[发明专利]一种嵌入式生物电合成系统及方法

权利要求书

1.一种嵌入式生物电合成系统，其特征在于：包括厌氧氧化反应器（1）、生物电合成反应器（2）、培养液循环控制系统、电源（7）和外电路； 

厌氧氧化反应器（1）用于废弃物、废水氧化处理，内设搅拌装置； 

生物电合成反应器（2）从内到外由导电的反应器壁（3）、隔膜（4）和阳极（6）构成，导电反应器壁同时也是反应器的阴极，反应器壁（3）和阳极（6）分别接电源的阴极和阳极，生物电合成反应器作为独立的密封构件嵌入到厌氧氧化反应器中；生物电合成反应器（2）封闭的空间构成阴极室；厌氧氧化反应器（1）和嵌入的生物电合成反应器（2）之间的空隙构成阳极室； 

培养液循环控制系统包括循环液多参数调节罐（8）、循环泵（9）、在线pH控制器（10）、在线CO₂控制补充系统（11）、在线温度控制器（12）、液位控制器（13）、加酸泵（14）、酸液储罐（15）、CO₂储罐（16）以及培养基储罐（17）；循环泵（9）连接密闭的生物电合成反应器（2）和循环液多参数调节罐（8）；加酸泵（14）连接酸液储罐（15）和循环液多参数调节罐（8）;循环液多参数调节罐（8）具有搅拌装置、循环液进出口、CO₂气体和培养基补充进口、产物排出口。 

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：厌氧氧化反应器（1）中有多个生物电合成反应器（2）。 

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：隔膜（4）采用无纺布、石棉纤维、离子交换膜、合成纤维材料制作。 

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：作为阴极的反应器壁（3）采用导电的不锈钢、铁、铝、铜或铅制作，生物电合成反应器的形状是圆柱形或者矩形。 

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：阴极室内填充不锈钢、铁、铜、镍或铅的金属丝或网、活性炭颗粒、无定型碳纤维填料构建三维阴极。 

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：生物电合成反应器（2）的阳极（6）采用碳毡、碳纸、碳布、无定型碳纤维或活性炭制作。 

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：阳极室内填充不锈钢、铁、铜、镍或铅的金属丝或网、活性炭颗粒、无定型碳纤维填料构建三维阳极。 

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：电源（7）是稳压电源或恒电位仪。 

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：隔膜（4）和阳极（6）之间设有阳极集流网（5），阳极集流网采用不锈钢、钛或合金金属导电丝网制作。 

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：培养液循环控制系统负责培养液储存、循环、pH调节、CO₂气体调节及培养基补充、产物排出。 

11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：阳极室和培养液循环控制系统通过管道连接，阳极室产生的CO₂、H₂可以供给阴极室进行生物电合成。 

12.一种嵌入式生物电合成的方法，其特征在于：利用权利要求1到11的任何一种系统，通过如下步骤实现： 

a)将用于合成的培养液泵入生物电合成反应器中 

b)将废弃物、废水导入厌氧氧化反应器中 

c)阴极室和阳极室分别接种相应的微生物 

d)通过循环泵对生物电合成反应器以及多参数调节罐内的培养液进行循环，培养液循环控制系统对多参数调节罐内培养液进行pH调节，并补充CO₂

e)电源在阳极和阴极间外加电势 

f)监测生物电合成反应器中的产物达到一定浓度后从多参数调节罐排出。 

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：采用稳压电源外加电势时，阳极与阴极间的电势在100mv-2000mv之间。 

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：采用恒电位仪外加电势时，如通过控制阳极电势进行生物电合成，控制阳极电势在-400mv—+1200mv（VS.Ag/AgCl）之间；如控制阴极电势进行生物电合成，控制阴极电势在-400mv—-1200mv（VS.Ag/AgCl）之间。