專利名稱：一種無動力自流式產(chǎn)氫微生物定向進化裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)氫微生物定向進化裝置，特別是一種無動力自流式產(chǎn)氫微生物定向進化裝置。
背景技術：
隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，環(huán)境污染與能源短缺已成為影響當今社會發(fā)展的兩大問題。因而，開發(fā)可再生的綠色能源迫在眉睫，其中氫氣以其能量密度高，能夠潔凈燃燒被認為是最理想的替代能源之一。在各種氫氣的制取方法中，生物制氫又因具有高效、環(huán)保等優(yōu)勢而廣受關注。生物制氫可分為厭氧光合制氫和厭氧發(fā)酵制氫，與光合制氫相比，厭氧發(fā)酵制氫過程具有比產(chǎn)氫速率高、不受光照時間限制、可利用的有機物范圍廣等優(yōu)點。因而，利 用有機廢棄物等為碳源的厭氧生物產(chǎn)氫技術，可以在降低生產(chǎn)成本的同時實現(xiàn)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(chǎn)生的乙酸、丁酸、丙酸、乳酸等有機酸的過度積累，會使厭氧發(fā)酵體系PH下降并將抑制產(chǎn)氫微生物活性，進而嚴重制約厭氧生物制氫過程的持續(xù)進行。為此，人們通常采用改進產(chǎn)氫反應器的設計，調控和優(yōu)化產(chǎn)氫反應的各項參數(shù)，以及通過物理、化學甚至生物的方法促進產(chǎn)氫底物水解等措施以提高產(chǎn)氫效率，然而這些方法并不能夠根本解除生物產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)、學、研各界重視。迄今，尚未有可提高產(chǎn)氫微生物耐酸性能的裝置的報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種無動力自流式的產(chǎn)氫微生物定向進化裝置，該裝置通過氫分壓的增加以實現(xiàn)產(chǎn)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(chǎn)氫培養(yǎng)基中碳源的濃度，以提高產(chǎn)氫微生物對有機酸的耐受性和產(chǎn)氫能力。本發(fā)明提供的無動力自流式產(chǎn)氫微生物定向進化裝置由四級單獨的產(chǎn)氫反應器
(I)通過硅膠管(10)連接而成，每級產(chǎn)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)，各級反應器通過硅膠管(10)連接為一整套定向進化裝置，各反應器反應區(qū)間(5)內裝有不同體積的產(chǎn)氫培養(yǎng)基，第一級反應器內接種經(jīng)高溫滅菌的厭氧顆粒污泥(8)作為產(chǎn)氫微生物。該裝置內通入氮氣以維持反應裝置內厭氧環(huán)境，并通過恒溫搖床保持產(chǎn)氫裝置轉速為IlOrpm，溫度為37° C。為實現(xiàn)無動力自流過程，第一級反應器中出水管低于產(chǎn)氫培養(yǎng)基液面，第二級、第三級、第四級反應器中出水管均高于產(chǎn)氫培養(yǎng)基液面。反應瓶為體積為500mL定制的玻璃反應瓶，反應瓶外徑為9cm，高度為18cm，瓶口外徑為4cm，所述硅膠管外徑為7mm，內徑為4mm。
本發(fā)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(fā)明所述反應裝置可通過各反應器中氫分壓的增加并達到一定壓力后，推動發(fā)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(chǎn)氫菌，進而實現(xiàn)微生物定向進化。


圖I為本發(fā)明所指無動力自流式產(chǎn)氫微生物定向進化裝置結構示意圖I、產(chǎn)氫反應器；2、壓力計；3、進水管；4、開孔塑料瓶蓋；5、反應區(qū)；6、出水管；7、壓力計(pH計)接口 ；8、厭氧污泥(產(chǎn)氫微生物);9、取樣口 ；10、硅膠管；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(fā)明采用由四級產(chǎn)氫反應器(A/B/C/D)經(jīng)由硅膠管(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(chǎn)氫培養(yǎng)基外，其余反應器(B/C/D )中出水管進口均高于產(chǎn)氫培養(yǎng)基液面。首先，在A反應器反應瓶中接種入10%厭氧顆粒污泥(8)，并于37° C，IlOrpm反應條件下啟動本發(fā)明所述裝置。