CN105400822A - 一种利用生物柴油废水发酵产氢的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物发酵制氢技术领域，具体涉及一种利用生物柴油废水发酵产氢的方法。具体步骤包括：(1)接种菌群的预处理与预培养；(2)以生物柴油废水为底物，进行微生物厌氧发酵产氢。所述接种菌群为混合菌群或丁酸梭菌INET1。本发明将生物柴油废水作为底物，通过微生物厌氧发酵产氢，一方面可以将废水中的有机物转化成为清洁能源氢气，实现废水中有机污染物的资源化；另一方面还达到了治理废水、消除污染的效果；清洁能源氢气的生产还具有缓解能源危机的作用。因此，该发明具有较高的经济效益和环境效益。

Description

一种利用生物柴油废水发酵产氢的方法
技术领域
本发明属于生物发酵制氢技术领域，具体涉及一种利用生物柴油废水发酵产氢的方法。
背景技术
生物柴油是一种新型可再生的生物质能源，颇具发展潜力。随着生物柴油技术的发展，生物柴油产量逐渐增大，其生产过程中产生的废水成为一个不可忽视的环境问题。生物柴油废水主要产生于水洗阶段，是一种集悬浮油、乳化油、溶解性有机物等多种物质于一体的多相体系，其中主要的污染物包括甘油、醇、烃类和氨氮等。生物柴油废水有机物含量高且以甘油为主。由于废水量大且其中甘油浓度高，直接丢弃不仅对环境造成污染，也是一种资源浪费。通过回收其中的甘油可以减少浪费，但废水成分的复杂性又限制了对其中甘油的有效回收。因此，通过微生物发酵将生物柴油废水中的有机物转化为能源不失为一种好办法。
目前比较常见的研究是以甘油或生物柴油废水为底物，通过微生物发酵的方法，将甘油转化为1,3-丙二醇。但生成的1,3-丙二醇依然存在于液相中，同样面临回收难度大、回收成本高等问题。若以生物柴油废水为底物发酵制备氢气，氢气以气体的形式存在，很容易从废水中分离并收集。
氢气具有热值高、方便储存运输、对环境无污染等优点，不仅是一种重要的化工原料，也是一种最具发展潜力的清洁能源。以生物柴油废水为底物制备氢气具有很高的经济效益和环境效益，对能源与环境的发展都具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用生物柴油废水发酵产氢的方法，以下是本发明技术方案的详细描述：
一种利用生物柴油废水发酵产氢的方法，包括以下步骤：
(1)接种菌群的预处理与预培养；
(2)以生物柴油废水为底物，进行微生物厌氧发酵产氢。
所述接种菌群为混合菌群或丁酸梭菌INET1。
(一)当接种菌群为混合菌群时，预处理方法为：用5kGy剂量的γ射线辐照处理厌氧消化污泥，放射源为60Co源，得到辐照后的消化污泥；
预培养方法为：将辐照后的消化污泥以1:10接种比接种于预培养基中，在36℃、厌氧条件下恒温振荡培养20-48h，得到对辐照耐受性强的混合菌群；
所述预培养基组分为：甘油20g/L，蛋白胨10g/L，酵母粉0.5g/L，营养液10mL/100mL；所述营养液的组分为：NaHCO340g/L，NH4Cl5g/L，NaH2PO4·2H2O5g/L，K2HPO4·3H2O5g/L，FeSO4·7H2O0.25g/L，MgCl2·6H2O0.085g/L，NiCl2·6H2O0.004g/L。
(二)当接种菌群为丁酸梭菌INET1时，预处理方法为：用5kGy剂量的γ射线辐照处理厌氧消化污泥，放射源为60Co源，得到辐照后的消化污泥；
预培养方法为：将辐照后的消化污泥以1:10接种比接种于预培养基中，在36℃、厌氧条件下恒温振荡培养20-48h，得到对辐照耐受性强的混合菌群；将混合菌群以涂布和划线的方式接种于分离培养基，经过3-5次分离，得到圆形、乳白色、边缘整齐的单一菌落，即为丁酸梭菌INET1；
所述预培养基组分为：葡萄糖50g/L，蛋白胨10g/L，酵母粉0.5g/L，营养液10mL/100mL；分离培养基组分为：葡萄糖50g/L，蛋白胨10g/L，酵母粉0.5g/L，琼脂粉15-20g/L，营养液10mL/100mL；所述营养液的组分为：NaHCO340g/L，NH4Cl5g/L，NaH2PO4·2H2O5g/L，K2HPO4·3H2O5g/L，FeSO4·7H2O0.25g/L，MgCl2·6H2O0.085g/L，NiCl2·6H2O0.004g/L。
所述厌氧发酵产氢的具体操作为，将富集得到的对辐照耐受性强的接种菌群以1:10接种比接种入反应器；反应开始前用氮气吹脱反应器，为反应提供厌氧条件；发酵温度为36℃，100r/min恒温振荡培养，直至停止产气。
