CN109762849A

CN109762849A - 一种春雷霉素残渣发酵产氢装置及其产氢方法

Info

Publication number: CN109762849A
Application number: CN201910236749.9A
Authority: CN
Inventors: 潘忠成; 张宏远; 田利明; 邓钊; 张楠; 李蒲民
Original assignee: Shaanxi Microbe Bio-Technology Co Ltd
Current assignee: Shaanxi Microbe Bio-Technology Co Ltd
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2019-05-17
Anticipated expiration: 2039-03-27
Also published as: CN109762849B

Abstract

本发明涉及一种春雷霉素残渣产氢装置及产氢方法，该产氢装置包括春雷霉素残渣发酵菌种配液箱、CSTR反应器、UASBF反应器和PSB光发酵反应器，三个反应器顺次连接，并且PSB光发酵反应器的出液口通过管道与UASBF反应器的进液口相通，在PSB光发酵反应器中产氢的发酵液重新进入UASBF反应器继续进行产氢反应。该装置的优点在于CSTR反应器进行暗反应下厌氧发酵产氢；在光反应阶段，光合细菌以厌氧发酵产氢段产低分子酸类物质为底物进行光耦合产氢。通过春雷霉素残渣产氢后，不但使春雷霉素残渣量部分减少，同时经厌氧—光耦合发酵产氢后，残渣的春雷霉素含量显著减少。

Description

一种春雷霉素残渣发酵产氢装置及其产氢方法

技术领域

本发明属于生物发酵残渣处理的技术领域，具体涉及一种春雷霉素残渣发酵产氢装置及产氢方法。

背景技术

生物产氢主要包括产氢细菌和产氢藻类两大主要生物类型，产氢藻类主要为来茵衣藻、绿球藻和扁藻类等。藻类产氢是固氮酶和氢化酶作用下将水光解后的质子还原成氢气的过程。藻类水解释放的氧气对氢化酶有毒性作用，因此藻类产氢时常因氧气存在抑制它的产氢速率。有关藻类产氢的研究热点主要集中如何消除氧气对藻类产氢的毒性作用和提高藻类比产氢能力（hydrogen yield；单位，摩尔氢/摩尔单糖）两个方面。产氢细菌也分为光反应条件下的产氢类细菌和暗反应条件下的厌氧发酵产氢菌等。其中，光反应的产氢类细菌主要包括蓝细菌和光合细菌（PSB）。厌氧发酵产氢细菌也根据产氢菌适温范围分为中、高温适应菌两大类型。中温菌属如Xu等人报道的发酵产氢梭菌、任南琪等报道的B49产氢菌，高温发酵产氢菌属如牛莉莉等报道的嗜热厌氧产氢杆菌属(Thermoanaerobacterium)、Levin 等报道的嗜热梭菌产氢菌属(C. thermocellum)和De等报道的Caldicellulosiruptor saccharolyticus等热胞菌属(Thermotoga)等。有关细菌产氢问题研究有两个关键问题倍受关注，一是如何提高微生物的比产氢能力（hydrogenyield；单位，摩尔氢/摩尔单糖）和反应器的体积产氢速率（hydrogen production rate；单位，氢气体积/反应器体积·单位时间）。当今，无论采取何种产氢工艺、利用何种产氢生物种群、利用何种底物产氢和采取何种手段优化产氢系统的生态因子（如pH、T、HRT、ORP、ALK、COD和MLSS等），无非是提高单纯接种菌或混合接种产氢菌发酵某类底物（如高浓度有机废水、秸秆和稻草等纤维素、糖厂废水和木薯加工废水等）的产氢效果进行大量的研究报道，而利用春雷霉素残渣产氢至今还未见报道。

春雷霉素（Kasugamycin）又叫春日霉素、加收米，是一种防治农作物病害的微生物源农用杀菌剂，其化学名为（5-氨基-2-甲基-6-（2，3，4，5，6-羟基环己基氧代）四氢吡喃-3-基）氨基-α-亚氨醋酸，分子式 C₁₄H₂₅N₃O₉，分子量 379.4。春雷霉素纯品为白色结晶；盐酸盐为白色针状或片状结晶，纯品熔点:236～239℃(分解），盐酸盐熔点：202～204℃(分解），易溶于水，在25℃水中溶解12.5%（W/V)，不溶于甲醇、乙醇、丙酮、苯等有机溶其结构式如下式所示：

