一种利用人类粪便发酵产氢的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用人类粪便发酵产氢的方法，涉及生物能源技术领域，具体而言，包括：获取不同浓度的人类粪便，调节pH并灭菌处理后，加入产氢种子液进行产氢发酵，或者加入人类粪便生物炭后，再加入产氢种子液进行产氢发酵。本发明专利技术通过将人类粪便生物炭与人类粪便以及产氢种子液共同作用促进产氢，实现了人类粪便的多样化资源利用，同时提高了产氢量。本发明专利技术利用人类粪便相较于畜禽粪便的物质组成不同，使得其热解产生的生物炭中氮含量高于畜禽粪便生物炭中的氮含量，为产氢发酵提供更好的优势条件，实现了人类粪便资源的多级利用，也拓宽了生物产氢所需底物的利用范围。也拓宽了生物产氢所需底物的利用范围。也拓宽了生物产氢所需底物的利用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种利用人类粪便发酵产氢的方法


[0001]本专利技术涉及生物能源
，具体而言，涉及一种利用人类粪便发酵产氢的方法。

技术介绍

[0002]随着全球的能源需求不断增加和化石燃料的燃烧，能源危机和温室效应等环境问题成为了影响人类社会可持续发展的重要问题，因此开发可替代化石燃料的可替代能源至关重要。氢气作为一种清洁能源受到广泛关注，生物制氢技术作为一种环境友好，运行稳定以及成本低廉的制氢方法被提出。暗发酵制氢作为生物制氢中重要的部分可实现能源回收的同时，对有机废物(如废水，污泥，餐厨垃圾和秸秆等)进行处理。但是暗发酵制氢技术未能进行规模化生产很大程度上受限于其较低的氢气产量。
[0003]人口的迅速增长导致人类粪便大量产生。据估计，每人每年约产生127公斤粪便，人类粪便中存在大量的致病菌，可能威胁公共卫生安全。人类粪便中含有大量的有机物和营养物质，是一种优良的发酵底物，然而，当前人类粪便资源化利用的相关研究较少，使其资源化利用不足。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的问题是人类粪便资源化利用不足和产氢暗发酵过程中氢气产量较低的问题。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种利用人类粪便发酵产氢的方法，包括如下步骤：
[0006]获取不同浓度的人类粪便，调节pH并灭菌处理后，加入产氢种子液进行产氢发酵，或者加入人类粪便生物炭后，再加入产氢种子液进行产氢发酵。
[0007]进一步地，所述人类粪便包括人类实际产出粪便和人工模拟人类粪便中的至少一种；所述人工模拟人类粪便的组分包括：微晶纤维素、麦麸、酵母提取物、味噌、橄榄油、氯化钠、氯化钾、CaCl2·
2H2O和水。
[0008]进一步地，所述不同浓度的人类粪便包括：10％、20％、40％和60％的所述人类粪便。
[0009]进一步地，所述人类粪便生物炭的制备方法包括：将人类粪便烘干，磨碎成粉末状后，进行高温热解，得到所述人类粪便生物炭；其中，所述热解温度包括300、500和800℃。
[0010]进一步地，所述pH值为7.4
‑
7.5；所述pH的调整方法包括：添加1mol/L的NaOH进行调整。
[0011]进一步地，所述产氢种子液的制备方法包括：将热解糖热厌氧杆菌接种至含有浓度为5g/L的微晶纤维素的产氢培养基中培养至对数生长期，得到所述产氢种子液。
[0012]进一步地，，所述灭菌处理包括：在121℃温度下，灭菌15
‑
20min。
[0013]进一步地，所述产氢发酵可在水浴摇床中进行，所述水浴摇床的转速为140
‑
150r/min，所述水浴摇床的温度为55
‑
60℃。
[0014]进一步地，所述加入人类粪便生物炭的浓度为3g/L。
[0015]进一步地，所述产氢发酵时间为7
‑
8天。
[0016]本专利技术所述的利用人类粪便发酵产氢的方法相对于现有技术的有益效果在于，本专利技术通过对不同浓度的人类粪便调节pH并灭菌处理，保证了人类粪便的pH的一致性以及安全性，为后续加入产氢种子液进行产氢发酵提供了实验比较基础，且将人类粪便与产氢种子液共同产氢发酵，实现了人类粪便的资源化利用，同时不同浓度的人类粪便有利于获取产氢量最佳的人类粪便浓度。本专利技术还通过将人类粪便生物炭与人类粪便以及产氢种子液共同作用促进产氢，实现了人类粪便的多样化资源利用，同时提高了产氢量。本专利技术中的人类粪便相较于畜禽粪便而言，其物质组成相差较大，由于人类粪便主要由淀粉、蛋白质、纤维素和油脂等组成，而畜禽粪便则以纤维素为主。人类粪便中较高的蛋白质含量使得其热解产生的生物炭中氮含量高于畜禽粪便生物炭中的氮含量，为产氢发酵提供更好的优势条件。因此，将人类粪便生物炭应用于人类粪便的生物产氢，不仅实现了人类粪便资源的多级利用，也拓宽了生物产氢所需底物的利用范围。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例中不同浓度的人类粪便为底物时的氢气产量；
