[发明专利]基于碳减排CO2

说明书

基于碳减排CO₂生物合成甲烷的装置与方法，属于碳减排、能源回收领域。本发明的生物滤池主体为环形池体，环形池体的外层池体为清水池，环形池体的内层池体内由下至上依次设置有生物阳极、多孔基质及生物阴极，由内层池体、生物阳极、多孔基质及生物阴极组合构成生物电解池滤池，生物阳极和生物阴极均通过铜导线与外电路连接；单向排水管固定穿出生物电解池滤池侧壁的上部，生物电解池滤池通过单向排水管与清水池相通，处理水排水管固定穿出清水池侧壁的上部，生物电解池滤池的上方与排气烟道连通；进水管路的一端穿过清水池及生物电解池滤池侧壁与生物阳极的下方区域相通。本发明利用CO₂和污水有机污染物碳源生产甲烷，达成能源回收、碳减排的目的。

技术领域

本发明属于碳减排、能源回收领域，为一种利用生物电化学手段催化CO₂制备甲烷的技术，具体涉及一种基于碳减排CO₂生物合成甲烷的装置与方法。

背景技术

近年来，化石能源的大量应用导致大气中CO₂含量上升，引发了一系列问题，当务之急是解决温室气体排放问题，CO₂的回收再利用是其中重要的一环。利用CO₂生产甲烷是一个有效的技术手段。

传统生产甲烷的装置采用厌氧消化的技术手段，该手段主要利用乙酸生产甲烷，较少利用CO₂达不到碳减排的目的，且甲烷生产效率较低，实际检测表明，通常厌氧条件下降解1kgCOD约产生0.42～0.45Nm³左右的沼气，甲烷含量在60％左右，其热值在21.52×10³kJ/m³左右。甲烷产率不高的原因是：厌氧消化工艺会出现酸累积的问题，影响甲烷菌的活性；传统厌氧消化工艺中，原料CO₂来源于长链有机化合物的分解，CO₂产生较慢，不能推动产甲烷反应的进行；在厌氧消化手段制备甲烷的过程中，大多数甲烷制备反应过程经历产CO₂、H₂的中间步骤，甲烷菌进一步将中间产物CO₂、H₂转化为甲烷，而CO₂、H₂气体难以同时参与甲烷菌转化甲烷的反应。有相关人员研究，甲烷菌利用的反应物分类可分为三种：乙酸营养型；甲基营养型；H₂、CO₂营养型。厌氧消化手段主要利用乙酸营养型甲烷菌产甲烷，但乙酸营养型甲烷菌菌群部分菌种产甲烷仍需将乙酸分解为CO₂、H₂进行应用，而针对直接利用H₂、CO₂营养型甲烷菌产甲烷途径少有人研究。近年来引入的MEC手段生产甲烷，强化了厌氧消化的过程，尤其是强化氢的生成，既解决了酸累积的问题又为甲烷菌提供了原料。但针对H₂、CO₂均与相应甲烷菌达成高效利用的手段，尤其是相应的生物阴极，没有相关研究。

发明内容

本发明的目的在于针对传统生产甲烷的装置利用CO₂达不到碳减排及能源回收利用的问题，提出了一种基于碳减排CO₂生物合成甲烷的装置与方法。

本发明通过物理、化学、生物学、生物电化学等复合手段强化甲烷菌新陈代谢，主要利用甲烷菌实现二氧化碳与氢质子向甲烷的转化，达成碳减排、能源回收利用的目的，具有运行成本低、运行清洁、高效环保、碳减排等优点，能够更好的实现碳减排的目标。

本发明以甲烷菌为催化剂，利用烟气和有机废水生产甲烷这种能源气体，达到同步净化烟气、回收有机废水能源及净化出口烟气及有机废水的目的。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：