[发明专利]一种光合细菌连续反应制氢方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光合细菌连续反应制氢方法，尤其是一种采用光合细菌连续制氢反应装置进行菌体培养和反应产氢的方法。

背景技术

随着化石能源的不断消耗及其长期使用造成的环境污染问题的日趋严重，人类将面临十分严重的能源危机和环境恶化。氢气的热值高，燃烧反应速度快，释放能量后产生水且可再生，因此被公认为一种清洁绿色能源。目前，制氢气的方法主要有电解水制氢、化学制氢、生物制氢等，与其它制氢方法相比，生物制氢耗能低、污染少、反应条件温和等优点。由于光合细菌产氢速度快，能量利用率高、可利用的光谱范围广，因而相关研究比较多。

现有利用光合细菌产氢的方式有分批式、半连续式和连续式。由于分批式和半连续式产氢的方法存在有产气量小、产气速率低和底物利用率低等问题，所以目前主要采用连续制氢的方法。现有的光合细菌制氢方法，一部分将菌种的培养和产氢相分离，一部分将菌体培养与菌体产氢有机结合起来。将菌体培养与菌体产氢有机结合起来可以保证产气的稳定性，提高产氢速率。但是，一部分光合细菌的生长培养基和产氢培养基不同，而且生长培养基不利于光合细菌，因此，将菌体培养和菌体产氢相结合，会导致大量的生长培养基进入反应器与产氢培养基相混合，使得光合细菌的产氢效率下降。而且，现存的连续制氢装置仍存在不少问题。

公开号为CN202415545U公开了“一种连续流式微生物发酵制氢装置”，由原料池、蠕动进料泵、发酵反应器、NaOH 反应器、气体干燥器、气体流量计、储气装置串联组成，所述的发酵反应器内设有搅拌器，发酵反应器的废液出口通过蠕动出料泵与废液收集池连接，在所述的发酵反应器的底部设有微滤膜。该装置实现了连续、高效制氢的目的。但是，采用该装置连续制氢时，发酵废液直接排入废液收集池，未进行回流重复发酵，导致一部分底物直接流失，降低了底物的利用率。同时，该装置缺乏控温装置，无法保证发酵液温度处于微生物高效制氢的温度范围。

公开号为CN101538587B公开了“一种光合细菌连续制氢的方法和装置”。 其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_660 nm 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。采用的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。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。采用该发明的方法和装置制氢时，7/10 ～ 9/10的箘液与产氢底物混合进行产氢，导致菌液中含有的大量生长培养液与产氢底物混合，但是生长培养基并不利于光合细菌产氢，甚至对部分光合细菌产氢有抑制作用，因此会导致产氢效率的下降。光合反应器内的剩余物料直接从排污口排出，使得反应器内的光合细菌随着剩余物料也被排出，造成了光合细菌的流失，对维持反应器内光合细菌的数量造成了困难，同时也浪费了一部分底物，降低了底物的利用率。