一种利用生物载体固定化强化木质纤维素发酵产氢的方法与流程

本发明涉及一种生物强化木质纤维素发酵产氢的方法。

背景技术：

随着现代工业的迅速发展，化石资源日益枯竭，能源问题面临严峻考验，同时化石燃料燃烧造成环境污染与气候变暖，使开发清洁可再生能源变得日益重要。氢能以其燃烧热值高，每千克氢燃烧后的热量约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍，燃烧的产物只有水，清洁可再生等优点成为化石燃料的理想替代品。然而目前氢气的制备主要来源于化石燃料或电解水，对大规模制氢来说仍不具备经济可行性，甚至造成二次污染。生物制氢技术是解决当前所面对的能源问题和环境污染问题的重要手段之一，但是由于技术上的制约，至今仍无法获得廉价的氢气，寻求效率高、成本低的制氢技术依然是目前亟待解决的关键问题。

木质纤维素类生物质是地球上最丰富的可再生资源之一，其资源利用及生物化工过程对解决能源问题、减少碳排放与环境污染、实现能源可持续发展具有重要现实意义。木质纤维素是一个巨大的可通过微生物发酵作用将其转化为能源的可再生糖类资源，随着对木质纤维素的结构和成分的了解，以及对纤维素酶生产研究的深入，木质纤维素转化为微生物容易利用的混合可发酵糖(主要为葡萄糖和木糖)的成本大大降低。因此，利用木质纤维素这一在自然界大量存在的可再生资源为原材料生产氢气，可以使获取廉价氢气成为可能。

为满足木质纤维素生物制氢的工业化生产需求，建立长期稳定运行的制氢系统势在必行。这一方面依赖于高效产氢菌种的筛选，另一方面依赖于高产氢量及产氢速率的生物制氢反应器的开发。尽管目前在这两方面国内外均已有长足的进展，然而在连续发酵产氢过程中造成的菌种易于流失，底物利用率低(尤其是木质纤维素水解液这种混合底物)的问题仍难以得到妥善解决。采取连续生物制氢反应器中产氢菌种固定化技术在提高单位体积的生物量的同时能够有效增强制氢稳定性。然而目前生物固定化所用载体主要以海藻酸盐、聚丙烯酰胺凝胶、聚乙烯醇凝胶、聚丙烯酸凝胶等包埋为主。这类载体一般价格偏高，使用寿命短，少数载体具有毒性，有损微生物活性，而且存在较大的传质阻力。因此研制开发一种既能够固定细胞又能保持良好的催化活性和存活力而且具有低成本，性质稳定等特点的固定化方式对于推动木质纤维素生物制氢技术大规模发展至关重要。

技术实现要素：

本发明目的是要解决现有生物制氢反应器中以木质纤维素水解液为底物时，反应器中生物量易流失，制氢不稳定，导致发酵产氢底物利用率低的问题，而提供一种利用生物载体固定化强化木质纤维素发酵产氢的方法。

一种利用生物载体固定化强化木质纤维素发酵产氢的方法，具体是按以下步骤实现：一、生物载体制备：将黑曲霉菌Aspergillus niger Y3孢子接种于黑曲霉菌丝球制备培养基中，接种量为1×10⁶个孢子/mL～3×10⁶个孢子/mL，在温度为30℃的有氧条件下悬浮培养2～7天，得到含黑曲霉菌丝球的培养基；二、向序批式生物制氢反应器中加入产氢菌液体发酵培养基，从步骤一中得到的含黑曲霉菌丝球的培养基将粗黑曲霉菌丝球取出，并用无菌水对粗黑曲霉菌丝球冲洗2～4次，得到黑曲霉菌丝球，再将黑曲霉菌丝球加入序批式生物制氢反应器内的产氢菌液体发酵培养基中，黑曲霉菌丝球的加入量为35g/L～210g/L，且在黑曲霉菌丝球加入过程中持续向产氢菌液体发酵培养基中通入纯度为99.99％的氮气，黑曲霉菌丝球加完后继续向产氢菌液体发酵培养基中通入纯度为99.99％的氮气以排除反应器中的氧气，然后向产氢菌液体发酵培养基中按照体积比为10％的接种量接入发酵产氢种子液，将pH调至6.5，控制温度为60℃，搅拌速度为150rpm/min，水力停留时间6h～24h下进行连续厌氧发酵产氢。

