CN101392269A - 生物质梯级发酵产氢的方法 - Google Patents

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Abstract

生物质梯级发酵产氢的方法，它涉及一种产氢的方法。它解决了现有发酵法生物制氢的转化率较低的问题。方法：一、厌氧颗粒污泥振荡培养，得厌氧活性污泥，然后热处理；二、将发酵法生物制氢的出水和2－溴乙烷磺酸钠做为反应设备底料，再接种热处理后的厌氧活性污泥；三、向反应设备中连续充入氮气，运行后即得氢气。本发明中单位基质的氢气转化率提高到2.5molH2/mol己糖以上。

Description

生物质梯级发酵产氢的方法
技术领域
本发明涉及一种产氢的方法。
背景技术
国内外发酵法生物制氢的基本原理，均是利用厌氧消化系统中的产酸发酵菌群对碳水化合物的发酵产氢代谢，将有机物降解为乙酸、丙酸、丁酸、乳酸和乙醇等的同时释放氢气。由于产酸发酵细菌对底物的转化或降解程度相对较低，底物中的氢元素只有一小部分以氢气的形式释放出来，而大部分的氢仍存在于如丙酸、丁酸和乙醇等产酸发酵液相末端产物中，极大地限制了生物质的氢气转化率，使得制氢系统中单位基质的氢气转化率较低，仅为2molH2/mol己糖左右，反应设备的产氢效能也因此受到很大限制，制约了发酵法生物制氢实现工业化生产。
发明内容
本发明目的是为了解决现有发酵法生物制氢的转化率较低的问题，而提供一种生物质梯级发酵产氢的方法。
生物质梯级发酵产氢的方法按以下步骤实现：一、厌氧颗粒污泥振荡培养5～6h，得厌氧活性污泥，然后置于容器中，充入氮气10～20min后密封，在110～130℃的条件下热处理20～40min；二、将发酵法生物制氢的出水的pH值调整为7.0～8.0，然后加入2-溴乙烷磺酸钠，再泵入连续流搅拌槽式产酸发酵制氢反应设备中做为底料，再接种热处理后的厌氧活性污泥；三、向连续流搅拌槽式产酸发酵制氢反应设备中连续充入纯度为99.99％的氮气，流量为100ml/min，在反应设备内温度为33～37℃、水力停留时间为15～17h的条件下运行50～60天，即得氢气；其中步骤一中厌氧颗粒污泥取自两相厌氧消化工艺中的产甲烷相反应器；步骤二中发酵法生物制氢的出水是产酸发酵制氢反应设备中污泥负荷率控制在2.0～3.0kgCOD/gMLVSS·d条件下的出水；步骤二中底料按30～50mmol/gMLVSS的浓度加入2-溴乙烷磺酸钠，底料按7～8gMLVSS/L的浓度接种厌氧活性污泥。
本发明中生物质梯级发酵是将连续流搅拌槽式产酸发酵制氢反应设备与发酵法生物制氢反应设备串联，将发酵法生物制氢的出水中所含乙醇、丁酸和丙酸等，在连续流搅拌槽式产酸发酵制氢反应设备中继续发酵转化为乙酸，同时产生二氧化碳和氢气，合理的利用了发酵法生物制氢的出水即产酸发酵液相末端产物，并将其中含有的氢转化出来，提高了单位基质的氢气转化率，使得单位基质的氢气转化率提高到2.5molH2/mol己糖以上，进而解决了传统制氢方法中单位基质氢气转化率低的问题。本发明中耗氢菌群在充入氮气的厌氧生境中及热处理和2-溴乙烷磺酸钠抑制剂的作用下，不会再消耗产生的氢气，也无甲烷气体产生。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式生物质梯级发酵产氢的方法按以下步骤实现：一、厌氧颗粒污泥振荡培养5～6h，得厌氧活性污泥，然后置于容器中，充入氮气10～20min后密封，在110～130℃的条件下热处理20～40min；二、将发酵法生物制氢的出水的pH值调整为7.0～8.0，然后加入2-溴乙烷磺酸钠，再泵入连续流搅拌槽式产酸发酵制氢反应设备中做为底料，再接种热处理后的厌氧活性污泥；三、向连续流搅拌槽式产酸发酵制氢反应设备中连续充入纯度为99.99％的氮气，流量为100ml/min，在反应设备内温度为33～37℃、水力停留时间为15～17h的条件下运行50～60天，即得氢气；其中步骤一中厌氧颗粒污泥取自两相厌氧消化工艺中的产甲烷相反应器；步骤二中发酵法生物制氢的出水是产酸发酵制氢反应设备中污泥负荷率控制在2.0～3.0kgCOD/gMLVSS·d条件下的出水；步骤二中底料按30～50mmol/gMLVSS的浓度加入2-溴乙烷磺酸钠，底料按7～8gMLVSS/L的浓度接种厌氧活性污泥。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中厌氧颗粒污泥振荡培养5.5h，得厌氧活性污泥，然后置于容器中，充入氮气15min后密封，在120℃的条件下热处理30min。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式中厌氧颗粒污泥振荡培养是将厌氧颗粒污泥装入存有数十粒玻璃珠的血清瓶中并加塞密封，置于35℃、120～180r/min的全温摇瓶柜中振荡培养。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中将发酵法生物制氢的出水的pH值调整为7.5。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式中pH值调整采用的试剂为KOH或NaOH。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中发酵法生物制氢的出水是产酸发酵制氢反应设备中污泥负荷率控制在2.5kgCOD/gMLVSS·d条件下的出水。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中底料按40mmol/gMLVSS的浓度加入2-溴乙烷磺酸钠，底料按7.5gMLVSS/L的浓度接种厌氧活性污泥。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤三中在反应设备内温度为35℃、水力停留时间为16h的条件下运行55天，即得氢气。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式中运行稳定后反应设备中形成以产氢产乙酸菌群为优势的顶级微生物群落，可有效地将来自发酵法生物制氢的出水中所含乙醇、丁酸和丙酸等转化为乙酸，同时产生二氧化碳和氢气，反应设备中产生的二氧化碳和氢气并能稳定产氢，反应设备中产生的氢气随充入的氮气一起释放出来。
具体实施方式七：本实施方式生物质梯级发酵产氢的方法按以下步骤实现：一、厌氧颗粒污泥振荡培养5h，得厌氧活性污泥，然后置于容器中，充入氮气15min后密封，在120℃的条件下热处理30min；二、将发酵法生物制氢的出水的pH值调整为7.0，然后加入2-溴乙烷磺酸钠，再泵入连续流搅拌槽式产酸发酵制氢反应设备中做为底料，再接种热处理后的厌氧活性污泥；三、向连续流搅拌槽式产酸发酵制氢反应设备中连续充入纯度为99.99％的氮气，流量为100ml/min，在反应设备内温度为35℃、水力停留时间为16h的条件下运行55天，即得氢气；其中步骤一中厌氧颗粒污泥取自两相厌氧消化工艺中的产甲烷相反应器；步骤二中发酵法生物制氢的出水是产酸发酵制氢反应设备中污泥负荷率控制在2.0kgCOD/gMLVSS·d条件下的出水；步骤二中底料按40mmol/gMLVSS的浓度加入2-溴乙烷磺酸钠，底料按7gMLVSS/L的浓度接种厌氧活性污泥。
本实施方式中氢气转化率为2.8molH2/mol己糖。

