[发明专利]发酵生物制氢剩余液产烷与杀菌后循环利用方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及发酵生物制氢剩余液循环利用方法，尤其是涉及一种发酵生物制氢剩余液产烷与杀菌后循环利用方法及系统。

背景技术

当今世界，能源危机日益严峻。世界各国正在大力开发新型可再生替代能源。氢气用途广泛，可作为飞机、火箭、汽车等的高能燃料，同时也是化工合成、炼油重整、煤的液化和甲烷化、甲醇合成、航空航天以及金属冶金、焊接等领域的重要原料，被认为是最有吸引力的新型替代能源之一。

发酵生物制氢技术是新型可再生能源开发的热点技术，同时又是再生利用各种有机废弃物、解决环境污染的重要途径。与化学法制氢相比，发酵生物制氢具有清洁、节能、不消耗化石能源等许多突出的优点，研究重点是对各种植物、有机废水、有机废弃物等可再生生物质资源进行再生利用。

发酵生物制氢过程在产生氢气的同时，也产生许多有机酸和醇等副产品，同时，在剩余液中还有许多不能被产氢细菌降解利用的剩余原料。有机酸、醇和剩余原料可以继续用于生产甲烷，产烷细菌可以利用发酵生物制氢剩余液中的绝大部分有机物，这些有机物的深度利用，尤其是有机酸的深度分解利用可以大大提高发酵液体的pH值。

与此同时，发酵生物制氢过程的pH是必需加以调控的重要环境因子。在一个高效发酵生物制氢系统内，pH必然呈下降趋势，这是由于各种有机酸伴随着氢气产生，而产氢细菌不能进一步利用有机酸，从而引起有机酸累积并导致pH降低。pH太低会抑制产氢细菌生长和降低酶活性，甚至导致产物殊异，长期胁迫将导致产氢细菌日渐式微，乃至灭亡，引起整个系统的崩溃。

目前的pH调控方法一般采用各种化学物质进行，如NaOH、KOH、Na₂CO₃、NaHCO₃、NH₄OH、Ca(OH)₂等，优点是用量少，见效快。但利用化学物质调控pH存在很多负面因素：化学物质的使用使制氢成本大幅提高，不利于在发展中国家和地区应用；化学物质对产氢细菌及后继使用中其他功能细菌(如产烷细菌)有毒害作用，大量投加会严重影响细菌的生理活性；化学物质的存在影响产氢/产烷余液的处理或利用，这些化学物质最终会污染受地环境，如使盐度升高等，尤其对集中式规模化系统来说，“后顾之忧”将更加严重。

发明内容

为了解决发酵生物制氢过程对原料的生物降解率低、剩余液中的有机酸和醇及未降解的原料排放会造成环境污染、制氢过程引起pH下降并需要高成本且有危害的化学物质加以调控等技术问题，本发明的目的在于提供一种发酵生物制氢剩余液产烷与杀菌后循环利用方法及系统，利用发酵生物制氢的剩余液进行甲烷生产并获得pH较高的产烷剩余液，再利用杀菌技术杀灭产烷剩余液中的产烷细菌，最后用于调控发酵生物制氢过程的pH，实现循环利用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、一种发酵生物制氢剩余液产烷与杀菌后循环利用方法：

原料先在主产氢池产氢，接着进入副产氢池进一步产氢，再将副产氢池的剩余液依次输入主产烷池和副产烷池，利用剩余液中的有机酸和醇以及产氢过程未降解的原料生产甲烷，尤其使有机酸彻底分解，将副产烷池的pH控制在7.0～9.0之间，再利用紫外线杀菌灯杀灭副产烷池中的产烷细菌，最后将副产烷池的剩余液返回到主产氢池以提高产氢环境的pH，解决发酵生物制氢过程伴随氢气产生的有机酸引起pH下降而抑制产氢过程的问题，实现发酵生物制氢剩余液的循环利用。

二、一种发酵生物制氢剩余液产烷与杀菌后循环利用系统：

包括产氢池和产烷池；第一隔板将产氢池分成主产氢池和副产氢池，主产氢池上端连有进料泵和氢气输出管，主产氢池和副产氢池上端通过第一泵单向联接；第二隔板将产烷池分成主产烷池和副产烷池，主产烷池上端连有甲烷输出管，主产烷池和副产烷池上端通过第二泵单向联接；副产氢池下端通过第三泵与主产烷池上端单向联接；副产氢池上端设有紫外线杀菌灯，副产烷池下端通过第四泵与主产氢池上端单向联接，副产氢池下端设有排放泵。

本发明具有的有益的效果是：

1.发酵生物制氢过程在主产氢池和副产氢池分两步完成，保证原料有足够的时间分解，充分提高氢气产量和原料利用率，提高系统的经济效益；

2.发酵生物制氢过程新产生的有机酸、醇与难分解的原料等有机物在产烷池进行甲烷生产，进一步分解有机物，达到深度处理的目的，避免排放引起的环境污染问题，同时生产出来的甲烷也是重要的能源，提高系统的经济效益；

3.产烷过程也在主产烷池和副产烷池分两步完成，保证原料有足够的时间分解，尤其充分分解有机酸，提高发酵液的pH值，为循环利用提供保障；