專利名稱：一種多層豎流式甲烷生物氧化裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及溫室氣體減排技術，特別是涉及到一種甲烷生物氧化的裝置。
背景技術：
溫室氣體(如二氧化碳、甲烷、N2O等)不斷增加所導致的全球變暖已成為世界關注的重大環境問題。其中，甲烷的全球增溫潛勢(GWP)是二氧化碳的23倍，占全球變暖份額的20％。而溫室氣體在大氣中的壽命分別為二氧化碳120年，甲烷12年，N2O 114年。可見，與控制其他溫室氣體相比，減排甲烷將起到立竿見影的效果。大氣中的甲烷來源主要包括濕地、稻田、反芻動物、垃圾填埋場、煤礦開采、天然氣泄漏等。土壤中存在甲烷氧化細菌可以將甲烷氧化為二氧化碳和水。然而，這一生物轉化過程必須有氧氣的參與才能完成。土壤孔隙中的氧氣來源于空氣的擴散作用，由于空氣的擴散作用較弱及細菌消耗氧氣，使得甲烷氧化細菌的活性及其活動范圍大大受限，一般情況下甲烷氧化細菌至出現在土壤表層50cm以內，制約了甲烷生物氧化在溫室氣體減排中的積極作用。
有少量研究采用生物氧化裝置(即反應器)將甲烷和空氣引入反應器，利用反應器內的填充介質表面附著的甲烷氧化細菌氧化甲烷、消耗氧氣，并生成二氧化碳和水。然而，反應器內部構造簡單，容易形成氣體短流，甲烷和氧氣混合不充分，不利于甲烷生物氧化在溫室氣體減排中進一步發揮作用。同時，填充介質密度一般在1g/cm3以上，自重隨反應器的增高而加大，導致底部孔隙減少，不利于氧氣和甲烷的流動，限制了反應器高度的增加。

發明內容
本發明的目的在于克服天然土壤中氧氣自由擴散能力較差，現有甲烷生物氧化裝置易短流、氣體混合不均勻以及填充介質密度較大反應器高度受限等缺陷，提供一種多層豎流式甲烷生物氧化裝置，本發明可用于垃圾填埋場、煤礦等甲烷集中排放源的甲烷減排。
為實現上述目的，本發明提供一種能使甲烷和氧氣強制豎向流動的裝置，從而強化甲烷生物氧化性能。該裝置主要包括反應器、空氣供應系統和甲烷供應系統。反應器由甲烷進氣口、空氣進氣口、布氣層、排氣口和填充介質構成；布氣層沿反應器高度以一定間隔設置，并設置為多層，其中布氣層材料為有一定強度的輕質多孔材料(如陶粒、爐渣、鋸末等)；填充介質為天然土壤和輕質多孔材料(如陶粒、爐渣、鋸末等)的混合物，其中含有甲烷氧化細菌和大量孔隙，且密度小于0.5g/cm3。甲烷供應系統由風機、輸氣管組成。空氣供應系統由風機、輸氣管組成。
本發明的工作原理是甲烷和空氣通過各自的供應系統強制進入反應器底部的布氣層，經混合的氣體沿填充介質中的孔隙向上流動；在流動過程中附著在填充介質中的甲烷氧化細菌不斷消耗利用混合氣體中的甲烷和氧氣，生成的二氧化碳和水不斷進入混合氣體；混合氣體到達上部布氣層后再次得到混合與重分布；由于布氣層設置為多層，混合氣體在反應器內的填充介質表面自下而上不斷的流動，每次遇到布氣層后氣體即得到一次混合重分布，減少了氣體的短流現象，為填充介質中的甲烷氧化細菌提供了便利的生長條件，甲烷在反應器內不斷得到分解，最終變為二氧化碳從排氣口排出。
本發明具有顯著的有益效果(1) 由于甲烷的GWP是二氧化碳的23倍，因此本發明通過將甲烷轉化為二氧化碳大大降低了其全球增溫潛勢，具有顯著的全球環境效應。
(2)本發明采用天然土壤和輕質多孔材料的混合物作為填充介質，布氣層均采用輕質多空材料，最大限度的降低反應器填料的自重，使得反應器高度可達3m以上，高于天然土壤的50cm，大大提高了甲烷氧化細菌的活性。
(3)本發明在反應器內沿高度方向設置多個布氣層，使得甲烷和氧氣在沿填充介質孔隙流動的過程中多次混合，減少了氣體的短流現象，增大了細菌分解甲烷的能力。
(4)本發明反應器內填料為多孔材料，氣體流動的沿程阻力較小，有利于氧氣和甲烷的流動。


