CN108504551A - 一种太阳能耦合电渗析生物制氢装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能耦合电渗析生物制氢装置及方法；一种太阳能耦合电渗析生物制氢装置，包括气体收集装置、电压调节装置、双极室反应器、有机挥发性酸收集装置、太阳能板控制系统、太阳能板和太阳能蓄电池；其特征在于：太阳能板通过太阳能板控制系统对太阳能蓄电池进行充电，太阳能板还通过太阳能板控制系统和电压调节装置为双极室反应器提供工作电压；同时太阳能蓄电池也通过太阳能板控制系统和电压调节装置为双极室反应器提供工作电压；所述双极室反应器内设置有阳极腔室、收集室、发酵腔室和阴极腔室，阳极腔室与收集室由第一阳离子交换膜进行分隔；本发明能有效分离出发酵液中的挥发性脂肪酸，产氢效率高，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及制氢反应器，具体涉及一种太阳能耦合电渗析生物制氢装置及方法。
背景技术
传统制氢工艺，如电解水，理论上在室温和标准大气压之下电解水，1molH2O电解生成1molH2和0.5molO2，需要消耗的电能为237.1kJ的电能，此外还需从环境中吸收48.7kJ的热量。实际上如今电解水的效率较低，实际消耗的能量较多，除此之外电解水制氢设备自身的投资成本高，效益相对较低。
暗发酵制氢技术可利用有机废水作为底物，在微生物的作用下降解有机物制取氢气。部分工业废水中的有机物含量很高，中型制糖企业的日废水排放量约为10000m3，其生产过程中会产生大量高浓度有机废水，一般含有机物6％—8％，其中大部分为糖类。使用微生物发酵的手段，将糖厂的有机废水作为底物，能够产生氢气，具有除废产能双重功效。
理论上，葡萄糖的产氢率为2-4molH2/mol葡萄糖，且末端产物为乙酸时暗发酵过程氢气产量最高，但实践中却发现末端产物大部分为乙酸和丁酸的混合物。公式如下：
C6H1206+2H2O→2CH3COOH+2CO2+4H2 △G0＝-184kJ/mol
C6H1206→2CH3CH2CH2COOH+2CO2+2H2 △G0＝-257kJ/mol
但是暗发酵产氢过程中产生挥发性酸等副产物，这些挥发性酸会降低整个反应的pH值，从而抑制微生物酶的生物活性，进而抑制其产氢。传统的调节pH的方法是在每隔一段时间通过测定pH向反应器中加入适量碱(NaOH)，要消耗大量的人力物力。
目前，研究表明可以利用电渗析分离挥发性脂肪酸以提高产氢效率。利用普通电渗析分离挥发性脂肪酸的方法，随着挥发性脂肪酸浓度的降低操作电压急剧上升，增大能耗且工艺复杂，如国内使用双极膜进行电渗析移除反应器中的有机挥发性酸，反应腔室大小为10cm×10cm×3cm，操作电压高达36ˉ40V，电流为1.5-3.0A，若产氢反应器连续运行24小时，需要过程中电能为2.88度左右，能耗较大，若使用太阳能作为进行电渗析处理，以重庆为例，太阳光辐射日平均为5.91kW·h/m2/d，选用125电池片板辐射面积为0.5625m2，日辐射的能量为11970kJ，太阳能板的光电转换效率为15％，所能提供的能量为1795kJ，在电量的传输过程中太阳能板传输电量至控制器效率为98％，控制器传输电量至蓄电池效率为95％，控制器传输电量至反应器的效率为97％为例。所能提供的能量为1621kJ，其中能量用于于蠕动泵和反应器，蠕动泵的工作功率6-7W每天消耗的能量为605kJ，若使用膜面积为6cm2电渗析装置，反应器存在最适电压和电流为10V和0.006A，每天消耗的能量为52kJ。每天能为蓄电池提供853kJ的能量，理论上能很好供应制氢装置的使用。
因此利用太阳能作为电渗析配套的新电源可以达到减小能耗的作用。将新型太阳能电渗析技术与暗发酵生物制氢系统耦合，并采用先进控制策略对整体系统进行调节，可以将资源利用最大化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种太阳能耦合电渗析生物制氢装置及方法。
