專利名稱：一種提高醋糟厭氧發(fā)酵制氫的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高醋糟厭氧發(fā)酵制氫的方法，屬于生物工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
醋糟是利用糧食原料生產(chǎn)食醋的下腳料。我國醋糟的資源豐富，如江蘇鎮(zhèn)江每年生產(chǎn) 排放的醋糟高達3000萬噸左右。醋糟酸性大、腐爛慢，是城市環(huán)境衛(wèi)生治理的一大難點。為 了減少環(huán)境污染，實現(xiàn)資源的綜合利用，有必要對醋糟的利用進行研究。從目前來看，醋糟在飼料資源、食用菌栽培料和植物無土栽培基質(zhì)上的應(yīng)用是最 常見的。這些方法雖然可以能在一定程度上處理掉一些醋糟，但是在對醋糟干燥時存在耗 能大的問題。在食用菌栽培料和植物無土栽培基質(zhì)方面，其大量的殘渣到底是填埋還是在 利用呢？如果是填埋，則污染環(huán)境又浪費了資源。如果是再利用，又該怎么利用呢？這些都 表明了這些醋糟的處理都不是最理想的處理方法。近幾年，人們進行了醋糟在直接燃燒，發(fā)酵產(chǎn)生物質(zhì)能氣體和熱裂解等方面的研 究。其都有一定的大優(yōu)勢，如直接燃燒可以實現(xiàn)醋糟的大規(guī)模減量化、減容化、無害化、資源 化利用，較好的解決了醋糟引發(fā)的社會、環(huán)境和能源問題；厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫其產(chǎn)生的氫氣是無 污染能源，且發(fā)酵后產(chǎn)生的廢棄物可以作為肥料；熱裂解可以將生物質(zhì)廢棄物轉(zhuǎn)化為易儲 存、易運輸、能量高的液體燃料。因而無論從解決環(huán)境污染的角度，還是從資源開發(fā)的綜合 利用角度，都是值得推廣的方向。為了能更好的利用醋糟，應(yīng)對這些最新的發(fā)展進行更深入 的研究。

發(fā)明內(nèi)容
針對醋糟厭氧發(fā)酵中菌種不能直接利用纖維素這一方面，本發(fā)明的目的是提供一 種方法使菌種在發(fā)酵過程中能更好的利用纖維素，為推動醋糟厭氧發(fā)酵的發(fā)展提供理論依 據(jù)。本發(fā)明的目的是通過超聲波預(yù)處理提高醋糟厭氧發(fā)酵制氫的方法實現(xiàn)的，包括如 下步驟
(1)醋糟的預(yù)處理稱取一定量的粉碎的醋糟樣品，按照料液質(zhì)量比為8:6(Γ140加入 質(zhì)量濃度為0. 2^2. 0%的鹽酸溶液，攪拌，在初始溫度30°C下，超聲時間3 15min，處理的超 聲功率40(T900W ；超聲結(jié)束，用lmol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至6. 5 ；將預(yù)處理過的醋糟投入?yún)?br> 氧發(fā)酵罐；
(2)活性污泥預(yù)處理及厭氧發(fā)酵稱取一定量的活性污泥，活性污泥與預(yù)處理過的醋 糟樣品的質(zhì)量比例為活性污泥/醋糟樣品=1 0. 5^2 ；用NaOH溶液調(diào)節(jié)活性污泥的pH至 11. 0，靜置1. 5h后，調(diào)pH至6. 5 ；然后用水補足一定體積，向發(fā)酵瓶內(nèi)充入高純氮氣，吹掃 發(fā)酵瓶內(nèi)剩余的氧氣后，然后置于37°C恒溫培養(yǎng)72h ；
(3)用排水法對產(chǎn)氣進行收集。本發(fā)明將超聲波技術(shù)和酸處理相結(jié)合，較大地破壞了纖維素的結(jié)構(gòu)，提高了厭氧 發(fā)酵制氫。相對于簡單酸處理時，發(fā)酵產(chǎn)生的氫氣提高了 41. 5%。超聲波預(yù)處理作為一種有效增加厭氧制氫的方法，因其簡單、安全、方便、快速等優(yōu)點，將會在工業(yè)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展中得到廣泛的應(yīng)用。