春雷霉素对人畜无毒、无残留、无污染，符合现代环保要求，被农业部列为无公害农产品生产推荐生物农药。随着人们对农药安全意识的提高，春雷霉素高效、广谱、无公害的生物特性展示了越来越广泛的市场前景。

尽管春雷霉素在水稻稻瘟病等细菌病害防治中药效显著，但利用小金色链霉菌发酵产春雷霉素过程中产生大量的春雷霉素残渣，该残渣的特点如下：

（1）含水率高，春雷霉素残渣含水率均值为80-90%，水分大多存在菌丝体；

（2）春雷霉素残渣中春雷霉素含量为1125-1500µg/L,如果不除去残渣中的春雷霉素，势必对二次厌氧发酵产氢的影响；

（3）春雷霉素残渣做危废处理，不但增加企业成本，而且造成资源的巨大浪费；

（4）春雷霉素残渣进行焚烧处理费用高、产热值低，尤其是焚烧尾气有致癌物质，对该尾气深度处理，其成本巨大。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供春雷霉素残渣发酵产氢装置及产氢方法，通过该种春雷霉素残渣产氢装置及产氢方法，实现春雷霉素残渣资源化利用，降低春雷霉素残渣处理费用，提高春雷霉素残渣的处理效果。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

.一种春雷霉素残渣产氢装置，包括春雷霉素残渣发酵菌种配液箱、CSTR反应器、UASBF反应器和PSB光发酵反应器，其特征在于，CSTR反应器、UASBF反应器和PSB光发酵反应器顶部均设置有气体收集口，春雷霉素残渣发酵菌种配液箱与CSTR反应器的液体入口相连，CSTR反应器的液体出口与UASBF反应器的液体入口相连，UASBF反应器的液体出口与PSB光发酵反应器的液体入口相连，PSB光发酵反应器的液体出口与UASBF反应器的液体入口相连，USABF反应器上还连接有产氢菌群接种箱。

春雷霉素残渣发酵菌种配液箱、CSTR反应器、UASBF反应器和PSB光发酵反应器之间相连的管道上均设置有过滤组件及蠕动泵，通过蠕动泵实现液体的转送。

USABF反应器和PSB光发酵反应器上均设置有温度传感器、pH传感器及热交换器。

所述PSB光发酵反应器内设置有光照装置，光照装置上连接有光照强度控制装置。

本发明还提供了一种利用上述春雷霉素残渣产氢装置进行产氢的方法，包括如下步骤：

1）春雷霉素残渣预处理；

2）配置春雷霉素残渣厌氧发酵产氢液，将配置好的春雷霉素残渣厌氧发酵产氢液放入春雷霉素残渣发酵菌种配液箱中；

3）雷霉素残渣厌氧发酵产氢液泵入到CSTR反应器中进行厌氧发酵产氢，接种48小时后CSTR开始产氢，产生的氢气通过CSTR反应器顶部的气体收集口被收集，CSTR反应器中的发酵液从液体出口被持续输送到USABF反应器中；向USABF反应器中接种光和细菌进行厌氧发酵产氢，厌氧发酵产生的气体通过USABF反应器顶部的气体收集口被收集；厌氧发酵产生的液体被送入PSB光发酵反应器中进行光反应，光反应产生的气体被PSB光发酵反应器顶部的气体收集口被收集；多余的发酵液被重新输入到UASBF反应器中。

所述的春雷霉素残渣预处理是指：将春雷霉素残渣加入草酸酸化至pH3.0-3.5，酸化液经陶瓷膜过滤后的残渣经超声波处理后加入NaOH，直至pH为12，然后在经NaOH处理的残渣中添加1mol/L的HCl溶液，直至残渣pH7-9, 该处理的残渣作为发酵产氢用。

所述配置春雷霉素残渣厌氧发酵产氢液是指：按重量百分比，将经过预处理春雷霉素残渣50～70%, 沼气液0.05～0.15%; NH₄Cl：0.005～0.015%，K₂HPO₄：0.01～0.1g%；NaHCO₃：0.05%～0.2%；CH₃COONa：0.2～0.4%；MgSO₄·7H₂O：0.001～0.003%；NaCl：0.05～0.15%；微量元素：1～2%；生长因子1～2%和蒸馏水40～60%混合后配置成春雷霉素残渣厌氧发酵产氢液。

