本發(fā)明涉及一種生物膜法降解煤礦低濃度瓦斯廢氣裝置及其控制方法，屬于煤礦安全和環(huán)境保護(hù)的。
背景技術(shù)：
1、瓦斯對(duì)大氣造成的溫室效應(yīng)是二氧化碳的20倍，對(duì)臭氧層的破壞是二氧化碳的7倍。抽排低濃度瓦斯的方法不能滿足生產(chǎn)安全的需要，且瓦斯的低利用率既造成了環(huán)境的污染又帶來能源的浪費(fèi)。傳統(tǒng)的瓦斯治理技術(shù)以抽放為主，目前發(fā)展到煤與瓦斯共采，高濃度抽采瓦斯可以用于發(fā)電，低濃度瓦斯仍然直接排放到大氣中。所以，研究開發(fā)新的降解煤礦低濃度瓦斯廢氣技術(shù)勢在必行。
2、微生物治理瓦斯是一條全新的道路。一方面它可以從根本上消除瓦斯隱患，使甲烷轉(zhuǎn)變成生命細(xì)胞物質(zhì)或相對(duì)安全的二氧化碳?xì)怏w，尤其對(duì)低濃度瓦斯的消除效果更為明顯。另一方面，可以使甲烷以生命細(xì)胞為媒介重新歸于地球上的碳循環(huán)圈，減少環(huán)境污染，更有利于煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，利用微生物降解煤礦瓦斯可以大大減少煤礦向大氣排放的瓦斯量，有利于改善溫室效應(yīng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種生物膜法降解煤礦低濃度瓦斯廢氣裝置，該裝置利用甲烷氧化菌降解甲烷的特性，控制甲烷氣體的穩(wěn)定和濕度，從而提高生物降解低濃度甲烷的效率，提高整體效果。本發(fā)明的另一個(gè)目的是通過對(duì)生物膜法降解煤礦低濃度瓦斯廢氣裝置的控制，提高低濃度瓦斯廢氣的吸收效率。
2、為解決以上問題，本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：一種生物膜法降解煤礦低濃度瓦斯廢氣裝置，包括微生物反應(yīng)器和氣體處理裝置；其中氣體處理裝置包括水箱和氣箱，在氣箱內(nèi)分別設(shè)有依次連通的濕濾空間、散濕空間和加熱空間，在濕濾空間內(nèi)設(shè)有若干濕濾網(wǎng)，散濕空間內(nèi)設(shè)有散濕材料，加熱空間內(nèi)設(shè)有第一加熱電阻絲；在水箱的底部通過管路和閥門連接旋轉(zhuǎn)分配器，旋轉(zhuǎn)分配器分別位于濕濾空間和散濕空間的頂部；在氣箱的兩側(cè)分別設(shè)有氣體入口管和氣體出口管，氣體入口管與濕濾空間連通，氣體出口管一端與加熱空間連通，另一端通過閥門與微生物反應(yīng)器連通。
3、微生物反應(yīng)器包括反應(yīng)箱、營養(yǎng)罐和廢液收集缸；在反應(yīng)箱內(nèi)設(shè)有生物填料；反應(yīng)箱上方設(shè)有營養(yǎng)罐，營養(yǎng)罐底部通過管路和閥門與旋轉(zhuǎn)分配器連通，旋轉(zhuǎn)分配器位于反應(yīng)箱內(nèi)腔上方；在反應(yīng)箱下方設(shè)有廢液收集缸，反應(yīng)箱下端通過管路和閥門與反應(yīng)箱內(nèi)腔相通，在反應(yīng)箱下端還設(shè)有排放管，排放管上設(shè)有閥門。
4、所述生物填料以泥炭土和陶粒填充，泥炭土粒徑為4～8mm，ph為5.5～6.5，含水量45%～60%，有機(jī)質(zhì)＞30%，密度為1.2mg/ml，泥炭土中富含分解不充分的植物殘?bào)w以及部分腐殖質(zhì)等有機(jī)質(zhì)，供菌液生長繁殖；填料表面放置培養(yǎng)完成的甲烷氧化菌菌液，通過生物填料中的營養(yǎng)物質(zhì)，甲烷氧化菌在填料表面掛膜生長；而陶粒直徑為3～5cm。
5、所述營養(yǎng)罐為漏斗形狀，其內(nèi)設(shè)有營養(yǎng)液；在營養(yǎng)罐的外表面包裹第二加熱電阻絲。
6、所述營養(yǎng)液內(nèi)含na+、p+、k+、fe3+、ga2+、mg2+。
7、根據(jù)上述生物膜法降解煤礦低濃度瓦斯廢氣裝置的控制方法，包括以下步驟：
8、1）首先通過井下輸送低濃度瓦斯廢氣進(jìn)入氣體處理裝置進(jìn)行除塵調(diào)溫和加濕；
9、2）計(jì)算出培養(yǎng)甲烷氧化菌的菌量和填料以及營養(yǎng)液的成分及數(shù)量，然后開始運(yùn)行；
10、3）加濕加熱的低濃度甲烷氣體逐漸通過微生物反應(yīng)器，待一定時(shí)間后，微生物在填料表面附著，逐漸增長、繁殖，最終形成完成的生物膜，并利用甲烷氧化菌對(duì)瓦斯廢氣進(jìn)行降解；
11、4）通過外部計(jì)算機(jī)控制營養(yǎng)罐下方閥門的開啟頻率，使生物膜上均勻噴灑營養(yǎng)液，以實(shí)現(xiàn)甲烷氧化菌的持續(xù)生長，快速降低低濃度甲烷；