具體實施例方式
本發(fā)明對收集的氣體采用氣相色譜分析發(fā)酵氣體成分為C02、H2、CH4。采用SP2000氣 相色譜儀，熱導(dǎo)檢測器(TCD)。測定條件=PorapakQe英尺不銹鋼填充柱(80/100Mesh)，柱溫 恒溫35°C;N2氣為載氣，流速20ml/min ；檢測器電流和溫度分別是60mA、100°C ；進樣器不分 流，進樣溫度50°C。用外標(biāo)法定量以相同體積的標(biāo)準純氣體作為外標(biāo)物注入色譜柱，得到 標(biāo)準色譜圖。然后在相同條件下，對待測樣品進行檢測，得到其色譜圖。同一種氣體在色譜 圖中顯示相同的保留時間，以同體積標(biāo)準氣為標(biāo)準，根據(jù)峰面積可計算得出生物氣中各氣 相產(chǎn)物濃度。本發(fā)明中的醋糟全部取自鎮(zhèn)江恒順醬醋廠，經(jīng)120°C高溫消毒滅菌，自然風(fēng)干，粉 碎過80目篩后封裝在塑料袋中備用。經(jīng)測定該醋糟中TS(總固形物含量)、VS(揮發(fā)性固 形物含量)分別為29.87%、94.42%;污泥取自鎮(zhèn)江江蘇大學(xué)附近的污水處理廠。取回后的 污泥密封于4。度的冰箱中，發(fā)酵時作為混合產(chǎn)氫菌種的來源。實施例一
(1)醋糟的預(yù)處理稱取8g粉碎的醋糟樣品于若干個潔凈的250ml高腳燒杯中，在初 始溫度30°C下，按加入60mL的2.0%鹽酸溶液攪拌。然后在超聲功率為900W下超聲3min。 超聲結(jié)束，立即用冷水冷卻，攪拌混勻，用lmol/L的HCl或NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至6. 5。(2)活性污泥預(yù)處理與厭氧發(fā)酵制氫稱取污泥16g，調(diào)pH至11. 0，等靜置1. 5h 后，再將其PH調(diào)至6. 5。然后用自來水定容至200ml，墊上硅膠墊，擰緊螺旋蓋。通過瓶蓋 上的導(dǎo)管向發(fā)酵瓶內(nèi)充入高純氮氣，吹掃發(fā)酵瓶內(nèi)剩余的氧氣后，夾住導(dǎo)管，然后置于水浴 鍋中進行37°C恒溫培養(yǎng)72h。以不經(jīng)任何處理的醋糟進行發(fā)酵作為對照試驗，用排水法對 產(chǎn)氣進行收集，發(fā)酵結(jié)束后，進行氣相產(chǎn)物成分分析。(3)氣相組成分析發(fā)酵氣體成分為C02、H2、CH4等，其含量用氣相色譜法測定。 采用SP2000氣相色譜儀，熱導(dǎo)檢測器(TCD)。測定條件P0rapakQ6英尺不銹鋼填充柱 (80/100Mesh)，柱溫恒溫35 °C ;N2氣為載氣，流速20ml/min ；檢測器電流和溫度分別是 60mA、10(TC;進樣器不分流，進樣溫度50°C。用外標(biāo)法定量以相同體積的標(biāo)準純氣體作為 外標(biāo)物注入色譜柱，得到標(biāo)準色譜圖。然后在相同條件下，對待測樣品進行檢測，得到其色 譜圖。同一種氣體在色譜圖中顯示相同的保留時間，以同體積標(biāo)準氣為標(biāo)準，根據(jù)峰面積可 計算得出生物氣中各氣相產(chǎn)物濃度。測得起氫氣得率為36 41%。實施例二
(1)醋糟的預(yù)處理稱取8g粉碎的醋糟樣品于若干個潔凈的250ml高腳燒杯中，在初 始溫度30°C下，加入IOOmL濃度分別為0. 2%的鹽酸溶液攪拌，然后在超聲功率為700W下 超聲5min。超聲結(jié)束，立即用冷水冷卻，攪拌混勻，用lmol/L的HCl或NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至