圖1為本發明的結構示意圖具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本發明做進一步的描述，但本發明的實施方式不限于此。
實施例圖1示出了本發明的結構示意。由圖1可見，本多層豎流式甲烷生物氧化裝置包括反應器、甲烷供應系統和空氣供應系統。具體來講，反應器由甲烷進氣口I-1、布氣層I-2、空氣進氣口I-3、填充介質I-4、布氣層I-5、填充介質I-6、布氣層I-7、填充介質I-8和排氣口I-9構成。布氣層I-2、布氣層I-5和布氣層I-7為輕質多孔陶粒。填充介質I-4、填充介質I-6和填充介質I-8為含有甲烷氧化細菌和孔隙的森林土壤表層肥土和輕質多孔陶粒的混合物(混合比例為1∶1)。甲烷供應系統由風機II-1、輸氣管II-2組成。空氣供應系統由風機III-1、輸氣管III-2組成。
本發明裝置的工作過程是(1)甲烷通過風機II-1和輸氣管II-2，經反應器底部的甲烷進氣口I-1強制進入布氣層I-3；空氣通過風機III-1和輸氣管III-2，經反應器底部的空氣進氣口I-3強制進入布氣層I-3；甲烷和空氣在布氣層I-2得到初步混合。
(2)經混合的氣體沿填充介質I-4中的孔隙向上流動，在流動過程中附著在填充介質I-4中的甲烷氧化細菌不斷消耗利用混合氣體中的甲烷和氧氣，生成的二氧化碳和水不斷進入混合氣體。
(3)混合氣體到達布氣層I-5后，由于布氣層I-5的孔隙遠大于填充介質I-4，氣體在布氣層I-5內得到再次混合。
(4)混合后的氣體離開布氣層I-5向上進入填充介質I-6，沿填充介質I-6中的孔隙向上流動，在流動過程中附著在填充介質I-6中的甲烷氧化細菌不斷消耗利用混合氣體中的甲烷和氧氣，生成的二氧化碳和水不斷進入混合氣體。
(5)混合氣體到達布氣層I-7后，由于布氣層I-7的孔隙遠大于填充介質I-6，氣體在布氣層I-7內得到再次混合。
(6)混合后的氣體離開布氣層I-7向上進入填充介質I-8，沿填充介質I-8中的孔隙向上流動，在流動過程中附著在填充介質I-8中的甲烷氧化細菌不斷消耗利用混合氣體中的甲烷和氧氣，生成的二氧化碳和水不斷進入混合氣體。
(7)最終的混合氣體從排氣口I-9排出。
權利要求
1.一種多層豎流式甲烷生物氧化裝置，其特征在于裝置由反應器、甲烷供應系統和空氣供應系統組成，甲烷供應系統通過甲烷進氣口(I-1)與反應器相連，空氣供應系統通過空氣進氣口(I-3)與反應器相連。
2.根據權利要求1所述，反應器由甲烷進氣口(I-1)、布氣層(I-2)、空氣進氣口(I-3)、填充介質(I-4)、布氣層(I-5)、填充介質(I-6)、布氣層(I-7)、填充介質(I-8)和排氣口(I-9)構成。
3.根據權利要求2所述，布氣層由多孔輕質材料構成，并沿反應器內自下而上設置為多層。
4.根據權利要求2所述，填充介質(I-4，I-6，I-8)由含有甲烷氧化細菌的天然土壤和多孔輕質材料混合而成。
5.根據權利要求1和權利要求2所述，甲烷供應系統由風機II-1和輸氣管II-2組成，甲烷從反應器底部進入布氣層(I-2)。
6.根據權利要求1和權利要求2所述，空氣供應系統由風機III-1和輸氣管III-2組成，空氣從反應器底部進入布氣層(I-2)。
全文摘要
本發明公開了屬于溫室氣體減排技術范圍，提供一種多層豎流式甲烷生物氧化裝置，該裝置由反應器、甲烷氣體供應系統、空氣供應系統構成，通過氣體供應系統強制引導甲烷和空氣在裝置內自下而上沿填充介質孔隙流動，反應器內豎向設置多個布氣層可實現氣體的多次混合，并減少氣體短流，為填充介質中的甲烷氧化細菌提供了便利的生長條件，使得甲烷在裝置內不斷得到分解，最終變為二氧化碳從排氣口排出。
文檔編號B01D53/84GK101053766SQ20071007955
公開日2007年10月17日 申請日期2007年2月28日 優先權日2007年2月28日
發明者張相鋒 申請人:張相鋒