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1、(10)申请公布号 CN 103114037 A (43)申请公布日 2013.05.22 CN 103114037 A *CN103114037A* (21)申请号 201310029201.X (22)申请日 2013.01.25 C12M 1/107(2006.01) C12M 1/04(2006.01) (71)申请人 河南农业大学 地址 450000 河南省郑州市金水区文化路 95 号 申请人 华北水利水电学院 (72)发明人 张川 张全国 焦有宙 王振锋 王爱军 赵万里 (74)专利代理机构 郑州联科专利事务所 ( 普通 合伙 ) 41104 代理人 时立新 (54) 发明名称 基。
2、于导光载体的生物膜光生物制氢滴滤反应 器 (57) 摘要 本发明涉及生物制氢反应器， 具体涉及利用 光合细菌实现生物制氢的基于导光载体的生物膜 光生物制氢滴滤反应器。 所述反应器， 包括反应箱 体， 反应箱体顶端设有出气口和料液进口， 反应箱 体底端设有进气口和料液出口， 反应箱体内部水 平设有相互平行的导光载体， 导光载体一端伸出 反应箱体， 一端设在反应箱体内。本发明设计简 单， 成本低廉， 操作方便， 占地面积少， 料液处理能 力高， 而且能够稳定、 高效地制备氢气。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)。
3、发明专利申请 权利要求书1页 说明书2页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103114037 A CN 103114037 A *CN103114037A* 1/1 页 2 1. 基于导光载体的生物膜光生物制氢滴滤反应器， 包括反应箱体， 其特征在于 ： 反应 箱体顶端设有出气口和料液进口， 反应箱体底端设有进气口和料液出口， 反应箱体内部水 平设有相互平行的导光载体， 导光载体一端伸出反应箱体， 一端设在反应箱体内。 2. 如权利要求 1 所述的基于导光载体的生物膜光生物制氢滴滤反应器， 其特征在于 ： 所述的反应箱体内部导光载体上方设有上凸曲面导流板， 上凸曲面导流板两端设有竖直导 流。
4、板。 3. 如权利要求 2 所述的基于导光载体的生物膜光生物制氢滴滤反应器， 其特征在于 ： 所述的导光载体为圆柱体， 水平方向上相邻导光载体的圆柱体的间距不大于圆柱体截面圆 的直径。 4. 如权利要求 3 所述的基于导光载体的生物膜光生物制氢滴滤反应器， 其特征在于 ： 水平方向上平行的导光载体为一排， 相邻两排中的导光载体交错排列， 上下两排中相邻的 3 根导光载体的圆柱体端面圆心的连线为等边三角形。 5. 如权利要求 1-4 任一所述的基于导光载体的生物膜光生物制氢滴滤反应器， 其特征 在于 ： 所述的反应箱体、 上凸曲面导流板、 竖直导流板和导光载体由有机玻璃或透明树脂制 成。 权 利。
5、 要 求 书 CN 103114037 A 2 1/2 页 3 基于导光载体的生物膜光生物制氢滴滤反应器 技术领域 0001 本发明涉及生物制氢反应器， 具体涉及利用光合细菌实现生物制氢的基于导光载 体的生物膜光生物制氢滴滤反应器。 背景技术 0002 为了实现光合细菌连续化产氢， 需要采用细胞固定化技术， 目前， 使用的细胞固 定化技术以包埋法和生物膜方法为主， 其中生物膜方法的优点更加显著。现有技术中， 使 用生物膜方法的光生物制氢反应器的结构中存在两点不足 ： 缺乏将导光介质和生物膜 吸附载体结合的结构， 既不利于充分利用反应器内部空间来增加反应器内的光合生物持有 量， 也不利于提高反应。
6、器整体的光分布均匀性 ； 反应器在连续产氢阶段通常采用满料液 运行方式， 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传递也不利于 生物膜中产生的氢气向外传递， 因而限制了反应器性能的提高。 发明内容 0003 本发明的目的在于提供一种高导光、 高效率的生物膜光生物制氢滴滤反应器。 0004 为解决上述技术问题， 本发明采用的技术方案如下 ： 基于导光载体的生物膜光生物制氢滴滤反应器， 包括反应箱体， 反应箱体顶端设有出 气口和料液进口， 反应箱体底端设有进气口和料液出口， 反应箱体内部水平设有相互平行 的导光载体， 导光载体一端伸出反应箱体， 一端设在反应箱体内。 0005 在。
