[发明专利]一种厌氧消化与MFC耦合提高甲烷合成效率的方法

说明书

本发明公开了一种厌氧消化与MFC耦合提高甲烷合成效率的方法，在提高厌氧消化甲烷合成效率的同时处置厌氧消化过程中产生的废弃沼液，所述的方法以废弃沼液为原料构建MFC并串联组成电池组，其阳极液中包含厌氧消化过程产生的废弃沼液；在厌氧消化反应器中加入电极，连接MFC电池组，在电极两端施加0.8V～1.6V电压的条件下沼液进行厌氧消化反应，间隔一定时间后更换MFC中的阳极液与阴极液，直至厌氧消化周期结束。本发明结合了厌氧消化和生物电化学系统的特点，所述的方法能有效处理发酵过程中的废弃沼液并提高生物甲烷合成效率，节约成本，保护环境，具有良好的经济和环境效益。

技术领域

本发明涉及一种厌氧消化产甲烷的方法，特别是涉及一种厌氧消化与MFC耦合提高生物甲烷合成效率的方法，属于生物能源领域。

背景技术

全球能源与环境问题日益严峻，新型清洁能源的开发与研究已成为全世界的热点。厌氧发酵技术可利用粪便、秸秆产生清洁的沼气，也是将其资源化利用的一条有效的途径。将粪便、秸秆等预处理后，经微生物厌氧发酵可产生清洁能源—甲烷。但厌氧消化过程中存在的甲烷产气速率低、甲烷浓度低和过程能耗高等问题，是人们急需解决的技术难点。另外，在厌氧消化中会产生的含有高浓度COD的沼液废水，处置难度大，成本高。若不能集中处理，会对水体、土壤造成严重的污染，危害环境。

微生物燃料电池(microbial fuel cell, MFC) 是利用微生物降解有机物并在有机物分解过程中将释放的化学能转化为电能的一种装置，具有底物广泛、反应条件温和、清洁高效等优点。

鉴于此，本发明利用厌氧消化过程中产生的废弃沼液为原料制成MFC产电，再利用所产的电能来促进厌氧消化系统生物甲烷的合成效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种厌氧消化与MFC耦合提高甲烷合成效率的方法，主要解决厌氧消化合成中甲烷速率低、成本高的问题，所述的方法能够利用废弃沼液制成MFC并与厌氧消化系统耦合来促进厌氧消化产甲烷的合成效率，同时解决废弃沼液处置问题，节约资源，保护环境。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种厌氧消化与MFC耦合提高甲烷合成效率的方法，其特征在于，构造一组MFC，其中阳极液中包含厌氧消化过程产生的废弃沼液，将MFC串联组成电池组；在厌氧消化反应器中加入电极，通过导线连接MFC电池组，MFC电池组的电压为0.8V～1.6V，在此电压的条件下在厌氧消化反应器中进行厌氧消化反应，收集甲烷气，间隔一定时间后更换MFC中的阳极液与阴极液，直至厌氧消化周期结束。

本发明所述的MFC装置优选为双室MFC，双室MFC由两个电极室组成，一个为厌氧室(阳极室)，另一个为好氧室(阴极室)，主要由阳极(材料)、阴极(材料)和分割材料等组成。其中阳极与阴极均优选为炭毡，分割材料包括质子膜、盐桥、玻璃珠、玻璃纤维和碳纸等。

本发明所述的MFC阳极液采用含有厌氧消化过程产生的废弃沼液及PBS，其比例优选为废弃沼液：PBS=1:2（体积比）。阴极液采用铁氰化钾溶液。

本发明的方法采用MFC与厌氧消化系统耦合以提高厌氧消化甲烷合成效率，所述的方法中，以厌氧消化过程产生的废弃沼液为原料制成MFC，将MFC串联后组成的电池组控制其电压范围在0.8V～1.6V波动。当MFC所产生的电压低于0.8V时更换阳极液与阴极液。

本发明所述的方法中，厌氧消化反应器中的电极，阳极优选为炭毡，阴极优选为钛网。

本发明所述的方法中，厌氧消化反应可以在20～60℃不同温度条件下进行，例如中温消化通常在30～38℃下，高温消化通常在50～55℃下进行。

本发明所述的方法将厌氧消化体系与MFC耦合后，产甲烷效率大大增加，总甲烷产量在中温与高温条件下分别提高约30.0%和20.0%以上。