本发明优点：一、本发明使用生物载体菌丝球强化木质纤维素发酵产氢，减少了采用其他固定化载体在木质纤维素产氢过程中的投入及可能对环境造成的影响。二、本发明能够实现稳定强化制氢，底物利用率达到95％以上，平均产氢速率达到10mmol H₂L^-1h^-1以上，最高产氢速率达到12.36mmol H₂L^-1h^-1。

附图说明

图1为本发明中序批式生物制氢反应器的示意图，其中1表示进水罐，2表示进水泵，3表示磁力搅拌器，3-1表示磁力转子，4表示出水泵，5表示出水箱，6表示第二时间继电器，7表示第三时间继电器，8表示加热棒，9表示气体流量计，10表示反应器主体，11表示水浴箱，12表示第一时间继电器。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是一种利用生物载体固定化强化木质纤维素发酵产氢的方法，具体是按以下步骤实现：一、生物载体制备：将黑曲霉菌Aspergillus niger Y3孢子接种于黑曲霉菌丝球制备培养基中，接种量为1×10⁶个孢子/mL～3×10⁶个孢子/mL，在温度为30℃的有氧条件下悬浮培养2～7天，得到含黑曲霉菌丝球的悬浊液；二、向序批式生物制氢反应器中加入产氢菌液体发酵培养基，从步骤一中得到的含黑曲霉菌丝球的培养基将粗黑曲霉菌丝球取出，并用无菌水对粗黑曲霉菌丝球冲洗2～4次，得到黑曲霉菌丝球，再将黑曲霉菌丝球加入序批式生物制氢反应器内的产氢菌液体发酵培养基中，黑曲霉菌丝球的加入量为35g/L～210g/L，且在黑曲霉菌丝球加入过程中持续向产氢菌液体发酵培养基中通入纯度为99.99％的氮气，黑曲霉菌丝球加完后继续向产氢菌液体发酵培养基中通入纯度为99.99％的氮气以排除反应器中的氧气，然后向产氢菌液体发酵培养基中按照体积比为10％的接种量接入发酵产氢种子液，将pH调至6.5，控制温度为60℃，搅拌速度为150rpm/min，水力停留时间6h～24h下进行连续厌氧发酵产氢。

本实施方式所述的黑曲霉菌Aspergillus niger Y3保藏编号为CGMCC No.3.3926；在2011年第6期第4360–4365页的《Bioresource Technology》中刊登的名称为“Performance of enhanced biological SBR process for aniline treatment by mycelial pellet as biomass carrier”的文章中公开。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中所述的黑曲霉菌丝球制备培养基由蔗糖、NH₄Cl、KH₂PO₃·3H₂O、MgSO₄·7H₂O、FeSO₄·7H₂O和水制备而成，且所述的黑曲霉菌丝球制备培养基中蔗糖浓度为10.0g/L，NH₄Cl浓度为1.0g/L，KH₂PO₃·3H₂O浓度为1.0g/L，MgSO₄·7H₂O浓度为0.5g/L，FeSO₄·7H₂O浓度为0.1g/L。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一中接种量为1.5×10⁶个孢子/mL～2.5×10⁶个孢子/mL。其他与具体实施方式一或二相同。

本实施方式步骤一中将100mL黑曲霉菌丝球制备培养基放入250mL锥形瓶中，然后按接种量为1×10⁶个孢子/mL～3×10⁶个孢子/mL接种黑曲霉孢子，在温度为30℃和搅拌速度为140rpm/min的有氧条件下振动培养2～7天，得到含黑曲霉菌丝球的悬浊液。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤二中所述的产氢菌液体发酵培养基由营养盐溶液和碳源组成，且营养盐溶液与碳源的体积比为3:7；

