[发明专利]复合生物膜制氢反应器

说明书

本发明公开了一种复合生物膜制氢反应器，包括罐体、上封头，下封头、复合生物膜组件、折流挡板、气相分形收集器，复合生物膜组件竖直安装在罐体中，两端分别与上封头和下封头连接并密封，所述折流挡板设置在罐体与复合生物膜组件中间，气相分形收集器安装在复合生物膜组件上下两端并与膜组件连接。所述的气相分形收集器为多级递增的分形结构，支管与膜组件一一对应。本发明通过膜组件将外侧的液体和内部的气体分离开，可以提高生物膜制氢的反应效率，同时提高氢气向膜管内部的渗透速率。采用分形结构多级递增的气相收集器可以保持氢气在膜组件管腔内的压力平衡，促进氢气的高效收集。

技术领域

本发明涉及一种复合生物膜制氢反应器，属于新能源装备技术领域。

背景技术

氢气是一种高效、环保、低碳的清洁燃料，在燃料电池、基础化学品、医药等领域具有广泛的应用。通过生物发酵方法制备氢气是一种比较有前景的制氢技术。生物制氢方法主要是通过产酸菌的水解作用将废水中的有机物转化为可溶性脂肪酸和氢气。目前的生物制氢技术存在的问题是氢气收率低，主要原因在于缺乏有效的气体收集装置。另外产酸菌主要以活性污泥颗粒的形态存在，在反应器高负荷运行状态下容易出现活性污泥破碎以及生物质大量流失的现象，导致反应器运行效率低下。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较高氢气发生效率的复合生物膜制氢反应器。该反应器由罐体、上下封头、复合生物膜组件、折流挡板、气相分形收集器等部分构成。该反应器通过可拆卸的复合生物膜组件封装固化具有制氢反应活性的生物质，能够较好地保留生物质制氢反应活性，减少活性生物质在水体中的流失率。该反应器采用气相分形收集器对产生的氢气进行收集，由于分形收集器具有结构对称的特点，决定了该反应器具有操作弹性大、放大效应小的优势，可以较大程度地提高生物制氢的反应效率和氢气的收集率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

复合生物膜制氢反应器，包括罐体、上封头，下封头、复合生物膜组件、折流挡板、气相分形收集器，复合生物膜组件竖直安装在罐体中，两端分别与上封头和下封头连接并密封，所述折流挡板设置在罐体与复合生物膜组件中间，气相分形收集器安装在复合生物膜组件上下两端并与膜组件连接。

所述的气相分形收集器为多级递增的分形结构，支管与膜组件一一对应。

所述的复合生物膜组件为中空圆柱形结构，从外至内依次由PVA层（I）、生物质层（II）、PDMS层（III）和中空陶瓷膜层（IV）复合而成。

所述的折流挡板采用交错排列的方式。

所述上封头侧面设有上部管口b，上端设有顶部管口d；所述下封头侧面设有下部管口a，底部设有底部管口c。

复合生物膜组件通过卡座分别与上封头、下封头连接并固定，卡座带有密封圈。

反应器顶部通过管道依次连接流量控制阀、气体压缩机和储罐。

反应器底部通过管道依次连接氮气流量控制阀、引风机和氮气储罐。

反应器罐体外侧设置保温夹套。

所述复合生物膜组件高0.5~1.5m，中空管腔内径0.01~0.1m，膜层厚度为0.5mm~5mm。