Claims (6)

1、生物质梯级发酵产氢的方法，其特征在于生物质梯级发酵产氢的方法按以下步骤实现：一、厌氧颗粒污泥振荡培养5～6h，得厌氧活性污泥，然后置于容器中，充入氮气10～20min后密封，在110～130℃的条件下热处理20～40min；二、将发酵法生物制氢的出水的pH值调整为7.0～8.0，然后加入2-溴乙烷磺酸钠，再泵入连续流搅拌槽式产酸发酵制氢反应设备中做为底料，再接种热处理后的厌氧活性污泥；三、向连续流搅拌槽式产酸发酵制氢反应设备中连续充入纯度为99.99％的氮气，流量为100ml/min，在反应设备内温度为33～37℃、水力停留时间为15～17h的条件下运行50～60天，即得氢气；其中步骤一中厌氧颗粒污泥取自两相厌氧消化工艺中的产甲烷相反应器；步骤二中发酵法生物制氢的出水是产酸发酵制氢反应设备中污泥负荷率控制在2.0～3.0kgCOD/gMLVSS·d条件下的出水；步骤二中底料按30～50mmol/gMLVSS的浓度加入2-溴乙烷磺酸钠，底料按7～8gMLVSS/L的浓度接种厌氧活性污泥。
2、根据权利要求1所述的生物质梯级发酵产氢的方法，其特征在于步骤一中厌氧颗粒污泥振荡培养5.5h，得厌氧活性污泥，然后置于容器中，充入氮气15min后密封，在120℃的条件下热处理30min。
3、根据权利要求1所述的生物质梯级发酵产氢的方法，其特征在于步骤二中将发酵法生物制氢的出水的pH值调整为7.5。
4、根据权利要求1所述的生物质梯级发酵产氢的方法，其特征在于步骤二中发酵法生物制氢的出水是产酸发酵制氢反应设备中污泥负荷率控制在2.5kgCOD/gMLVSS·d条件下的出水。
5、根据权利要求1所述的生物质梯级发酵产氢的方法，其特征在于步骤二中底料按40mmol/gMLVSS的浓度加入2-溴乙烷磺酸钠，底料按7.5gMLVSS/L的浓度接种厌氧活性污泥。
6、根据权利要求1所述的生物质梯级发酵产氢的方法，其特征在于步骤三中在反应设备内温度为35℃、水力停留时间为16h的条件下运行55天，即得氢气。
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