[发明专利]利用微生物燃料电池提升制氢反应器性能的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及生物膜制氢反应器,具体涉及利用微生物燃料电池提升制氢反应器性能的方法和装置。

背景技术

使用光纤生物膜制氢反应器（PBR）在连续流下光发酵制氢是一种有效的利用废水制氢的技术,但其底物降解效率受到底物酸化和代谢产物积累等问题的限制。在利用糖类发酵制氢过程中，甲酸，乳酸，丁酸，丙酸，乙酸等代谢产物逐渐积累，同时底物pH值可能降到5.5以下，使得微生物活性受到严重抑制，影响了发酵制氢速率及底物降解效率。

为了进一步降解和利用产氢反应器出口液,有研究者提出采用多级制氢反应器连用，但是为了保证下级反应器性能，需要对上级反应器出口液进行稀释(Chen CY et al.，2010)、pH调节(Su H et al.，2009)或灭菌(Wang BN et al.，2011)等操作后再通入下一级反应器，增加了额外工序和成本，不能在连续流条件下对底物进行不间断调节。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供利用微生物燃料电池提升制氢反应器性能的方法和装置，以实现产物抑制消除和pH值自动调节，从而提升系统产氢速率及底物降解效率。

为了解决上述技术问题，本发明的第一个技术方案是，利用微生物燃料电池提升制氢反应器性能的方法，其特点是：包括如下步骤：

A.使用可胞外产电的紫色非硫光合细菌作为光纤生物膜制氢反应器的光合细菌；

B．利用启动好的光纤生物膜制氢反应器出口废液在连续流下接种启动单室微生物燃料电池；

C．在两个光纤生物膜制氢反应器之间串接启动好的单室微生物燃料电池，即使培养基依次通过第一光纤生物膜制氢反应器、单室微生物燃料电池和第二光纤生物膜制氢反应器。

其中，所述培养基成分为：C₆H₁₂O₆：4-20g/L；K₂HPO₄.3H₂O：1.006-10.255g/L；KH₂PO₄：0.544-5.223g/L；MgSO₄.7H₂O：0.2g/L-0.5g/L；FeSO₄.7H₂O：0.0417g/L-0.0825g/L；(NH₄)₆Mo₇O₂₄.4H₂O：0.001g/L-0.01g/L；ZnSO₄.7H₂O：0.001-0.01g/L；NaCl：0.2-0.8g/L；CaCl₂：0.01g/L-0.1g/L；C₅H₈NNaO₄：0.5g/L-1.5g/L；H₂NCONH₂：1.677g/L-3g/L；酵母膏1.0g/L-3.0g/L；生长因子：1mL/L-3mL/L。

本发明利用微生物燃料电池提升制氢反应器性能的原理是：第一级光生物反应器废液中的甲酸、乙酸、丙酸、丁酸和乳酸等代谢产物在单室微生物燃料电池中被分解，化学反应式如下：

C₄H₈O₂+2H₂O→2C₂H₄O₂+4H⁺+4e^-

3C₄H₈O₂+2H₂O→4C₃H₆O₂+4H⁺+4e^-

C₂H₄O₂+2H₂O→2CO₂+8H⁺+8e^-

C₃H₆O₂+4H₂O→3CO₂+14H⁺+14e^-

使流入第二级光纤生物膜制氢反应器的乳酸、甲酸及丁酸被完全或部分去除。