專利名稱：基于導光載體的生物膜光生物制氫滴濾反應器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及生物制氫反應器，具體涉及利用光合細菌實現(xiàn)生物制氫的基于導光載體的生物膜光生物制氫滴濾反應器。
背景技術：
為了實現(xiàn)光合細菌連續(xù)化產(chǎn)氫，需要采用細胞固定化技術，目前，使用的細胞固定化技術以包埋法和生物膜方法為主，其中生物膜方法的優(yōu)點更加顯著。現(xiàn)有技術中，使用生物膜方法的光生物制氫反應器的結構中存在兩點不足:①缺乏將導光介質(zhì)和生物膜吸附載體結合的結構，既不利于充分利用反應器內(nèi)部空間來增加反應器內(nèi)的光合生物持有量，也不利于提高反應器整體的光分布均勻性反應器在連續(xù)產(chǎn)氫階段通常采用滿料液運行方式，由于生物膜外存在液膜阻力，既不利于料液中的底物向生物膜中傳遞也不利于生物膜中產(chǎn)生的氫氣向外傳遞，因而限制了反應器性能的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高導光、高效率的生物膜光生物制氫滴濾反應器。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案如下:
基于導光載體的生物膜光生物制氫滴濾反應器，包括反應箱體，反應箱體頂端設有出氣口和料液進口，反應箱體底端設有進氣口和料液出口，反應箱體內(nèi)部水平設有相互平行的導光載體，導光載體一端伸出反應箱體，一端設在反應箱體內(nèi)。在反應器的啟動階段，先向其中接種光合細菌菌種，使光合細菌吸附在導光載體上生長并形成生物膜，通過導光載體在反應器中的高密度排列，提高了反應箱體內(nèi)的比表面積，大大增加了反應器內(nèi)的光合`細菌吸附成膜表面積，進而增加反應器中的細胞持有量。在形成光合細菌生物膜以后，該反應器便可投入連續(xù)化產(chǎn)氫作業(yè)。從料液進口通入料液，料液依次流過每根導光載體，進入光合細菌生物膜，經(jīng)過光合細菌降解后，產(chǎn)生的氫氣從出氣口排出；與此同時，從進氣口連續(xù)通入惰性氣體，如氬氣，以保持反應箱體內(nèi)的厭氧環(huán)境并維持較低的氫分壓，利于氫氣的產(chǎn)生。優(yōu)選的，所述的反應器，其反應箱體內(nèi)部導光載體上方設有上凸曲面導流板，上凸曲面導流板兩端設有豎直導流板。上凸曲面導流板用于水平導向、分配料液，使得位于水平方向上不同位置處的導光載體上獲得同量的料液，垂直導流板將料液直接分配到導光介質(zhì)上，并實現(xiàn)了料液的滴濾運行，與滿液運行的反應器相比，滴濾運行方式可以減小液膜阻力，更加利于光合細菌生物膜中產(chǎn)生的氫氣排出，從而強化反應器的產(chǎn)氫能力。優(yōu)選的，所述的反應器，其導光載體為圓柱體，水平方向上相鄰導光載體的圓柱體的間距不大于圓柱體截面圓的直徑。這樣的結構設計，能夠保證從上排導光載體流下的料液可以不間斷的流向下排的導光載體的表面。優(yōu)選的，所述的反應器，水平方向上平行的導光載體為一排，相鄰兩排中的導光載體交錯排列，上下兩排中相鄰的3根導光載體的圓柱體端面圓心的連線為等邊三角形。導光載體這樣的排列設計，配合水平方向上每根導光載體的間距，使得料液在每根導光載體上的流量分配更加均勻，保證了每根導光載體上的光合細菌生物膜都有著均勻的滴濾料液量。優(yōu)選的，所述的反應器，其反應箱體、上凸曲面導流板、豎直導流板和導光載體由有機玻璃或透明樹脂制成。這樣的設計強化了光在整個反應器內(nèi)的傳輸，尤其是導光載體，由于其一端位于反應箱體外，能夠?qū)⑾潴w外部的陽光通過導光載體導入反應箱體內(nèi)容積空間，增加了反應器內(nèi)容積空間的光通量密度，保證了生物膜中光合細菌產(chǎn)氫所需的光照強度，因而強化了反應器的料液處理能力和產(chǎn)氫能力。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，有以下優(yōu)點:設計簡單，成本低廉，操作方便，占地面積少，料液處理能力高，而且能夠穩(wěn)定、高量地制備氫氣。


