本發(fā)明專利涉及厭氧加壓微生物反應(yīng)器設(shè)計，特別涉及一種可自調(diào)節(jié)維持反應(yīng)器頂空恒定氣壓，保障反應(yīng)器中微生物所需氣體營養(yǎng)物質(zhì)穩(wěn)定供應(yīng)的裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著二氧化碳排放超標和全球變暖問題的日益嚴峻，co2的資源化利用和固定技術(shù)成為研究熱點。其中，微生物還原co2產(chǎn)乙酸作為一種高效的生物轉(zhuǎn)化技術(shù)，因其在反應(yīng)效率和成本效益方面的顯著優(yōu)勢，逐漸受到廣泛關(guān)注。在微生物還原co2產(chǎn)乙酸技術(shù)中，通常采用h2作為電子供體，co2作為碳源，特定微生物（如同型產(chǎn)乙酸桿菌）在液體培養(yǎng)基中，厭氧自養(yǎng)產(chǎn)乙酸。然而，受限于氣體在液體中溶解度較低，自然界中該反應(yīng)往往難以達到較高的反應(yīng)速率，需要增強氣液傳質(zhì)來提高反應(yīng)效率，常見的增強方法包括加壓和降溫，但降溫會影響大多數(shù)包括同型產(chǎn)乙酸桿菌在內(nèi)的微生物的活性，因此加壓成為相對更優(yōu)的選擇。在相關(guān)加壓馴化污泥文獻中常采用序批充氣加壓法，然而由于微生物對氣體的不斷吸收利用，實際生存環(huán)境可能是一個變壓過程，導致后期無機碳源（co2）不足，可能使乙酸等合成的有機物被降解（異養(yǎng)生長，糖酵解等），影響乙酸產(chǎn)量；序批充氣加壓也會給群落組成帶來較大波動，利用乙酸等有機物的雜菌在后期可能活性提高，進而影響產(chǎn)乙酸菌的活性。目前，尚無能自調(diào)節(jié)恒定氣壓的生物反應(yīng)器和方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中無法實現(xiàn)反應(yīng)器頂空恒定氣壓的問題，本發(fā)明專利提供一種能夠自調(diào)節(jié)維持反應(yīng)器頂空恒定氣壓，保障反應(yīng)器中微生物所需氣體營養(yǎng)物質(zhì)穩(wěn)定供應(yīng)的裝置。

2、所述主體反應(yīng)器包括250?ml聚丙烯（pp）頂空試劑瓶和三孔聚丙烯蓋；所述pp頂空試劑瓶中可以容納70%容積的微生物和培養(yǎng)基，所述三孔聚丙烯蓋用于連接反應(yīng)器頂空與壓力傳感器、進氣泵管路、出氣泵管路，另外，組裝好反應(yīng)器后，需覆蓋硅膠墊片并擰緊聚丙烯蓋，保障氣密效果，為微生物提供反應(yīng)空間。

3、所述氣壓傳感與智能控制中心包括氣壓傳感器、控制器與數(shù)顯，所述氣壓傳感器探頭與反應(yīng)器頂端連接，通過監(jiān)測反應(yīng)器內(nèi)壓力數(shù)值，傳導信號到控制器與數(shù)顯，所述控制器與數(shù)顯設(shè)置所需壓力范圍（低報和高報值），對比監(jiān)測值輸出對應(yīng)繼電器信號。

4、所述氣體驅(qū)動與存儲模塊包括進氣泵、出氣泵、氣袋及對應(yīng)氣體管路。所述進氣泵、出氣泵接收來自控控制器與數(shù)顯的信號，自調(diào)節(jié)啟停，實現(xiàn)頂空氣壓大于設(shè)定值啟動出氣泵，反之啟動進氣泵，維持反應(yīng)器頂空氣壓值在設(shè)定范圍內(nèi)，為微生物提供穩(wěn)定的氣體營養(yǎng)物質(zhì)。

5、所述聚丙烯（pp）頂空試劑瓶可按需增加磁力攪拌裝置。

6、所述三孔聚丙烯蓋，直徑3cm，三孔均勻分布于蓋上，伸出接口長3cm，可外接4*6管。

7、所述氣壓傳感器與控制器與數(shù)顯選用來自米科公司（meacon品牌）的mik1100和mik-p300系列,按需連接變壓器調(diào)整泵速。

8、所述變壓器選用市場常見24v轉(zhuǎn)3v降壓轉(zhuǎn)換器。

9、所述進氣泵與出氣泵選用氣體隔膜泵，最終泵速＜250?ml/min。

10、所述氣袋選用市場常見鋁箔氣袋。

11、所述氣路選用市場常見pu管，尺寸4*6；氣路與反應(yīng)器連接處安裝止回閥防止氣體逸出。

12、所述止回閥選用市場常見耐壓＞1?mpa的止回閥。

13、與現(xiàn)有技術(shù)比相比，本發(fā)明專利能夠?qū)崿F(xiàn)自調(diào)節(jié)反應(yīng)器頂空氣壓在設(shè)置范圍內(nèi)，維持微生物氣體營養(yǎng)物質(zhì)的穩(wěn)定性。

