本發(fā)明涉及是一種應(yīng)用于厭氧系統(tǒng)中的安全主動控制裝置及方法，屬于生物能源中的厭氧發(fā)酵系統(tǒng)安全控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
確保厭氧條件的穩(wěn)定性，是確保易燃易爆氣體開采與輸送安全的重要因素。目前對厭氧空間的實(shí)時監(jiān)控與保護(hù)多通過電控手段完成。但是在野外環(huán)境、地下狹小空間、或者無法穩(wěn)定提供電源的條件下，電控技術(shù)多存在持續(xù)供電難、傳感器布置難、環(huán)境干擾大等技術(shù)難題。因此需要一種既不需要持續(xù)能源供給，又能對厭氧空間內(nèi)的氧濃度做出及時響應(yīng)的主動控制技術(shù)，提高氣體能源開采的可靠性與安全性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種生物法厭氧環(huán)境安全主動控制裝置及方法，能夠利用微生物實(shí)現(xiàn)對厭氧空間含氧量主動響應(yīng)，同時不需要外部能源持續(xù)供給。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
一種生物法厭氧環(huán)境安全主動控制裝置，包括承壓混合氣氣倉、恒壓配重、生物密封凝膠、氧濃度增益膜；其中：
所述承壓混合氣氣倉內(nèi)充滿預(yù)混氣體，并且與厭氧環(huán)境連接；
所述恒壓配重設(shè)置于承壓混合氣氣倉內(nèi)，用于保持承壓混合氣氣倉一直處于正壓狀態(tài)；
所述生物密封凝膠和氧濃度增益膜設(shè)置在承壓混合氣氣倉和厭氧環(huán)境的連接處，且氧濃度增益膜位于厭氧環(huán)境的一側(cè)，生物密封凝膠位于承壓混合氣氣倉一側(cè)；所述氧濃度增益膜用于吸收厭氧環(huán)境中的氧氣，所述生物密封凝膠用于將生物密封凝膠和氧濃度增益膜的連接處保持密封或者解除密封。
所述氧濃度增益膜由含銀材料復(fù)合制成。
所述生物密封凝膠由好氧菌與其對應(yīng)的培養(yǎng)基混合制成。
所述厭氧環(huán)境設(shè)置有泄壓閥。
一種生物法厭氧環(huán)境安全主動控制方法，當(dāng)厭氧環(huán)境遭到氧氣滲透，厭氧環(huán)境氣相空間氧氣含量升高達(dá)到臨界條件時，氧濃度增益膜吸附厭氧環(huán)境中的氧氣，降低厭氧環(huán)境中的氧氣濃度，并將氧氣傳遞到生物密封凝膠上，生物密封凝膠上的好氧菌由休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)為活躍狀態(tài)，此時好氧菌利用氧氣和培養(yǎng)基中的營養(yǎng)完成有氧呼吸，實(shí)現(xiàn)新陳代謝，在此過程中生物密封凝膠被快速降解，使原本密封的通道內(nèi)外聯(lián)通；此時承壓混合氣氣倉中預(yù)混氣在恒壓配重的作用下進(jìn)入?yún)捬醐h(huán)境及時降低環(huán)境中氧氣濃度，確保厭氧環(huán)境安全。
當(dāng)承壓混合氣氣倉與厭氧環(huán)境聯(lián)通時，打開泄壓閥，使得承壓混合氣氣倉和厭氧環(huán)境壓力相等，體系平衡。
有益效果：本發(fā)明提供的生物法厭氧環(huán)境安全主動控制裝置及方法，能夠利用微生物自主判斷厭氧系統(tǒng)中游離氧濃度，當(dāng)氧濃度達(dá)到安全臨界水平時，微生物通過有氧代謝解除生物密封凝膠的封閉，混合氣進(jìn)入?yún)捬醐h(huán)境及時控制環(huán)境中氧氣濃度。具有以下特點(diǎn)：1)能夠主動識別厭氧環(huán)境的氧濃度變化，控制自主化；2)技術(shù)實(shí)施無需外部能源供給，穩(wěn)定性高；3)技術(shù)實(shí)施成本低，符合產(chǎn)業(yè)化要求。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
如圖1所示為一種生物法厭氧環(huán)境安全主動控制裝置，包括承壓混合氣氣倉1、恒壓配重2、生物密封凝膠3、氧濃度增益膜4；其中：
承壓混合氣氣倉1內(nèi)充滿預(yù)混氣體，并且與厭氧環(huán)境5連接；
恒壓配重2設(shè)置于承壓混合氣氣倉1內(nèi)，用于保持承壓混合氣氣倉1一直處于正壓狀態(tài)；
