專利名稱：一種半連續流式微生物發酵制氫裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種微生物高效發酵制氫裝置，具體的是ー種半連續流式的發酵反應器裝置。
背景技術：
當今世界經濟的高速發展高度依耐化石能源，其需求量占總能量需求的80%，有限的化石能源在不久的將來將被迅速耗盡。化石能源是不可再生的，而且化石能源的利用不 可避免地會對環境造成嚴重的污染，開發和利用清潔的可再生能源自上世紀以來就一直成為各國研究機構致カ研究的方向。氫以其清潔、高效、安全、可持續的特性，被視為本世紀最具發展潛力的清潔能源。制氫方法有很多，但是相比之下，生物制氫有其獨特的優勢。生物制氫技術反應條件溫和、能耗低、清潔無污染，且可以以廢棄的生物質資源或有機廢水為原料，能夠妥善地解決能源與環境的矛盾，因而成為各國科學家聚焦的熱點研究領域。生物制氫是利用微生物自身的生理作用，在一定的環境條件下，通過新陳代謝獲得氫氣。生物制氫技術主要包括光驅動過程和發酵產氫エ藝兩種路線，前者利用光合細菌直接將太陽能轉化為氫氣，其光能利用效率較低，光反應器設計困難，成本亦較高；而后者是利用產氫菌的厭氧發酵，其底物轉化率高，產氫速率快，反應器設計相對簡單，相對于前者更容易在短期實現應用。相比于傳統的批示發酵存在發酵周期的特點，研制出ー種具有高效、持續產氫能力的微生物發酵制氫裝置是ー種必然趨勢。
發明內容本申請的目的是針對現有技術中存在的批式微生物產氫效率低下的問題，提供一種半連續式微生物發酵制氫裝置，該裝置結構簡單緊湊、產氫持續高效。本實用新型的技術方案是ー種半連續流式微生物發酵制氫裝置，由原料池、蠕動進料泵、發酵反應器、NaOH反應器、氣體干燥器、氣體流量計、儲氣裝置串聯組成，所述的發酵反應器內設有上液面水平感應器和下液面水平感應器,上液面水平感應器和下液面水平感應器與放料閥關聯，發酵反應器的廢液出口通過放料閥與發酵液收集池連接。所述的發酵反應器內設有攪拌器。發酵反應器底部設有微濾膜。有益效果(I)在連續補充營養物質和基質的同吋，間隙式的排放發酵液，可在一定程度上有效的維持菌體活性與濃度，緩解有害代謝產物的積累，達到持續高效產氫的目的。(2)發酵反應器底部設有微濾膜，用于實現菌體與發酵液的分離，使菌體有效滯留在反應器內部，有效提高了發酵反應器中菌體濃度，達到持續高效產氫的目的。(3)反應原料通過蠕動進料泵從原料池連續流入發酵反應器中進行生物發酵制氫反應，反應器中的發酵液體總量不斷増加，當液面達到最高警戒水平時，通過傳感器控制放料閥門打開，排放反應器中的發酵液，當液面達到最低警戒水平時，再通過傳感器控制放料閥門開閉，反應器中的發酵液體總量繼續增加，直至再次達到最高警戒液面水平，如此反復,整個過程中蠕動進料泵一直開啟，持續補料。發酵反應生成的氣體通過NaOH溶液后，實現H2和CO2的分離。本實用新型具有結構簡單緊湊、產氫連續高效、節能的特點。
圖I為本實用新型的結構示意圖。圖中I-原料池，2-蠕動進料泵，3-攪拌器，4-發酵 反應器，5-微濾膜，6_放料閥，7_發酵液收集池，8-上液面水平感應器，9-下液面水平感應器，IO-NaOH反應器，11-氣體干燥器，12-氣體流量計，13-儲氣裝置。
具體實施方式
ー種半連續流式微生物發酵制氫裝置，由原料池I、蠕動進料泵2、發酵反應器4、NaOH反應器10、氣體干燥器11、氣體流量計12、儲氣裝置13串聯組成，所述的發酵反應器4內設有上液面水平感應器8和下液面水平感應器9，上液面水平感應器8和下液面水平感應器9與放料閥6關聯，發酵反應器4的廢液出ロ通過放料閥6與發酵液收集池7連接。所述的發酵反應器4內設有攪拌器3。發酵反應器4底部設有微濾膜5。將微生物和營養物質、基質投入至發酵反應器4中，進行發酵產氫。待其產氫速率達到高峰時，將新鮮的營養物質和基質通過蠕動進料泵從原料池連續流入發酵反應器4中進行生物發酵制氫反應。發酵反應器4中的發酵液體總量不斷増加，當液面達到最高警戒水平時，通過上液面傳感器8控制放料閥門6打開，排放發酵反應器4中的發酵液，當液面達到最低警戒水平時，再通過下液面傳感器9控制放料閥門6開閉，發酵反應器4中的發酵液體總量繼續增加，直至再次達到最高警戒液面水平，如此反復，整個過程中蠕動進料泵2一直開啟，持續補料，保證整個過程持續產氫。