CN101402926B - 产氢细菌补料培养及生物制氢系统的生物强化方法 - Google Patents
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Abstract
产氢细菌补料培养及生物制氢系统的生物强化方法，它涉及一种细菌培养及生物制氢系统的强化方法。它解决了现有发酵法生物制氢在连续操作的过程中存在反应器启动时间长、产氢效率低、污泥流失的问题。方法：一、将产氢细菌接种于发酵罐的培养液中进行厌氧发酵；二、厌氧发酵后将部分发酵液通过计量泵投加到生物制氢反应设备中，然后补入相同体积的新鲜培养液至发酵罐，继续进行厌氧发酵，即完成产氢细菌补料培养及生物制氢系统的生物强化。本发明缩短了连续操作的过程中生物制氢反应器的启动时间，仅为15～20天，产氢效率提高了10％～15％，避免了活性污泥的流失。
Description
技术领域
本发明涉及一种细菌培养及制氢系统的强化方法。
背景技术
能源的需求日益增加，然而对煤、石油、天然气等化石能源的利用和开采一方面造成能源危机，另一方面也带来新的环境问题，开发清洁的新能源技术成为人类关注的重点。氢气以其清洁、高效、可再生、便于贮藏和运输等优点而走入世界能源体系，成为备受瞩目的新能源。在多种制氢的方法中，利用微生物发酵有机废水制取氢气，具有治污与产能相结合的特点，成为各国竟相研发的技术。其中，发酵法生物制氢技术格外引人关注，但是发酵法生物制氢在连续操作的过程中存在反应器启动时间长、产氢效率低、污泥流失的问题。
发明内容
本发明目的是为了解决现有发酵法生物制氢在连续操作的过程中存在反应器启动时间长、产氢效率低、污泥流失的问题，而提供一种产氢细菌补料培养及生物制氢系统的生物强化方法。
产氢细菌补料培养及生物制氢系统的生物强化方法按以下步骤实现：一、将细胞浓度为1×1010个/L的产氢细菌菌液，以5％～10％的体积比例接种于发酵罐的培养液中，在发酵罐温度为35～37℃、搅拌速率为120～140r/min、质量浓度为99.99％的氮气气氛中进行厌氧发酵；二、厌氧发酵20～30h后将占总发酵体积50％～70％的发酵液通过计量泵投加到生物制氢反应设备中，然后向发酵罐中补入相同体积的新鲜培养液，继续进行厌氧发酵，即完成产氢细菌补料培养及生物制氢系统的生物强化；其中步骤一中产氢细菌为哈尔滨产乙醇杆菌YUAN-3，保藏编号为CGMCC No.1152；步骤一和步骤二中所述的培养液成分相同。
本发明中产氢细菌为哈尔滨产乙醇杆菌YUAN-3已送中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，保藏编号为CGMCC No.1152，产乙醇杆菌YUAN-3具有较高的产氢能力，最大产氢速率可达27.6mmolH2/g-drycell·h，且具有自凝集和共凝集的特性，能够将细菌自身以及活性污泥凝集起来，避免活性污泥的流失，无需进行菌种的固定化；本发明中把YUAN-3的补料培养作为生物制氢工程的辅助工艺，并将YUAN-3重新投加入产氢系统，作为辅助工艺，本发明可以在短时间内投加大量产氢细菌，每批细菌的投加时间在20～30h；补料时间的选择使产生的细菌处于生长对数期或稳定期前期，此时细菌具有较高的生长和产氢能力；补加新鲜培养液后，由于发酵罐内剩余的细菌仍具有较高的生长和产氢能力，细菌可以迅速生长，缩短生长的延滞期；将YUAN-3投加到生物制氢反应器后，YUAN-3为反应器提供了有效的产氢种群，缩短了连续操作的过程中反应器的乙醇型启动时间，仅为15～20天，产氢效率提高了10％～15％；此外，YUAN-3的凝集能力有益于凝集活性污泥，稳定产氢的群落结构，避免活性污泥的流失。
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：本实施方式产氢细菌补料培养及生物制氢系统的生物强化方法按以下步骤实现：一、将细胞浓度为1×1010个/L的产氢细菌菌液，以5％～10％的体积比例接种于发酵罐的培养液中，在发酵罐温度为35～37℃、搅拌速率为120～140r/min、质量浓度为99.99％的氮气气氛中进行厌氧发酵；二、厌氧发酵20～30h后将占总发酵体积50％～70％的发酵液通过计量泵投加到生物制氢反应设备中，然后向发酵罐中补入相同体积的新鲜培养液，继续进行厌氧发酵，即完成产氢细菌补料培养及生物制氢系统的生物强化；其中步骤一中产氢细菌为哈尔滨产乙醇杆菌YUAN-3，保藏编号为CGMCC No.1152；步骤一和步骤二中所述的培养液成分相同。