所述微量元素为：FeCl₃·6H₂O：5mg；CuSO₄·6H₂O：0.05mg；H₃BO₄：1mg；MnCl₂·4H₂O：0.05mg；ZnSO₄·7H₂O：1mg；Co(NO₃)·6H₂O：0.5mg；用蒸馏水配置1000mL；生长因子组成如下：维生素B₁，0.001mg；尼克酸，0.1mg；对氨基苯甲酸，0.1mg；生物素，0.001mg，用蒸馏水配置1000mL,0.22µm滤膜过滤备用。

在UASBF反应器中接种沼泽红假单胞菌，其培养基KH₂PO₄1.0g,CaCl₂0.1g，NaHCO₃3.0g，CH₃COONa1.0g,MgCl₂0.5g,NH₄Cl1.0g,NaCl 1.0g,琥珀酸钠1.0g,酵母抽提物0.5g,蛋白胨0.5g，蒸馏水999mL, 微量元素1mL，配置的培养基121℃灭菌20min。

各反应器进液段和出液端的液体流速保持一致，并且保持液高差在10cm之下。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、通过春雷霉素残渣产氢后，不但使春雷霉素残渣量部分减少，同时经厌氧—光耦合发酵产氢后，残渣的春雷霉素含量显著减少。

2、春雷残渣经厌氧—光耦合发酵产氢后，剩余渣（沼渣）氨氮、磷和钾含量高，通过进一步添加少量的氮、磷、钾和腐植酸堆埋熟化后，烘干制粒做成生物有机肥料。

3、春雷残渣经厌氧—光耦合发酵产氢符合当今国家提倡资源循环利用的政策。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明：

图1、春雷霉素残渣发酵产氢装置；

图2、氢气浓度标准曲线；

图3、葡萄糖标准曲线；

图4、氢气气相色谱图；

图5、沼泽红假单胞菌（PBS）在不同培养环境下的生长曲线；

图6、沼泽红假单胞菌在不同光照条件下的生长曲线；

图7、沼泽红假单胞菌在不同温度条件下的产氢曲线；

图8、沼泽红假单胞菌在不同NH₄ ⁺浓度条件下的产氢曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的方法和效果作进一步的详细说明。

图1示意出了一种春雷霉素残渣产氢装置，其中，1-春雷霉素残渣发酵菌种配液箱，2-电磁搅拌器，3-CSTR反应器，4-气体收集口，5-蠕动泵，6-流量计，7-排泥口，8-UASBF反应器，9-生物固定床，10-三相分离器，11-PVDF膜组件，12-水热交换器，13-高压氮气罐，14-电磁控制阀，15-灯管，16-PBS光发酵反应器，17-变阻箱，18-电源，19-产氢菌群接种箱，20-温度传感器，21-pH传感器，22-取样口。

本发明提供了一种春雷霉素残渣产氢装置，其包括春雷霉素残渣发酵菌种配液箱1、CSTR反应器3、UASBF反应器8和PBS光发酵反应器16，CSTR反应器3、UASBF反应器8和PBS光发酵反应器16顶部均设置有气体收集口4，春雷霉素残渣发酵菌种配液箱1与CSTR反应器3的液体入口相连，CSTR反应器3的液体出口经过微生物过滤器后通过蠕动泵5与UASBF反应器8的液体入口相连，UASBF反应器8的液体出口通过PVDF膜组件11及蠕动泵5与PBS光发酵反应器16的液体入口相连，PSB光发酵反应器16的液体出口经过PVDF组件11及蠕动泵5与UASBF反应器8的液体入口相连。

其中CSTR反应器中设置有电磁搅拌器2；

UASBF反应器8还连接有产氢菌群接种箱19，UASBF反应器8中设置有生物固定床9，生物固定床9上方设置有三相分离器10，经三相分离器10分离后，气体从气体收集口4被收集，液体经PVDF膜组件11过滤后通过蠕动泵5泵入到PSB光发酵反应器16，污泥从排泥口7排出。USABF反应器8上设置有PH传感器21、温度传感器20和水热交换器12，通过水热交换器12及温度传感器20控制USABF反应器8内的温度，通过pH传感器21控制USABF反应器8内的酸碱环境。

