CN2918431Y - 光合微生物制氢反应器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种光合微生物制氢反应器，其特征是：由反应器主体，温度控制设备，太阳光采集、传输设备，辅助光源设备组成，太阳光采集、传输设备由太阳能聚焦采光器、滤光器、太阳光光再分配器、光导纤维组成，太阳光光再分配器由四个置于反应器之中透明管筒构成。光合微生物制氢反应器运行效果：反应器利用经处理过的猪粪水为原料产氢，可进行光合细菌连续培养产氢，获得较高的光转化效率和原料转化率，有效太阳能转化率达到20.2％，原料转化率达到58.9％，产氢量达到m3H2/m3d反应液。

Description

光合微生物制氢反应器
技术领域
本实用新型涉及一种制氢反应器，尤其是一种光合微生物制氢反应器。
背景技术
光合微生物制氢反应器是利用光合细菌，以工厂或生活废水、动物粪水等为原料产氢，或利用光合细菌和厌养发酵细菌联合产氢。
现有的光合微生物反应器多由试管和烧瓶，用白炽灯作光源，将试管或烧瓶放入较大的容器中水浴保温，或直接将加热棒插入反应器中，主要用于光合微生物的产氢机理、产氢菌生长条件的研究，反应器一般只有几十毫升或几百毫升，最大规模的体积也只有四升。国外已有用于藻类和蓝细菌培养的规模较大的光合生物反应器，这类反应器都是平板式设计或多组长管式设计，以提高光辐射面积。但是，这类生物反应器主要用于培养藻类，进行水产养殖，或制造氧气以降低温室气体，反应器无温度控制装置，安置于室外，通过太阳直接照射获得光源，产氢率极低。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种产氢率高的光合微生物制氢反应器。
本实用新型的技术方案是：一种光合微生物制氢反应器，包括反应罐，太阳光采集、传输设备和辅助光源设备组成；太阳光采集、传输设备由太阳能聚焦采光器、太阳光光再分配器、光导纤维组成，太阳光光再分配器由四个置于反应罐之中的透明管筒构成，光导纤维一端与太阳能聚焦采光器联接，另一端置于反应罐中的透明管筒内；辅助光源设备包括灯泡和光导纤维，光导纤维一端与灯泡联接，另一端置于反应罐中的透明管筒内；在反应罐上部设有原料入口，菌株接种入口和产气出口，在反应罐下部设有菌液出口。
在反应罐外部设有由水箱、加热电阻、电泵和管道组成的温度控制设备，加热电阻装在水箱中，一根管道通过反应罐底部及电泵后与水箱下部连通，另一根管道通过水箱上部与反应罐上部连通。
光合微生物制氢反应器创新点：
1、采用罐状锥底反应器主体设计。
采用罐状锥底反应器主体设计比平板式反应器占地面积小，比多组长管式造价低，而且反应器中无滞留区，可避免菌液的聚集。
2、采用滤光器、光再分配器进行太阳光的筛选、过滤以及再分配。
通过筛选、过滤以及再分配后，光导纤维只将与光合细菌生长所需光波波长相耦合的光传输到反应器中，大大提高了光的转化效率，目前国内外尚无该技术在生物法制氢中的应用。
3、采用菌液循环加热法。
采用菌液循环加热法代替内置搅拌器，不仅解决了一般生物反应器因内置搅拌器安装造成的漏气问题，也解决了较大规模生物反应器菌液的加热保温问题，无须采用双层罐体夹层保温方法，降低了反应器的生产成本和体积规格。
4、实时监测和反应过程的自动控制。
采用了模糊智能控制方法对pH值、ORP、VSS等光合细菌反应参数进行实时监测，对pH值、温度、光强等进行自动调整控制，解决了生化反应过程强耦合、大滞后、非线性特征带来的控制难题，可调整反应器适宜于各种不同生长习性产氢光合微生物的培养和产氢，大大提高了反应器的适用范围。
光合微生物制氢反应器运行效果：反应器利用经处理过的猪粪水为原料产氢，可进行光合细菌连续培养产氢，获得较高的光转化效率和原料转化率，有效太阳能转化率达到20.2％，原料转化率达到58.9％。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
具体实施方式
光合微生物制氢反应器组成：光合微生物反应器由锥底反应罐12，温度控制设备，太阳光采集、传输设备和辅助光源设备组成，如图1所示。
反应罐12的容积为三十升，由透明材料制成，有四个透明管筒13置于反应罐之中，用于太阳光和辅助光源传输设备的安放。反应罐体上安装有菌株接种入口2、原料入口3、菌液出口4、产气出口1。辅助光源设备包括灯泡9和光导纤维14，光导纤维14一端与灯泡9联接，另一端置于反应罐中的透明管筒13内；太阳光采集、传输设备，由太阳能聚焦采光器11、滤光器(现有技术)、四个透明管筒13组成的太阳光光再分配器、光导纤维14组成，完成太阳光的聚焦采集、过滤，并将与光合产氢菌的吸收光谱特性相耦合的光经由光导纤维14从四个置于反应器中的透明管筒13输送到反应器的反应罐12中，以改善深层区域光照度差的问题，使太阳光在反应液中的分配比较均匀，以达到光能的高效率转化，同时降低了单位面积光导纤维传输的光负荷，增加有效光密度。
温度控制设备由加热水箱5、加热电阻5-1及温度控制器(现有技术)组成，菌液加温循环管从加热水箱中通过，温度控制器可自动控制水箱温度，在电泵作用下从反应器主体下方管道7流出的菌液经过水箱加热从菌液加温循环管道6入口流入反应器罐体，在保持菌液稳定的生长温度的同时，形成菌液自动搅拌，无须另外安装搅拌装置。
通过pH值测量、光强测量、温度测量、氧化还原电位等实时监测设备引出口可对菌液的pH值、光强度、温度和氧化还原电位等进行实时测量，根据测量结果由响应控制设备对反应器的运行状况进行自动调整。光合微生物制氢反应器工作原理：
用于制氢的原料和光合细菌菌株分别由原料入口3和菌株接种入口2流入反应器罐体中，光合细菌生长过程中各生化参数和光强、温度等参数通过pH值、ORP、VSS、光强、温度监测设备实时得到，经由监测设备引出口传输到pH值、光强、温度控制器，控制器再对太阳光采集、传输设备、辅助光源、温度控制设备、pH调节设备进行控制，控制反应罐及菌液处于光合细菌产氢所需的最佳生长繁殖条件下，产出的气体由产气出口1排出反应罐，进行进一步处理利用。

Claims (2)

1、一种光合微生物制氢反应器，其特征是：包括反应罐，太阳光采集、传输设备和辅助光源设备组成；太阳光采集、传输设备由太阳能聚焦采光器、太阳光光再分配器、光导纤维组成，太阳光光再分配器由四个置于反应罐之中的透明管筒构成，光导纤维一端与太阳能聚焦采光器联接，另一端置于反应罐中的透明管筒内；辅助光源设备包括灯泡和光导纤维，光导纤维一端与灯泡联接，另一端置于反应罐中的透明管筒内；在反应罐上部设有原料入口，菌株接种入口和产气出口，在反应罐下部设有菌液出口。
2、根据权利要求1所述的光合微生物制氢反应器，其特征是：在反应罐外部设有由水箱、加热电阻、电泵和管道组成的温度控制设备，加热电阻装在水箱中，一根管道通过反应罐底部及电泵后与水箱下部连通，另一根管道通过水箱上部与反应罐上部连通。
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