本实施方式中每1L培养液中至少含10g葡萄糖、4g蛋白胨、4g NaCl和2g K2HPO4。
本实施方式步骤一中体积比例为接种菌液体积比上培养液体积。
本实施方式步骤二为循环运行；循环的厌氧发酵时间为20h。
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以6％～9％的体积比例接种于发酵罐的培养液中，在发酵罐温度为35.5～36.5℃、搅拌速率为125～135r/min。其它步骤及参数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不同的是步骤一中以8％的体积比例接种于发酵罐的培养液中，在发酵罐温度为36℃、搅拌速率为130r/min。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
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厌氧发酵25～29h后将占总发酵体积55％～65％的发酵液通过计量泵投加到生物制氢反应设备中。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厌氧发酵28h后将占总发酵体积60％的发酵液通过计量泵投加到生物制氢反应设备中。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式产氢细菌补料培养及生物制氢系统的生物强化方法按以下步骤实现：一、将细胞浓度为1×1010个/L的产氢细菌菌液，以8％的体积比例接种于发酵罐的培养液中，在发酵罐温度为36℃、搅拌速率为30r/min、质量浓度为99.99％的氮气气氛中进行厌氧发酵；二、厌氧发酵29h后将占总发酵体积60％的发酵液通过计量泵投加到生物制氢反应设备中，然后补入相同体积的新鲜培养液至发酵罐，继续进行厌氧发酵，即完成产氢细菌补料培养及生物制氢系统的生物强化；其中步骤一中产氢细菌为哈尔滨产乙醇杆菌YUAN-3，保藏编号为CGMCC No.1152；步骤一和步骤二中所述的培养液成分相同。
本实施方式中生物制氢在连续操作的过程中反应器启动时间缩短为16天，产氢效率提高了12.5％。
具体实施方式七：本实施方式产氢细菌补料培养及生物制氢系统的生物强化方法按以下步骤实现：一、将细胞浓度为1×1010个/L的产氢细菌菌液，以10％的体积比例接种于发酵罐的培养液中，在发酵罐温度为36℃、搅拌速率为130r/min、质量浓度为99.99％的氮气气氛中进行厌氧发酵；二、厌氧发酵30h后将占总发酵体积60％的发酵液通过计量泵投加到生物制氢反应设备中，然后补入相同体积的新鲜培养液至发酵罐，继续进行厌氧发酵，即完成产氢细菌补料培养及生物制氢系统的生物强化；其中步骤一中产氢细菌为哈尔滨产乙醇杆菌YUAN-3，保藏编号为CGMCC No.1152；步骤一和步骤二中所述的培养液成分相同。
本实施方式中生物制氢在连续操作的过程中反应器启动时间缩短为15天，产氢效率提高了15％。
Claims (3)
1.产氢细菌补料培养及生物制氢系统的生物强化方法，其特征在于产氢细菌补料培养及生物制氢系统的生物强化方法按以下步骤实现：一、将细胞浓度为1×1010个/L的产氢细菌菌液，以5％～10％的体积比例接种于发酵罐的培养液中，在发酵罐温度为35～37℃、搅拌速率为120～140r/min、质量浓度为99.99％的氮气气氛中进行厌氧发酵；二、厌氧发酵20～30h后将占总发酵体积50％～70％的发酵液通过计量泵投加到生物制氢反应设备中，然后向发酵罐中补入相同体积的新鲜培养液，继续进行厌氧发酵，即完成产氢细菌补料培养及生物制氢系统的生物强化；其中步骤一中产氢细菌为哈尔滨产乙醇杆菌YUAN-3，保藏编号为CGMCC No.1152；步骤一和步骤二中所述的培养液成分相同。
2.根据权利要求1所述的产氢细菌补料培养及生物制氢系统的生物强化方法，其特征在于步骤二中厌氧发酵25～29h后将占总发酵体积55％～65％的发酵液通过计量泵投加到生物制氢反应设备中。
3.根据权利要求1所述的产氢细菌补料培养及生物制氢系统的生物强化方法，其特征在于步骤二中厌氧发酵28h后将占总发酵体积60％的发酵液通过计量泵投加到生物制氢反应设备中。
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