所述营养盐溶液由氯化铵、氯化钠、磷酸氢二钾、半胱氨酸、MgCl₂·6H₂O、氯化钾、酵母粉、蛋白胨、微量金属元素贮液II、维生素贮液和0.1‰(w/v)的刃天青制备而成；且所述的产氢菌液体发酵培养基中氯化铵的质量-体积浓度为1.0g/L、氯化钠的质量-体积浓度为1.0g/L、磷酸氢二钾的质量-体积浓度为3g/L、磷酸二氢钾的质量-体积浓度为1.5g/L、半胱氨酸的质量-体积浓度为0.5g/L、MgCl₂·6H₂O的质量-体积浓度为0.5g/L、氯化钾的质量-体积浓度为0.2g/L、酵母粉的质量-体积浓度为2g/L、蛋白胨的质量-体积浓度为2g/L、微量金属元素贮液II占产氢菌液体发酵培养基总体积的千分之一、维生素贮液占产氢菌液体发酵培养基总体积的千分之一、0.1‰(w/v)的刃天青占产氢菌液体发酵培养基总体积的千分之一；其中所述的微量金属元素贮液II由氯化亚铁、氯化锌、硼酸、MnCl₂·4H₂O、CuCl₂·2H₂O、CoCl₂·6H₂O、NiCl₂·6H₂O、Na₂MO₄·H₂O、钨酸钠和Na₂SeO₄·5H₂O制备而成，微量金属元素贮液II中氯化亚铁的质量-体积浓度为1.5g/L，氯化锌的质量-体积浓度为70mg/L，硼酸的质量-体积浓度为6mg/L，MnCl₂·4H₂O的质量-体积浓度为0.1g/L，CuCl₂·2H₂O的质量-体积浓度为2mg/L，CoCl₂·6H₂O的质量-体积浓度为0.19g/L，NiCl₂·6H₂O的质量-体积浓度为24mg/L，Na₂MO₄·H₂O的质量-体积浓度为36mg/L，钨酸钠的质量-体积浓度为15mg/L，Na₂SeO₄·5H₂O的质量-体积浓度为15mg/L；其中所述的维生素贮液由硫辛酸、生物素、烟酸、盐酸硫胺素、对氨基苯甲酸、叶酸、泛酸钙、维生素B₁₂和盐酸吡哆醇制备而成，维生素贮液中硫辛酸的质量-体积浓度为50.0mg/L，生物素的质量-体积浓度为20.0mg/L，0.35g/L的烟酸，盐酸硫胺素的质量-体积浓度5.0mg/L为，对氨基苯甲酸的质量-体积浓度为50.0mg/L，叶酸的质量-体积浓度为20.0mg/L，泛酸钙的质量-体积浓度为50.0mg/L，维生素B₁₂的质量-体积浓度为1.0mg/L，盐酸吡哆醇的质量-体积浓度为100.0mg/L；

所述的碳源为玉米秸秆水解液。

其他与具体实施方式一至三相同。

本实施方式所述的玉米秸秆水解液是按以下步骤制备的：

①、培养：将真菌Trichoderma viride的孢子接种于液体产酶培养基中，在29℃、150r/min的有氧条件下悬浮培养4天；②、分离：将步骤一培养4天液体产酶培养基在4℃，8000r/min离心10min，分离得到上清液即为粗酶液；③、配置纤维素溶液：将玉米秸秆粉碎至粒度为10～30mm，并采用热碱方法处理2h，然后加入到物质的量浓度为0.05mol/L的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液中，配置成质量-体积浓度为35g/L的纤维素溶液；④、制备纤维素糖化液：在50℃、pH＝2的条件下，将步骤二分离得到的粗酶液加入步骤三制备的纤维素溶液中，在搅拌速度为150rpm/min放置3天，即得到纤维素糖化液；五、产氢：13000r/min的条件下将步骤四制备的纤维素糖化液离心20min，分离得到的玉米秸秆水解液；

步骤①中所述的绿色木霉是真菌Trichoderma viride，编号：3.2876，分离号：糖研37；

步骤①中真菌Trichoderma viride的孢子接种量为1×10¹²个/L～1×10¹⁶个/L；

步骤①中所述液体产酶培养基由KH₂PO₄、(NH₄)₂SO₄、MgSO₄·7H₂O、CaCl₂、有机碳源、有机氮源和微量金属元素贮液I组成，其中KH₂PO₄的质量-体积浓度为2.0g/L，(NH₄)₂SO₄的质量-体积浓度为1.4g/L，MgSO₄·7H₂O的质量-体积浓度为0.3g/L，CaCl₂的质量-体积浓度为0.3g/L，有机碳源的质量-体积浓度为30g/L，有机氮源的质量-体积浓度为5g/L，微量金属元素贮液I占液体产酶培养基总体积的千分之一；其中所述的有机碳源是麸皮与玉米秸秆按质量比为2:1混合的混合物；其中所述的有机氮源为豆饼粉；其中所述的微量金属元素贮液I是由FeSO₄·7H₂O、MgSO₄、ZnSO₄·7H₂O和CoCl₂组成，其中FeSO₄·7H₂O的质量-体积浓度为3～7g/L，MgSO₄的质量-体积浓度为0.5～3.0g/L，ZnSO₄·7H₂O的质量-体积浓度为1.0～2.0g/L，CoCl₂的质量-体积浓度为1.0～3.0g/L；