6. 5o(2)活性污泥預(yù)處理與厭氧發(fā)酵制氫稱取污泥4g，調(diào)pH至11. 0，等靜置1. 5h后， 再將其PH調(diào)至6. 5。然后用自來水定容至200ml，墊上硅膠墊，擰緊螺旋蓋。通過瓶蓋上的 導(dǎo)管向發(fā)酵瓶內(nèi)充入高純氮氣，吹掃發(fā)酵瓶內(nèi)剩余的氧氣后，夾住導(dǎo)管，然后置于水浴鍋中 進行37°C恒溫培養(yǎng)72h。以不經(jīng)任何處理的醋糟進行發(fā)酵作為對照試驗，用排水法對產(chǎn)氣 進行收集，發(fā)酵結(jié)束后，進行氣相產(chǎn)物成分分析。
(3)氣相組成分析發(fā)酵氣體成分為C02、H2、CH4等，其含量用氣相色譜法測定。 采用SP2000氣相色譜儀，熱導(dǎo)檢測器(TCD)。測定條件P0rapakQ6英尺不銹鋼填充柱 (80/100Mesh)，柱溫恒溫35 °C ;N2氣為載氣，流速20ml/min ；檢測器電流和溫度分別是 60mA、10(TC;進樣器不分流，進樣溫度50°C。用外標(biāo)法定量以相同體積的標(biāo)準純氣體作為 外標(biāo)物注入色譜柱，得到標(biāo)準色譜圖。然后在相同條件下，對待測樣品進行檢測，得到其色 譜圖。同一種氣體在色譜圖中顯示相同的保留時間，以同體積標(biāo)準氣為標(biāo)準，根據(jù)峰面積可 計算得出生物氣中各氣相產(chǎn)物濃度。測得起氫氣得率為13 41%。實施例三
(1)醋糟的預(yù)處理稱取8g粉碎的醋糟樣品于若干個潔凈的250ml高腳燒杯中，在初 始溫度30°C下，加入IOOmL的濃度為0. 8%鹽酸溶液攪拌，然后在超聲功率為400W的條件 下超聲處理15min。超聲結(jié)束，立即用冷水冷卻，攪拌混勻，用lmol/L的HCl或NaOH溶液調(diào) 節(jié)pH至6. 5。(2)厭氧發(fā)酵制氫稱取污泥8g，調(diào)PH至11.0，等靜置1. 5h后，再將其pH調(diào)至 6.5。然后用自來水定容至200ml，墊上硅膠墊，擰緊螺旋蓋。通過瓶蓋上的導(dǎo)管向發(fā)酵瓶內(nèi) 充入高純氮氣，吹掃發(fā)酵瓶內(nèi)剩余的氧氣后，夾住導(dǎo)管，然后置于水浴鍋中進行37°C恒溫培 養(yǎng)72h。以不經(jīng)任何處理的醋糟進行發(fā)酵作為對照試驗，用排水法對產(chǎn)氣進行收集，發(fā)酵結(jié) 束后，進行氣相產(chǎn)物成分分析。(3)氣相組成分析發(fā)酵氣體成分為C02、H2、CH4等，其含量用氣相色譜法測定。 采用SP2000氣相色譜儀，熱導(dǎo)檢測器(TCD)。測定條件P0rapakQ6英尺不銹鋼填充柱 (80/100Mesh)，柱溫恒溫35 °C ;N2氣為載氣，流速20ml/min ；檢測器電流和溫度分別是 60mA、10(TC;進樣器不分流，進樣溫度50°C。用外標(biāo)法定量以相同體積的標(biāo)準純氣體作為 外標(biāo)物注入色譜柱，得到標(biāo)準色譜圖。然后在相同條件下，對待測樣品進行檢測，得到其色 譜圖。同一種氣體在色譜圖中顯示相同的保留時間，以同體積標(biāo)準氣為標(biāo)準，根據(jù)峰面積可 計算得出生物氣中各氣相產(chǎn)物濃度。測得起氫氣得率為17 45%。實施例四
(1)醋糟的預(yù)處理稱取8g粉碎的醋糟樣品于若干個潔凈的250ml高腳燒杯中，在初 始溫度30°C下，加入140mL濃度為0. 6%的鹽酸溶液攪拌，然后在超聲功率為700W下分別 超聲處理lOmin。超聲結(jié)束，立即用冷水冷卻，攪拌混勻，用lmol/L的HCl或NaOH溶液調(diào)節(jié) pH 至 6. 5。(2)厭氧發(fā)酵制氫稱取污泥6g，調(diào)PH至11.0，等靜置1. 5h后，再將其pH調(diào)至 6.5。然后用自來水定容至200ml，墊上硅膠墊，擰緊螺旋蓋。