专利名称：一种无动力自流式产氢微生物定向进化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种产氢微生物定向进化装置，特别是一种无动力自流式产氢微生物定向进化装置。
背景技术：
随着经济的高速发展，环境污染与能源短缺已成为影响当今社会发展的两大问题。因而，开发可再生的绿色能源迫在眉睫，其中氢气以其能量密度高，能够洁净燃烧被认为是最理想的替代能源之一。在各种氢气的制取方法中，生物制氢又因具有高效、环保等优势而广受关注。生物制氢可分为厌氧光合制氢和厌氧发酵制氢，与光合制氢相比，厌氧发酵制氢过程具有比产氢速率高、不受光照时间限制、可利用的有机物范围广等优点。因而，利 用有机废弃物等为碳源的厌氧生物产氢技术，可以在降低生产成本的同时实现有机废弃物的资源化处置和能源化利用。厌氧生物制氢过程中，伴随着底物中碳源水解、酸化所产生的乙酸、丁酸、丙酸、乳酸等有机酸的过度积累，会使厌氧发酵体系PH下降并将抑制产氢微生物活性，进而严重制约厌氧生物制氢过程的持续进行。为此，人们通常采用改进产氢反应器的设计，调控和优化产氢反应的各项参数，以及通过物理、化学甚至生物的方法促进产氢底物水解等措施以提高产氢效率，然而这些方法并不能够根本解除生物产氢过程中有机酸积累对微生物造成的抑制。因此，如何提高产氢微生物的耐酸性能，从本质上减轻或解除有机酸积累所引起的反馈抑制越来越受到产、学、研各界重视。迄今，尚未有可提高产氢微生物耐酸性能的装置的报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无动力自流式的产氢微生物定向进化装置，该装置通过氢分压的增加以实现产氢反应液在各级反应器内的无动力自流；同时，还通过逐级增加各反应器内产氢培养基中碳源的浓度，以提高产氢微生物对有机酸的耐受性和产氢能力。本发明提供的无动力自流式产氢微生物定向进化装置由四级单独的产氢反应器
(I)通过硅胶管(10)连接而成，每级产氢反应器(I)包括一个反应瓶(11 )，其瓶盖(4)上开有三个孔，分别连接进水管(3)、压力计(2)以及出水管(6)，反应瓶底部开有取样口(9)，各级反应器通过硅胶管(10)连接为一整套定向进化装置，各反应器反应区间(5)内装有不同体积的产氢培养基，第一级反应器内接种经高温灭菌的厌氧颗粒污泥(8)作为产氢微生物。该装置内通入氮气以维持反应装置内厌氧环境，并通过恒温摇床保持产氢装置转速为IlOrpm，温度为37° C。为实现无动力自流过程，第一级反应器中出水管低于产氢培养基液面，第二级、第三级、第四级反应器中出水管均高于产氢培养基液面。反应瓶为体积为500mL定制的玻璃反应瓶，反应瓶外径为9cm，高度为18cm，瓶口外径为4cm，所述硅胶管外径为7mm，内径为4mm。
本发明的有益效果作为一种无动力自流式微生物定向进化装置，本发明所述反应装置可通过各反应器中氢分压的增加并达到一定压力后，推动发酵液在不同反应器间流动；同时，通过逐级提高各反应器中碳源底物浓度，以驯化出更能耐受较高浓度有机酸的产氢菌，进而实现微生物定向进化。
图I为本发明所指无动力自流式产氢微生物定向进化装置结构示意图I、产氢反应器；2、压力计；3、进水管；4、开孔塑料瓶盖；5、反应区；6、出水管；7、压力计(pH计)接口 ；8、厌氧污泥(产氢微生物);9、取样口 ；10、硅胶管；11、反应瓶图2为定向进化装置中各反应器内氢分压分布图3为各级反应器中有机酸及氢气组分含量分布
