[发明专利]一种基于污泥发酵制氢供氢燃料电池的装置及方法

权利要求书

1.一种基于固定化细胞进行污泥发酵制氢耦合氢燃料电池的装置，所述活性污泥包括有机质、营养物质、微生物和水分；其特征在于，包括：

配置模块，用于配置底物和辅料，以及用于将所述梭菌Clostridium P21与吸附填料结合形成固定化细胞颗粒；其中，所述底物包括所述活性污泥；所述辅料包括磷酸盐复合液；所述梭菌Clostridium P21为杆状嗜碱性梭菌；

污泥厌氧发酵模块，用于利用梭菌Clostridium P21，通过底物和辅料的液体培养基发酵并设置pH值恒定为大于7以及发酵温度为大于40℃，产出含有氢气的混合气，并在将发酵残渣定时定量间断地输出时，将吸附有梭菌Clostridium P21的固定化细胞颗粒留在发酵罐中，其中，所述混合气仅含有高纯度氢气、二氧化碳和酸性气体；

水洗模块，接收所述混合气，并洗去所述混合气中的悬浮颗粒；

碱洗模块，用于通过中和去除所述混合气中的二氧化碳和酸性气体；

吸附模块，其通过活性炭吸附，去除所述混合气中的异味，并输出所述混合气给氢燃料电池模块供电。

2.根据权利要求1所述的基于固定化细胞进行污泥发酵制氢耦合氢燃料电池的装置，其特征在于，所述高纯度氢气为98％纯度以上的氢气，所述污泥厌氧发酵模块包括：

上料单元，位于所述发酵罐的上端，用于定时定量间断地将包括底物和辅料的液体培养基以及吸附有梭菌Clostridium P21的固定化细胞颗粒放入所述发酵罐；其中，所述底物为用于发酵产氢的所述活性污泥中所包括的碳水化合物、蛋白质、脂肪、糖、油脂、酸和/或有机酸类物质，所述辅料还包括所述活性污泥中所包括的营养物质；所述营养物质为氮盐、磷盐和/或钾盐；

去氧单元，位于所述发酵罐的底部，用于将纯惰性气体从发酵罐底部吹扫所述液体培养基以去除所述液体培养基中残存的氧气；

温度控制单元，用于将所述液体培养基放入具有搅拌器的发酵罐中，设置发酵温度为50℃-80℃之间的一个温度；

PH值控制单元，用于通过酸溶液和碱性溶液控制所述发酵罐在发酵周期内的pH值恒定为8-12中的一个值；

分离输出单元，位于所述发酵罐的下部，用于将发酵残渣定时定量间断地从下料口输出，并通过过滤将吸附有梭菌Clostridium P21的固定化细胞颗粒留在发酵罐中。

3.根据权利要求1所述的基于固定化细胞进行污泥发酵制氢耦合氢燃料电池的装置，其特征在于，还包括预处理模块，用于在上料前去除所述活性污泥中的重金属和/或无机盐；其中，所述无机盐为硅氧化物、铁氧化物、铝氧化物、钙氧化物和/或盐。

4.一种基于固定化细胞进行污泥发酵制氢耦合氢燃料电池的方法，采用权利要求1-3任意一个所述的装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：定时定量间断地将包括底物和辅料的液体培养基以及所述吸附有梭菌Clostridium P21的固定化细胞颗粒放入所述发酵罐；利用梭菌Clostridium P21，通过活性污泥发酵并设置pH值恒定为大于7以及发酵温度为大于40℃，产出含有氢气的混合气，且定时定量间断地将发酵残渣从下料口输出；其中，所述混合气仅含有98％纯度以上的氢气、二氧化碳和酸性气体；所述梭菌Clostridium P21为杆状嗜碱性梭菌；所述底物为用于发酵产氢的所述活性污泥中所包括的碳水化合物、蛋白质、脂肪、糖、油脂、酸和/或有机酸类物质，所述辅料包括磷酸盐复合液和所述活性污泥中所包括的营养物质；所述营养物质为氮盐、磷盐和/或钾盐；

步骤S2：接收所述混合气，并洗去所述混合气中的悬浮颗粒；

步骤S3：通过中和去除所述混合气中的二氧化碳和酸性气体；

步骤S4：通过活性炭吸附，去除所述混合气中的异味，并输出所述混合气给氢燃料电池模块供电。

5.根据权利要求4所述的活性污泥发酵制氢供电燃料电池的方法，其特征在于，所述活性污泥还包括重金属和/或无机盐，在执行步骤S1之前，还包括步骤S0用于去除重金属和/或无机盐；其中，所述无机盐为硅氧化物、铁氧化物、铝氧化物、钙氧化物和/或盐。