14、本發(fā)明專利設(shè)置范圍廣，可根據(jù)實際需求調(diào)整設(shè)定值在0-100kpa。

15、本發(fā)明專利充分考慮控制器與數(shù)顯輸出電壓和氣泵額定電壓的匹配問題，通過在電路中連入變壓器調(diào)節(jié)泵速。

16、本發(fā)明專利充分考慮反應(yīng)器內(nèi)部存在超壓后可能出現(xiàn)的氣體反向逸出現(xiàn)象，設(shè)置單向止回閥保證不漏氣。

17、與現(xiàn)有技術(shù)比相比，本發(fā)明專利能夠?qū)崿F(xiàn)自調(diào)節(jié)反應(yīng)器頂空氣壓在設(shè)置范圍內(nèi)，維持微生物氣體營養(yǎng)物質(zhì)的穩(wěn)定性。

18、本發(fā)明專利設(shè)置范圍廣，可根據(jù)實際需求調(diào)整設(shè)定值在0-100kpa。

19、本發(fā)明專利充分考慮控制器與數(shù)顯輸出電壓和氣泵額定電壓的匹配問題，通過在電路中連入變壓器調(diào)節(jié)泵速。

20、本發(fā)明專利充分考慮反應(yīng)器內(nèi)部存在超壓后可能出現(xiàn)的氣體反向逸出現(xiàn)象，設(shè)置單向止回閥保證不漏氣。

技術(shù)特征：

1.一種自調(diào)節(jié)恒壓生物反應(yīng)器，其特征在于，包括主體反應(yīng)器、氣壓傳感與智能控制中心、氣體驅(qū)動與存儲模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自調(diào)節(jié)恒壓生物反應(yīng)器，其特征在于，所述聚丙烯（pp）頂空試劑瓶選擇250?ml，耐壓≥1mpa。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種自調(diào)節(jié)恒壓生物反應(yīng)器，其特征在于，所述聚丙烯（pp）頂空試劑瓶可按需增加磁力攪拌裝置。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自調(diào)節(jié)恒壓生物反應(yīng)器，其特征在于，所述三孔聚丙烯蓋，直徑3cm，三孔均勻分布于蓋上，伸出接口長3cm，可外接4*6管。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自調(diào)節(jié)恒壓生物反應(yīng)器，其特征在于，所述氣壓傳感器與控制器與數(shù)顯選用來自米科公司（meacon品牌）的mik1100和mik-p300系列,按需連接變壓器調(diào)整泵速。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種自調(diào)節(jié)恒壓生物反應(yīng)器，其特征在于，所述變壓器選用市場常見24v轉(zhuǎn)3v降壓轉(zhuǎn)換器。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自調(diào)節(jié)恒壓生物反應(yīng)器，其特征在于，所述進氣泵與出氣泵選用氣體隔膜泵，最終泵速＜250?ml/min。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自調(diào)節(jié)恒壓生物反應(yīng)器，其特征在于，所述氣袋選用市場常見鋁箔氣袋。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自調(diào)節(jié)恒壓生物反應(yīng)器，其特征在于，所述氣路選用市場常見pu管，尺寸4*6；氣路與反應(yīng)器連接處安裝止回閥防止氣體逸出。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種自調(diào)節(jié)恒壓生物反應(yīng)器，其特征在于，所述止回閥選用市場常見耐壓＞1?mpa的止回閥。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明專利公開一種自調(diào)節(jié)恒壓生物反應(yīng)器，包括主體反應(yīng)器、氣壓傳感與智能控制中心、氣體驅(qū)動與存儲模塊；所述主體反應(yīng)器包括聚丙烯（PP）頂空試劑瓶和三孔聚丙烯蓋；所述氣壓傳感與智能控制中心包括氣壓傳感器、控制器與數(shù)顯；所述氣體驅(qū)動與存儲模塊包括進氣泵、出氣泵、氣袋及對應(yīng)氣體管路。本發(fā)明專利充分滿足反應(yīng)器頂空需要恒定壓力供氣需求，通過壓力傳感與智能控制中心對泵的啟動停止進行控制，進而維持了反應(yīng)器頂空恒定的氣壓，保障了反應(yīng)器中微生物所需氣體營養(yǎng)物質(zhì)（碳源與電子供體）的穩(wěn)定供應(yīng)。

技術(shù)研發(fā)人員：蔣娜娜,李田,周啟星,李瑞祥,汪國梁
受保護的技術(shù)使用者：南開大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15