CN202415546U - 一种半连续流式微生物发酵制氢装置 - Google Patents

一种半连续流式微生物发酵制氢装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种半连续流式微生物发酵制氢装置，由原料池、蠕动进料泵、发酵反应器、NaOH反应器、气体干燥器、气体流量计、储气装置串联组成，所述的发酵反应器内设有上液面水平感应器和下液面水平感应器，上液面水平感应器和下液面水平感应器与放料阀关联，发酵反应器的废液出口通过放料阀与发酵液收集池连接。发酵反应器底部设有微滤膜，用于实现菌体与发酵液的分离，使菌体有效滞留在反应器内部，发酵废液排出至废液收集池。发酵反应生成的气体通过NaOH溶液后，实现H2和CO2的分离。本实用新型具有结构简单紧凑、产氢连续高效、节能的特点。

Description

一种半连续流式微生物发酵制氢装置
技术领域
本实用新型涉及一种微生物高效发酵制氢装置，具体的是一种半连续流式的发酵反应器装置。 
背景技术
当今世界经济的高速发展高度依耐化石能源，其需求量占总能量需求的80%，有限的化石能源在不久的将来将被迅速耗尽。化石能源是不可再生的，而且化石能源的利用不可避免地会对环境造成严重的污染，开发和利用清洁的可再生能源自上世纪以来就一直成为各国研究机构致力研究的方向。氢以其清洁、高效、安全、可持续的特性，被视为本世纪最具发展潜力的清洁能源。制氢方法有很多，但是相比之下，生物制氢有其独特的优势。生物制氢技术反应条件温和、能耗低、清洁无污染，且可以以废弃的生物质资源或有机废水为原料，能够妥善地解决能源与环境的矛盾，因而成为各国科学家聚焦的热点研究领域。 
生物制氢是利用微生物自身的生理作用，在一定的环境条件下，通过新陈代谢获得氢气。生物制氢技术主要包括光驱动过程和发酵产氢工艺两种路线，前者利用光合细菌直接将太阳能转化为氢气，其光能利用效率较低，光反应器设计困难，成本亦较高；而后者是利用产氢菌的厌氧发酵，其底物转化率高，产氢速率快，反应器设计相对简单，相对于前者更容易在短期实现应用。相比于传统的批示发酵存在发酵周期的特点，研制出一种具有高效、持续产氢能力的微生物发酵制氢装置是一种必然趋势。 
发明内容
本申请的目的是针对现有技术中存在的批式微生物产氢效率低下的问题，提供一种半连续式微生物发酵制氢装置，该装置结构简单紧凑、产氢持续高效。 
本实用新型的技术方案是：一种半连续流式微生物发酵制氢装置，由原料池、蠕动进料泵、发酵反应器、NaOH反应器、气体干燥器、气体流量计、储气装置串联组成，所述的发酵反应器内设有上液面水平感应器和下液面水平感应器，上液面水平感应器和下液面水平感应器与放料阀关联，发酵反应器的废液出口通过放料阀与发酵液收集池连接。 
所述的发酵反应器内设有搅拌器。 
发酵反应器底部设有微滤膜。 
有益效果： 
（1）在连续补充营养物质和基质的同时，间隙式的排放发酵液，可在一定程度上有效的维持菌体活性与浓度，缓解有害代谢产物的积累，达到持续高效产氢的目的。 
（2）发酵反应器底部设有微滤膜，用于实现菌体与发酵液的分离，使菌体有效滞留在反应器内部，有效提高了发酵反应器中菌体浓度，达到持续高效产氢的目的。 
（3）反应原料通过蠕动进料泵从原料池连续流入发酵反应器中进行生物发酵制氢反应，反应器中的发酵液体总量不断增加，当液面达到最高警戒水平时，通过传感器控制放料阀门打开，排放反应器中的发酵液，当液面达到最低警戒水平时，再通过传感器控制放料阀门开闭，反应器中的发酵液体总量继续增加，直至再次达到最高警戒液面水平，如此反复，整个过程中蠕动进料泵一直开启，持续补料。发酵反应生成的气体通过NaOH溶液后，实现H2和CO2的分离。本实用新型具有结构简单紧凑、产氢连续高效、节能的特点。 
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。 
图中：1-原料池，2-蠕动进料泵，3-搅拌器，4-发酵反应器，5-微滤膜，6-放料阀，7-发酵液收集池，8-上液面水平感应器，9-下液面水平感应器，10-NaOH反应器，11-气体干燥器，12-气体流量计，13-储气装置。 
具体实施方式
一种半连续流式微生物发酵制氢装置，由原料池1、蠕动进料泵2、发酵反应器4、NaOH反应器10、气体干燥器11、气体流量计12、储气装置13串联组成，所述的发酵反应器4内设有上液面水平感应器8和下液面水平感应器9，上液面水平感应器8和下液面水平感应器9与放料阀6关联，发酵反应器4的废液出口通过放料阀6与发酵液收集池7连接。 