为了解决上述技术问题，根据本发明的技术方案，一种太阳能耦合电渗析生物制氢装置，包括气体收集装置、电压调节装置、双极室反应器、有机挥发性酸收集装置、太阳能板控制系统、太阳能板和太阳能蓄电池；其特征在于：太阳能板通过太阳能板控制系统对太阳能蓄电池进行充电，太阳能板还通过太阳能板控制系统和电压调节装置为双极室反应器提供工作电压；同时太阳能蓄电池也通过太阳能板控制系统和电压调节装置为双极室反应器提供工作电压；所述双极室反应器内设置有阳极腔室、收集室、发酵腔室和阴极腔室，阳极腔室与收集室由第一阳离子交换膜进行分隔；收集室与发酵腔室由阴离子交换膜进行分隔；发酵腔室与阴极腔室由第二阳离子交换膜进行分隔；所述阳极腔室和阴极腔室内分别设置有阳极电极和阴极电极；所述收集室底部通过蠕动泵与有机挥发性酸收集装置连接，收集室上部通过上部管路与有机挥发性酸收集装置连接；所述阳极腔室与阴极腔室通过第二蠕动泵连接，使电解液通过第二蠕动泵和管路在阳极腔室与阴极腔室中循环流动，达到平衡电荷、保持阳极腔室与阴极腔室中电解液呈中性，同时减少沉淀物对电极的附着；所述发酵腔室与气体收集装置连接。
根据本发明所述的太阳能耦合电渗析生物制氢装置的优选方案，所述蠕动泵和第二蠕动泵均与可编程控制器连接。
一种太阳能耦合电渗析生物制氢的方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、制作太阳能耦合电渗析生物制氢装置，该装置包括气体收集装置、电压调节装置、双极室反应器、有机挥发性酸收集装置、太阳能板控制系统、太阳能板和太阳能蓄电池；其中太阳能板通过太阳能板控制系统连接太阳能蓄电池和电压调节装置；太阳能蓄电池通过太阳能板控制系统与电压调节装置连接；电压调节装置为双极室反应器提供工作电压；所述双极室反应器内设置有阳极腔室、收集室、发酵腔室和阴极腔室，阳极腔室与收集室由第一阳离子交换膜进行分隔；收集室与发酵腔室由阴离子交换膜进行分隔；发酵腔室与阴极腔室由第二阳离子交换膜进行分隔；所述阳极腔室和阴极腔室内分别设置有阳极电极和阴极电极；所述收集室底部通过蠕动泵与有机挥发性酸收集装置连接，收集室上部通过上部管路与有机挥发性酸收集装置连接；所述阳极腔室与阴极腔室通过第二蠕动泵连接；所述发酵腔室与气体收集装置连接。
B、在整个系统启动前，将混合产氢菌接种到菌种营养液中进行富集，培养9天左右，将富集后的菌种接种到双极室反应器的发酵腔室中，并配以暗发酵产氢细菌的培养基。
C、向发酵腔室中加入培养基，接种混合制氢菌，并使用氮气向发酵腔室内曝气，排除发酵腔室内空气，再加塞子密封保持厌氧环境。
D、将双极室反应器置于温度为34℃至36℃的恒温水浴中，向阳极腔室和阴极腔室内分别加入4％ˉ6％的Na2SO4溶液，作为电解液，强化导电，增强电渗析效果；在有机挥发性酸收集装置中加入纯水。
E、开启太阳能耦合电渗析生物制氢装置，发酵腔室处于产氢模式；白天，太阳能板通过太阳能板控制系统对太阳能蓄电池进行充电，同时，太阳能板通过太阳能板控制系统和电压调节装置为双极室反应器提供工作电压；夜晚，太阳能蓄电池通过太阳能板控制系统和电压调节装置为双极室反应器提供工作电压；产生的氢气通过气体收集装置收集，产氢形成的副产物在电离作用下通过阴离子交换膜进入收集室。
F、打开蠕动泵和第二蠕动泵，使收集室中的溶液从收集室下部泵入至有机挥发性酸收集装置中，与有机挥发性酸收集装置中的纯水进行混合后，再通过上部管路输送回收集室，形成循环；同时电解液通过第二蠕动泵和管路在阳极腔室与阴极腔室中循环流动，达到平衡电荷、保持阳极腔室14与阴极腔室11中电解液呈中性，同时减少沉淀物对电极的附着；当发酵腔室中的基质消耗完后，制氢完成。
