利用牛粪进行两相沼气发酵的产甲烷相产电装置及其产电方法，它属于微生物产电领域。本发明专利技术为牛粪应用提供一种新途径。本发明专利技术采用ＩＣ反应器作为阳极室。本发明专利技术方法如下：将牛粪经水解酸化相处理的发酵液通过进料口进入阳极反应室，同时接种微生物种群；阴极内装入浓度为０．５％的高锰酸钾溶液，在温度为３５℃下启动运行，用导线将外接电阻与阴、阳极相连，即刻会有电流产生。本发明专利技术装置结构简单，便于操作，方法获得电能稳定，而且产电启动迅速，最大输出功率可达１０５０ｍＷ／Ｍ３，输出电压稳定在４２０～４９０ｍＶ；为牛粪应用提供一种新途径；为将来牛粪生物质资源实现低品值物质向高品值能源高效化、多元化开发应用提供重要理论参考。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微生物产电领域。
技术介绍
随着社会主义新农村建设的不断深入开展，改善农民生活、调整农村产业结构已 成为一项重要内容。其中以沼气为核心的生态农业建设，是改善农村生活环境、调整农村能 源消费结构的有效措施。如何将农业废弃物资源高效化、清洁化、多元化的利用，是实现这 一目标的关键。 目前，在现有发酵工艺中两相厌氧发酵工艺是消化畜禽粪便等生物质废弃物 产沼气较为稳定、高效的发酵工艺。由于其将发酵过程的生物相分离，使得整个复杂 的厌氧发酵过程更易于进行生理、生态调控，可有效提高原料转化效率，获得较理想的 产气率。现有较为高效的产甲烷相反应器主要以第二及第三代厌氧生物反应器为代 表，如上流式厌氧污泥床(Upf lowAnaerobicSludgeBlanket， UASB)、升流式厌氧流化床 (UpflowFluidedBed，UFB)、内循环式反应器(InternalCyclicReactor， IC)等。由于产甲烷 相是两相发酵工艺消化产能的最后阶段，能否保证产甲烷相稳定运行，将直接影响发酵工 艺的平衡及效率，其主要影响生态因子包括与产酸相合适的有机负荷量、适合产甲烷菌群 代谢的ra调控等。此外，对发酵体系有毒有害物质的控制及沼气中C02、H2S气体的去除、净 化等都是优化发酵工艺的关键技术。而利用两相发酵处理牛粪同时产电却未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是针本专利技术的目的是为牛粪应用提供一种新途径；而提供了利用牛 粪进行两相沼气发酵的产甲烷相产电装置及其产电方法。本专利技术特点是利用以牛粪为发 酵底物经水解酸化相处理的发酵液进入产甲烷相进行微生物产电，实现了以第二及第三代 厌氧生物反应器作为产甲烷相进行微生物产电作用，对于整个发酵工艺不产生任何臭味气 体，还可获得稳定电能的输出。 本专利技术利用牛粪进行两相沼气发酵的产甲烷相产电装置由阳极室、第一阴极室、 第二阴极室、第一阳极、第二阳极、第一阴极、第二阴极、隔膜、第一外接电阻、第二外接电 阻、参比电极、pH酸度计、进料口和出料口构成，采用IC反应器作为阳极室，IC反应器包括 一级三相分离器、二级三项分离器、回流管、沼气排出管、沼气提升和布水器；所述阳极室与第一阴极室、第二阴极室之间分别用隔膜分开，第一阴极室位于第二阴极室之上，阳极室侧壁上设置第一阳极、第二阳极、参比电极和ra酸度计，在阳极室的侧壁靠近底壁处有一进料口，阳极室的侧壁上二级三相分离器的上部设有出料口 ；第一阴极室内设置第一阴极，第二阴极室设置第二阴极，第一阳极和第一阴极通过导线与第一外接电阻连接，第二阳极和 第二阴极通过导线与第二外接电阻连接。 本专利技术利用牛粪进行两相沼气发酵的产甲烷相产电装置的产电方法是是通过下 述步骤实现的一、将采集回来新鲜牛粪水解酸化，过滤，得到发酵液；二、将步骤一获得的 发酵液通入阳极室，发酵液的进料量是阳极室总体积的50% 60%，然后再加入稳定运行的 以处理牛粪为主的批次中温发酵沼气池内沼液(经检测富含产电微生物菌群)，同时加入碳 水化合物，其中所述稳定运行的以处理牛粪为主的批次中温发酵沼气池内沼液用量是阳极 室总体积的30% 40%，碳水化合物用量是发酵液质量的0. 01% 0. 02%，确保阳极室上部留有 100/。的储气空间，用磷酸缓冲液调节阳极室的pH值在7.0，所述微生物种群为产电微生物菌 群；三、再向阳极室内通入高纯氮气使阳极室内氧化还原电位低于-300mV，同时分别向第 一阴极室和第二阴极室内加入质量浓度为0. 5%的高锰酸钾溶液使第一阴极室和第二阴极 室的PH值在3 3. 5 ;四、再用导线分别将第一阳极和第一阴极与第一外接电阻连接在一起 及第二阳极和第二阴极与第二外接电阻连接在一起，35t:下启动运行，即刻有电流输出，启 动后广5天内会有气体产生，启动24h后电流稳定输出，即实现了利用牛粪进行两相沼气发 酵的水解酸化产电；其中步骤四中每间隔三个月更换阳极室内发酵液，使用外部排水法收 集气体。 本专利技术装置结构简单，便于操作。