生物密封凝膠3和氧濃度增益膜4設(shè)置在承壓混合氣氣倉1和厭氧環(huán)境5的連接處，且氧濃度增益膜4位于厭氧環(huán)境5的一側(cè)，生物密封凝膠3位于承壓混合氣氣倉1一側(cè)；所述氧濃度增益膜4用于吸收厭氧環(huán)境5中的氧氣，所述生物密封凝膠3用于將生物密封凝膠3和氧濃度增益膜4的連接處保持密封或者解除密封；
氧濃度增益膜4由含銀材料復(fù)合制成，能吸附厭氧環(huán)境的游離氧，起到降低厭氧環(huán)境5中氧濃度的作用；
生物密封凝膠3由好氧菌與其對應(yīng)的培養(yǎng)基混合制成，當(dāng)好氧菌進(jìn)入活性狀態(tài)，能快速消耗凝膠中的養(yǎng)分，將生物密封凝膠3的密封狀態(tài)解除；其中，好氧菌不限于具體好氧菌菌種，可根據(jù)工程與生產(chǎn)需要，選擇具有氧代謝能力的菌種；
厭氧環(huán)境5設(shè)置有泄壓閥6，用于當(dāng)承壓混合氣氣倉1與厭氧環(huán)境5聯(lián)通時，打開泄壓閥6，使得承壓混合氣氣倉1和厭氧環(huán)境5壓力相等，體系平衡。
一種生物法厭氧環(huán)境安全主動控制方法，當(dāng)厭氧環(huán)境5遭到氧氣滲透，厭氧環(huán)境5氣相空間氧氣含量升高達(dá)到臨界條件時，氧濃度增益膜4吸附厭氧環(huán)境5中的氧氣，降低厭氧環(huán)境5中的氧氣濃度，并將氧氣傳遞到生物密封凝膠3上，生物密封凝膠3上的好氧菌由休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)為活躍狀態(tài)，此時好氧菌利用氧氣和培養(yǎng)基中的營養(yǎng)完成有氧呼吸，實(shí)現(xiàn)新陳代謝，在此過程中生物密封凝膠3被快速降解，使原本密封的通道內(nèi)外聯(lián)通；此時承壓混合氣氣倉1中預(yù)混氣在恒壓配重2的作用下進(jìn)入?yún)捬醐h(huán)境5及時降低環(huán)境中氧氣濃度，確保厭氧環(huán)境安全；并通過泄壓閥6使厭氧環(huán)境5和承壓混合氣氣倉1壓力相同，實(shí)現(xiàn)對厭氧空間氧濃度異常的主動響應(yīng)。
實(shí)施例
根據(jù)下述步驟實(shí)現(xiàn)本發(fā)明：
(1)選定好氧菌菌種，確定菌種對氧濃度的敏感水平obio％vol，并由好氧菌與其對應(yīng)的培養(yǎng)基混合制成生物密封凝膠3；
本實(shí)施例中，選擇酵母菌為耗氧菌種，對應(yīng)生物密封凝膠培養(yǎng)基可采用：可溶性淀粉20g，kno31g，nacl0.5g，k2hpo4·3h2o0.5g,mgso4·7h2o0.5g,feso4·7h2o0.01g,水1000ml,ph7.4-7.6,瓊脂20g。
(2)確定厭氧環(huán)境1氧濃度安全臨界水平ocont％vol；
(3)結(jié)合步驟(1)、(2)，計(jì)算氧濃度放大倍數(shù)t，定制氧濃度增益膜4；
t＝ocont/obio
(3)將生物密封凝膠3和氧濃度增益膜4置于承壓混合氣氣倉1和厭氧環(huán)境5的連接處，并且氧濃度增益膜4位于厭氧環(huán)境5一側(cè)，生物密封凝膠3位于承壓混合氣氣倉1一側(cè)；
(6)承壓混合氣氣倉1常規(guī)下充滿預(yù)混氣，在恒壓配重2作用下，長期處于正壓、靜止?fàn)顟B(tài)；其中，預(yù)混氣的體積百分比組成為：n290％，h210％；
(7)當(dāng)厭氧環(huán)境5氧濃度高于臨界值，生物密封凝膠3上的好氧菌由休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)為活躍狀態(tài)，此時好氧菌利用氧氣和營養(yǎng)完成有氧呼吸，實(shí)現(xiàn)新陳代謝，在此過程中生物密封凝膠3被快速降解，對承壓混合氣氣倉1的密封解除；
(8)承壓混合氣氣倉1預(yù)混氣進(jìn)入?yún)捬醐h(huán)境5及時降低環(huán)境中氧氣濃度，確保厭氧環(huán)境安全，并通過泄壓閥6使厭氧環(huán)境5和承壓混合氣氣倉1壓力相同，實(shí)現(xiàn)對厭氧空間氧濃度異常的主動響應(yīng)。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。