一種無動力自流式產氫微生物定向進化裝置的製作方法

2023-04-28 01:07:21

專利名稱：一種無動力自流式產氫微生物定向進化裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種產氫微生物定向進化裝置，特別是一種無動力自流式產氫微生物定向進化裝置。
背景技術：
隨著經濟的高速發展，環境汙染與能源短缺已成為影響當今社會發展的兩大問題。因而，開發可再生的綠色能源迫在眉睫，其中氫氣以其能量密度高，能夠潔淨燃燒被認為是最理想的替代能源之一。在各種氫氣的製取方法中，生物制氫又因具有高效、環保等優勢而廣受關注。生物制氫可分為厭氧光合制氫和厭氧發酵制氫，與光合制氫相比，厭氧發酵制氫過程具有比產氫速率高、不受光照時間限制、可利用的有機物範圍廣等優點。因而，利 用有機廢棄物等為碳源的厭氧生物產氫技術，可以在降低生產成本的同時實現有機廢棄物的資源化處置和能源化利用。厭氧生物制氫過程中，伴隨著底物中碳源水解、酸化所產生的乙酸、丁酸、丙酸、乳酸等有機酸的過度積累，會使厭氧發酵體系PH下降並將抑制產氫微生物活性，進而嚴重製約厭氧生物制氫過程的持續進行。為此，人們通常採用改進產氫反應器的設計，調控和優化產氫反應的各項參數，以及通過物理、化學甚至生物的方法促進產氫底物水解等措施以提高產氫效率，然而這些方法並不能夠根本解除生物產氫過程中有機酸積累對微生物造成的抑制。因此，如何提高產氫微生物的耐酸性能，從本質上減輕或解除有機酸積累所引起的反饋抑制越來越受到產、學、研各界重視。迄今，尚未有可提高產氫微生物耐酸性能的裝置的報導。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種無動力自流式的產氫微生物定向進化裝置，該裝置通過氫分壓的增加以實現產氫反應液在各級反應器內的無動力自流；同時，還通過逐級增加各反應器內產氫培養基中碳源的濃度，以提高產氫微生物對有機酸的耐受性和產氫能力。本發明提供的無動力自流式產氫微生物定向進化裝置由四級單獨的產氫反應器
(I)通過矽膠管(10)連接而成，每級產氫反應器(I)包括一個反應瓶(11 )，其瓶蓋(4)上開有三個孔，分別連接進水管(3)、壓力計(2)以及出水管(6)，反應瓶底部開有取樣口(9)，各級反應器通過矽膠管(10)連接為一整套定向進化裝置，各反應器反應區間(5)內裝有不同體積的產氫培養基，第一級反應器內接種經高溫滅菌的厭氧顆粒汙泥(8)作為產氫微生物。該裝置內通入氮氣以維持反應裝置內厭氧環境，並通過恆溫搖床保持產氫裝置轉速為IlOrpm，溫度為37° C。為實現無動力自流過程，第一級反應器中出水管低於產氫培養基液面，第二級、第三級、第四級反應器中出水管均高於產氫培養基液面。反應瓶為體積為500mL定製的玻璃反應瓶，反應瓶外徑為9cm，高度為18cm，瓶口外徑為4cm，所述矽膠管外徑為7mm，內徑為4mm。
本發明的有益效果作為一種無動力自流式微生物定向進化裝置，本發明所述反應裝置可通過各反應器中氫分壓的增加並達到一定壓力後，推動發酵液在不同反應器間流動；同時，通過逐級提高各反應器中碳源底物濃度，以馴化出更能耐受較高濃度有機酸的產氫菌，進而實現微生物定向進化。


