CN105255711A - 一种自循环光生物制氢装置 - Google Patents

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Abstract

一种自循环光生物制氢装置，包括光生物制氢反应器，还包括暗箱体，暗箱体设底物进口和出口，在光生物制氢反应器下部与暗箱体下部设连接管道I，光生物制氢反应器上端设气液分离器，气液分离器与暗箱体上部设连接管道II。本发明可实现光生物制氢装置内的自循环流动，在不消耗外界能量的前提下，促使有机底物循环流动到光合细菌的固定化区域用于产氢；且能促进从光合细菌细胞固定化区域所产生的氢气从该反应装置内排出。与传统意义上消耗泵功的连续流产氢装置相比，该装置不仅省去了用于流动的能量消耗，可以显著提高光生物能制氢过程的经济性，还能保证制氢反应装置中的有机底物被循环耗尽以达到彻底的有机废水净化。

Description

一种自循环光生物制氢装置
技术领域
本发明属于光生物制氢技术，具体涉及利用生物膜技术实现光合细菌的细胞固定化，并能自循环连续流产氢的装置。
背景技术
氢气在现有已知能源中具有最高的能量密度（122kJ/g），而且在能量转化过程中不产生危害环境的产物，因而被认为是最有前景的未来替代能源。目前的规模制氢方法不仅依赖于化石燃料，且制备过程对环境造成二次破坏。光生物制氢技术利用光合细菌在光照的条件下降解小分子有机底物并产生氢气的特性来获得氢能。该技术能在产氢的同时促使有机底物得到彻底的降解，因此兼具能源和环境的双重效益。并且光生物制氢技术运行条件温和，仅需常温常压的操作条件，加之制氢过程仅依赖于太阳光照和有机底物，因而成本低廉且可持续。所以光生物制氢技术被认为是最具规模化制氢前景的方式之一。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种可以自循环实现连续流产氢的装置，并利用特殊构造的光生物制氢反应器促使光合细菌形成生物膜，实现光合细菌的细胞固定化。
本发明的目的是以下述技术方案实现的：
一种自循环光生物制氢装置，包括光生物制氢反应器，还包括暗箱体，暗箱体设底物进口和出口，在光生物制氢反应器下部与暗箱体下部设连接管道I，光生物制氢反应器上端设气液分离器，气液分离器与暗箱体上部设连接管道II。
光生物制氢反应器受光工作表面为规则扩展表面。
所述规则扩展表面的形式是规则的矩形、三角形或梯形微槽道。
所述规则扩展表面为机械加工获得。
所述光生物制氢反应器下部与暗箱体下部的连接管道I为一个或多个，其数量与连接管道II数量相同。
光生物制氢反应器底部与暗箱体底部设连接管道I。
气液分离器下部与暗箱体顶部设连接管道II。
所述暗箱体容积大于光生物制氢反应器。
本发明可实现光生物制氢装置内的自循环流动，在不消耗外界能量的前提下，促使有机底物循环流动到光合细菌的固定化区域用于产氢；且能促进从光合细菌细胞固定化区域所产生的氢气从该反应装置内排出。与传统意义上消耗泵功的连续流产氢装置相比，该装置不仅省去了用于流动的能量消耗，可以显著提高光生物能制氢过程的经济性，还能保证制氢反应装置中的有机底物被循环耗尽以达到彻底的有机废水净化；另外通过在导光的固体基质表面加工众多规则扩展表面的方法，显著提高了光生物制氢反应器的比表面积，为光合细菌在其表面吸附生长形成生物膜提供了更多的表面积，这样可以促进光合细菌在该自循环光生物制氢装置中完成细胞固定化，并显著提高装置内的光合细菌持有量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
其中：1为光生物制氢反应器；2为气液分离器；3为连接管道II；4为暗箱体；5为连接管道I；6为暗箱体底物进口；7为暗箱体底物出口；8为规则扩展表面；9为光源。
具体实施方式
本发明提供的自循环光生物制氢装置，如图1所示，包括由透明的固体基质如玻璃、有机玻璃等制成的光生物制氢反应器1，还包括不透明暗箱体4，暗箱体设光合细菌制氢有机底物的进口6和出口7，有机底物可采用工农业有机废水或其他有机底物，在光生物制氢反应器1下部与暗箱体4下部设连接管道I5，光生物制氢反应器1上端设气液分离器2，其空间内维持一个自由液面，以保证产生的氢气从液相分离，气液分离器2与暗箱体4上部设连接管道II3；优选的，光生物制氢反应器底部与暗箱体底部设连接管道I5，气液分离器下部与暗箱体顶部设连接管道II3。连接管道I5可为一个或多个，其数量与气液分离器2、气液分离器2与暗箱体4上端连接管道II3数量相同，更利于循环和氢气排出；优选暗箱体4容积大于或等于光生物制氢反应器1。
自循环光生物制氢装置运行时，光生物制氢反应器1中固定化的光合细菌利用光照和周围的有机底物产生氢气，因此光生物制氢反应器1中会形成含有氢气的两相溶液。暗箱体4中没有光合细菌且为暗箱体，其中为纯液相。光生物制氢反应器1与暗箱体4构成连通器，由于光生物制氢反应器1中的气液两相溶液和暗箱体4中的纯液相之间存在密度差，故在连接导管5的两侧压力差，形成了整个装置的自然循环动力。使产氢有机底物自然从暗箱体4流向光生物制氢反应器1中，并通过连接导管II3流回暗箱体4，完成自循环。暗箱体4容积较大时，可进一步增加两端压力差。由于该自循环可以在产生氢气的光生物制氢反应器1中形成向上的流动，这与氢气从反应装置中上浮排出的方向一致，因此自循环不仅节省了维持流动所需的运行能耗，还起到了加速氢气从产生区域排出的作用，维持了反应器区域产氢的连续性。由于具有自循环作用，每次装填的有机底物溶液会自循环耗尽并用于产氢，从而达到清洁能源生产和废水净化的双重目标。
规模化连续流光生物制氢过程中，因光合细菌菌体较小，在连续流操作条件下，容易产氢菌株流失的缺陷，因此，可用机械加工的方法将光生物制氢反应器受光表面线切割制成规则扩展表面8，如设置矩形，三角形或梯形的微槽，一方面；可以增加该箱体的比表面积，使光合细菌容易在其上吸附生长并形成生物膜，完成细胞固定化，并显著增加箱体中的光合细菌细胞持有量，另一方面，微槽道的结构利于已形成的生物膜从液相主体吸附游离光合细菌，加速细胞固定化的速度。同时，生物膜还能沿起伏的槽道连成立体网状结构，有效的抵抗连续流工况下的水力剪切作用；并且，起伏的槽道结构增加了对流体的扰动，利于底物及产物在反应器内的传递，使反应器的固定化光合细菌空间维持适宜产氢的微环境。

