[发明专利]菌藻一体式生物产能装置

说明书

菌藻一体式生物产能装置，本发明涉及一种菌藻一体式生物产能装置，它要解决现有菌藻耦合产能系统的产能效率低的问题。本发明菌藻一体式生物产能装置包括细菌反应区、滤膜、微藻反应区、光照系统和两个气体流量计，在反应器的底板上设置有滤膜，反应器通过滤膜分隔成细菌反应区和微藻反应区，反应区中分别填充有废水，在细菌反应区中接入细菌，在微藻反应区中接入微藻，在微藻反应区一侧设置光照系统，细菌反应区密封盖上的排气口与细菌反应区气体流量计相连，微藻反应区密封盖上的排气口与微藻反应区气体流量计相连，且细菌反应区的工作体积小于微藻反应区的工作体积。本发明一体式生物产能装置可以显著提高生物产能效率和废水处理效率。

技术领域

本发明涉及一种菌藻一体式生物产能装置。

背景技术

不可再生能源的消耗引起了严重的能源和环境危机，威胁着人类的生存和可持续发展。发展可再生能源是解决这些危机的重要途径。氢气有着高能量密度、清洁无污染等特性，被认为是一种理想的清洁能源。目前，常规的制氢方法是从化石燃料中提取或通过电解水制取，这些方法并未摆脱对化石能源的依赖，且会污染环境，不能满足可持续发展的需求。生物制氢有着节能环保的特点，且可在产氢的同时达到废水处理的目的，受到了越来越多的关注。

生物制氢可分为暗发酵制氢和光发酵制氢，其中暗发酵制氢的产氢速率快，能够以废水等为发酵底物，易于进行连续生产。然而，暗发酵过程中会产生大量的有机酸等副产物，降低了反应体系的pH，使得产氢量降低。如果这些发酵副产物不被妥善处理，还可能会带来一定的环境污染。微藻可以快速分解对一般细菌具有毒性抑制作用的挥发性有机酸，将其代谢后合成油脂。利用细菌和微藻的优势和互补协同作用，将二者联合起来组成的系统称为菌藻耦合产能系统。

菌藻耦合产能系统包括两步法耦合和混合培养耦合两种方式。两步法产能是细菌在最适条件下发酵产氢，之后将发酵尾液预处理，调节微藻的最适条件后进微藻培养，优点是细菌和微藻可在各自的最适条件下生长，产能效率高。然而，这需要对暗发酵尾液进行添加化学药剂等复杂处理，且在生产过程中需要多个反应器，限制了两步法产能的应用。混合培养产能是将细菌和微藻进行混合后共同培养，细菌可分解大分子物质产氢，其代谢产物小分子有机酸被微藻利用，优点是细菌的代谢产物直接被微藻利用，缓解了代谢产物的抑制作用。然后，混合培养的影响因素较多，且细菌会遮挡微藻对光的利用，微藻培养完成后难以分离。根据细菌和微藻的特点开发一体式生物产能装置，可解决两种耦合方式存在的局限，有利于提高菌藻耦合产能的可应用性。

发明内容

本发明的目的是解决由于细菌和微藻代谢不匹配，导致菌藻耦合产能系统的产能效率低的问题，旨在提高生物产能效率，高效处理废水或废弃物，提供菌藻一体式生物产能装置。

本发明菌藻一体式生物产能装置包括细菌反应区、滤膜、微藻反应区、光照系统和两个气体流量计，在反应器内设置有滤膜，反应器通过滤膜分隔成细菌反应区和微藻反应区，细菌反应区和微藻反应区中分别填充有废水，在细菌反应区中接入细菌，在微藻反应区中接入微藻，在微藻反应区一侧设置光照系统，细菌反应区和微藻反应区的上部分别设置密封盖，细菌反应区密封盖上的排气口与细菌反应区气体流量计的进气口相连，微藻反应区密封盖上的排气口与微藻反应区气体流量计的进气口相连，且细菌反应区的工作体积小于微藻反应区的工作体积。

本发明所述的菌藻一体式生物产能装置通过滤膜分为细菌反应区和微藻反应区，使得细菌的产氢反应和微藻的生长在各自独立的反应区内进行。在细菌反应区内细菌代谢废水产生氢气、二氧化碳和小分子有机酸，这些小分子有机酸通过滤膜扩散至微藻反应区，作为微藻生长的底物。在微藻反应区，微藻在光照条件下利用细菌的末端代谢产物小分子有机酸进行生长和油脂合成。

本发明的菌藻一体式生物产能装置包含以下有益效果：

1、细菌反应区的代谢产物通过滤膜扩散到微藻反应区供微藻利用，这些代谢产物的利用有助于解除末端产物对细菌生长和产氢的抑制。