[0018]图2为本专利技术实施例中不同热解温度的人类粪便生物炭促进人类粪便发酵后的氢气产量；
[0019]图3为本专利技术实施例中不同热解温度的人类粪便生物炭促进人类粪便发酵的氢气产生速率。
具体实施方式
[0020]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。
[0021]本专利技术实施例提供一种利用人类粪便发酵产氢的方法，包括如下步骤：
[0022]获取不同浓度的人类粪便，调节pH并灭菌处理后，加入产氢种子液进行产氢发酵，或者加入人类粪便生物炭后，再加入产氢种子液进行产氢发酵。
[0023]本专利技术实施例通过对不同浓度的人类粪便调节pH并灭菌处理，保证了人类粪便的pH的一致性以及安全性，为后续加入产氢种子液进行产氢发酵提供了实验比较基础，且将人类粪便与产氢种子液共同产氢发酵，实现了人类粪便的资源化利用，同时不同浓度的人类粪便有利于获取产氢量最佳的人类粪便浓度。本专利技术还通过将人类粪便生物炭与人类粪便以及产氢种子液共同作用促进产氢，实现了人类粪便的多样化资源利用，同时提高了产氢量。本专利技术实施例中的人类粪便相较于畜禽粪便而言，其物质组成相差较大，由于人类粪便主要由淀粉、蛋白质、纤维素和油脂等组成，而畜禽粪便则以纤维素为主。人类粪便中较高的蛋白质含量使得其热解产生的生物炭中氮含量高于畜禽粪便生物炭中的氮含量，为产氢发酵提供更好的优势条件。因此，将人类粪便生物炭应用于人类粪便的生物产氢，不仅实现了人类粪便资源的多级利用，也拓宽了生物产氢所需底物的利用范围。
[0024]在一些实施例中，人类粪便包括人类实际产出粪便和人工模拟人类粪便中的至少一种；人工模拟人类粪便的组分包括：微晶纤维素、麦麸、酵母提取物、味噌、橄榄油、氯化
钠、氯化钾、CaCl2·
2H2O和水。
[0025]本实施例中的人工模拟人类粪便模拟了真实的人类实际产出粪便的物质成分，且具有明显的无致病菌优势，同时性状稳定，可用于产氢发酵或实验室研究等。由此，既能解决人类实际产出粪便的资源化利用，又能实现实验过程或高精度产氢发酵过程的无致病菌干扰以及实验稳定性，为促进产氢发酵提供了助力。
[0026]在一些实施例中，不同浓度的人类粪便包括：10％、20％、40％和60％的人类粪便。由此，不同浓度的人类粪便有利于获取产氢量最佳的人类粪便浓度，提高单位产氢量。
[0027]在一些实施例中，人类粪便生物炭的制备方法包括：将人类粪便烘干，磨碎成粉末状后，进行高温热解，得到人类粪便生物炭；其中，热解温度包括300、500和800℃。
[0028]由此，获取不同热解温度的人类粪便生物炭，有利于探索不同热解温度下产生的生物炭对产氢量的影响，同时也实现了人类粪便的多样化资源利用。
[0029]在一些实施例中，pH值为7.4
‑
7.5；pH的调整方法包括：添加1mol/L的N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用人类粪便发酵产氢的方法，其特征在于，包括如下步骤：获取不同浓度的人类粪便，调节pH并灭菌处理后，加入产氢种子液进行产氢发酵，或者加入人类粪便生物炭后，再加入产氢种子液进行产氢发酵。2.根据权利要求1所述的利用人类粪便发酵产氢的方法，其特征在于，所述人类粪便包括人类实际产出粪便和人工模拟人类粪便中的至少一种；所述人工模拟人类粪便的组分包括：微晶纤维素、麦麸、酵母提取物、味噌、橄榄油、氯化钠、氯化钾、CaCl2·
2H2O和水。3.根据权利要求1所述的利用人类粪便发酵产氢的方法，其特征在于，所述不同浓度的人类粪便包括：10％、20％、40％和60％的所述人类粪便。4.根据权利要求1所述的利用人类粪便发酵产氢的方法，其特征在于，所述人类粪便生物炭的制备方法包括：将人类粪便烘干，磨碎成粉末状后，进行高温热解，得到所述人类粪便生物炭；其中，所述热解温度包括300、500和800℃。5.根据权利要求1所述的利用人类粪便发酵产氢的方法，其特征在于，所述pH值为7.4
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘冰峰，徐翩翩，杜健，谢国俊，任宏宇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：