一种电催化的厌氧消化产甲烷的系统

本技术涉及固废资源化利用，具体涉及一种电催化的厌氧消化产甲烷的系统。

背景技术：

1、当今社会受到环境污染和能源短缺的双重挑战。根据有关资料显示，2018年化石燃料(煤炭、石油和天然气)占全球一次能源消费的84.7％，而可再生能源仅占4.0％。煤和石油等化石燃料的过度使用和巨大消耗引起了严重的环境、社会和经济问题，促使能源利用向污染物更少、可再生、可持续、更高效经济的替代燃料转变。因此，利用可再生的生物质资源制取生物燃料将是获得可持续能源供应的重要突破口。其中，高浓度有机废弃物厌氧消化产甲烷技术因废弃物处理、能源回收和生态良性循环为一体的巨大优势，受到了广泛的关注。

2、高浓度有机废弃物因其具有良好的生物降解性和高甲烷潜力被认为是理想的厌氧消化基质。但是，大量研究发现高浓度有机废弃物厌氧消化系统长期运行时易受挥发性脂肪酸(vfa)抑制、氨氮抑制和长链脂肪酸的影响，稳定性较差。其中，vfa抑制被认为是影响高浓度有机废弃物消化工艺稳定性的首要因素，它在厌氧消化反应器中的表现为vfa大量积累、ph急剧下降，因此造成厌氧消化系统环境的酸败，从而造成甲烷的产量下降，极大地限制了该技术的发展和应用。

3、对于厌氧消化过程中出现的酸抑制现象，通常的处理方法有：1)向厌氧消化体系中添加缓冲溶液，虽然它可以有效的中和反应体系中产生的挥发性脂肪酸，但是也会相应的增加沼液和沼渣中的无机盐含量，对于沼肥的利用极为不利。2)两相厌氧消化工艺，将产酸相与产甲烷相分开两个反应体系，是解决产酸相和产甲烷相不平衡问题的一种行之有效的工艺，但是由于两相厌氧消化工艺复杂，占地面积较大，还需要更多的工程验证，且对操作人员的要求较高。3)生物预处理和添加生物炭两种技术，鉴于目前高成本的外源添加物，导致成本较高。4)培养耐酸型产甲烷菌是一个还未成熟的技术，存在菌种退化的风险。综上所述，现有高浓度有机废弃物厌氧消化产甲烷技术还存在有机负荷偏低和易酸败的问题。

技术实现思路

1、本实用新型所要解决的是现有高浓度有机废弃物厌氧消化产甲烷的过程中存在有机负荷偏低和易酸败的问题，提供一种电催化的厌氧消化产甲烷的系统。

2、为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

3、一种电催化的厌氧消化产甲烷的系统，包括厌氧发酵罐、电动搅拌棒、电极阳极、电极阴极、可控电源、ph值传感器、温度传感器、进出料瓶、正反转蠕动泵、集气袋、干燥滤管、沼气流量计、冷却盘管、冷却水瓶、冷却水泵、加热垫和控制柜；厌氧发酵罐中空密闭腔体，厌氧发酵罐的上方开设有进料口和集气口；电动搅拌棒、电极阳极和电极阴极设置在厌氧发酵罐的内腔中，其中电动搅拌棒位于厌氧发酵罐内腔的中部，电极阳极和电极阴极在厌氧发酵罐的内腔相互远离；电极阳极和电极阴极分别与可控电源的正极和负极相连；ph值传感器和温度传感器安装在厌氧发酵罐的内腔中；进出料瓶的出口经由进料管道与厌氧发酵罐上的进料口相连通，且进料管道上设有正反转蠕动泵；厌氧发酵罐上的集气口经由集气管道与集气袋的入口相连通，且集气管道上设有沼气流量计和干燥滤管；冷却盘管紧贴设置于厌氧发酵罐的下方；冷却盘管的入端通过冷水管道与冷却水瓶的出口相连通，冷却盘管的出端通过冷水管道与冷却水瓶的入口相连通；冷水管道上设有冷却水泵；加热垫紧贴设置于冷却盘管的下方；控制柜内设有数据采集模块、控制模块和上位机；数据采集模块的输入端与可控电源、ph值传感器、温度传感器、沼气流量计相连，数据采集模块的输出端与上位机相连；上位机与控制模块的输入端相连，控制模块的输出端与厌氧发酵罐内的电动搅拌棒、可控电源、正反转蠕动泵、冷却水泵和加热垫相连。