根据本发明所述的太阳能耦合电渗析生物制氢的方法的优选方案，所述培养基的成分为：葡萄糖：19-21g/l；蛋白胨：3.8-4.2g/l；酵母粉：0.95-1.05g/l；L-半胱氨酸：0.48-0.53g/l；NaCl：2.9-3.2g/l；K2HPO4：2.4-2.6g/l；MgCl2·6H2O：0.19-0.21g/l；FeCl2·4H2O：0.15-0.16g/l；微量元素：9.5-10.5mg/l；维生素：9.5-10.5mg/l。
根据本发明所述的太阳能耦合电渗析生物制氢的方法的优选方案，所述蠕动泵由可编程控制器进行控制。
本发明利用太阳能发电技术，产生的电能供给双极室反应器进行电渗析，解决厌氧发酵生物制氢装置中乙酸的积累对菌群的抑制作用，浓缩挥发性脂肪酸，调节pH。其通过新型四腔室电渗析技术耦合微生物反应器移除暗发酵过程中产生的副产物，解除副产物抑制，提高产氢系统稳定性以及效率。移除的有机挥发性酸可在收集室中富集，然后通过蠕动泵甭入有机挥发性酸收集装置。同时，本发明利用废水中部分有机质，将低品位的废水中的有机质转化为高品位的氢气。本发明针对现有太阳能系统，利用太阳能电池板转化的直流电，给电渗析反应器供电，进一步延长产氢周期以及提高产氢量。本发明应用自动控制电渗析技术分离生物制氢发酵液中挥发性脂肪酸的方法，能有效分离出发酵液中的挥发性脂肪酸，避免了挥发性脂肪酸的积累对菌群的产氢发酵的抑制，且不用外加碱即可提高发酵液的pH，反应所需的氢氧根完全由水电解而来，不产生任何废液；本发明采用较低电压进行连续电渗析，减少了电渗析系统突然启动所造成的能量损失，同时保证整个电渗析过程与生物制氢系统的挥发性酸产生率相匹配及时的移除挥发性酸，减少对反应的抑制作用，同时分离系统采用封闭式循环，可以进一步提高挥发性酸的收集效率，做到无污染物排放，绿色环保，从反应腔室中去除酸性产物有助于解除产物抑制，稳定系统pH，提高氢气产量，回收挥发性酸，优化工艺过程。
本发明所述的一种太阳能耦合电渗析生物制氢装置及方法的有益效果是：本发明利用太阳能发电技术，产生的电能供给双极室反应器进行电渗析，解决厌氧发酵生物制氢装置中乙酸的积累对菌群的抑制作用，浓缩挥发性脂肪酸，调节pH，并通过新型四腔室电渗析技术耦合微生物反应器移除暗发酵过程中产生的副产物，解除副产物抑制，提高产氢系统稳定性以及效率、进一步延长产氢周期以及提高产氢量；本发明利用废水中部分有机质，将低品位的废水中的有机质转化为高品位的氢气，能有效分离出发酵液中的挥发性脂肪酸，避免了挥发性脂肪酸的积累对菌群的产氢发酵的抑制，且不用外加碱即可提高发酵液的pH，反应所需的氢氧根完全由水电解而来，不产生任何废液；同时分离系统采用封闭式循环，可以进一步提高挥发性酸的收集效率，做到无污染物排放，绿色环保，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明所述的一种太阳能耦合电渗析生物制氢装置的结构示意图。
图2是本发明所述的双极室反应器的结构示意图。
图3是本发明暗反应发酵制氢原理图。
具体实施方式
参见图1至图2，一种太阳能耦合电渗析生物制氢装置，包括气体收集装置10、电压调节装置7、双极室反应器5、有机挥发性酸收集装置4、太阳能板控制系统2、太阳能板1和太阳能蓄电池3；其特征在于：太阳能板1通过太阳能板控制系统2对太阳能蓄电池3进行充电，太阳能板1还通过太阳能板控制系统2和电压调节装置7为双极室反应器5提供工作电压；同时太阳能蓄电池3也通过太阳能板控制系统2和电压调节装置7为双极室反应器5提供工作电压；所述双极室反应器5内按从左往右顺序设置有阳极腔室14、收集室12、发酵腔室13和阴极腔室11，阳极腔室14与收集室12由第一阳离子交换膜8a进行分隔；收集室12与发酵腔室13由阴离子交换膜9进行分隔；发酵腔室13与阴极腔室11由第二阳离子交换膜8b进行分隔；所述阳极腔室14和阴极腔室11内分别设置有阳极电极15和阴极电极16，阳极电极15和阴极电极16分别与电压调节装置7连接；所述收集室12底部通过蠕动泵6a与有机挥发性酸收集装置4连接，收集室12上部通过上部管路与有机挥发性酸收集装置4连接；所述阳极腔室14与阴极腔室11通过第二蠕动泵6b和管路连接，所述阳极腔室14与阴极腔室11上部通过管路连接，使电解液在阳极腔室14与阴极腔室11内通过第二蠕动泵6b和管路循环流动，达到平衡电荷、保持阳极腔室14与阴极腔室11中电解液呈中性，同时减少沉淀物对电极的附着；所述发酵腔室13与气体收集装置10连接。所述蠕动泵和第二蠕动泵均与可编程控制器连接。