PSB光发酵反应器16中设置有灯管15，灯管15与电源18和变阻箱17相连，通过变阻箱17控制灯管15的光照强度，PSB光发酵反应器16上同样设置有pH传感器21、温度传感器20和水热交换器12，通过水热交换器12及温度传感器20控制PSB光发酵反应器8内的温度，通过PH传感器21控制PSB光发酵反应器8内的酸碱环境。PSB光发酵反应器16上还设置有高压氮气罐13，其通过电磁控制阀14与PSB光发酵反应器16相连，高压氮气罐13使光反应器内保持绝对的厌氧环境，避免光合细菌因氧气存在致使光合细菌氢化酶中毒。

利用上述装置进行产氢，包括如下步骤：

1）春雷霉素残渣预处理：将春雷霉素残渣加入草酸酸化至pH3.0-3.5，酸化液经陶瓷膜过滤后的残渣经超声波处理（超声波的功率3.0Kw，频率20kHz，时间30min）后加入NaOH搅拌，直至pH为12，然后在经NaOH处理的残渣中添加1mol/L的HCl溶液，直至残渣pH为7-9, 经过该预处理的残渣用作发酵产氢用；

2）配置春雷霉素残渣厌氧发酵产氢液，按重量百分比，将经过预处理的春雷霉素残渣50～70%, 混合功能厌氧产氢菌液0.05～0.15%; NH₄Cl：0.005～0.015%，K₂HPO₄：0.01～0.1g%；NaHCO₃：0.05%～0.2%；CH₃COONa：0.2～0.4%；MgSO₄·7H₂O：0.001～0.003%；NaCl：0.05～0.15%；微量元素：1～2%；生长因子1～2%和蒸馏水40～60%混合后配置成春雷霉素残渣厌氧发酵产氢液；

其中微量元素组成为FeCl₃·6H₂O：5mg；CuSO₄·6H₂O：0.05mg；H₃BO₄：1mg；MnCl₂·4H₂O：0.05mg；ZnSO₄·7H₂O：1mg；Co(NO₃)·6H₂O：0.5mg，蒸馏水1000mL，混合后过滤除菌；

生长因子组成为：维生素B₁，0.001mg；尼克酸，0.1mg；对氨基苯甲酸，0.1mg；生物素，0.001mg，蒸馏水1000mL,混合后0.22µm滤膜过滤除菌后得到。将配置好的春雷霉素残渣厌氧发酵产氢液放入春雷霉素残渣发酵菌种配液箱1中；

3）将春雷霉素残渣发酵菌种配液箱1中的雷霉素残渣厌氧发酵产氢液泵入到CSTR（Continous Stir Tank Reaction ,CSTR）反应器3中进行厌氧发酵产氢，接种48小时候后CSTR反应器开始产氢，产生的混合气体（主要包括氢气、甲烷和二氧化碳等）通过CSTR反应器3顶部的气体收集口4被收集，CSTR反应器中的发酵液（主要成分包括低分子酸类物质如乙酸、丙酸、丁酸和戊酸）从液体出口通过蠕动泵5被持续输送到USABF反应器8中，蠕动泵5前安装有微生物过滤器、目的防止厌氧发酵混合菌经蠕动泵5进入UASBF反应器；

4）通过产氢菌群接种箱19向USABF反应器8中接种光合细菌，优选为沼泽红假单胞菌，沼泽红假单胞菌利用从CSTR反应器3输入的低分子酸类进行厌氧发酵产氢，该过程事实上为光合细菌暗反应阶段，厌氧发酵产生的气体通过USABF反应器8顶部的气体收集口4被收集，厌氧发酵产生的液体经过PVDF膜组件11过滤后经蠕动泵5进入到PSB光发酵反应器16中；

5）发酵液在PSB光发酵反应器16中光反应，光反应产生的气体通过顶部的气体收集口4被收集，PSB光发酵反应器16中多余的发酵液经过PVDF膜组件11过滤后通过管道被重新输送到UASBF反应器8的进液口，再次进入到UASBF反应器8中进行厌氧发酵产氢。

