[发明专利]一种利用沼液培养自养型淡水微藻提纯沼气的方法

说明书

技术领域

本发明属于清洁能源技术领域，具体涉及一种提纯沼气的方法。

背景技术

沼气发酵又称为厌氧消化、厌氧发酵，是指有机物质（如人畜家禽粪便、秸秆、杂草等）在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等可燃性混合气体（沼气）的过程。

但从沼气池中直接产出的沼气属于粗品沼气，甲烷含量仅为60%，二氧化碳含量则占30%-40%，还有少量硫化物杂质。是一种低热值气体，使用范围极其有限，且效率低。优质成品沼气需去除这部分CO₂，提高其成分中甲烷的相对含量，增加其热值。目前，国内外沼气纯化的技术主要是脱硫工艺，对于占较大比例的二氧化碳的去除还多停留在理论研究阶段。同时，发酵产生的沼液有机污染物比较多，BOD、COD等含量非常高，要做到达标排放，难度相当大。通常用沼液处理工艺有SBR（进水立即曝气反应、静置厌氧、然后再曝气、沉淀、出水、闲置）-接触生物氧化-沉淀池-MBR-消毒，才能达标排放。

工艺复杂，成本较高。

自养型微藻可在光合作用下固定CO₂，并利用无机氮、磷等无机盐为营养源，具有光合作用效率高、环境适应能力强、生长周期短、生物产量高的特点，它固定CO₂和储存太阳能的效率是陆生植物的10-50倍，是理想的生物质能源材料。

沼液中有较高含量的氮磷无机盐，本发明利用发酵的沼液作为自养型淡水微藻的培养基，同时把沼气中的CO₂作为自养型淡水微藻培养的CO₂来源，既解决了自养型淡水微藻培养的培养基成本问题，又提高了沼气的纯度和质量，还减少了沼液的环境污染，达到改善环境，增加经济、社会和生态效益的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种环保、清洁、成本低的沼气提纯方法。

本发明针对导致富营养化的蓝藻的利用以及自养型淡水微藻培养基的高成本问题及沼气发酵的废液问题和沼气中甲烷含量低的问题而提出的一种构建清洁无污染的能源循环的方法。

本发明提供的沼气提纯方法，是将沼气发酵和自养型淡水微藻光合培养结合，利用微藻的光合作用消耗沼气发酵产生二氧化碳，对发酵产生的沼气进行提纯；同时自养型淡水微藻收获作为沼气发酵的原料，是一种能源循环利用的方法。其步骤包括：沼气发酵、沼液的处理、自养型淡水微藻的接种和沼气的引入、微藻固定二氧化碳、自养型淡水微藻收获作为沼气发酵的原料；

1）沼气发酵：按现有常规方法将有机物质（如人畜家禽粪便、秸秆、杂草等，在一定的水分、温度和厌氧条件下）发酵获得沼气和沼液；

2）沼液的处理：对得到的沼液过滤，去除残余的固体颗粒，以水稀释沼液，至原沼液浓度的10%—100%，作为自养型淡水微藻的全营养培养基；

3）自养型淡水微藻的接种和沼气的引入：将处理后的沼液装入自养型淡水微藻培养用的光生物反应器，接入新鲜扩配的自养型淡水微藻藻种，将沼气从反应器底部引入光生物反应器； 

4）微藻固定二氧化碳：利用沼气中的CO₂作为碳源，进行光合自养生长固定CO₂方式的微藻培养，控制微藻培养的温度和光照强度，培养温度为20-30℃，自养型淡水微藻的一个生长周期在十二天左右，在培养早期（第1-3天）光照强度为1000Lx-2000Lx，到培养中后期（第4-12天）增大光强到4000Lx-8000Lx，12h/d连续光照；

5）自养型淡水微藻收获作为沼气发酵的原料：经过2-4周的培养，微藻生长停滞后，停止光照和引入沼气，对藻液进行气浮处理，上层较浓稠的微藻浆作为沼气发酵的原料；下层的稀藻液还可作为接种藻液。

本发明使用的自养型淡水微藻既可以来自于淡水域等野生环境，也可从各大藻种保藏中心或市售获得。具体藻种可以是耐二氧化碳浓度高的小球藻（Chlorella）以及给太湖流域造成重大困扰的蓝藻等。

本发明中，可通过沼气引入自养型淡水微藻培养的光生反应器的气体流速（100-500mL/min）及停留时间（30min-1h）来控制沼气的提纯度。其中气体流速越慢，停留时间越长，处理效果越好。

上述利用循环体系可按以下步骤进行：