太阳能板控制系统2进行智能控制，并利用蓄电池放电率曲线进行修正，实现准确放电控制。消除了单纯的电压控制的不准确性，符合蓄电池固有的特性，即不同的放电率具有不同的终了电压；具有过充、过放、电子短路、过载保护、独特的防反接保护等全自动控制功能。可采用串联式PWM充电主电路，使充电回路的电压损失较使用二极管的充电电路降低近一半，充电效率较非PWM高3％-6％，增加了用电时间；同时可采用高精度温度补偿，并直观的数字显示当前蓄电池状态。
一种太阳能耦合电渗析生物制氢的方法，包括如下步骤：
A、制作太阳能耦合电渗析生物制氢装置，该装置包括气体收集装置10、电压调节装置7、双极室反应器5、有机挥发性酸收集装置4、太阳能板控制系统2、太阳能板1和太阳能蓄电池3；其中太阳能板1通过太阳能板控制系统2连接太阳能蓄电池3和电压调节装置7；太阳能蓄电池3通过太阳能板控制系统2与电压调节装置7连接；电压调节装置7为双极室反应器5提供工作电压；所述双极室反应器5内按从左往右顺序设置有阳极腔室14、收集室12、发酵腔室13和阴极腔室11，阳极腔室14与收集室12由第一阳离子交换膜8a进行分隔；收集室12与发酵腔室13由阴离子交换膜9进行分隔；发酵腔室13与阴极腔室11由第二阳离子交换膜8b进行分隔；所述阳极腔室14和阴极腔室11内分别设置有阳极电极15和阴极电极16，阳极电极15和阴极电极16分别与电压调节装置7连接；所述收集室12底部通过蠕动泵6a与有机挥发性酸收集装置4连接，收集室12上部通过上部管路与有机挥发性酸收集装置4连接；所述阳极腔室14与阴极腔室11的底部通过第二蠕动泵6b和管路连接，所述阳极腔室14与阴极腔室11的上部通过管路连接；所述发酵腔室13与气体收集装置10连接。
B、在整个系统启动前，将混合产氢菌接种到菌种营养液中进行富集，培养9天，将富集后的菌种接种到双极室反应器5的发酵腔室13中，并配以暗发酵产氢细菌的培养基。具体可按产氢菌种有效容积为10％配以暗发酵产氢细菌的培养基和蒸馏水。
C、向发酵腔室13中加入培养基，接种混合制氢菌，并使用氮气向发酵腔室13内曝气，排除发酵腔室内空气，再加塞子密封保持厌氧环境。
D、将双极室反应器5置于温度为34℃至36℃的恒温水浴中，向阳极腔室14和阴极腔室11内分别加入4％ˉ6％的Na2SO4溶液，作为电解液，强化导电，增强电渗析效果；在有机挥发性酸收集装置4中加入纯水。
E、开启太阳能耦合电渗析生物制氢装置，发酵腔室13处于产氢模式；白天，太阳能板1通过太阳能板控制系统2对太阳能蓄电池3进行充电，同时，太阳能板1通过太阳能板控制系统2和电压调节装置7为双极室反应器5提供工作电压；夜晚，太阳能蓄电池3通过太阳能板控制系统2和电压调节装置7为双极室反应器5提供工作电压；产生的氢气通过气体收集装置10收集，产氢形成的副产物在电离作用下通过阴离子交换膜9进入收集室12。
F、打开蠕动泵6a和第二蠕动泵6b，使收集室中的溶液从收集室下部泵入至有机挥发性酸收集装置4中，与有机挥发性酸收集装置4中的纯水进行混合后，再通过上部管路输送回收集室，形成循环；同时电解液通过第二蠕动泵6b和管路在阳极腔室14与阴极腔室11中循环流动，达到平衡电荷、保持阳极腔室14与阴极腔室11中电解液呈中性，同时减少沉淀物对电极的附着；当发酵腔室13中的基质消耗完后，制氢完成。