4、上述方案中，电极阳极为碳刷材质，电极阴极为泡沫镍材质。

5、上述方案中，厌氧发酵罐为玻璃材质。

6、上述方案中，干燥滤管在集气管道上位于靠近厌氧发酵罐的一侧，沼气流量计在集气管道上位于靠近集气袋的一侧。

7、与现有技术相比，本实用新型具有如下特点：

8、1、电催化的厌氧消化产甲烷系统可以强化嗜氢产甲烷菌在厌氧体系的活性和丰度，保证体系内产氢产乙酸作用顺利进行，为嗜氢产甲烷菌提供氢离子或氢气，因而显著增强产甲烷效率，有效平衡厌氧处理系统的酸度，为厌氧产甲烷系统对外界环境因子的冲击提供保障。

9、2、使用阴极和阳极共用一室的单室设计，避免了双室反应器因为隔离膜污堵而引起效率降低的问题。

10、3、加入了控制柜，达到实时监测和控制厌氧消化过程中的气体流量、温度、ph值、外加电压、搅拌转速目的，使得反应器更易于操作，提高了工作效率。

11、4、在电催化条件下，原位驯化的电活性厌氧微生物系统能够降解高挥发性脂肪酸(vfa)含量的基质，转化成甲烷含量稳定高于75％的沼气。

技术特征：

1.一种电催化的厌氧消化产甲烷的系统，其特征是，包括厌氧发酵罐(1)、电动搅拌棒(2)、电极阳极(3)、电极阴极(4)、可控电源(5)、ph值传感器(6)、温度传感器(7)、进出料瓶(8)、正反转蠕动泵(9)、集气袋(10)、干燥滤管(11)、沼气流量计(12)、冷却盘管(13)、冷却水瓶(14)、冷却水泵(15)、加热垫(16)和控制柜；

2.根据权利要求1所述的一种电催化的厌氧消化产甲烷的系统，其特征是，电极阳极(3)为碳刷材质，电极阴极(4)为泡沫镍材质。

3.根据权利要求1所述的一种电催化的厌氧消化产甲烷的系统，其特征是，厌氧发酵罐(1)为玻璃材质。

4.根据权利要求1所述的一种电催化的厌氧消化产甲烷的系统，其特征是，干燥滤管(11)在集气管道上位于靠近厌氧发酵罐(1)的一侧，沼气流量计(12)在集气管道上位于靠近集气袋(10)的一侧。

技术总结
本技术公开一种电催化的厌氧消化产甲烷的系统，包括厌氧发酵罐、电动搅拌棒、电极阳极、电极阴极、可控电源、pH值传感器、温度传感器、进出料瓶、正反转蠕动泵、集气袋、干燥滤管、沼气流量计、冷却盘管、冷却水瓶、冷却水泵、加热垫和控制柜。电催化的厌氧消化产甲烷系统可以强化嗜氢产甲烷菌在厌氧体系的活性和丰度，保证体系内产氢产乙酸作用顺利进行，为嗜氢产甲烷菌提供氢离子或氢气，因而显著增强产甲烷效率，有效平衡厌氧处理系统的酸度，为厌氧产甲烷系统对外界环境因子的冲击提供保障。

技术研发人员：蒋东云,康厚智,刘志男,梁家伟,陈哲,陈荣斌
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：20230321
技术公布日：2024/1/15