公布日：2022.04.22
申請日：2021.12.31
分類號：C12P3/00(2006.01)I;C12N1/20(2006.01)I;C02F11/04(2006.01)I;C12R1/145(2006.01)N
摘要
一種發酵活性污泥產高純度氫氣的方法，該方法包括配備用于包括底物和輔料的液體培養基；底物為用于發酵產氫的活性污泥中所包括的碳水化合物、蛋白質、脂肪、糖、油脂、酸和/或有機酸類物質，輔料為磷酸鹽復合液和活性污泥中所包括的營養物質；營養物質為氮鹽、磷鹽和/或鉀鹽；用惰性氣體或二氧化碳吹掃液體培養基以去除液體培養基中殘存的氧氣；將液體培養基放入具有攪拌器的發酵罐中，設置發酵溫度為30℃-80℃之間的一個溫度，并且通過酸溶液和堿性溶液控制發酵罐在發酵周期內的pH值恒定為8-12中的一個值；在發酵罐中加入梭菌ClostridiumP21進行產氫輸出。因此，本發明可以在高溫及高堿性條件下發酵活性污泥以生產純度超過98％氫氣。
權利要求書
1.一種發酵活性污泥產高純度氫氣的方法，所述活性污泥包括有機質、營養成分、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基；其中，所述底物為用于發酵產氫的所述活性污泥中所包括的碳水化合物、蛋白質、脂肪、糖、油脂、酸和/或有機酸類物質，所述輔料為磷酸鹽復合液和所述活性污泥中所包括的營養物質；所述營養物質為氮鹽、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基以去除所述液體培養基中殘存的氧氣；步驟S3：將所述液體培養基放入具有攪拌器的發酵罐中，設置發酵溫度為30℃-80℃之間的一個溫度，并且通過酸溶液和堿性溶液控制所述發酵罐在發酵周期內的pH值恒定為8-12中的一個值；步驟S4：在所述發酵罐中加入產氫厭氧菌母液進行產氫輸出，所述產氫厭氧菌母液包括1-8％的梭菌ClostridiumP21、克萊伯厭氧菌、大腸桿菌和/或酵母。
2.根據權利要求1所述的發酵活性污泥產高純度氫氣的方法，其特征在于，所述活性污泥還包括重金屬和/或無機鹽，在執行步驟S1之前，還包括步驟S0用于去除重金屬和/或無機鹽；其中，所述無機鹽為硅氧化物、鐵氧化物、鋁氧化物、鈣氧化物和/或鹽。
3.根據權利要求1所述的發酵活性污泥產高純度氫氣的方法，其特征在于，在步驟S1中：配置每升所述液體培養基包括50克的所述底料；配置每升所述液體培養基的所述磷酸鹽復合液包含：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；所述產氫厭氧菌母液為10mL梭菌ClostridiumP21母液。
4.根據權利要求1所述的發酵活性污泥產高純度氫氣的方法，其特征在于，在步驟S2中，所述惰性氣體為氮氣。
5.根據權利要求1所述的發酵活性污泥產高純度氫氣的方法，其特征在于，在步驟S3中，所述發酵溫度為55℃-60℃之間的一個值。
6.根據權利要求1所述的發酵活性污泥產高純度氫氣的方法，其特征在于，在步驟S3中，所述pH值恒定為10-12之間的一個值。
7.根據權利要求1所述的發酵活性污泥產高純度氫氣的方法，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.根據權利要求4-7任意一個所述的發酵活性污泥產高純度氫氣的方法，其特征在于，所述發酵溫度為60℃，所述pH值恒定為10.5。
發明內容
本發明的目的在于提供一種發酵活性污泥產高純度氫氣的方法，其可以在高溫及高堿性條件下發酵活性污泥以生產純度超過98％氫氣。
為實現上述目的，本發明的技術方案如下：
一種發酵活性污泥產高純度氫氣的方法，所述活性污泥包括有機質、營養成分、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基；其中，所述底物為用于發酵產氫的所述活性污泥中所包括的碳水化合物、蛋白質、脂肪、糖、油脂、酸和/或有機酸類物質，所述輔料為磷酸鹽復合液和所述活性污泥中所包括的營養物質；所述營養物質為氮鹽、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基以去除所述液體培養基中殘存的氧氣；
步驟S3：將所述液體培養基放入具有攪拌器的發酵罐中，設置發酵溫度為30℃-80℃之間的一個溫度，并且通過酸溶液和堿性溶液控制所述發酵罐在發酵周期內的pH值恒定為8-12中的一個值；
步驟S4：在所述發酵罐中加入產氫厭氧菌母液進行產氫輸出，所述產氫厭氧菌母液包括1-8％的梭菌ClostridiumP21、克萊伯厭氧菌、大腸桿菌和/或酵母。
進一步地，所述活性污泥還包括重金屬和/或無機鹽，在執行步驟S1之前，還包括步驟S0用于去除重金屬和/或無機鹽；其中，所述無機鹽為硅氧化物、鐵氧化物、鋁氧化物、鈣氧化物和/或鹽。
進一步地，在步驟S1中：
配置每升所述液體培養基包括50克的所述底料；
配置每升所述液體培養基的所述磷酸鹽復合液包含：
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；
所述產氫厭氧菌母液為10mL梭菌ClostridiumP21母液。
進一步地，在步驟S2中，對所述液體培養基高溫滅菌的溫度大于100℃，所述惰性氣體為99.99％的高純氮氣。
進一步地，在步驟S3中，所述發酵溫度為55℃-60℃之間的一個值。
進一步地，在步驟S3中，所述pH值恒定為10-12之間的一個值。
進一步地，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。
進一步地，所述發酵溫度為60℃，所述pH值恒定為10.5。
從上述技術方案可以看出，本發明的發酵活性污泥產高純度氫氣的方法，具有如下有益效果：
①.采用上述嗜堿性梭菌種(梭菌ClostridiumP21)，可以實現發酵活性污泥產高純度氫氣的可能性，且產率和能量轉換效率高；
②.通過對所述液體培養基高溫滅菌，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質，在產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應用中的安全性問題；
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，又為環保做出了貢獻。
（發明人：胡鵬;丁大偉）
