本发明属于生物能源，具体涉及一种秸秆类生物质酶解-发酵生物分相制氢装置与方法。
背景技术：
1、全球不可再生能源的日益枯竭和环境污染问题，对人类的生存和可持续发展构成了严重威胁，开发具有高附加值的清洁能源已成为研究热点。氢气作为高效、清洁、可再生的能源，受到人们的日益关注氢能是一种理想的清洁可再生替代燃料，它燃烧后只生成水，没有其它温室气体，可以通过燃料电池直接高效地转化为电能。
2、从资源利用及能源紧缺的多重角度分析，利用各种有机固体废弃物(秸秆类生物质)进行生物制氢是近几年的一大研究热点。
3、固体废弃物处理的目标是无害化、减量化和资源化。多种制氢方法中，生物制氢具有环境友好、底物范围广和工艺简单，能够产生具有高附加值的生物气能源等多重优越性。与光合发酵制氢相比，暗发酵制氢具有以下几个方面的优越性：(1)具有较高的产氢速率，为光合产氢速率的100倍；(2)不需要光源，对原料的透明度没有要求；(3)可以实现昼夜持续稳定产氢，且反应器设计、操作及运行管理简便。但是，现有生物制氢反应器存在预处理要求高、启动缓慢、运行不稳定、产气率低、能耗大和占地面积大等问题。因此，研发适合我国经济发展状况具有“小型化、低成本、低能耗、高效率”的生物制氢反应装置不仅是研究热点，也是亟待解决的难点问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于解决现有利用有机固体废弃物生物制氢中底物利用率较低的问题，而提供一种秸秆类生物质酶解-发酵生物分相制氢装置与方法。
2、本发明秸秆类生物质酶解-发酵生物分相制氢装置包括储存罐、酶解池、底座、厌氧产氢罐和气体收集装置，储存罐内装有酶制剂；酶解池包括喷淋管、石英填料和承托板，酶解池的顶部敞口，酶解池的底部开有酶解液出口，承托板设置在酶解池的下部，秸秆底物和石英填料铺放在承托板上，承托板上开有多个通孔，在酶解池的上部设置有喷淋管，储存罐的出液口经第一连接管与喷淋管相连通；
3、在底座上左侧设置有两根电动伸缩杆，在底座上右侧设置有支撑件，电动伸缩杆的顶部设置有承托盘，支撑件的顶部铰接有承托盘，厌氧产氢罐设置在电动伸缩杆和支撑件的承托盘上，厌氧产氢罐的轴向与底座平行，在厌氧产氢罐中横置有搅拌轴，搅拌轴上安装有四组搅拌叶挡板，搅拌轴由电机驱动旋转，在厌氧产氢罐的上部开有酶解液进口、产氢菌进口和出气口；
4、第二连接管的一端与酶解池底部的酶解液出口相连，第二连接管的另一端与厌氧产氢罐的酶解液进口相连，厌氧产氢罐的出气口通过第三连接管与气体收集装置的进气口相连。
5、本发明应用秸秆类生物质酶解-发酵生物分相制氢装置进行生物制氢方法按照以下步骤实现：
6、一、在储存罐内装有酶制剂，酶解池的承托板上装填有秸秆底物和石英填料，酶制剂经第一连接管从喷淋管喷淋到秸秆底物上进行酶解反应，得到酶解液；
7、二、酶解液通过承托板的通孔，酶解液再从酶解液出口经第二连接管流入厌氧产氢罐中，从厌氧产氢罐的产氢菌进口加入产氢菌，在搅拌叶挡板旋转过程使产氢菌和酶解液充分混合，进行发酵产氢；
8、三、氢气经第三连接管进入气体收集装置存储。
9、本发明所述的秸秆类生物质酶解-发酵生物分相制氢装置主要包括酶解装置、发酵罐体、动力驱动装置和气体收集装置。在酶制剂储存罐中设置有旋转搅拌器，里面包含纤维素分解酶，酶制剂从进液口到达敞口酶解池，从酶制剂喷淋管喷出，进行酶解预处解。酶解池孔板上布有石英填料，使酶制剂与固体物充分接触反应，酶解过程中秸秆中的纤维素转化为小分子的糖类等碳水化合物作为制氢的底物，这些底物溶入酶解液中一同通过孔板从出料口经过蠕动泵提升到达厌氧产氢罐的进料口。厌氧产氢罐体外部为双层控温层，控温层内填充循环流动水，控制发酵罐散热和保温，维持反应系统的温度。罐内安装有四组搅拌叶挡板，发动机带动挡板旋转并控制挡板转速，在挡板旋转过程中经挡板搅拌使得物底物发酵菌体充分混合、反应。出气口通过阀门和气体流量计连接至有气体收集和组分分析系统，对生物气品质进行实时监控。厌氧产氢室也可设有采样口，方便采样和观察发酵罐体内部情况。