在具体实施例中，葡萄糖：19-21g/l；蛋白胨：3.8-4.2g/l；酵母粉：0.95-1.05g/l；L-半胱氨酸：0.48-0.53g/l；NaCl：2.9-3.2g/l；K2HPO4：2.4-2.6g/l；MgCl2·6H2O：0.19-0.21g/l；FeCl2·4H2O：0.15-0.16g/l；微量元素：9.5-10.5mg/l；维生素：9.5-10.5mg/l。
所述培养基的成分的典型值为：葡萄糖：20g/l；蛋白胨：4g/l；酵母粉：1g/l；L-半胱氨酸：0.5g/l；NaCl：3g/l；K2HPO4：2.5g/l；MgCl2·6H2O：0.2g/l；FeCl2·4H2O：0.157g/l；微量元素：10mg/l；维生素：10mg/l。
所述蠕动泵和第二蠕动泵由可编程控制器进行控制；可编程控制器用于调节蠕动泵开启频率及时间间隔。
参见图3，本发明的工作原理是：
产氢细菌暗发酵产氢气的途径可以大致分为三类：丙酮酸脱羟产氢气、甲酸裂解产氢气以及NADH/NAD+平衡调节产氢气。以最为简单的葡萄糖作为底物为例，其暗发酵产氢气代谢的过程可以归纳为以下的途径。
首先，葡萄糖在厌氧的条件下通过糖酵解途径生成丙酮酸。随后，丙酮酸被氧化生成乙酰辅酶A、H2和CO2，或是被分解成乙酰辅酶A和甲酸，而甲酸可以进一步分解生成氢气和二氧化碳。此外，丙酮酸也可以直接生成丙酸、乳酸等末端代谢产物。之后，乙酰辅酶A可以在不同的条件下被转化为乙酸、丁酸和乙醇等末端代谢产物。
根据已有的研究，影响微生物产氢的主要原因之一是微生物产氢过程中存在挥发性酸等副产物，这些挥发性酸会产生生物负反馈的作用，从而抑制微生物酶的生物活性，进而抑制其产氢。因此，如何及时除去反应中的挥发性酸是提高微生物制氢效率的关键。
本发明利用阴、阳离子膜形成四个独立腔室，通过电场力使电离后的挥发性脂肪酸VFAs、氨类以及酚类通过离子膜被选择移除，进而维持发酵腔中的活性污泥的最佳pH环境，确保装置产氢的高效性、纯净性、可持续性。
本发明与微生物电解池产氢相比，工作原理不相同，本发明利用微生物暗反应发酵进行氢气的制取，底物来源广泛，在发酵腔室进行反应产生氢气和有机挥发性酸等物质，而微生物电解池的产物为电子质子以及一些其他副产物，电子经过外部电路到达另一极室与迁移过来的质子进行结合，生成氢气，往往其发酵的副产物会持续的抑制产氢过程的进一步进行，在不加降解或者吸附物质的情况之下，发酵过程往往不持久，而在本发明中，氢气与副产物在同一腔室产生，产生的副产物在电离作用下通过阴离子交换膜及时移出发酵腔室，消除了副产物对产氢过程的抑制，从而使产氢过程更加稳定持久。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种太阳能耦合电渗析生物制氢装置，包括气体收集装置(10)、电压调节装置(7)、双极室反应器(5)、有机挥发性酸收集装置(4)、太阳能板控制系统(2)、太阳能板(1)和太阳能蓄电池(3)；其特征在于：太阳能板(1)通过太阳能板控制系统(2)对太阳能蓄电池(3)进行充电，太阳能板(1)还通过太阳能板控制系统(2)和电压调节装置(7)为双极室反应器(5)提供工作电压；同时太阳能蓄电池(3)也通过太阳能板控制系统(2)和电压调节装置(7)为双极室反应器(5)提供工作电压；所述双极室反应器(5)内设置有阳极腔室(14)、收集室(12)、发酵腔室(13)和阴极腔室(11)，阳极腔室(14)与收集室(12)由第一阳离子交换膜(8a)进行分隔；收集室(12)与发酵腔室(13)由阴离子交换膜(9)进行分隔；发酵腔室(13)与阴极腔室(11)由第二阳离子交换膜(8b)进行分隔；所述阳极腔室(14)和阴极腔室(11)内分别设置有阳极电极和阴极电极；所述收集室(12)底部通过蠕动泵(6a)与有机挥发性酸收集装置(4)连接，收集室(12)上部通过上部管路与有机挥发性酸收集装置(4)连接；所述阳极腔室(14)与阴极腔室(11)通过第二蠕动泵(6b)连接；所述发酵腔室(13)与气体收集装置(10)连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能耦合电渗析生物制氢装置，其特征在于：所述蠕动泵和第二蠕动泵(6b)均与可编程控制器连接。