在整个过程中，需要各反应器进液段和出液端的液体流速保持一致，并保持各反应器内相对液体高度差在10cm之下，各反应器要根据溶剂配置一定量的初始反应液, 初始反应液指的是CSTR反应器、UASBF反应器和PSB反应器各自的初始反应液，CSTR的初始反应液为春雷霉素残渣厌氧发酵产氢液，即，按重量计，春雷霉素残渣50～70%，沼气液0.05～0.15%；NH₄Cl：0.005～0.015%，K₂HPO₄：0.01～0.1g%；NaHCO₃：0.05%～0.2%；CH₃COONa：0.2～0.4%；MgSO₄·7H₂O：0.001～0.003%；NaCl：0.05～0.15%；微量元素：1～2%；生长因子1～2%和蒸馏水40～60%；UASBF反应器的初始反应液为CSTR中的发酵液，具体成份为低分子的单糖、二糖和少量的多糖、脂类、蛋白质水解物等；PSB光反应器系统的初始反应液为光合细菌、低分子酸类物质为乙酸、丙酸、丁酸、戊酸等。

各反应器的反应原理为：

CSTR反应器是利用混合厌氧发酵产氢功能菌发酵预处理好的春雷霉素残渣产氢，春雷霉素残渣（可认为葡萄糖）→CO₂+H₂(CH₄)；

UASBF暗反应器原理为乙酸、丙酸→CO₂+H₂；

光反应器原理为乙酸、丙酸、丁酸在光系统光反应系统I、氢酶等固氮酶作用下将低分子酸类进一步光反应产氢。

实施例1

1）春雷霉素残渣预处理试验，春雷霉素发酵液经草酸酸化后（pH3.0-3.5)，酸化液经陶瓷膜过滤后，取200kg过滤后的残渣经超声波处理（超声波的功率3.0Kw，频率20kHz，时间30min）后，用氢氧化钠往残渣里添加，匀速搅拌30min后，该混合pH为3.5-12，测残渣春雷霉素含量见表1。

表1不同pH下春雷霉素残渣的春雷霉素含量的变化情况

从表1可以看出，春雷霉素残渣的春雷霉素含量随氢氧化钠不断加入，残渣中春雷霉素含量不断减少，至pH12时，春雷霉素残渣中的春雷霉素含量为0，同时为了保持发酵产氢的发酵液为pH 7-9，继续往经NaOH处理的残渣中添加1mol/L HCl溶液，直至残渣pH7-9, 经过该预处理的残渣作为发酵产氢用。

实施例2

配置残渣发酵液10L，包含预处理残渣500g,NH₄Cl：1g；KH₂PO₄：0.5g；K₂HPO₄：0.5g；CH₃COONa：4g；NaOH：2g；MgCl₂：0.25g；CaCl₂：0.25g；生长因子：10mL；微量元素10mL，用蒸馏水补至10L；

其中微量元素组成为FeCl₃·6H₂O：5mg；CuSO₄·6H₂O：0.05mg；H₃BO₄：1mg；MnCl₂·4H₂O：0.05mg；ZnSO₄·7H₂O：1mg；Co(NO₃)·6H₂O：0.5mg；蒸馏水：1000mL，过滤除菌；生长因子为维生素B₁：0.001mg；尼克酸：0.1mg；对氨基苯甲酸：0.1mg；生物素：0.001mg；蒸馏水：1000mL；过滤除菌，按上述方法配置春雷霉素残渣厌氧发酵产氢液10L然后接种沼气液500mL(采自铜川某奶牛场沼气池CSTR反应器），放于图1的春雷霉素残渣发酵菌种配液箱1，经泵进入图1的CSTR反应器里进行厌氧发酵产氢，CSTR的搅拌速度150rmp/min, 温度为35-45℃，持续厌氧发酵产氢240小时，该系统产氢量见表2和图2、3所示。

表2.连续240h该系统产氢量的变化情况

从图2可知，氢的峰面值与氢气浓度呈正相关，从图4可知，CSTR反应产氢系统的氢气含量为33.6%；从表4可以看出，系统运行96小时后，该系统产氢量是持续增加的，增加幅度大，96小时后CSTR反应系统随低分子酸类（乙酸、丙酸、丁酸、戊酸等）增加，系统产氢量增加幅度减少，当图1中的1培养液持续流（500mL/h），而图1中的泵5（500mL/h）持续送入UASBF后，CSTR的低分子酸类物质浓度对CSTR产氢量不造成抑制作用。