Claims (8)

1.一种自循环光生物制氢装置，包括光生物制氢反应器，其特征在于：还包括暗箱体，暗箱体设底物进口和出口，在光生物制氢反应器下部与暗箱体下部设连接管道I，光生物制氢反应器上端设气液分离器，气液分离器与暗箱体上部设连接管道II。
2.如权利要求1所述的自循环光生物制氢装置，其特征在于：光生物制氢反应器受光工作表面为规则扩展表面。
3.如权利要求2所述的自循环光生物制氢装置，其特征在于：所述规则扩展表面的形式是规则的矩形、三角形或梯形微槽道。
4.如权利要求2所述的自循环光生物制氢装置，其特征在于：所述规则扩展表面为机械加工获得。
5.如权利要求1所述的自循环光生物制氢装置，其特征在于：所述光生物制氢反应器下部与暗箱体下部的连接管道I为一个或多个，其数量与连接管道II数量相同。
6.如权利要求1所述的自循环光生物制氢装置，其特征在于：光生物制氢反应器底部与暗箱体底部设连接管道I。
7.如权利要求1所述的自循环光生物制氢装置，其特征在于：气液分离器下部与暗箱体顶部设连接管道II。
8.如权利要求1所述的自循环光生物制氢装置，其特征在于：所述暗箱体容积大于光生物制氢反应器。
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