本发明所述生物柴油废水的有机物成分中，甘油的质量百分含量大于90％。
本发明的有益效果为：将生物柴油废水作为底物，通过微生物厌氧发酵产氢，一方面可以将废水中的有机物转化成为清洁能源氢气，实现废水中有机污染物的资源化；另一方面还达到了治理废水、消除污染的效果；清洁能源氢气的生产还具有缓解能源危机的作用。因此，该发明具有较高的经济效益和环境效益。
附图说明
图1为实施例1中，混合菌群利用甘油产氢时的产氢量-时间变化曲线图。
图2为实施例2中，包埋混合菌群利用甘油产氢时的产氢量-时间变化曲线图。
图3为实施例3中，丁酸梭菌INET1利用甘油产氢时的产氢量-时间变化曲线图。
图4为实施例4中，混合菌群利用生物柴油废水产氢时的产氢量-时间变化曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
本发明实施例中所使用的厌氧消化污泥取自北京市某市政污水处理厂的污泥初级消化池。
实施例1
以甘油为底物，利用混合菌群进行发酵产氢，具体步骤如下：
将消化污泥置于1L棕色磨口瓶中，在室温条件下经60Co为放射源的γ射线辐照，辐照剂量为5kGy。辐照后的消化污泥以1:10的接种比接种于预培养基中，在36℃、厌氧条件下恒温振荡培养20-48h，得到对辐照耐受性强的混合菌群。其中，预培养基组分为：甘油20g/L，蛋白胨10g/L，酵母粉0.5g/L，营养液10mL/100mL；所述营养液的组分为：NaHCO340g/L，NH4Cl5g/L，NaH2PO4·2H2O5g/L，K2HPO4·3H2O5g/L，FeSO4·7H2O0.25g/L，MgCl2·6H2O0.085g/L，NiCl2·6H2O0.004g/L。
取10mL预培养得到的混合菌群菌液接种于体积为100mL，甘油浓度为25g/L的培养基中，调节溶液初始pH为7.0。反应前氮气吹脱反应器，检验气密性并驱除瓶内氧气后，将反应瓶置于恒温水浴摇床，以36℃，100r/min条件反应，间隔2h记录产气量。
经过30h后反应结束，得到最大累计产氢量为24mL/100mL。
实施例2
以甘油为底物，利用PVA-海藻酸包埋的混合菌群进行发酵产氢，具体步骤如下：
将消化污泥置于1L棕色磨口瓶中，在室温条件下经60Co为放射源的γ射线辐照，辐照剂量为5kGy。辐照后的消化污泥以1:10的接种比接种于预培养基中，在36℃、厌氧条件下恒温振荡培养20-48h，得到对辐照耐受性强的混合菌群。其中，预培养基组分为：甘油20g/L，蛋白胨10g/L，酵母粉0.5g/L，营养液10mL/100mL；所述营养液的组分为：NaHCO340g/L，NH4Cl5g/L，NaH2PO4·2H2O5g/L，K2HPO4·3H2O5g/L，FeSO4·7H2O0.25g/L，MgCl2·6H2O0.085g/L，NiCl2·6H2O0.004g/L。
将10mL预培养得到的混合菌群菌液经过5000r/min离心后得到污泥絮体，采用PVA-海藻酸包埋法进行包埋后，接种于体积为100mL，甘油浓度为25g/L的培养基中，调节溶液初始pH为7.0。反应前氮气吹脱反应器，检验气密性并驱除瓶内氧气后，将反应瓶置于恒温水浴摇床，以36℃，100r/min条件反应，间隔2h记录产气量。
经过16h后反应结束，得到最大累计产氢量为64mL/100mL。
实施例3
以甘油为底物，利用丁酸梭菌INET1进行发酵产氢，具体步骤如下：
将消化污泥置于1L棕色磨口瓶中，在室温条件下经60Co为放射源的γ射线辐照，辐照剂量为5kGy。辐照后的消化污泥以1:10的接种比接种于预培养基中，在36℃、厌氧条件下恒温振荡培养20-48h，得到对辐照耐受性强的混合菌群；将混合菌群以涂布和划线的方式接种于分离培养基，经过3-5次分离，得到圆形、乳白色、边缘整齐的单一菌落，即为丁酸梭菌INET1；其中，预培养基组分为：葡萄糖50g/L，蛋白胨10g/L，酵母粉0.5g/L，营养液10mL/100mL；分离培养基组分为：葡萄糖50g/L，蛋白胨10g/L，酵母粉0.5g/L，琼脂粉15-20g/L，营养液10mL/100mL；所述营养液的组分为：NaHCO340g/L，NH4Cl5g/L，NaH2PO4·2H2O5g/L，K2HPO4·3H2O5g/L，FeSO4·7H2O0.25g/L，MgCl2·6H2O0.085g/L，NiCl2·6H2O0.004g/L。