具体实施例方式结合附图1、2、3说明如下如图I所示，本发明采用由四级产氢反应器(A/B/C/D)经由硅胶管(10)首尾相连接而成的微生物定向进化装置，其中每一级反应器均由进水管(3)、压力计(2)、出水管(6 )、压力计接口( 7 )、出水口( 9 )组成，其中，除第一级反应器(A)中出水管进口没过产氢培养基外，其余反应器(B/C/D )中出水管进口均高于产氢培养基液面。首先，在A反应器反应瓶中接种入10%厌氧颗粒污泥(8)，并于37° C，IlOrpm反应条件下启动本发明所述装置。产氢过程开始后，如图2所示，当第一级反应器(A)中氢分压积累到一定压力后，将推动其中产氢反应液压入到下一级反应器第二级反应器(B);其次，由于流入B反应器的发酵液中含有产氢微生物，因此将启动B反应器的产氢过程；此外，由于从A反应器中流入的反应液中包含有机酸、且其中产氢微生物数量较少，同时B反应器中碳源浓度较高，只有当B反应器中的氢分压达到相应压力后才会推动其中反应液向下一级流动，因而B反应器在产氢过程中将形成对有机酸更有耐受性的产氢微生物菌群；同理，C/D反应器中将进行类似的反应过程；最后，如图3所示，由A/B/C/D各级反应器中有机酸浓度及氢气组分含量分布可知，产氢过程结束后，在B、C反应器中不仅有机酸浓度较A高，且B反应器中氢分压更高，因而与其余反应器(A/D)相比，可以断定B、C反应器中产氢微生物对有机酸具有更好的耐受性，因而将具有更高的产氢性能。综上所述，采用本发明所述无动力自流式产氢微生物定向进化装置，可以实现反应器中产氢微生物耐酸性能和产氢能力的显著提高，使用本发明提供的定向装置能够快速高效的筛选到产氢微生物。可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种无动力自流式产氢微生物定向进化装置，其特征在于该装置由四级单独的产氢反应器(I)通过硅胶管(10)连接而成，每级产氢反应器(I)包括一个反应瓶(11)，其瓶盖 (4)上开有三个孔，分别连接进水管(3)、压力计(2)以及出水管(6)，反应瓶底部开有取样口(9)，各级反应器通过硅胶管(10)连接为一整套定向进化装置，各反应器反应区间(5)内装有不同体积的产氢培养基，第一级反应器内接种经高温灭菌的厌氧颗粒污泥(8)作为产氢微生物。
2.根据权利要求I所述的产氢微生物定向进化装置，其特征在于该装置内通入氮气以维持反应装置内厌氧环境，并通过恒温摇床保持产氢装置转速为IlOrpm，温度为37° C。
3.根据权利要求I或2所述的产氢微生物定向进化装置，其特征在于第一级反应器中出水管低于产氢培养基液面。
4.根据权利要求I或2所述的产氢微生物定向进化装置，其特征在于第二级、第三级、 第四级反应器中出水管均高于产氢培养基液面。
5.根据权利要求4所述的产氢微生物定向进化装置，其特征在于反应瓶为体积为 500mL定制的玻璃反应瓶，反应瓶外径为9cm，高度为18cm，瓶口外径为4cm。
6.根据权利要求I所述的产氢微生物定向进化装置，其特征在于所述硅胶管外径为 7mm,内径为4_。
全文摘要
本发明公开了一种无动力自流式产氢微生物定向进化装置，属于环境工程和能源化工领域。本发明装置中的反应器为定制，反应器瓶盖上开有三个孔分别连接进水管、压力计和出水管，反应瓶底部开有取样口，不同反应器之间则通过硅胶管连接。为启动厌氧生物产氢过程，所有反应瓶中装入相同体积惟其中碳源底物浓度逐级提高的产氢培养基，并只在第一个反应器中接种入产氢微生物菌群。产氢反应启动后，当反应器中氢的压力达到一定程度后，瓶中的发酵液将被压入下一级反应器，同理实现产氢反应液在不同反应器内的顺序流动，进而实现微生物的产氢能力逐级提高。
文档编号C12M1/00GK102978104SQ201210528498
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者严群, 夏岩, 黄慧, 韩若冰 申请人:江南大学