步骤③中所述的热碱方法是在100℃条件下采用质量分数为2％的氢氧化钠溶液处理粒度为10～30mm的玉米秸秆，其中所述的粒度为10～30mm的玉米秸秆与质量分数为2％的氢氧化钠溶液的固液比为1:10，其中所述的固液比是粒度为10～30mm的玉米秸秆的质量与质量分数为2％的氢氧化钠溶液的体积之比。

上述真菌Trichoderma viride在专在利授权号ZL201110253537.5“一种利用纤维素生产氢气的方法”中公开。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤二中所述的发酵产氢种子液为产氢菌培养至对数期的液体悬浊液；其中所述的产氢菌为热解糖厌氧芽孢杆菌W16。其他与具体实施方式一至四相同。

本实施方式所述的热解糖厌氧芽孢杆菌W16(Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum W16)，Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum W16在2008年第33期第6124–6132页的《International Journal of Hydrogen Energy》中刊登的名称为“Dark fermentation of xylose and glucose mix using isolated Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum W16”的文章中公开。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤二中黑曲霉菌丝球的加入量为40g/L～55g/L。其他与具体实施方式一至五相同。

本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。

采用下述试验验证本发明效果

试验一：一种利用生物载体固定化强化木质纤维素发酵产氢的方法，具体是按以下步骤实现：一、生物载体制备：将黑曲霉菌Aspergillus niger Y3孢子接种于黑曲霉菌丝球制备培养基中，接种量为1.5×10⁶个孢子/mL～2.5×10⁶个孢子/mL，在温度为30℃的有氧条件下悬浮培养5天，得到含黑曲霉菌丝球的悬浊液；二、向序批式生物制氢反应器中加入产氢菌液体发酵培养基，从步骤一中得到的含黑曲霉菌丝球的培养基将粗黑曲霉菌丝球取出，并用无菌水对粗黑曲霉菌丝球冲洗3次，得到黑曲霉菌丝球，再将黑曲霉菌丝球加入序批式生物制氢反应器内的产氢菌液体发酵培养基中，黑曲霉菌丝球的加入量为46g/L，且在黑曲霉菌丝球加入过程中持续向产氢菌液体发酵培养基中通入纯度为99.99％的氮气，黑曲霉菌丝球加完后继续向产氢菌液体发酵培养基中通入纯度为99.99％的氮气以排除反应器中的氧气，然后向产氢菌液体发酵培养基中按照体积比为10％的接种量接入发酵产氢种子液，将pH调至6.5，控制温度为60℃，搅拌速度为150rpm/min，水力停留时间12h下进行连续厌氧发酵产氢。

本试验所述的黑曲霉菌Aspergillus niger Y3保藏编号为CGMCC No.3.3926；在2011年第6期第4360–4365页的《Bioresource Technology》中刊登的名称为“Performance of enhanced biological SBR process for aniline treatment by mycelial pellet as biomass carrier”的文章中公开。

本试验步骤一中所述的黑曲霉菌丝球制备培养基由蔗糖、NH₄Cl、KH₂PO₃·3H₂O、MgSO₄·7H₂O、FeSO₄·7H₂O和水制备而成，且所述的黑曲霉菌丝球制备培养基中蔗糖浓度为10.0g/L，NH₄Cl浓度为1.0g/L，KH₂PO₃·3H₂O浓度为1.0g/L，MgSO₄·7H₂O浓度为0.5g/L，FeSO₄·7H₂O浓度为0.1g/L。

