中氫營養(yǎng)型甲烷菌為Methanobacterium、Methanobrevibacter、Methanoregula和Methanospirllum；乙酸裂解型甲烷菌由Methanosaeta和Methanosarcina組成。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于：將所述多孔材料的微生物生物載體、菌群濃縮液和培養(yǎng)基混合，控制氫氣和CO₂的通入比例為4:1(v/v)的條件下35℃培養(yǎng)培養(yǎng)4-7天，完成甲烷菌群在多孔材料表面的成膜過程，即得具有氫烷轉(zhuǎn)化功能的甲烷菌群以生物膜的形式固定在多孔材料的微生物生物載體，其將多孔材料-甲烷菌群生物膜復合體轉(zhuǎn)入到氫烷轉(zhuǎn)化單元內(nèi)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述沼氣由沼氣生產(chǎn)單元(2)內(nèi)原料秸稈、畜禽糞便、餐廚垃圾、有機廢水中的一種或幾種產(chǎn)生，產(chǎn)生的沼氣CO₂濃度一般在50-70％范圍內(nèi)；根據(jù)CO₂檢測傳感器(4)實時監(jiān)測的沼氣中CO₂的濃度，經(jīng)過計算機控制反饋，確定氫氣實時供應量。