实施例3

配置UASBF菌种暗反应产氢培养液，按重量比为：UASBF菌液0.05～0.15%（陕西铜川奶牛场的沼气发酵液）；NH₄Cl：0.005～0.015%，K₂HPO₄ ：0.01～0.1g%；NaHCO₃：0.05%～0.2%；CH₃COONa：0.2～0.4%；MgSO₄·7H₂O：0.001～0.003%；NaCl：0.05～0.15%；微量元素：1～2%；生长因子1～2%，蒸馏水40～60%。配置10L UASBF菌种暗反应产氢培养液包括：NH₄Cl，1g；KH₂PO₄，0.5g；K₂HPO₄，0.5g；CH₃COONa，4g；NaOH，2g；MgCl₂，0.25g；CaCl₂，0.25g；生长因子10mL；微量元素10mL，用蒸馏水补至1L；其中微量元素组成为FeCl₃·6H₂O，5mg；CuSO₄·6H₂O，0.05mg；H₃BO₄，1mg；MnCl₂·4H₂O，0.05mg；ZnSO₄·7H₂O，1mg；Co(NO₃)·6H₂O，0.5mg；蒸馏水，1000mL，过滤除菌；生长因子为维生素B₁，0.001mg；尼克酸，0.1mg；对氨基苯甲酸，0.1mg；生物素，0.001mg；蒸馏水，1000mL；过滤除菌，按上述方法配置UASBF菌种暗反应产氢培养液（15L）接种光合细菌菌种液（500mL），温度30℃，而图1中的进入泵5（500mL/h），图1中UASBF流出泵5（500mL/h）输送到光反应系统。具体结果见表3、4及图3。

表3.连续240h后UASBF产氢量的变化情况

表4.连续240h后UASBF各酸及葡萄糖的变化情况

从表3和表4及图3可知，UASBF反应器产氢量在24-144h是增加的，144h产氢量下降的，其下降幅度不大；24-240h，乙酸、丙酸和葡萄糖浓度是下降的，说明PSB系统利用乙酸、丙酸和葡萄糖产氢，而丁酸和戊酸浓度是相对增加的，说明光合细菌对丁酸和戊酸利用率低甚至不利用。

实施例4

配置光反应器菌种产氢培养液，按重量比，光发酵反应器菌液0.05～0.15%（沼泽红假单胞菌培养液，该菌液沼泽红假单胞菌活菌数量为1.2×10⁸CPU/mL）;NH₄Cl：0.005～0.015%，K₂HPO₄ ：0.01～0.1g%；NaHCO₃：0.05%～0.2%；CH₃COONa：0.2～0.4%；MgSO₄·7H₂O：0.001～0.003%；NaCl：0.05～0.15%；微量元素：1～2%；生长因子1～2%，蒸馏水40～60%。配置10L发酵液包含NH₄Cl，1g；KH₂PO₄，0.5g；K₂HPO₄，0.5g；CH₃COONa，4g；NaOH，2g；MgCl₂，0.25g；CaCl₂，0.25g；生长因子，1mL；微量元素1mL，用蒸馏水补至10L；其中微量元素组成为FeCl₃·6H₂O，5mg；CuSO₄·6H₂O，0.05mg；H₃BO₄，1mg；MnCl₂·4H₂O，0.05mg；ZnSO₄·7H₂O，1mg；Co(NO₃)·6H₂O，0.5mg；蒸馏水，1000mL，过滤除菌；生长因子为维生素B₁，0.001mg；尼克酸，0.1mg；对氨基苯甲酸，0.1mg；生物素，0.001mg；蒸馏水，1000mL；过滤除菌，按上述方法配置光反应器菌种产氢培养液（15L）接种光合细菌菌种液（500mL），温度30℃，而图1中的进入泵5（500mL/h），图1中的流出泵5（500mL/h）输送到至UASBF反应器进口端。具体结果见图5。

从图5可以知道，沼泽红假单胞菌在厌氧光照条件下生长最好，好氧黑暗条件下次之，在厌氧黑暗条件下生长最差，说明厌氧光能异养是沼泽红假单胞菌的最佳生长模式。在厌氧光照条件下，沼泽红假单胞菌在24h～96h期间处于对数生长期，而后逐渐进入稳定生长期。

从图6可以看出，沼泽红假单胞菌在5000lx～10000lx的光照强度下生长都较好，但是10000lx的光照强度下生物量要次于5000lx，可能是由于光饱和效应所致，在2000lx的光照条件下，光合细菌的生长受到明显的抑制。因此，采用5000lx的光照强度来作为沼泽红假单胞菌的生长培养的光源即可。