產(chǎn)氫過程開始后，如圖2所示，當?shù)谝患壏磻?A)中氫分壓積累到一定壓力后，將推動其中產(chǎn)氫反應液壓入到下一級反應器第二級反應器(B);其次，由于流入B反應器的發(fā)酵液中含有產(chǎn)氫微生物，因此將啟動B反應器的產(chǎn)氫過程；此外，由于從A反應器中流入的反應液中包含有機酸、且其中產(chǎn)氫微生物數(shù)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后才會推動其中反應液向下一級流動，因而B反應器在產(chǎn)氫過程中將形成對有機酸更有耐受性的產(chǎn)氫微生物菌群；同理，C/D反應器中將進行類似的反應過程；最后，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(chǎn)氫過程結束后，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，因而與其余反應器(A/D)相比，可以斷定B、C反應器中產(chǎn)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(chǎn)氫性能。綜上所述，采用本發(fā)明所述無動力自流式產(chǎn)氫微生物定向進化裝置，可以實現(xiàn)反應器中產(chǎn)氫微生物耐酸性能和產(chǎn)氫能力的顯著提高，使用本發(fā)明提供的定向裝置能夠快速高效的篩選到產(chǎn)氫微生物?？梢岳斫獾氖?，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術方案及其發(fā)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于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種無動力自流式產(chǎn)氫微生物定向進化裝置，其特征在于該裝置由四級單獨的產(chǎn)氫反應器(I)通過硅膠管(10)連接而成，每級產(chǎn)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)，各級反應器通過硅膠管(10)連接為一整套定向進化裝置，各反應器反應區(qū)間(5)內裝有不同體積的產(chǎn)氫培養(yǎng)基，第一級反應器內接種經(jīng)高溫滅菌的厭氧顆粒污泥(8)作為產(chǎn)氫微生物。
2.根據(jù)權利要求I所述的產(chǎn)氫微生物定向進化裝置，其特征在于該裝置內通入氮氣以維持反應裝置內厭氧環(huán)境，并通過恒溫搖床保持產(chǎn)氫裝置轉速為IlOrpm，溫度為37° C。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的產(chǎn)氫微生物定向進化裝置，其特征在于第一級反應器中出水管低于產(chǎn)氫培養(yǎng)基液面。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的產(chǎn)氫微生物定向進化裝置，其特征在于第二級、第三級、 第四級反應器中出水管均高于產(chǎn)氫培養(yǎng)基液面。
5.根據(jù)權利要求4所述的產(chǎn)氫微生物定向進化裝置，其特征在于反應瓶為體積為 500mL定制的玻璃反應瓶，反應瓶外徑為9cm，高度為18cm，瓶口外徑為4cm。
6.根據(jù)權利要求I所述的產(chǎn)氫微生物定向進化裝置，其特征在于所述硅膠管外徑為 7mm,內徑為4_。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無動力自流式產(chǎn)氫微生物定向進化裝置，屬于環(huán)境工程和能源化工領域。本發(fā)明裝置中的反應器為定制，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硅膠管連接。為啟動厭氧生物產(chǎn)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(chǎn)氫培養(yǎng)基，并只在第一個反應器中接種入產(chǎn)氫微生物菌群。產(chǎn)氫反應啟動后，當反應器中氫的壓力達到一定程度后，瓶中的發(fā)酵液將被壓入下一級反應器，同理實現(xiàn)產(chǎn)氫反應液在不同反應器內的順序流動，進而實現(xiàn)微生物的產(chǎn)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(yōu)先權日2012年12月10日
發(fā)明者嚴群, 夏巖, 黃慧, 韓若冰 申請人:江南大學