發酵反應器4底部設有微濾膜5，用于實現菌體與發酵液的分離，使菌體有效滯留在發酵反應器4內部，發酵廢液排出至廢液收集池7。發酵反應生成的氣體通過NaOH溶液后，實現H2和CO2的分離。實施例I :半連續流式發酵產氫在實驗室使用反應器容積為IOL的本實用新型的半連續流式微生物高效發酵制氫裝置，反應器底部設有微濾膜。將巴氏梭菌、丁酸梭菌、產氣腸桿菌按I : I : I的比例，共計10%的接種量，以及5L的營養物質和基質，共同投放至發酵反應器中。營養物質和基質的組分與濃度為蛋白胨10g/L，牛肉膏2. 4g/L，酵母提取物5. Og/L, Na2HP044g/L, L-半胱氨酸O. 2g/L，L-半胱氨酸鹽酸鹽一水O. 5g/L，刃天青(O. 2% )lmL/L，葡萄糖20g/L。以170rpm的速率攪拌反應6h后，開始打開蠕動進料泵，進料營養物質和基質的成分與濃度如上一致，進料速率為5ml/min，進行連續流產氫。當反應器中的發酵液體總量不斷増加，當反應器中液體總量達8L吋，液面水平傳感器控制放料閥門打開，排放反應器中的發酵液，當反應器中總液量下降到5L時，液面水平傳感器控制放料閥門開閉，反應器中的發酵液體總量繼續增加，直至再次達到最高警戒液面水平，如此反復，整個過程中蠕動進料泵一直開啟，持續補料，保證整個過程持續產氫。持續24h測試其產氫速率與總量。對比例批式發酵產氫[0021]在實驗室使用反應器容積為IOL的半連續流式微生物高效發酵制氫裝置，反應器底部沒有微濾膜。將巴氏梭菌、丁酸梭菌、產氣腸桿菌按I : I : I的比例，共計10%的接種量，以及6L的營養物質和基質，共同投放至發酵反應器中。營養物質和基質的組分與濃度為蛋白胨10g/L，牛肉膏2. 4g/L，酵母提取物5. Og/L,Na2HP044g/L, L-半胱氨酸O. 2g/L，L-半胱氨酸鹽酸鹽一水O. 5g/L，刃天青(O. 2% ) lmL/L，葡萄糖20g/L。以170rpm的速率攪拌反應，進行批式產氫，持續24h測試其產氫速率與總量。[0022]采用本半連續發酵制氫裝置進行連續流式發酵，由于在6h后啟動蠕動進料泵，可以連續補充營養物質和基質。當反應器中發酵液總量達到8L時，可以自動排放掉部分發酵廢液，有效的維持菌體活性與濃度，緩解有害代謝產物的積累；此外，發酵反應器底部設有微濾膜，實現了菌體與發酵液的分離，使菌體有效滯留在反應器內部，有效提高了發酵反應器中菌體濃度，在6h后依然保持較高的產氫速率，未發生衰減趨勢，實現了持續高效產氫的目的，其產氫量是批式發酵產氫的3倍。
權利要求1.ー種半連續流式微生物發酵制氫裝置，其特征在于由原料池(I)、蠕動進料泵(2)、發酵反應器(4)、NaOH反應器(10)、氣體干燥器(11)、氣體流量計(12)、儲氣裝置(13)串聯組成，所述的發酵反應器(4)內設有上液面水平感應器(8)和下液面水平感應器(9)，上液面水平感應器(8 )和下液面水平感應器(9 )與放料閥(6 )關聯，發酵反應器(4 )的廢液出口通過放料閥(6)與發酵液收集池(7)連接。
2.按照權利要求I所述的半連續流式微生物發酵制氫裝置，其特征在于所述的發酵反應器(4)內設有攪拌器(3)。
3.按照權利要求I所述的半連續流式微生物發酵制氫裝置，其特征在于發酵反應器底部設有微濾膜。
專利摘要本實用新型涉及一種半連續流式微生物發酵制氫裝置，由原料池、蠕動進料泵、發酵反應器、NaOH反應器、氣體干燥器、氣體流量計、儲氣裝置串聯組成，所述的發酵反應器內設有上液面水平感應器和下液面水平感應器，上液面水平感應器和下液面水平感應器與放料閥關聯，發酵反應器的廢液出口通過放料閥與發酵液收集池連接。發酵反應器底部設有微濾膜，用于實現菌體與發酵液的分離，使菌體有效滯留在反應器內部，發酵廢液排出至廢液收集池。發酵反應生成的氣體通過NaOH溶液后，實現H2和CO2的分離。本實用新型具有結構簡單緊湊、產氫連續高效、節能的特點。
文檔編號C12M1/107GK202415546SQ201120523968
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月15日 優先權日2011年12月15日
發明者王瑞興, 錢春香, 陳璐圓 申請人:東南大學