所述的发酵反应器4内设有搅拌器3。 
发酵反应器4底部设有微滤膜5。 
将微生物和营养物质、基质投入至发酵反应器4中，进行发酵产氢。待其产氢速率达到高峰时，将新鲜的营养物质和基质通过蠕动进料泵从原料池连续流入发酵反应器4中进行生物发酵制氢反应。发酵反应器4中的发酵液体总量不断增加，当液面达到最高警戒水平时，通过上液面传感器8控制放料阀门6打开，排放发酵反应器4中的发酵液，当液面达到最低警戒水平时，再通过下液面传感器9控制放料阀门6开闭，发酵反应器4中的发酵液体总量继续增加，直至再次达到最高警戒液面水平，如此反复，整个过程中蠕动进料泵2一直开 启，持续补料，保证整个过程持续产氢。发酵反应器4底部设有微滤膜5，用于实现菌体与发酵液的分离，使菌体有效滞留在发酵反应器4内部，发酵废液排出至废液收集池7。发酵反应生成的气体通过NaOH溶液后，实现H2和CO2的分离。 
实施例1：半连续流式发酵产氢 
在实验室使用反应器容积为10L的本实用新型的半连续流式微生物高效发酵制氢装置，反应器底部设有微滤膜。将巴氏梭菌、丁酸梭菌、产气肠杆菌按1∶1∶1的比例，共计10%的接种量，以及5L的营养物质和基质，共同投放至发酵反应器中。营养物质和基质的组分与浓度为：蛋白胨10g/L，牛肉膏2.4g/L，酵母提取物5.0g/L，Na2HPO44g/L，L-半胱氨酸0.2g/L，L-半胱氨酸盐酸盐一水0.5g/L，刃天青(0．2％)1mL/L，葡萄糖20g/L。以170rpm的速率搅拌反应6h后，开始打开蠕动进料泵，进料营养物质和基质的成分与浓度如上一致，进料速率为5ml/min，进行连续流产氢。当反应器中的发酵液体总量不断增加，当反应器中液体总量达8L时，液面水平传感器控制放料阀门打开，排放反应器中的发酵液，当反应器中总液量下降到5L时，液面水平传感器控制放料阀门开闭，反应器中的发酵液体总量继续增加，直至再次达到最高警戒液面水平，如此反复，整个过程中蠕动进料泵一直开启，持续补料，保证整个过程持续产氢。持续24h测试其产氢速率与总量。 
对比例：批式发酵产氢 
在实验室使用反应器容积为10L的半连续流式微生物高效发酵制氢装置，反应器底部没有微滤膜。将巴氏梭菌、丁酸梭菌、产气肠杆菌按1∶1∶1的比例，共计10%的接种量，以及6L的营养物质和基质，共同投放至发酵反应器中。营养物质和基质的组分与浓度为：蛋白胨10g/L，牛肉膏2.4g/L，酵母提取物5.0g/L，Na2HPO44g/L，L-半胱氨酸0.2g/L，L-半胱氨酸盐酸盐一水0.5g/L，刃天青(0．2％)1mL/L，葡萄糖20g/L。以170rpm的速率搅拌反应，进行批式产氢，持续24h测试其产氢速率与总量。 
采用本半连续发酵制氢装置进行连续流式发酵，由于在6h后启动蠕动进料泵，可以连续补充营养物质和基质。当反应器中发酵液总量达到8L时，可以自动排放掉部分发酵废液，有效的维持菌体活性与浓度，缓解有害代谢产物的积累；此外，发酵反应器底部设有微滤膜，实现了菌体与发酵液的分离，使菌体有效滞留在反应器内部，有效提高了发酵反应器中菌体浓度，在6h后依然保持较高的产氢速率，未发生衰减趋势，实现了持续高效产氢的目的，其产氢量是批式发酵产氢的3倍。 

Claims (3)

1.一种半连续流式微生物发酵制氢装置，其特征在于：由原料池（1）、蠕动进料泵（2）、发酵反应器（4）、NaOH反应器（10）、气体干燥器（11）、气体流量计（12）、储气装置（13）串联组成，所述的发酵反应器（4）内设有上液面水平感应器（8）和下液面水平感应器（9），上液面水平感应器（8）和下液面水平感应器（9）与放料阀（6）关联，发酵反应器（4）的废液出口通过放料阀（6）与发酵液收集池（7）连接。
2.按照权利要求1所述的半连续流式微生物发酵制氢装置，其特征在于：所述的发酵反应器（4）内设有搅拌器（3）。
3.按照权利要求1所述的半连续流式微生物发酵制氢装置，其特征在于：发酵反应器底部设有微滤膜。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104031834A (zh) * 2014-07-07 2014-09-10 太原理工大学 一种光合细菌连续反应制氢方法
JP2019505240A (ja) * 2016-02-23 2019-02-28 コーニング インコーポレイテッド 灌流バイオリアクタおよび連続細胞培養を実施するためのその使用方法

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