公布日：2022.04.22
申请日：2021.12.31
分类号：C12P3/00(2006.01)I;C12N1/20(2006.01)I;C02F11/04(2006.01)I;C12R1/145(2006.01)N
摘要
一种发酵活性污泥产高纯度氢气的方法，该方法包括配备用于包括底物和辅料的液体培养基；底物为用于发酵产氢的活性污泥中所包括的碳水化合物、蛋白质、脂肪、糖、油脂、酸和/或有机酸类物质，辅料为磷酸盐复合液和活性污泥中所包括的营养物质；营养物质为氮盐、磷盐和/或钾盐；用惰性气体或二氧化碳吹扫液体培养基以去除液体培养基中残存的氧气；将液体培养基放入具有搅拌器的发酵罐中，设置发酵温度为30℃-80℃之间的一个温度，并且通过酸溶液和碱性溶液控制发酵罐在发酵周期内的pH值恒定为8-12中的一个值；在发酵罐中加入梭菌ClostridiumP21进行产氢输出。因此，本发明可以在高温及高碱性条件下发酵活性污泥以生产纯度超过98％氢气。
权利要求书
1.一种发酵活性污泥产高纯度氢气的方法，所述活性污泥包括有机质、营养成分、微生物和水分，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：配备用于包括底物和辅料的液体培养基；其中，所述底物为用于发酵产氢的所述活性污泥中所包括的碳水化合物、蛋白质、脂肪、糖、油脂、酸和/或有机酸类物质，所述辅料为磷酸盐复合液和所述活性污泥中所包括的营养物质；所述营养物质为氮盐、磷盐和/或钾盐；步骤S2：用惰性气体或二氧化碳吹扫所述液体培养基以去除所述液体培养基中残存的氧气；步骤S3：将所述液体培养基放入具有搅拌器的发酵罐中，设置发酵温度为30℃-80℃之间的一个温度，并且通过酸溶液和碱性溶液控制所述发酵罐在发酵周期内的pH值恒定为8-12中的一个值；步骤S4：在所述发酵罐中加入产氢厌氧菌母液进行产氢输出，所述产氢厌氧菌母液包括1-8％的梭菌ClostridiumP21、克莱伯厌氧菌、大肠杆菌和/或酵母。
2.根据权利要求1所述的发酵活性污泥产高纯度氢气的方法，其特征在于，所述活性污泥还包括重金属和/或无机盐，在执行步骤S1之前，还包括步骤S0用于去除重金属和/或无机盐；其中，所述无机盐为硅氧化物、铁氧化物、铝氧化物、钙氧化物和/或盐。
3.根据权利要求1所述的发酵活性污泥产高纯度氢气的方法，其特征在于，在步骤S1中：配置每升所述液体培养基包括50克的所述底料；配置每升所述液体培养基的所述磷酸盐复合液包含：1.4g磷酸二氢钾，1.1g磷酸氢二钾，2g硫酸铵，0.5g硫酸镁，10g酵母抽提物，10g吗啉乙磺酸，40mg氨三乙酸，20mg一水硫酸锰，16mg六水硫酸亚铁铵，4mg六水氯化钴，0.04mg七水硫酸锌，0.4mg二水氯化铜，0.4mg六水氯化镍，0.4mg钼酸钠，0.4mg硒酸钠，0.4mg钨酸钠，以及0.3g半胱氨酸；所述产氢厌氧菌母液为10mL梭菌ClostridiumP21母液。
4.根据权利要求1所述的发酵活性污泥产高纯度氢气的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述惰性气体为氮气。
5.根据权利要求1所述的发酵活性污泥产高纯度氢气的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述发酵温度为55℃-60℃之间的一个值。
6.根据权利要求1所述的发酵活性污泥产高纯度氢气的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述pH值恒定为10-12之间的一个值。
