[发明专利]一种光合细菌连续制氢的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于光合细菌制氢的技术领域，具体涉及了一种光合细菌连续制氢的方法及其装置。

背景技术

随着化石能源储量的日益减少及广泛使用化石能源所带来的环境污染的不断恶化，要实现经济和社会的可持续发展，必须寻找新的清洁的可再生能源替代原有的化石能源，构建新的能源体系。在众多的可再生能源中氢气由于其高效、清洁可再生的特点，被认为是一种最理想的替代能源。然而与氢能的巨大发展潜力相对应的落后的制氢技术却一直制约着氢能的大规模应用与发展，传统的化石燃料重整制氢和电解水制氢存在着耗能巨大，原料转化率低，生产成本高等缺点。生物制氢反应条件温和，能将制氢与废弃物利用相结合，耗能低、污染少，因此受到国内外众多研究者的广泛关注。光合细菌制氢与其他生物制氢方法相比能量利用率高，能将产氢与光能利用、有机物的去除有机地耦合在一起，产氢不放氧、纯度高，是一种较具发展潜力的生物制氢方式。

光合细菌产氢过程中产物(H₂)的形成与细胞生长不相关，属于非生长偶联型。因此，光合细菌制氢可以分为菌种培养和发酵产氢两个阶段。现有的光合细菌制氢方法将菌种的培养和产氢相分离，菌体培养阶段虽然可以实现菌种的连续培养，但产氢发酵阶段只能实现分批或半连续发酵产氢，菌体培养与菌体产氢不能有机结合，产气量小，产气不稳定，产气速率低，产气中氢气含量变化较大，限制着光合细菌制氢的进一步应用与发展。将菌体培养和菌体产氢相结合实现光合细菌连续产氢还未见相关报道。

发明内容

为克服现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种工艺简单、操作简便的光合细菌连续制氢的方法。同时，本发明也提供了实现光合细菌连续制氢方法的装置，本发明方法联合本发明装置，产氢不仅高效而且稳定。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种光合细菌连续制氢的方法：所述方法为分步法光合细菌连续制氢，包括菌体培养和发酵产氢两个阶段：光合细菌及其生长培养基经过增殖培养后，当培养后的菌体浓度OD_660nm达到1.5～2.0时，按体积计，1/10～3/10菌液总量的菌液通过回流与光合细菌生长培养基混合重新进行增殖培养，而其余菌液则与产氢底物混合后再进行发酵产氢。

一种实现所述光合细菌连续制氢方法的装置：所述装置由依次串连的菌体培养箱、菌料混合箱和光合产氢反应器三部分组成，菌体培养箱设有光合细菌及其生长培养基注入口，菌体培养箱的出料口还设有菌液回流管路，菌液回流管路返回与光合细菌及其生长培养基注入口相连，菌料混合箱设有产氢底物注入口，光合产氢反应器设有出气口。菌体培养箱的作用在于：采用连续培养装置，为光合产氢反应器提供连续稳定的菌体供应。菌料混合箱的作用在于：将培养到处于对数增殖期的菌体与产氢底物进行充分混合，尽可能减少空气引入对菌体造成的抑制，并完成对混合菌液的酸碱度pH值进行调整，保证菌液pH值在6.8～7.2范围之内。光合产氢反应器的作用在于：为光合细菌的产氢提供所需要的光照、温度外界条件，使光合细菌将底物发酵转化为氢气，为了提高产氢量，也可以在此增加搅拌。本发明中，混合菌液的酸碱度pH值、光照、温度均按本领域的常规方法进行调节。

菌体培养箱、菌料混合箱和光合产氢反应器分别作为独立的部分而依次串连。

菌体培养箱、菌料混合箱和光合产氢反应器作为一个整体存在，将整体的内部空间隔离成三个空间依次作为菌体培养箱、菌料混合箱和光合产氢反应器。

沿水平方向，将整体的内部空间隔离成相通的或各自独立封闭的三个空间，其中可通过至少两块交错的隔板将整体空间隔离成相通的三个空间；其中，整体优选为棱柱、圆柱或扇形柱，较好地为长方体。

沿垂直方向，由下至上将整体的内部空间隔离成各自独立封闭的三个空间；其中，整体优选为棱柱、圆柱或扇形柱，较好地为长方体。

整体为圆柱或扇形柱，以半径绕轴旋转将整体的内部空间隔离成各相通的或各自独立封闭的三个空间，三者垂直并列，其中可通过至少两块交错的隔板将整体空间隔离成相通的三个空间。

产氢底物注入口为一个两端带密封阀而中空的腔体结构，进料前关闭下阀门、打开上阀门将料加入中空的腔体内部，进料时将上阀门关闭打开下阀门使料进入菌料混合箱。

菌体培养箱、菌料混合箱和光合产氢反应器均设有排污口。

在培养箱和光合产氢反应器的内部或外部均布置有照明装置和温度调节装置。