10、本发明秸秆类生物质酶解-发酵生物分相制氢装置及生物制氢方法包含以下有益效果：
11、1、本发明的制氢装置布局紧凑合理，既可以处理难降解有机废弃物，保证生物制氢装置快速启动、稳定运行，又占地面积小、生物气产量高、可温度控制、混合旋转运行的生物制氢装置。
12、2、酶解设计：采用秸秆类生物质酶解-发酵生物分相制氢装置，将底物糖化与厌氧发酵产氢两个过程分开，酶解池敞口设置有助于物料添加，酶解池孔板上布有石英填料，使酶制剂与固体物充分接触反应，并将底物进行初步分解，提高底物利用率，保证后续反应的正常进行，减少反应时间，提高底物产氢效率，提高生物发酵产气量。
13、3、控温设计：本发明通过控制系统设置保温层温度来保证设备控温，双层水浴控温腔内填充循环流动水，控制发酵罐散热和保温，维持发酵所需温度，提高了难降解废弃物的处理能力，减少装置占地面积，节约运行成本。
14、4、挡板设计：滚筒厌氧产氢罐内设有四组搅拌叶挡板，使物料在每个隔间都可以充分发生反应，通过搅拌和旋转作用实现物料的充分混合，减少对菌丝体的破坏，保证发酵过程的微生物活性，减少反应时间，有效提高发酵产气量和能量转化效率。
15、5、罐体升降系统设计：厌氧产氢罐由罐体升降系统调控罐体下方的左右两边的伸缩杆和支撑件进行不同高度的升降，将罐体调整倾斜角度，利用重力将剩余物料完全排出。
16、6、发酵罐结构简单，具有安装灵活和操作简单等特点，厌氧产氢室设有采样口，方便采样和观察发酵罐体内部情况，增加了设备的整体可靠性。一罐多用，既可以用于生物制氢，又可以用于好氧堆肥或厌氧产沼。
17、7、本发明装置启动迅速、动力消耗少、产气量高，生物气的收集和输送便捷，保证了厌氧发酵产氢过程的高效稳定运行。通过该发明方法的应用，能够将可再生资源利用、污染治理和制氢联合进行，在有机废弃物高值化利用的同时实现减排产能的目标。
1.秸秆类生物质酶解-发酵生物分相制氢装置，其特征在于该秸秆类生物质酶解-发酵生物分相制氢装置包括储存罐(1)、酶解池(4)、底座(16)、厌氧产氢罐(11)和气体收集装置(19)，储存罐(1)内装有酶制剂；酶解池(4)包括喷淋管(5)、石英填料和承托板(7)，酶解池(4)的顶部敞口，酶解池(4)的底部开有酶解液出口，承托板(7)设置在酶解池(4)的下部，秸秆底物(6)和石英填料铺放在承托板(7)上，承托板(7)上开有多个通孔，在酶解池(4)的上部设置有喷淋管(5)，储存罐(1)的出液口经第一连接管(3)与喷淋管(5)相连通；
2.根据权利要求1所述的秸秆类生物质酶解-发酵生物分相制氢装置，其特征在于在储存罐(1)中设置有搅拌器(2)。
3.根据权利要求1所述的秸秆类生物质酶解-发酵生物分相制氢装置，其特征在于在第二连接管(8)设置有阀门和蠕动泵(9)。
4.根据权利要求1所述的秸秆类生物质酶解-发酵生物分相制氢装置，其特征在于在厌氧产氢罐(11)的底部开有排料口(24)。
5.根据权利要求1所述的秸秆类生物质酶解-发酵生物分相制氢装置，其特征在于在第三连接管(17)上设置有气阀和气体流量计(18)。
6.根据权利要求1所述的秸秆类生物质酶解-发酵生物分相制氢装置，其特征在于厌氧产氢罐(11)的罐壁带有控温水浴腔(12)。
7.应用如权利要求1所述的秸秆类生物质酶解-发酵生物分相制氢装置进行生物制氢方法，其特征在于该生物制氢方法按照以下步骤实现：
8.根据权利要求7所述的应用秸秆类生物质酶解-发酵生物分相制氢装置进行生物制氢方法，其特征在于步骤二中控制搅拌叶挡板(14)的转速为30-60r/min。
9.根据权利要求7所述的应用秸秆类生物质酶解-发酵生物分相制氢装置进行生物制氢方法，其特征在于步骤一中控制酶解反应的温度为15-30℃，步骤二中控制厌氧产氢罐(11)中的温度为35-55℃。
10.根据权利要求7所述的应用秸秆类生物质酶解-发酵生物分相制氢装置进行生物制氢方法，其特征在于在气体收集装置(19)内的氢气再经过压缩机进行压缩处理。