7、反应器的启动阶段， 先向其中接种光合细菌菌种， 使光合细菌吸附在导光载体 上生长并形成生物膜， 通过导光载体在反应器中的高密度排列， 提高了反应箱体内的比表 面积， 大大增加了反应器内的光合细菌吸附成膜表面积， 进而增加反应器中的细胞持有量。 在形成光合细菌生物膜以后， 该反应器便可投入连续化产氢作业。 从料液进口通入料液， 料 液依次流过每根导光载体， 进入光合细菌生物膜， 经过光合细菌降解后， 产生的氢气从出气 口排出 ； 与此同时， 从进气口连续通入惰性气体， 如氩气， 以保持反应箱体内的厌氧环境并 维持较低的氢分压， 利于氢气的产生。 0006 优选的， 所述的反应器， 其反应箱体内部。
8、导光载体上方设有上凸曲面导流板， 上凸 曲面导流板两端设有竖直导流板。上凸曲面导流板用于水平导向、 分配料液， 使得位于水 平方向上不同位置处的导光载体上获得同量的料液， 垂直导流板将料液直接分配到导光介 质上， 并实现了料液的滴滤运行， 与满液运行的反应器相比， 滴滤运行方式可以减小液膜阻 力， 更加利于光合细菌生物膜中产生的氢气排出， 从而强化反应器的产氢能力。 0007 优选的， 所述的反应器， 其导光载体为圆柱体， 水平方向上相邻导光载体的圆柱体 的间距不大于圆柱体截面圆的直径。这样的结构设计， 能够保证从上排导光载体流下的料 液可以不间断的流向下排的导光载体的表面。 0008 优选的。
9、， 所述的反应器， 水平方向上平行的导光载体为一排， 相邻两排中的导光载 体交错排列， 上下两排中相邻的 3 根导光载体的圆柱体端面圆心的连线为等边三角形。导 说 明 书 CN 103114037 A 3 2/2 页 4 光载体这样的排列设计， 配合水平方向上每根导光载体的间距， 使得料液在每根导光载体 上的流量分配更加均匀， 保证了每根导光载体上的光合细菌生物膜都有着均匀的滴滤料液 量。 0009 优选的， 所述的反应器， 其反应箱体、 上凸曲面导流板、 竖直导流板和导光载体由 有机玻璃或透明树脂制成。 这样的设计强化了光在整个反应器内的传输， 尤其是导光载体， 由于其一端位于反应箱体外， 。
10、能够将箱体外部的阳光通过导光载体导入反应箱体内容积空 间， 增加了反应器内容积空间的光通量密度， 保证了生物膜中光合细菌产氢所需的光照强 度， 因而强化了反应器的料液处理能力和产氢能力。 0010 本发明相对于现有技术， 有以下优点 ： 设计简单， 成本低廉， 操作方便， 占地面积 少， 料液处理能力高， 而且能够稳定、 高量地制备氢气。 附图说明 0011 图 1 为本发明的结构剖面示意图 ； 图 2 为本发明的结构侧视示意图。 具体实施方式 0012 以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明 ： 如图 1 所示， 反应箱体 1 顶端设有出气口 3 和料液进口 2， 反应箱体 。
11、1 底端设有进气口 5和料液出口4， 反应箱体1内部顶端设有上凸曲面导流板6， 上凸曲面导流板6两端设有竖 直导流板 7， 反应箱体 1 内水平设有相互平行的圆柱体导光载体 8， 竖直导流板 7 的位置高 于圆柱体导光载体 8。圆柱体导光载体 8 一端伸出反应箱体 1， 一端设在反应箱体 1 内， 水 平方向上相邻的圆柱体导光载体的间距 L 为圆柱体截面圆的半径。水平方向上平行的圆柱 体导光载体为一排， 相邻两排中的圆柱体导光载体交错排列， 上下两排中相邻的 3 根圆柱 体导光载体 8、 9、 10 的圆柱体端面圆心的连线为等边三角形。 0013 在反应器的启动阶段， 先向反应箱体 1 内接种。
12、光合细菌菌种， 使光合细菌吸附在 圆柱体导光载体 8 上生长并形成生物膜， 在形成光合细菌生物膜以后， 该反应器便可投入 连续化产氢作业。此后， 从料液进口 2 通入料液， 料液依次流过上凸曲面导流板 6 和竖直导 流板 7， 并滴滤在每根圆柱体导光载体上， 进入光合细菌生物膜， 经过光合细菌降解后， 产生 的氢气从出气口 3 排出 ； 与此同时， 从进气口 5 连续通入氩气。在整个生产过程中， 圆柱体 导光载体 8 位于反应箱体 1 外的一端， 能够将箱体外部的阳光通过自身导入反应箱体 1 内， 增加了反应器内容积空间的光通量， 保证了生物膜中光合细菌产氢所需的光照强度。 说 明 书 CN 103114037 A 4 1/1 页 5 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103114037 A 5 。