菌株经过8-10h生长进入对数期，此时，取10mL处于对数期的菌液接种于体积为100mL，甘油浓度为25g/L的培养基中，调节溶液初始pH为7.0，氮气吹脱检验气密性并驱除反应瓶内氧气后，将反应瓶置于恒温水浴摇床，以36℃，100r/min条件反应，间隔2h记录产气量。
经过36h后反应结束，得到最大累计产氢量为68mL/100mL。
实施例4
以生物柴油废水为底物，利用混合菌群进行发酵产氢，具体步骤如下：
将消化污泥置于1L棕色磨口瓶中，在室温条件下经60Co为放射源的γ射线辐照，辐照剂量为5kGy。辐照后的消化污泥以1:10的接种比接种于预培养基中，在36℃、厌氧条件下恒温振荡培养20-48h，得到对辐照耐受性强的混合菌群。其中，预培养基组分为：甘油20g/L，蛋白胨10g/L，酵母粉0.5g/L，营养液10mL/100mL；所述营养液的组分为：NaHCO340g/L，NH4Cl5g/L，NaH2PO4·2H2O5g/L，K2HPO4·3H2O5g/L，FeSO4·7H2O0.25g/L，MgCl2·6H2O0.085g/L，NiCl2·6H2O0.004g/L。
取10mL预培养得到的混合菌群菌液接种于体积为100mL，COD＝40g/L生物柴油废水发酵培养基中，调节溶液初始pH为7.0。反应前氮气吹脱反应器，检验气密性并驱除瓶内氧气后，将反应瓶置于恒温水浴摇床，以36℃，100r/min条件反应，间隔2h记录产气量。
经过36h后反应结束，得到最大累计产氢量为20mL/100mL。

Claims (6)

1.一种利用生物柴油废水发酵产氢的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)接种菌群的预处理与预培养；
(2)以生物柴油废水为底物，进行微生物厌氧发酵产氢。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接种菌群为混合菌群或丁酸梭菌INET1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
当接种菌群为混合菌群时，预处理方法为：用5kGy剂量的γ射线辐照处理厌氧消化污泥，放射源为60Co源，得到辐照后的消化污泥；
预培养方法为：将辐照后的消化污泥以1:10接种比接种于预培养基中，在36℃，厌氧条件下恒温振荡培养20-48h，得到对辐照耐受性强的混合菌群；
当接种菌群为丁酸梭菌INET1时，预处理方法为：用5kGy剂量的γ射线辐照处理厌氧消化污泥，放射源为60Co源，得到辐照后的消化污泥；
预培养方法为：将辐照后的消化污泥以1:10接种比接种于预培养基中，在36℃，厌氧条件下恒温振荡培养20-48h，得到对辐照耐受性强的混合菌群；将混合菌群以涂布和划线的方式接种于分离培养基，经过3-5次分离，得到圆形、乳白色、边缘整齐的单一菌落，即为丁酸梭菌INET1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
当接种菌群为混合菌群时，预培养基组分为：甘油20g/L，蛋白胨10g/L，酵母粉0.5g/L，营养液10mL/100mL；
当接种菌群为丁酸梭菌INET1时，预培养基组分为：葡萄糖50g/L，蛋白胨10g/L，酵母粉0.5g/L，营养液10mL/100mL；分离培养基组分为：葡萄糖50g/L，蛋白胨10g/L，酵母粉0.5g/L，琼脂粉15-20g/L，营养液10mL/100mL；
所述营养液的组分为：NaHCO340g/L，NH4Cl5g/L，NaH2PO4·2H2O5g/L，K2HPO4·3H2O5g/L，FeSO4·7H2O0.25g/L，MgCl2·6H2O0.085g/L，NiCl2·6H2O0.004g/L。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述厌氧发酵产氢的具体操作为，将富集得到的对辐照耐受性强的接种菌群以1:10接种比接种入反应器；反应开始前用氮气吹脱反应器，为反应提供厌氧条件；发酵温度为36℃，100r/min恒温振荡培养，直至停止产气。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物柴油废水的有机物成分中，甘油的质量百分含量大于90％。
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