圖I為本發明所指無動力自流式產氫微生物定向進化裝置結構示意圖I、產氫反應器；2、壓力計；3、進水管；4、開孔塑料瓶蓋；5、反應區；6、出水管；7、壓力計(pH計)接口 ；8、厭氧汙泥(產氫微生物);9、取樣口 ；10、矽膠管；11、反應瓶圖2為定向進化裝置中各反應器內氫分壓分布圖3為各級反應器中有機酸及氫氣組分含量分布
具體實施例方式結合附圖1、2、3說明如下如圖I所示，本發明採用由四級產氫反應器(A/B/C/D)經由矽膠管(10)首尾相連接而成的微生物定向進化裝置，其中每一級反應器均由進水管(3)、壓力計(2)、出水管(6 )、壓力計接口( 7 )、出水口( 9 )組成，其中，除第一級反應器(A)中出水管進口沒過產氫培養基外，其餘反應器(B/C/D )中出水管進口均高於產氫培養基液面。首先，在A反應器反應瓶中接種入10%厭氧顆粒汙泥(8)，並於37° C，IlOrpm反應條件下啟動本發明所述裝置。產氫過程開始後，如圖2所示，當第一級反應器(A)中氫分壓積累到一定壓力後，將推動其中產氫反應液壓入到下一級反應器第二級反應器(B);其次，由於流入B反應器的發酵液中含有產氫微生物，因此將啟動B反應器的產氫過程；此外，由於從A反應器中流入的反應液中包含有機酸、且其中產氫微生物數量較少，同時B反應器中碳源濃度較高，只有當B反應器中的氫分壓達到相應壓力後才會推動其中反應液向下一級流動，因而B反應器在產氫過程中將形成對有機酸更有耐受性的產氫微生物菌群；同理，C/D反應器中將進行類似的反應過程；最後，如圖3所示，由A/B/C/D各級反應器中有機酸濃度及氫氣組分含量分布可知，產氫過程結束後，在B、C反應器中不僅有機酸濃度較A高，且B反應器中氫分壓更高，因而與其餘反應器(A/D)相比，可以斷定B、C反應器中產氫微生物對有機酸具有更好的耐受性，因而將具有更高的產氫性能。綜上所述，採用本發明所述無動力自流式產氫微生物定向進化裝置，可以實現反應器中產氫微生物耐酸性能和產氫能力的顯著提高，使用本發明提供的定向裝置能夠快速高效的篩選到產氫微生物。可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
權利要求
1.一種無動力自流式產氫微生物定向進化裝置，其特徵在於該裝置由四級單獨的產氫反應器(I)通過矽膠管(10)連接而成，每級產氫反應器(I)包括一個反應瓶(11)，其瓶蓋 (4)上開有三個孔，分別連接進水管(3)、壓力計(2)以及出水管(6)，反應瓶底部開有取樣口(9)，各級反應器通過矽膠管(10)連接為一整套定向進化裝置，各反應器反應區間(5)內裝有不同體積的產氫培養基，第一級反應器內接種經高溫滅菌的厭氧顆粒汙泥(8)作為產氫微生物。
2.根據權利要求I所述的產氫微生物定向進化裝置，其特徵在於該裝置內通入氮氣以維持反應裝置內厭氧環境，並通過恆溫搖床保持產氫裝置轉速為IlOrpm，溫度為37° C。
3.根據權利要求I或2所述的產氫微生物定向進化裝置，其特徵在於第一級反應器中出水管低於產氫培養基液面。
4.根據權利要求I或2所述的產氫微生物定向進化裝置，其特徵在於第二級、第三級、 第四級反應器中出水管均高於產氫培養基液面。
5.根據權利要求4所述的產氫微生物定向進化裝置，其特徵在於反應瓶為體積為 500mL定製的玻璃反應瓶，反應瓶外徑為9cm，高度為18cm，瓶口外徑為4cm。
6.根據權利要求I所述的產氫微生物定向進化裝置，其特徵在於所述矽膠管外徑為 7mm,內徑為4_。
全文摘要
本發明公開了一種無動力自流式產氫微生物定向進化裝置，屬於環境工程和能源化工領域。本發明裝置中的反應器為定製，反應器瓶蓋上開有三個孔分別連接進水管、壓力計和出水管，反應瓶底部開有取樣口，不同反應器之間則通過矽膠管連接。為啟動厭氧生物產氫過程，所有反應瓶中裝入相同體積惟其中碳源底物濃度逐級提高的產氫培養基，並只在第一個反應器中接種入產氫微生物菌群。產氫反應啟動後，當反應器中氫的壓力達到一定程度後，瓶中的發酵液將被壓入下一級反應器，同理實現產氫反應液在不同反應器內的順序流動，進而實現微生物的產氫能力逐級提高。
文檔編號C12M1/00GK102978104SQ201210528498
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月10日 優先權日2012年12月10日
發明者嚴群, 夏巖, 黃慧, 韓若冰 申請人:江南大學