[发明专利]利用牛粪进行两相沼气发酵的产甲烷相产电装置及其产电方法

权利要求书

1.利用牛粪进行两相沼气发酵的产甲烷相产电装置，它由阳极室(1)、第一阴极室(2)、 第二阴极室(3)、第一阳极(4)、第二阳极(5)、第一阴极(6)、第二阴极(7)、隔膜 (8)、第一外接电阻(9)、第二外接电阻(10)、参比电极(11)、pH酸度计(12)、进料口 (13)和出料口(14)构成，采用内循环式反应器作为阳极室(1)，内循环式反应器包括一 级三相分离器(1-1)、二级三项分离器(1-2)、回流管(1-3)、沼气排出管(1-4)、沼气提 升(1-5)和布水器(1-6)；其特征在于采用内循环式反应器作为阳极室(1)，阳极室(1) 与第一阴极室(2)、第二阴极室(3)之间分别用隔膜(8)分开，第一阴极室(2)位于第 二阴极室(3)之上，阳极室(1)侧壁上设置第一阳极(4)、第二阳极(5)、参比电极 (11)和pH酸度计(12)，在阳极室(1)的侧壁靠近底壁处有一进料口(13)，阳极室 (1)的侧壁上二级三相分离器(1-3)的上部设有出料口(14)；第一阴极室(2)内设置第 一阴极(6)，第二阴极室(3)设置第二阴极(7)，第一阳极(4)和第一阴极(6)通过导 线与第一外接电阻(9)连接，第二阳极(5)和第二阴极(7)通过导线与第二外接电阻 (10)连接。

2.根据权利要求1所述利用牛粪进行两相沼气发酵的产甲烷相产电装置，其特征在于所述 第一阳极(4)和第二阳极(5)均为碳毡或石墨碳棒。

3.根据权利要求1或2所述利用牛粪进行两相沼气发酵的产甲烷相产电装置，其特征在于 所述第一阴极(6)和第二阴极(7)为碳毡或石墨碳棒。

4.根据权利要求3所述利用牛粪进行两相沼气发酵的产甲烷相产电装置，其特征在于所述 参比电极(11)为氯化银电极。

5.根据权利要求1、2或4所述利用牛粪进行两相沼气发酵的产甲烷相产电装置，其特征在 于隔膜(8)为Nafion117阳离子交换膜。

6.采用权利要求1所述利用牛粪进行两相沼气发酵的产甲烷相产电装置的产电方法，其特 征在于利用牛粪进行两相沼气发酵的产甲烷相产电装置的产电方法是通过以下步骤实现的： 一、将采集回来新鲜牛粪水解酸化，过滤，得到发酵液；二、将步骤一获得的发酵液通入阳 极室，发酵液的进料量是阳极室(1)总体积的50％～60％，然后再加入稳定运行的以处理牛 粪为主的批次中温发酵沼气池内沼液，同时加入碳水化合物，其中所述稳定运行的以处理牛 粪为主的批次中温发酵沼气池内沼液用量是阳极室(1)总体积的30％～40％，碳水化合物用 量是发酵液质量的0.01％～0.02％，确保阳极室(1)上部留有10％的储气空间，用磷酸缓冲 液调节阳极室(1)的PH值在7.0，所述沼液富含产电微生物菌群；三、再向阳极室内通入 高纯氮气使阳极室内氧化还原电位低于-300mV，同时分别向第一阴极室(2)和第二阴极室 (3)内加入质量浓度为0.5％的高锰酸钾溶液使第一阴极室(2)和第二阴极室(3)的PH 值在3～3.5；四、再用导线分别将第一阳极(4)和第一阴极(6)与第一外接电阻(9)连接 在一起及第二阳极(5)和第二阴极(7)与第二外接电阻(10)连接在一起，35℃下启动运 行，即刻有电流输出，启动后1～5天内会有气体产生，启动24h后电流稳定输出，即实现了 利用牛粪进行两相沼气发酵的水解酸化产电；其中步骤四中每间隔三个月更换阳极室(1) 内发酵液，使用外部排水法收集气体。

7.根据权利要求6所述利用牛粪进行两相沼气发酵的产甲烷相产电装置的产电方法，其特 征在于步骤一所述新鲜牛粪为含纤维素类物质且未经任何处理的新鲜牛粪便。

8.根据权利要求6或7所述利用牛粪进行两相沼气发酵的产甲烷相产电装置的产电方法， 其特征在于步骤二所述的碳水化合物为葡萄糖或蔗糖。

9.根据权利要求8所述利用牛粪进行两相沼气发酵的产甲烷相产电装置的产电方法，其特 征在于步骤一中新鲜牛粪水解酸化是在30～37℃条件下发酵5～10天。