12、5）未消耗的營養(yǎng)液連同甲烷氧化菌排出的代謝廢物，通過開啟反應(yīng)箱下方的閥門，排入到廢液收集缸內(nèi)。
13、本發(fā)明的生物膜法降解煤礦低濃度瓦斯廢氣裝置，采用上述結(jié)構(gòu)的有益效果為：
14、1、本發(fā)明摒棄了傳統(tǒng)的煤礦瓦斯處理技術(shù)，選擇采用生物膜法治理瓦斯，以從源頭上消除低濃度瓦斯氣體為目的，通過設(shè)計(jì)微生物反應(yīng)器來降解低濃度瓦斯，實(shí)現(xiàn)低濃度瓦斯廢氣的降解，有助于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展；
15、2、該技術(shù)工藝簡單、實(shí)施難度小、成本低、效率高、投資少、方便監(jiān)測、設(shè)備本身無污染；
16、3、本發(fā)明可以從根本上消除瓦斯隱患，使甲烷轉(zhuǎn)變成生命細(xì)胞物質(zhì)或相對(duì)安全的二氧化碳?xì)怏w，尤其對(duì)低濃度瓦斯的消除效果更為明顯；
17、4、本發(fā)明使甲烷以生命細(xì)胞為媒介重新歸于地球上的碳循環(huán)圈，減少環(huán)境污染，更有利于煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
1.一種生物膜法降解煤礦低濃度瓦斯廢氣裝置，其特征在于：包括微生物反應(yīng)器（1）和氣體處理裝置（2）；其中氣體處理裝置（2）包括水箱（21）和氣箱（22），在氣箱（22）內(nèi)分別設(shè)有依次連通的濕濾空間、散濕空間和加熱空間，在濕濾空間內(nèi)設(shè)有若干濕濾網(wǎng)（23），散濕空間內(nèi)設(shè)有散濕材料（24），加熱空間內(nèi)設(shè)有第一加熱電阻絲（25）；在水箱的底部通過管路和閥門連接旋轉(zhuǎn)分配器（4），旋轉(zhuǎn)分配器（4）分別位于濕濾空間和散濕空間的頂部；在氣箱（22）的兩側(cè)分別設(shè)有氣體入口管（26）和氣體出口管（27），氣體入口管（26）與濕濾空間連通，氣體出口管（27）一端與加熱空間連通，另一端通過閥門與微生物反應(yīng)器（1）連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物膜法降解煤礦低濃度瓦斯廢氣裝置，其特征在于：微生物反應(yīng)器（1）包括反應(yīng)箱（11）、營養(yǎng)罐（13）和廢液收集缸（14）；在反應(yīng)箱（11）內(nèi)設(shè)有生物填料（12）；反應(yīng)箱（11）上方設(shè)有營養(yǎng)罐（13），營養(yǎng)罐（13）底部通過管路和閥門與旋轉(zhuǎn)分配器（4）連通，旋轉(zhuǎn)分配器（4）位于反應(yīng)箱（11）內(nèi)腔上方；在反應(yīng)箱（11）下方設(shè)有廢液收集缸（14），反應(yīng)箱（11）下端通過管路和閥門與反應(yīng)箱（11）內(nèi)腔相通，在反應(yīng)箱（11）下端還設(shè)有排放管（15），排放管（15）上設(shè)有閥門。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物膜法降解煤礦低濃度瓦斯廢氣裝置，其特征在于：所述生物填料（12）以泥炭土和陶粒填充，泥炭土粒徑為4～8mm，ph為5.5～6.5，含水量45%～60%，有機(jī)質(zhì)＞30%，密度為1.2mg/ml，泥炭土中富含分解不充分的植物殘?bào)w以及部分腐殖質(zhì)等有機(jī)質(zhì)，供菌液生長繁殖；填料表面放置培養(yǎng)完成的甲烷氧化菌菌液，通過生物填料中的營養(yǎng)物質(zhì)，甲烷氧化菌在填料表面掛膜生長；而陶粒直徑為3～5cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物膜法降解煤礦低濃度瓦斯廢氣裝置，其特征在于：所述營養(yǎng)罐（13）為漏斗形狀，其內(nèi)設(shè)有營養(yǎng)液；在營養(yǎng)罐（13）的外表面包裹第二加熱電阻絲（16）。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物膜法降解煤礦低濃度瓦斯廢氣裝置，其特征在于：所述營養(yǎng)液（8）內(nèi)含na+、p+、k+、fe3+、ga2+、mg2+。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物膜法降解煤礦低濃度瓦斯廢氣裝置的控制方法，其特征在于包括以下步驟：