7.根据权利要求1所述的发酵活性污泥产高纯度氢气的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述酸溶液为浓度2M的盐酸溶液，以及所述碱性溶液为5M的氢氧化钠溶液。
8.根据权利要求4-7任意一个所述的发酵活性污泥产高纯度氢气的方法，其特征在于，所述发酵温度为60℃，所述pH值恒定为10.5。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发酵活性污泥产高纯度氢气的方法，其可以在高温及高碱性条件下发酵活性污泥以生产纯度超过98％氢气。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种发酵活性污泥产高纯度氢气的方法，所述活性污泥包括有机质、营养成分、微生物和水分，其包括如下步骤：
步骤S1：配备用于包括底物和辅料的液体培养基；其中，所述底物为用于发酵产氢的所述活性污泥中所包括的碳水化合物、蛋白质、脂肪、糖、油脂、酸和/或有机酸类物质，所述辅料为磷酸盐复合液和所述活性污泥中所包括的营养物质；所述营养物质为氮盐、磷盐和/或钾盐；
步骤S2：用惰性气体或二氧化碳吹扫所述液体培养基以去除所述液体培养基中残存的氧气；
步骤S3：将所述液体培养基放入具有搅拌器的发酵罐中，设置发酵温度为30℃-80℃之间的一个温度，并且通过酸溶液和碱性溶液控制所述发酵罐在发酵周期内的pH值恒定为8-12中的一个值；
步骤S4：在所述发酵罐中加入产氢厌氧菌母液进行产氢输出，所述产氢厌氧菌母液包括1-8％的梭菌ClostridiumP21、克莱伯厌氧菌、大肠杆菌和/或酵母。
进一步地，所述活性污泥还包括重金属和/或无机盐，在执行步骤S1之前，还包括步骤S0用于去除重金属和/或无机盐；其中，所述无机盐为硅氧化物、铁氧化物、铝氧化物、钙氧化物和/或盐。
进一步地，在步骤S1中：
配置每升所述液体培养基包括50克的所述底料；
配置每升所述液体培养基的所述磷酸盐复合液包含：
1.4g磷酸二氢钾，1.1g磷酸氢二钾，2g硫酸铵，0.5g硫酸镁，10g酵母抽提物，10g吗啉乙磺酸，40mg氨三乙酸，20mg一水硫酸锰，16mg六水硫酸亚铁铵，4mg六水氯化钴，0.04mg七水硫酸锌，0.4mg二水氯化铜，0.4mg六水氯化镍，0.4mg钼酸钠，0.4mg硒酸钠，0.4mg钨酸钠，以及0.3g半胱氨酸；
所述产氢厌氧菌母液为10mL梭菌ClostridiumP21母液。
进一步地，在步骤S2中，对所述液体培养基高温灭菌的温度大于100℃，所述惰性气体为99.99％的高纯氮气。
进一步地，在步骤S3中，所述发酵温度为55℃-60℃之间的一个值。
进一步地，在步骤S3中，所述pH值恒定为10-12之间的一个值。
进一步地，在步骤S3中，所述酸溶液为浓度2M的盐酸溶液，以及所述碱性溶液为5M的氢氧化钠溶液。
进一步地，所述发酵温度为60℃，所述pH值恒定为10.5。
从上述技术方案可以看出，本发明的发酵活性污泥产高纯度氢气的方法，具有如下有益效果：
①.采用上述嗜碱性梭菌种(梭菌ClostridiumP21)，可以实现发酵活性污泥产高纯度氢气的可能性，且产率和能量转换效率高；
②.通过对所述液体培养基高温灭菌，以及高温降解所述活性污泥中所包括的微生物以释放有机质，在产出的氢气中仅含有二氧化碳，基本不含有硫化物、氮氧化物、一氧化碳和甲烷等杂气，使氢气提纯非常容易，很好地解决了氢燃料电池在工业应用中的安全性问题；
③.利用所述活性污泥(废物)制备高附加值的清洁能源，成本非常低，又为环保做出了贡献。
（发明人：胡鹏;丁大伟）