由图7可知，在30℃～35℃范围内，沼泽红假单胞菌的产氢活性较高。40℃条件下，接种初期细胞也具有产氢能力，但在较高温度和光照下长时间培养后，细胞光合色素会发生“漂白”，产氢速率为零。对比扩大培养实验我们可以发现，最适生长温度35℃。

由图8可以明显看出，沼泽红假单胞菌的产氢活性在NH4+浓度高于2.5mmol/L时受到明显的抑制作用。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种春雷霉素残渣产氢装置，包括春雷霉素残渣发酵菌种配液箱、CSTR反应器、UASBF反应器和PSB光发酵反应器，其特征在于，CSTR反应器、UASBF反应器和PSB光发酵反应器顶部均设置有气体收集口，春雷霉素残渣发酵菌种配液箱与CSTR反应器的液体入口相连，CSTR反应器的液体出口与UASBF反应器的液体入口相连，UASBF反应器的液体出口与PSB光发酵反应器的液体入口相连，PSB光发酵反应器的液体出口与UASBF反应器的液体入口相连，USABF反应器上还连接有产氢菌群接种箱。

2.如权利要求1所述的一种春雷霉素残渣产氢装置，其特征在于，春雷霉素残渣发酵菌种配液箱、CSTR反应器、UASBF反应器和PSB光发酵反应器之间相连的管道上均设置有过滤组件及蠕动泵，通过蠕动泵实现液体的转送。

3.如权利要求1所述的一种春雷霉素残渣产氢装置，其特征在于，USABF反应器和PSB光发酵反应器上均设置有温度传感器、pH传感器及热交换器。

4.如权利要求1所述的一种春雷霉素残渣产氢装置，其特征在于，所述PSB光发酵反应器内设置有光照装置，光照装置上连接有光照强度控制装置。

5.一种利用权利要求1所述的春雷霉素残渣产氢装置进行产氢的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）春雷霉素残渣预处理；

6.如权利要求5所述的产氢的方法，其特征在于，所述的春雷霉素残渣预处理是指：将春雷霉素残渣加入草酸酸化至pH3.0-3.5，酸化液经陶瓷膜过滤后的残渣经超声波处理后加入NaOH，直至pH为12，然后在经NaOH处理的残渣中添加1mol/L的HCl溶液，直至残渣pH7-9, 该处理的残渣作为发酵产氢用。

7.如权利要求5所述的产氢的方法，其特征在于，所述配置春雷霉素残渣厌氧发酵产氢液是指：按重量百分比，将经过预处理春雷霉素残渣50～70%, 沼气液0.05～0.15%;NH₄Cl：0.005～0.015%，K₂HPO₄：0.01～0.1g%；NaHCO₃：0.05%～0.2%；CH₃COONa：0.2～0.4%；MgSO₄·7H₂O：0.001～0.003%；NaCl：0.05～0.15%；微量元素：1～2%；生长因子1～2%和蒸馏水40～60%混合后配置成春雷霉素残渣厌氧发酵产氢液。

8.如权利要求7所述的产氢的方法，其特征在于，所述微量元素为：FeCl₃·6H₂O：5mg；CuSO₄·6H₂O：0.05mg；H₃BO₄：1mg；MnCl₂·4H₂O：0.05mg；ZnSO₄·7H₂O：1mg；Co(NO₃)·6H₂O：0.5mg；用蒸馏水配置1000mL；生长因子组成如下：维生素B₁，0.001mg；尼克酸，0.1mg；对氨基苯甲酸，0.1mg；生物素，0.001mg，用蒸馏水配置1000mL,0.22µm滤膜过滤备用。

9.如权利要求5所述的产氢的方法，其特征在于，在UASBF反应器中接种沼泽红假单胞菌，其培养基KH₂PO₄1.0g,CaCl₂0.1g，NaHCO₃3.0g，CH₃COONa1.0g,MgCl₂0.5g,NH₄Cl1.0g,NaCl 1.0g,琥珀酸钠1.0g,酵母抽提物0.5g,蛋白胨0.5g，蒸馏水999mL, 微量元素1mL，配置的培养基121℃灭菌20min。

10.如权利要求5所述的产氢的方法，其特征在于，各反应器进液段和出液端的液体流速保持一致，并且保持液高差在10cm之下。