3.一种太阳能耦合电渗析生物制氢的方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、制作太阳能耦合电渗析生物制氢装置，该装置包括气体收集装置(10)、电压调节装置(7)、双极室反应器(5)、有机挥发性酸收集装置(4)、太阳能板控制系统(2)、太阳能板(1)和太阳能蓄电池(3)；其中太阳能板(1)通过太阳能板控制系统(2)连接太阳能蓄电池(3)和电压调节装置(7)；太阳能蓄电池(3)通过太阳能板控制系统(2)与电压调节装置(7)连接；电压调节装置(7)为双极室反应器(5)提供工作电压；所述双极室反应器(5)内设置有阳极腔室(14)、收集室(12)、发酵腔室(13)和阴极腔室(11)，阳极腔室(14)与收集室(12)由第一阳离子交换膜(8a)进行分隔；收集室(12)与发酵腔室(13)由阴离子交换膜(9)进行分隔；发酵腔室(13)与阴极腔室(11)由第二阳离子交换膜(8b)进行分隔；所述阳极腔室(14)和阴极腔室(11)内分别设置有阳极电极和阴极电极；所述收集室(12)底部通过蠕动泵(6a)与有机挥发性酸收集装置(4)连接，收集室(12)上部通过上部管路与有机挥发性酸收集装置(4)连接；所述阳极腔室(14)与阴极腔室(11)通过第二蠕动泵(6b)连接；所述发酵腔室(13)与气体收集装置(10)连接；
B、在整个系统启动前，将混合产氢菌接种到菌种营养液中进行富集培养，再将富集后的菌种接种到双极室反应器(5)的发酵腔室(13)中，并配以暗发酵产氢细菌的培养基；
C、向发酵腔室(13)中加入培养基，接种混合制氢菌，并使用氮气向发酵腔室(13)内曝气，排除发酵腔室内空气，再加塞子密封保持厌氧环境；
D、将双极室反应器(5)置于温度为34℃至36℃的恒温水浴中，向阳极腔室(14)和阴极腔室(11)内分别加入4％ˉ6％的Na2SO4溶液，作为电解液，强化导电，增强电渗析效果；在有机挥发性酸收集装置(4)中加入纯水；
E、开启太阳能耦合电渗析生物制氢装置，发酵腔室(13)处于产氢模式；白天，太阳能板(1)通过太阳能板控制系统(2)对太阳能蓄电池(3)进行充电，同时，太阳能板(1)通过太阳能板控制系统(2)和电压调节装置(7)为双极室反应器(5)提供工作电压；夜晚，太阳能蓄电池(3)通过太阳能板控制系统(2)和电压调节装置(7)为双极室反应器(5)提供工作电压；产生的氢气通过气体收集装置(10)收集，产氢形成的副产物在电离作用下通过阴离子交换膜(9)进入收集室(12)；
F、打开蠕动泵(6a)和第二蠕动泵(6b)，使收集室中的溶液从收集室下部泵入至有机挥发性酸收集装置(4)中，与有机挥发性酸收集装置(4)中的纯水进行混合后，再通过上部管路输送回收集室，形成循环；同时电解液通过第二蠕动泵(6b)在阳极腔室(14)与阴极腔室(11)中循环流动，当发酵腔室(13)中的基质消耗完后，制氢完成。
4.根据权利要求3所述的太阳能耦合电渗析生物制氢的方法，其特征在于：所述培养基的成分为：葡萄糖：19-21g/l；蛋白胨：3.8-4.2g/l；酵母粉：0.95-1.05g/l；L-半胱氨酸：0.48-0.53g/l；NaCl：2.9-3.2g/l；K2HPO4：2.4-2.6g/l；MgCl2·6H2O：0.19-0.21g/l；FeCl2·4H2O：0.15-0.16g/l；微量元素：9.5-10.5mg/l；维生素：9.5-10.5mg/l。
5.根据权利要求4所述的太阳能耦合电渗析生物制氢的方法，其特征在于：所述蠕动泵和第二蠕动泵(6b)均由可编程控制器进行控制。
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