本试验步骤二中所述的产氢菌液体发酵培养基由营养盐溶液和碳源组成，且营养盐溶液与碳源的体积比为3:7；

所述营养盐溶液由氯化铵、氯化钠、磷酸氢二钾、半胱氨酸、MgCl₂·6H₂O、氯化钾、酵母粉、蛋白胨、微量金属元素贮液II、维生素贮液和0.1‰(w/v)的刃天青制备而成；且所述的产氢菌液体发酵培养基中氯化铵的质量-体积浓度为1.0g/L、氯化钠的质量-体积浓度为1.0g/L、磷酸氢二钾的质量-体积浓度为3g/L、磷酸二氢钾的质量-体积浓度为1.5g/L、半胱氨酸的质量-体积浓度为0.5g/L、MgCl₂·6H₂O的质量-体积浓度为0.5g/L、氯化钾的质量-体积浓度为0.2g/L、酵母粉的质量-体积浓度为2g/L、蛋白胨的质量-体积浓度为2g/L、微量金属元素贮液II占产氢菌液体发酵培养基总体积的千分之一、维生素贮液占产氢菌液体发酵培养基总体积的千分之一、0.1‰(w/v)的刃天青占产氢菌液体发酵培养基总体积的千分之一；其中所述的微量金属元素贮液II由氯化亚铁、氯化锌、硼酸、MnCl₂·4H₂O、CuCl₂·2H₂O、CoCl₂·6H₂O、NiCl₂·6H₂O、Na₂MO₄·H₂O、钨酸钠和Na₂SeO₄·5H₂O制备而成，微量金属元素贮液II中氯化亚铁的质量-体积浓度为1.5g/L，氯化锌的质量-体积浓度为70mg/L，硼酸的质量-体积浓度为6mg/L，MnCl₂·4H₂O的质量-体积浓度为0.1g/L，CuCl₂·2H₂O的质量-体积浓度为2mg/L，CoCl₂·6H₂O的质量-体积浓度为0.19g/L，NiCl₂·6H₂O的质量-体积浓度为24mg/L，Na₂MO₄·H₂O的质量-体积浓度为36mg/L，钨酸钠的质量-体积浓度为15mg/L，Na₂SeO₄·5H₂O的质量-体积浓度为15mg/L；其中所述的维生素贮液由硫辛酸、生物素、烟酸、盐酸硫胺素、对氨基苯甲酸、叶酸、泛酸钙、维生素B₁₂和盐酸吡哆醇制备而成，维生素贮液中硫辛酸的质量-体积浓度为50.0mg/L，生物素的质量-体积浓度为20.0mg/L，0.35g/L的烟酸，盐酸硫胺素的质量-体积浓度5.0mg/L为，对氨基苯甲酸的质量-体积浓度为50.0mg/L，叶酸的质量-体积浓度为20.0mg/L，泛酸钙的质量-体积浓度为50.0mg/L，维生素B₁₂的质量-体积浓度为1.0mg/L，盐酸吡哆醇的质量-体积浓度为100.0mg/L；

