[发明专利]一种管式多路循环明暗交替生物制氢的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于可再生能源技术领域，尤其涉及一种适用于光合、厌氧细菌混合菌群利用生物质原料的管式多路循环明暗交替生物制氢的方法及装置。

背景技术

随着世界经济的社会的快速发展，有限的化石能源已经不能满足世界各国对能源的需求，且化石能源会带来日益严重的环境污染问题，在各种可替代能源中，氢能因其可再生性、清洁性、存储方便、应用形式多样等优点，被认为是一种最为理想的清洁能源。目前工业化制氢主要通过电解水制氢和化石燃料重整制氢获得，存在着制氢能源消耗大，制氢过程存在污染等缺点，不能满足未来氢能生产可持续发展的要求，生物制氢反应条件温和，在常温、常压和接近中性的温和条件下进行，而且生物制氢可利用工农业废弃物和各种工业污水为原料，能将能源生产与废弃物利用、太阳能转化、环境污染治理等结合，既实现了废弃物资源化利用，又降低了制氢成本，成为当今氢能生产领域中的研究热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管式多路循环明暗交替（光合、厌氧细菌混合）生物制氢的方法，旨在提高生物制氢效率，简化生物制氢反应器设计和运行，为多菌种多菌群混合生物制氢提供科学参考和依据。

本发明的再一目的在于提供一种管式多路循环明暗交替生物制氢装置。

本发明是这样实现的，一种管式多路循环明暗交替生物制氢的方法，包括以下步骤：

（1）将光合细菌、厌氧细菌混合菌群在光反应排管和暗反应排管上循环连续培养，光合细菌在光发反应排管上生长并形成光合细菌生物膜；厌氧细菌在暗反应排管上生长并形成厌氧细菌生物膜；

（2）将预处理后的产氢原材料在首先通过附着厌氧细菌生物膜的暗反应排管后形成发酵液，收集该管路中产生的氢气；

（3）将发酵液进行调节后，在光照条件下通过附着光合细菌生物膜的光反应排管后形成废弃液，收集该管路中产生的氢气。

优选地，在步骤（1）中，所述光反应排管和暗反应排管总体积比为4:1。

优选地，在步骤（2）中，所述产氢原材料包括秸秆生物质原料或有机废水，其中，所述秸秆生物质原料的预处理为：将秸秆粉碎至粒度范围为50～500nm，并且加水混合为固液比10～60g/L后，用纤维素酶酶结处理至秸秆生物质原料的还原糖含量为650～1250mg/L；

所述有机废水的预处理为：选择或者用水调节有机废水的透光率大于25%、COD含量为3000～8000mg/L；

所述产氢原材料在进入到附着厌氧细菌生物膜的暗反应排管的温度为28～32、pH值为4.5～5.5，C/N值为10:1～20:1。

优选地，在步骤（2）中，在步骤（3）中，所述发酵液进行调节为：调节所述发酵液的温度为28～32℃，pH值为6.5～7.5，C/N值为70:1～80:1。

优选地，在步骤（3）中，所述光照条件为用黄色LED照明光纤提供光照，光照强度为1000～4000Lux。

本发明进一步提供了一种管式多路循环明暗交替生物制氢的装置，包括暗反应排管，光反应排管，上罐体，下罐体，菌种罐，料液罐，炭氮调节罐，酸度调节罐，进料泵，循环泵，恒流泵，以及光照管，其中，所述菌种罐的出液口设有阀门，所述菌种罐、料液罐与进料泵的进液口连接，所述进料泵的出液口与下罐体连接，所述循环泵的搅拌叶片设于下罐体内，所述下罐体与暗反应排管的进液端连接，所述暗反应排管的出液端与上罐体连接，所述上罐体顶部设有排气管，所述上罐体与恒流泵的出液端连接，所述恒流泵的进液端分别与炭氮调节罐以及酸度调节罐连接，所述上罐体与光反应排管的进液端连接，所述光反应排管上设有光照管。

优选地，所述光反应排管为透光玻璃制成，所述光反应排管的数量为5根，且5根所述光反应排管并列设置，所述暗反应排管为有机玻璃制成，所述暗反应排管的数量为3根，外层涂黑色涂层，且3根所述暗反应排管并列设置；其中，3根所述暗反应排管的管内总面积与5根光反应排管的管内总体积之比为4：1。

优选地，所述光照管为光照强度为1000～4000Lux的黄色LED照明光纤；

所述暗反应排管和光反应排管均放置菌体固定化材料，所述固定化材料由质量分数为3%海藻酸钠、2%Cacl₂组成，所述暗反应排管和光反应排管的管路两端用网状薄膜封口。