公布日：2022.04.22
申請(qǐng)日：2021.12.31
分類號(hào)：C12P3/00(2006.01)I;C12N1/20(2006.01)I;C02F11/04(2006.01)I;C12R1/145(2006.01)N
摘要
一種發(fā)酵活性污泥產(chǎn)高純度氫氣的方法，該方法包括配備用于包括底物和輔料的液體培養(yǎng)基；底物為用于發(fā)酵產(chǎn)氫的活性污泥中所包括的碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、糖、油脂、酸和/或有機(jī)酸類物質(zhì)，輔料為磷酸鹽復(fù)合液和活性污泥中所包括的營養(yǎng)物質(zhì)；營養(yǎng)物質(zhì)為氮鹽、磷鹽和/或鉀鹽；用惰性氣體或二氧化碳吹掃液體培養(yǎng)基以去除液體培養(yǎng)基中殘存的氧氣；將液體培養(yǎng)基放入具有攪拌器的發(fā)酵罐中，設(shè)置發(fā)酵溫度為30℃-80℃之間的一個(gè)溫度，并且通過酸溶液和堿性溶液控制發(fā)酵罐在發(fā)酵周期內(nèi)的pH值恒定為8-12中的一個(gè)值；在發(fā)酵罐中加入梭菌ClostridiumP21進(jìn)行產(chǎn)氫輸出。因此，本發(fā)明可以在高溫及高堿性條件下發(fā)酵活性污泥以生產(chǎn)純度超過98％氫氣。
權(quán)利要求書
1.一種發(fā)酵活性污泥產(chǎn)高純度氫氣的方法，所述活性污泥包括有機(jī)質(zhì)、營養(yǎng)成分、微生物和水分，其特征在于，包括如下步驟：步驟S1：配備用于包括底物和輔料的液體培養(yǎng)基；其中，所述底物為用于發(fā)酵產(chǎn)氫的所述活性污泥中所包括的碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、糖、油脂、酸和/或有機(jī)酸類物質(zhì)，所述輔料為磷酸鹽復(fù)合液和所述活性污泥中所包括的營養(yǎng)物質(zhì)；所述營養(yǎng)物質(zhì)為氮鹽、磷鹽和/或鉀鹽；步驟S2：用惰性氣體或二氧化碳吹掃所述液體培養(yǎng)基以去除所述液體培養(yǎng)基中殘存的氧氣；步驟S3：將所述液體培養(yǎng)基放入具有攪拌器的發(fā)酵罐中，設(shè)置發(fā)酵溫度為30℃-80℃之間的一個(gè)溫度，并且通過酸溶液和堿性溶液控制所述發(fā)酵罐在發(fā)酵周期內(nèi)的pH值恒定為8-12中的一個(gè)值；步驟S4：在所述發(fā)酵罐中加入產(chǎn)氫厭氧菌母液進(jìn)行產(chǎn)氫輸出，所述產(chǎn)氫厭氧菌母液包括1-8％的梭菌ClostridiumP21、克萊伯厭氧菌、大腸桿菌和/或酵母。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)酵活性污泥產(chǎn)高純度氫氣的方法，其特征在于，所述活性污泥還包括重金屬和/或無機(jī)鹽，在執(zhí)行步驟S1之前，還包括步驟S0用于去除重金屬和/或無機(jī)鹽；其中，所述無機(jī)鹽為硅氧化物、鐵氧化物、鋁氧化物、鈣氧化物和/或鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)酵活性污泥產(chǎn)高純度氫氣的方法，其特征在于，在步驟S1中：配置每升所述液體培養(yǎng)基包括50克的所述底料；配置每升所述液體培養(yǎng)基的所述磷酸鹽復(fù)合液包含：1.4g磷酸二氫鉀，1.1g磷酸氫二鉀，2g硫酸銨，0.5g硫酸鎂，10g酵母抽提物，10g嗎啉乙磺酸，40mg氨三乙酸，20mg一水硫酸錳，16mg六水硫酸亞鐵銨，4mg六水氯化鈷，0.04mg七水硫酸鋅，0.4mg二水氯化銅，0.4mg六水氯化鎳，0.4mg鉬酸鈉，0.4mg硒酸鈉，0.4mg鎢酸鈉，以及0.3g半胱氨酸；所述產(chǎn)氫厭氧菌母液為10mL梭菌ClostridiumP21母液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)酵活性污泥產(chǎn)高純度氫氣的方法，其特征在于，在步驟S2中，所述惰性氣體為氮?dú)狻?/span>