通過瓶蓋上的導(dǎo)管向發(fā)酵瓶內(nèi) 充入高純氮氣，吹掃發(fā)酵瓶內(nèi)剩余的氧氣后，夾住導(dǎo)管，然后置于水浴鍋中進行37°C恒溫培 養(yǎng)72h。以不經(jīng)任何處理的醋糟進行發(fā)酵作為對照試驗，用排水法對產(chǎn)氣進行收集，發(fā)酵結(jié) 束后，進行氣相產(chǎn)物成分分析。(3)氣相組成分析發(fā)酵氣體成分為C02、H2、CH4等，其含量用氣相色譜法測定。 采用SP2000氣相色譜儀，熱導(dǎo)檢測器(TCD)。測定條件P0rapakQ6英尺不銹鋼填充柱 (80/100Mesh)，柱溫恒溫35 °C ;N2氣為載氣，流速20ml/min ；檢測器電流和溫度分別是 60mA、10(TC;進樣器不分流，進樣溫度50°C。用外標(biāo)法定量以相同體積的標(biāo)準純氣體作為 外標(biāo)物注入色譜柱，得到標(biāo)準色譜圖。然后在相同條件下，對待測樣品進行檢測，得到其色譜圖。同一種氣體在色譜圖中顯示相同的保留時間，以同體積標(biāo)準氣為標(biāo)準，根據(jù)峰面積可 計算得出生物氣中各氣相產(chǎn)物濃度。測得起氫氣得率13 44%。 對比例以不經(jīng)任何處理(超聲波處理和酸處理)的醋糟進行發(fā)酵作為對照試驗， 其他條件同實施例1，用排水法對產(chǎn)氣進行收集，發(fā)酵結(jié)束后，進行氣相產(chǎn)物成分分析。測得 起氫氣得率10 25%。
權(quán)利要求
提高醋糟厭氧發(fā)酵制氫的方法，包括如下步驟(1)醋糟的預(yù)處理稱取一定量的粉碎的醋糟樣品，按照料液質(zhì)量比為860~140加入質(zhì)量濃度為0.2~2.0%的鹽酸溶液，攪拌，在初始溫度 30℃下，超聲時間3~15min，處理的超聲功率400~900W；超聲結(jié)束，用1mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至6.5；將預(yù)處理過的醋糟投入?yún)捬醢l(fā)酵罐；(2)活性污泥預(yù)處理及厭氧發(fā)酵稱取一定量的活性污泥，活性污泥與預(yù)處理過的醋糟樣品的質(zhì)量比例為活性污泥/醋糟樣品=10.5~2；用NaOH溶液調(diào)節(jié)活性污泥的pH至11.0，靜置1.5h后，調(diào)pH至6.5；然后用水補足一定體積，向發(fā)酵瓶內(nèi)充入高純氮氣，吹掃發(fā)酵瓶內(nèi)剩余的氧氣后，然后置于37℃恒溫培養(yǎng)72h； (3)用排水法對產(chǎn)氣進行收集。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種提高醋糟厭氧發(fā)酵制氫的方法，屬于生物工程技術(shù)領(lǐng)域。特別是一種提高醋糟厭氧發(fā)酵制氫的超聲波預(yù)處理方法，步驟包括(1)稱取粉碎的醋糟樣品，按照料液比為860~140加入0.2~2.0%濃度的鹽酸溶液攪拌，在初始溫度30℃下，超聲時間為3~15min，處理的超聲功率為400~900W。超聲結(jié)束，調(diào)節(jié)pH至6.5。(2)厭氧發(fā)酵制氫稱取預(yù)處理過的活性污泥加入?yún)捬醢l(fā)酵罐，調(diào)節(jié)pH至6.5后，以氮氣吹掃發(fā)酵瓶內(nèi)的空氣后，置于37℃恒溫培養(yǎng)72h。本發(fā)明提供的醋糟厭氧發(fā)酵制氫的方法，操作簡單，易于推廣，能提高醋糟等纖維素類原料的預(yù)處理效果，提高發(fā)酵制氫的效率。
文檔編號C12P3/00GK101979610SQ20101052327
公開日2011年2月23日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者任曉鋒, 王振斌, 陸道禮, 陳曉寅, 馬曉珂, 馬海樂 申請人:江蘇大學(xué)