[发明专利]一种控温好-厌氧耦合生物制氢装置和制氢方法

说明书

技术领域

本发明属于生物能源技术领域，具体涉及一种无动力控温好-厌氧耦合生物制氢装置。

本发明还涉及利用上述制氢装置进行生物制氢的方法。

背景技术

全球不可再生能源的日益枯竭和环境污染问题，对人类的生存和可持续发展构成了严重威胁，开发具有高附加值的清洁能源已成为研究热点。氢气作为高效、清洁、可再生的能源，受到人们的日益关注。

随着社会主义新农村建设的推进，村民生活水平提高的同时，带来了村镇环境污染问题和资源浪费。据报道，我国是世界上农村有机废弃物产出量最大的国家，每年大约有40多亿t，其中畜禽粪便排放量26.1亿t，农作物秸秆7.0亿t，废弃农膜等塑料2.5万t，蔬菜废弃物1-1.5亿t。其中，我国村镇生活源有机废弃物、人粪便、以及村镇服务业带来的有机垃圾量所占份额较大，造成村镇垃圾随意倾倒、粪土乱堆、柴草乱垛等现象，严重影响村容村貌和危害居民身体健康。

固体废弃物处理的目标是无害化、减量化和资源化。多种制氢方法中，生物制氢具有环境友好、底物范围广和工艺简单，能够产生具有高附加值的生物气能源等多重优越性。但是，现有生物制氢反应器存在预处理要求高、启动缓慢、运行不稳定、产气率低、能耗大和占地面积大等问题。因此，研发适合我国经济发展状况和村镇有机废弃物特征，具有“小型化、低成本、易操作”的厌氧反应装置不仅是研究热点，也是亟待解决的难点问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控温好-厌氧分室耦合生物制氢装置。

本发明的又一目的在于提供一种利用上述制氢装置进行生物制氢的方法。

为实现上述目的，本发明提供的控温好-厌氧耦合生物制氢装置，主要结构为：

一发酵罐，安装在底座上，该底座安装有360度可旋转万向轮和轮锁；

发酵罐的罐体一侧设有进料口，另一侧设有出料口；

发酵罐内部为好氧预处理室和发酵产氢室组成的双反应区结构，好氧预处理室和发酵产氢室中部设有单向可开启阀门；发酵罐的内壁安装有挡板；

发酵罐的罐体为双层结构，分别为包覆好氧预处理室和包覆发酵产氢室的两个独立夹层，夹层中充填有换热液体；两个夹层均各设有进液阀和放液阀，并通过管道连接形成控温层；

罐体中心贯穿有一纳米陶瓷膜滚轴，该纳米陶瓷膜滚轴的出气口连接气体收集装置；

所述的制氢装置，其中，好氧预处理室和厌氧产氢室内部安装有温度、pH值、溶解氧复合电极，对发酵过程中的指标进行实时测定，并将数据同步传输至控制面板进行显示；好氧预处理室和厌氧产氢室均设有采样口和视窗，方便采样和观察发酵罐体内部情况。

所述的制氢装置，其中，底座的支架上安装有太阳能电池板和储能供电装置，通过太阳能电池驱动发酵罐整体旋转实现物料搅拌，由变频器控制电机并调整发酵罐的转速。

所述的制氢装置，其中，底座与好氧预处理室之间通过止动环安装有可改变倾斜度的重力升降装置，好养预处理结束后，升高好氧预处理室一端的重力升降装置使物料通过单向可开启阀门进入厌氧产氢室。

所述的制氢装置，其中，发酵罐的一侧设有快开门结构的进料口，发酵罐相对应有另一侧设有快速出料口。

所述的制氢装置，其中，包覆好氧预处理室或包覆厌氧产氢室的夹层中设置有换热液体混合槽，进行换热液体的补充、流速控制和温度调节。

所述的制氢装置，其中，纳米陶瓷膜滚轴为不锈钢材质的中空网状滚轴，外层镀有纳米陶瓷膜用于生物气的收集和曝气；滚轴中部隔断，好氧预处理室一端与曝气装置连接，通过镀有纳米陶瓷膜的滚轴对好氧预处理室进行微纳米曝气，使物料和菌体均匀充氧；厌氧产氢室一端与气体组分分析系统和气体收集设备相连。

所述的制氢装置，其中，纳米陶瓷镀膜滚轴可通过反冲洗曝气以预防发酵罐堵塞，同时可作为好氧预处理室的曝气系统，实现有机废弃物的好-厌氧发酵耦合高效处理与资源化利用。

本发明提供的利用上述制氢装置进行生物制氢的方法：

将有机物破碎后装填入好氧预处理室于15-80℃进行腐解预处理，腐解后将物料经单向可开启阀门转移至发酵产氢室并加入产氢菌剂，于25-35℃进行发酵产氢；

制备得到的氢气通过纳米陶瓷膜滚轴收集到气体组分分析系统和气体收集设备，对生物气品质进行实时监控，并可将检测数据同步传输至控制系统。