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)酵活性污泥產(chǎn)高純度氫氣的方法，其特征在于，在步驟S3中，所述發(fā)酵溫度為55℃-60℃之間的一個(gè)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)酵活性污泥產(chǎn)高純度氫氣的方法，其特征在于，在步驟S3中，所述pH值恒定為10-12之間的一個(gè)值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)酵活性污泥產(chǎn)高純度氫氣的方法，其特征在于，在步驟S3中，所述酸溶液為濃度2M的鹽酸溶液，以及所述堿性溶液為5M的氫氧化鈉溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-7任意一個(gè)所述的發(fā)酵活性污泥產(chǎn)高純度氫氣的方法，其特征在于，所述發(fā)酵溫度為60℃，所述pH值恒定為10.5。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)酵活性污泥產(chǎn)高純度氫氣的方法，其可以在高溫及高堿性條件下發(fā)酵活性污泥以生產(chǎn)純度超過98％氫氣。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種發(fā)酵活性污泥產(chǎn)高純度氫氣的方法，所述活性污泥包括有機(jī)質(zhì)、營養(yǎng)成分、微生物和水分，其包括如下步驟：
步驟S1：配備用于包括底物和輔料的液體培養(yǎng)基；其中，所述底物為用于發(fā)酵產(chǎn)氫的所述活性污泥中所包括的碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、糖、油脂、酸和/或有機(jī)酸類物質(zhì)，所述輔料為磷酸鹽復(fù)合液和所述活性污泥中所包括的營養(yǎng)物質(zhì)；所述營養(yǎng)物質(zhì)為氮鹽、磷鹽和/或鉀鹽；
步驟S2：用惰性氣體或二氧化碳吹掃所述液體培養(yǎng)基以去除所述液體培養(yǎng)基中殘存的氧氣；
步驟S3：將所述液體培養(yǎng)基放入具有攪拌器的發(fā)酵罐中，設(shè)置發(fā)酵溫度為30℃-80℃之間的一個(gè)溫度，并且通過酸溶液和堿性溶液控制所述發(fā)酵罐在發(fā)酵周期內(nèi)的pH值恒定為8-12中的一個(gè)值；
步驟S4：在所述發(fā)酵罐中加入產(chǎn)氫厭氧菌母液進(jìn)行產(chǎn)氫輸出，所述產(chǎn)氫厭氧菌母液包括1-8％的梭菌ClostridiumP21、克萊伯厭氧菌、大腸桿菌和/或酵母。
進(jìn)一步地，所述活性污泥還包括重金屬和/或無機(jī)鹽，在執(zhí)行步驟S1之前，還包括步驟S0用于去除重金屬和/或無機(jī)鹽；其中，所述無機(jī)鹽為硅氧化物、鐵氧化物、鋁氧化物、鈣氧化物和/或鹽。
進(jìn)一步地，在步驟S1中：
配置每升所述液體培養(yǎng)基包括50克的所述底料；
配置每升所述液體培養(yǎng)基的所述磷酸鹽復(fù)合液包含：
1.4g磷酸二氫鉀，1.1g磷酸氫二鉀，2g硫酸銨，0.5g硫酸鎂，10g酵母抽提物，10g嗎啉乙磺酸，40mg氨三乙酸，20mg一水硫酸錳，16mg六水硫酸亞鐵銨，4mg六水氯化鈷，0.04mg七水硫酸鋅，0.4mg二水氯化銅，0.4mg六水氯化鎳，0.4mg鉬酸鈉，0.4mg硒酸鈉，0.4mg鎢酸鈉，以及0.3g半胱氨酸；
所述產(chǎn)氫厭氧菌母液為10mL梭菌ClostridiumP21母液。
進(jìn)一步地，在步驟S2中，對(duì)所述液體培養(yǎng)基高溫滅菌的溫度大于100℃，所述惰性氣體為99.99％的高純氮?dú)狻?/span>
進(jìn)一步地，在步驟S3中，所述發(fā)酵溫度為55℃-60℃之間的一個(gè)值。
進(jìn)一步地，在步驟S3中，所述pH值恒定為10-12之間的一個(gè)值。
進(jìn)一步地，在步驟S3中，所述酸溶液為濃度2M的鹽酸溶液，以及所述堿性溶液為5M的氫氧化鈉溶液。
進(jìn)一步地，所述發(fā)酵溫度為60℃，所述pH值恒定為10.5。
從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的發(fā)酵活性污泥產(chǎn)高純度氫氣的方法，具有如下有益效果：
①.采用上述嗜堿性梭菌種(梭菌ClostridiumP21)，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)酵活性污泥產(chǎn)高純度氫氣的可能性，且產(chǎn)率和能量轉(zhuǎn)換效率高；
②.通過對(duì)所述液體培養(yǎng)基高溫滅菌，以及高溫降解所述活性污泥中所包括的微生物以釋放有機(jī)質(zhì)，在產(chǎn)出的氫氣中僅含有二氧化碳，基本不含有硫化物、氮氧化物、一氧化碳和甲烷等雜氣，使氫氣提純非常容易，很好地解決了氫燃料電池在工業(yè)應(yīng)用中的安全性問題；
③.利用所述活性污泥(廢物)制備高附加值的清潔能源，成本非常低，又為環(huán)保做出了貢獻(xiàn)。
（發(fā)明人：胡鵬;丁大偉）