圖1為本發(fā)明的結構剖面示意 圖2為本發(fā)明的結構側(cè)視示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步說明:
如圖1所示，反應箱體I頂端設有出氣口 3和料液進口 2，反應箱體I底端設有進氣口5和料液出口 4，反應箱體I內(nèi)部頂端設有上凸曲面導流板6，上凸曲面導流板6兩端設有豎直導流板7，反應箱體I內(nèi)水平設有相互平行的圓柱體導光載體8，豎直導流板7的位置高于圓柱體導光載體8。圓柱體導光載體8—端伸出反應箱體I, 一端設在反應箱體I內(nèi)，水平方向上相鄰的圓柱體導光載體的間距L為圓柱體截面圓的半徑。水平方向上平行的圓柱體導光載體為一排，相鄰兩排中的圓柱體導光載體交錯排列，上下兩排中相鄰的3根圓柱體導光載體8、9、10的圓柱體端面圓心的連線為等邊三角形。在反應器的啟動階段，先向反應箱體I內(nèi)接種光合細菌菌種，使光合細菌吸附在圓柱體導光載體8上生長并形成生物膜，在形成光合細菌生物膜以后，該反應器便可投入連續(xù)化產(chǎn)氫作業(yè)。此后，從料液進口 2通入料液，料液依次流過上凸曲面導流板6和豎直導流板7，并滴濾在每根圓柱體導 光載體上，進入光合細菌生物膜，經(jīng)過光合細菌降解后，產(chǎn)生的氫氣從出氣口 3排出；與此同時，從進氣口 5連續(xù)通入氬氣。在整個生產(chǎn)過程中，圓柱體導光載體8位于反應箱體I外的一端，能夠?qū)⑾潴w外部的陽光通過自身導入反應箱體I內(nèi)，增加了反應器內(nèi)容積空間的光通量，保證了生物膜中光合細菌產(chǎn)氫所需的光照強度。
權利要求
1.基于導光載體的生物膜光生物制氫滴濾反應器，包括反應箱體，其特征在于:反應箱體頂端設有出氣口和料液進口，反應箱體底端設有進氣口和料液出口，反應箱體內(nèi)部水平設有相互平行的導光載體，導光載體一端伸出反應箱體，一端設在反應箱體內(nèi)。
2.如權利要求1所述的基于導光載體的生物膜光生物制氫滴濾反應器，其特征在于:所述的反應箱體內(nèi)部導光載體上方設有上凸曲面導流板，上凸曲面導流板兩端設有豎直導流板。
3.如權利要求2所述的基于導光載體的生物膜光生物制氫滴濾反應器，其特征在于:所述的導光載體為圓柱體，水平方向上相鄰導光載體的圓柱體的間距不大于圓柱體截面圓的直徑。
4.如權利要求3所述的基于導光載體的生物膜光生物制氫滴濾反應器，其特征在于:水平方向上平行的導光載體為一排，相鄰兩排中的導光載體交錯排列，上下兩排中相鄰的3根導光載體的圓柱體端面圓心的連線為等邊三角形。
5.如權利要求1-4任一所述的基于導光載體的生物膜光生物制氫滴濾反應器，其特征在于:所述的反應箱體、上凸曲面導流板、豎直導流板和導光載體由有機玻璃或透明樹脂制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物制氫反應器，具體涉及利用光合細菌實現(xiàn)生物制氫的基于導光載體的生物膜光生物制氫滴濾反應器。所述反應器，包括反應箱體，反應箱體頂端設有出氣口和料液進口，反應箱體底端設有進氣口和料液出口，反應箱體內(nèi)部水平設有相互平行的導光載體，導光載體一端伸出反應箱體，一端設在反應箱體內(nèi)。本發(fā)明設計簡單，成本低廉，操作方便，占地面積少，料液處理能力高，而且能夠穩(wěn)定、高效地制備氫氣。
文檔編號C12M1/107GK103114037SQ20131002920
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月25日 優(yōu)先權日2013年1月25日
發(fā)明者張川, 張全國, 焦有宙, 王振鋒, 王愛軍, 趙萬里 申請人:河南農(nóng)業(yè)大學, 華北水利水電學院