本专利技术所利用的产电微生物菌群来源于稳定运行的以处理牛粪为主的批次中温发酵沼气池内沼液，此方法产电启动迅速，并可维持体系ra值平稳变化及稳定的电能输出，最大输出功率可达1050mW/M 输出电压稳定在420 490mV，操作过程简单易行，具有很好的应用前景，同时开发了在牛粪资源化综合利用上的另一条技术途径，为将来牛粪生物质资源实现低品值物质向高品值能源高效化、多元化开发应用提供重要理论参考。 附图说明图1为利用牛粪进行两相沼气发酵的产甲烷相产电装置示意图；图2是图1阳极室的 左视剖视图；图3是具体实施方式i^一中装置上部的MFC极化曲线图，图中A表示电压，O 表示功率密度；图4是具体实施方式i^一中装置下部的MFC极化曲线图，图中A表示电压， O表示功率密度；图5是装置上部的960h电压输出变化图；图6是装置下部的960h电压输出变化图；图7是960h连续运行产电及反应体系ra值变化情况图。具体实施例方式具体实施方式一 本实施方式中利用牛粪进行两相沼气发酵的产甲烷相产电装 置，它由阳极室1、第一阴极室2、第二阴极室3、第一阳极4、第二阳极5、第一阴极6、第二阴 极7、隔膜8、第一外接电阻9、第二外接电阻10、参比电极11、pH酸度计12、进料口 13和出 料口 14构成，采用IC反应器(内循环式反应器，InternalCyclicReactor)作为阳极室l，IC反应器包括一级三相分离器l-l、二级三项分离器l-2、回流管l-3、沼气排出管l-4、沼气提升1-5和布水器1-6 ;所述阳极室1与第一阴极室2、第二阴极室3之间分别用隔膜8分开，第一阴极室2位于第二阴极室3之上，阳极室1侧壁上设置第一阳极4、第二阳极5、参比电极ii和ra酸度计12，在阳极室1的侧壁靠近底壁处有一进料口 13，阳极室1的侧壁上二级三相分离器1-3的上部设有出料口 14 ;第一阴极室2内设置第一阴极6，第二阴极室3设置第二阴极7，第一阳极4和第一阴极6通过导线与第一外接电阻9连接，第二阳极5和第二阴极7通过导线与第二外接电阻10连接。 本实施方式中的阳极室1还可以采用上流式厌氧污泥床(UpflowAnaerobicSludgeBlanket， UASB)或升流式厌氧流化床(Upf lowFluidedBed， UFB)。具体实施方式二 本实施方式与具体实施方式一不同的是所述第一阳极4和第二阳极5均为碳毡或石墨碳棒。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一或二不同的是所述第一阴极6为碳毡或石墨碳棒。其它与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是所述第二阴极7为碳毡或石墨碳棒。其它与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是所述参比电极ll为氯化银电极。其它与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是隔膜8为Nafionl17阳离子交换膜。其它与具体实施方式一至五之一相同。具体实施方式七本实施方式中利用牛粪进行两相沼气发酵的产甲烷相产电装置的产电方法是是通过下述步骤实现的一、将采集回来新鲜牛粪水本文档来自技高网...
【技术保护点】
利用牛粪进行两相沼气发酵的产甲烷相产电装置，它由阳极室（１）、第一阴极室（２）、第二阴极室（３）、第一阳极（４）、第二阳极（５）、第一阴极（６）、第二阴极（７）、隔膜（８）、第一外接电阻（９）、第二外接电阻（１０）、参比电极（１１）、ｐＨ酸度计（１２）、进料口（１３）和出料口（１４）构成，采用ＩＣ反应器作为阳极室（１），ＩＣ反应器包括一级三相分离器（１－１）、二级三项分离器（１－２）、回流管（１－３）、沼气排出管（１－４）、沼气提升（１－５）和布水器（１－６）；其特征在于采用ＩＣ反应器作为阳极室（１），阳极室（１）与第一阴极室（２）、第二阴极室（３）之间分别用隔膜（８）分开，第一阴极室（２）位于第二阴极室（３）之上，阳极室（１）侧壁上设置第一阳极（４）、第二阳极（５）、参比电极（１１）和ｐＨ酸度计（１２），在阳极室（１）的侧壁靠近底壁处有一进料口（１３），阳极室（１）的侧壁上二级三相分离器（１－３）的上部设有出料口（１４）；第一阴极室（２）内设置第一阴极（６），第二阴极室（３）设置第二阴极（７），第一阳极（４）和第一阴极（６）通过导线与第一外接电阻（９）连接，第二阳极（５）和第二阴极（７）通过导线与第二外接电阻（１０）连接。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：魏利，赵光，马放，张国栋，王哲，杨基先，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]
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