所述的碳源为玉米秸秆水解液；所述的玉米秸秆水解液是按以下步骤制备的：

①、培养：将真菌Trichoderma viride的孢子接种于液体产酶培养基中，在29℃、150r/min的有氧条件下悬浮培养4天；②、分离：将步骤一培养4天液体产酶培养基在4℃，8000r/min离心10min，分离得到上清液即为粗酶液；③、配置纤维素溶液：将玉米秸秆粉碎至粒度为10～30mm，并采用热碱方法处理2h，然后加入到物质的量浓度为0.05mol/L的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液中，配置成质量-体积浓度为35g/L的纤维素溶液；④、制备纤维素糖化液：在50℃、pH＝2的条件下，将步骤二分离得到的粗酶液加入步骤三制备的纤维素溶液中，在搅拌速度为150rpm/min放置3天，即得到纤维素糖化液；五、离心分离：13000r/min的条件下将步骤四制备的纤维素糖化液离心20min，分离得到的玉米秸秆水解液；步骤①中所述的绿色木霉是真菌Trichoderma viride，编号：3.2876，分离号：糖研37；步骤①中真菌Trichoderma viride的孢子接种量为1×10¹²个/L～1×10¹⁶个/L；步骤①中所述液体产酶培养基由KH₂PO₄、(NH₄)₂SO₄、MgSO₄·7H₂O、CaCl₂、有机碳源、有机氮源和微量金属元素贮液I组成，其中KH₂PO₄的质量-体积浓度为2.0g/L，(NH₄)₂SO₄的质量-体积浓度为1.4g/L，MgSO₄·7H₂O的质量-体积浓度为0.3g/L，CaCl₂的质量-体积浓度为0.3g/L，有机碳源的质量-体积浓度为30g/L，有机氮源的质量-体积浓度为5g/L，微量金属元素贮液I占液体产酶培养基总体积的千分之一；其中所述的有机碳源是麸皮与玉米秸秆按质量比为2:1混合的混合物；其中所述的有机氮源为豆饼粉；其中所述的微量金属元素贮液I是由FeSO₄·7H₂O、MgSO₄、ZnSO₄·7H₂O和CoCl₂组成，其中FeSO₄·7H₂O的质量-体积浓度为3～7g/L，MgSO₄的质量-体积浓度为0.5～3.0g/L，ZnSO₄·7H₂O的质量-体积浓度为1.0～2.0g/L，CoCl₂的质量-体积浓度为1.0～3.0g/L；步骤③中所述的热碱方法是在100℃条件下采用质量分数为2％的氢氧化钠溶液处理粒度为10～30mm的玉米秸秆，其中所述的粒度为10～30mm的玉米秸秆与质量分数为2％的氢氧化钠溶液的固液比为1:10，其中所述的固液比是粒度为10～30mm的玉米秸秆的质量与质量分数为2％的氢氧化钠溶液的体积之比。

上述真菌Trichoderma viride在专在利授权号ZL201110253537.5“一种利用纤维素生产氢气的方法”中公开。

本试验步骤二中所述的发酵产氢种子液为产氢菌培养至对数期的液体悬浊液；其中所述的产氢菌为热解糖厌氧芽孢杆菌W16。所述的热解糖厌氧芽孢杆菌W16(Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum W16)，Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum W16在2008年第33期第6124–6132页的《International Journal of Hydrogen Energy》中刊登的名称为“Dark fermentation of xylose and glucose mix using isolated Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum W16”的文章中公开。

所述的序批式生物制氢反应器，包括进水罐1、进水泵2、第一时间继电器12、磁力搅拌器3、反应器主体10、水浴箱11、加热棒8、第三时间继电器7、出水泵4、第二时间继电器6、出水箱5和气体流量计9；所述进水罐1通过进水泵2与反应器主体10顶部的进水口连通，第一时间继电器12控制进水泵2的开关，反应器主体10外部为水浴箱11，水浴箱11设置在磁力搅拌器3上，第二时间继电器6控制磁力搅拌器3的开关；所述反应器主体10的底部设置磁力转子3-1，反应器主体10顶部的出水口通过出水泵4与出水箱5连通，第三时间继电器7控制出水泵的开关，水浴箱11内设有加热棒8，反应器主体10顶部上安装有气体流出管与出水管，气体流量9安装在气体流出管上。

上述序批式生物制氢反应器的工作原理如下：

进水罐1中的产氢菌液体发酵培养基由进水泵2通过反应器主体10顶端的进水口泵入反应器主体10内；反应器主体10反应区中发酵产氢细菌在磁力转子3-1的搅拌作用下混合均匀，充分利用培养基中的有机物产生氢气，产生的氢气通过气体流量计9排出反应器主体10，反应完全后，第二时间继电器6控制磁力搅拌器3的开关，进行静置沉淀，然后出水泵4将反应后的发酵液通过反应器主体10顶端的出水管泵出反应器主体10进入出水箱5中；其中进水、搅拌、沉淀、出水均由各自第一时间继电器12、第二时间继电器6和第三时间继电器7进行准确控制；水浴箱11通过加热棒8加热维持反应器主体10反应区温度。

图1为试验一所述的序批式生物制氢反应器的示意图，其中1表示进水罐，2表示进水泵，3表示磁力搅拌器，3-1表示磁力转子，4表示出水泵，5表示出水箱，6表示第二时间继电器，7表示第三时间继电器，8表示加热棒，9表示气体流量计，10表示反应器主体，11表示水浴箱，12表示第一时间继电器。

通过计算可知本发明木质纤维素产氢过程底物利用率达到95％以上，且平均产氢速率达到10mmol H₂L^-1h^-1以上，产氢性能稳定，且最高产氢速率达到12.36mmol H₂L^-1h^-1。