【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及发酵产氢的方法，属于生物发酵。
技术介绍
1、随着化石能源的枯竭和温室效应的加剧，新能源的开发逐渐成为社会发展中的重要一环。氢气（h2）是一种重要的可再生能源，其燃烧热值高，并且燃烧产物仅为水，在实现碳零排放计划是日益重要的一部分。目前生产技术主要包括生物质裂解、蒸汽重组，光（电）解水和生物制h2等，但前三种方法存在环境污染风险和耗能高的缺陷，而生物制h2相比之下，较稳定和清洁。生物制h2可分为藻类光解水、光发酵和暗发酵，其中暗发酵制氢具有相对较稳定的产氢效率，受到广泛关注。
2、暗发酵是指将碳水化合物等有机废弃底物转化为氢气和小分子挥发酸的生物过程。因此，暗发酵可以用于各种工农业废弃物的处理，并且生产h2。但是目前，暗发酵依旧受限于产氢效率低的问题。功能产氢菌的富集困难是其中一个重要原因，考虑到纯菌种的高成本，目前暗发酵工程一般都采用混合菌源作为接种菌群，然而混合菌群中广泛存在许多消耗氢气的微生物，这不仅会降低产氢效果，还会由于底物竞争而抑制功能产氢菌的生长。在所有功能产氢菌中，梭菌凭借其高效的产氢能力，是目前最广泛运用的产氢菌，但是梭菌富集存在着富集效率低且成本高的问题，因为目前主要采用微波，水热和化学处理等高能耗成本的方式进行富集。如何提高梭菌发酵在混菌发酵中的比例且降低运行成本是微生物暗发酵产氢目前面临的关键问题。
技术实现思路
1、本专利技术是要解决现有技术存在的梭菌富集效率低和产氢量受限的技术问题，而提供一种利用木材生物炭提高污泥混合菌源中梭菌
2、本专利技术的利用木材生物炭提高污泥混合菌源中梭菌发酵产氢的方法，包括如下步骤：
3、（1）采用厌氧消化池的污泥作为污泥混合菌源，进行富集培养，制得接种菌群液；
4、（2）将木材废料依次经烘干、粉碎、热解、研磨过筛，得到木材生物炭粉；
5、（3）将木材生物炭粉浸泡在蒸馏水中，振荡20~24h，然后真空过滤，再低温烘干，得到洁净生物炭粉；
6、（4）将洁净生物炭粉添加至暗发酵反应器中，添加暗发酵培养基和接种菌群液，在厌氧条件下37±1 °c振荡培养，进行暗发酵产氢。
7、进一步地，步骤（1）中所述的对污泥混合菌源进行富集培养的方法，具体为：按厌氧消化池的污泥与蒸馏水的体积比为1：10的比例，将厌氧消化池的污泥加入到蒸馏水中，并且振荡、静置，将上清液取出，得到细菌悬浮液；然后将细菌悬浮液在82~85°c条件下加热20min，实现产氢菌的富集，随后加入暗发酵培养基，在温度为37±1 °c，搅拌速度为150rpm的条件下厌氧培养24 h作为一个周期，共培养4~6个周期，每个周期的接种体积比控制为10%，得到接种菌群。
8、进一步地，步骤（1）中，稀释污泥的振荡时间为1 h，静置时间为10 min。
9、进一步地，步骤（1）和（4）中，所述的暗发酵培养基的成分包括：10g/l葡萄糖、0.5g/l半胱氨酸、0.5g/l酵母提取物、3.93 g/lk2hpo43h2o、1.5g/lkh2po4、1g/lmgcl26h2o、1.3g/l(nh4)2so4和0.1g/lcacl22h2o。
10、进一步地，步骤（2）中，所述的木材废料为橡木。
11、进一步地，步骤（2）中，所述的热解工艺为：将木材粉放在高温炉中，在纯度为99%以上的氮气气氛下，以8~10 °c/min的升温速率升温至800~820 °c热解2 ~3h。
12、进一步地，步骤（2）中，所述的研磨过筛后的木材生物炭粉的粒径<150 μm。
13、进一步地，步骤（3）中，所述的木材生物炭粉的质量与蒸馏水的体积之比为5~6g：1l，即1l蒸馏水中加入5~6生物炭，在23~25 °c条件下以150 ~180rpm的速度进行振荡；
14、进一步地，步骤（3）中，所述的真空过滤采用的滤膜的孔径为0.45 μm。
15、进一步地，步骤（3）中，所述的低温烘干时的温度为60 °c。
16、进一步地，步骤（4）中，暗发酵反应器的初始ph控制在7.0±0.1。
17、进一步地，步骤（4）中，暗发酵反应器的厌氧条件的控制是以纯度99%以上的氮气吹脱5~10min。
18、进一步地，步骤（4）中，振荡培养时振荡的转速为150 rpm，振荡培养的时间为48h，接种菌群液的接种体积比控制为10%。
19、与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
20、（1）本专利技术采用木材废物经过热解清洗制备木材生物炭，木材废物常见且产量大，制备方法简单，制备的多孔碳材料拥有稳定的电活性、较高的比表面积，温和的酸碱缓冲能力和可调控的表面活性，同时经过清洗去除生物炭表面附着的对生物有害的溶解性有机物，调控生物炭的导电性和比表面积，使生物炭成为富集梭菌的外源添加剂，同时成本低廉，在进行无害化处理木材废物的同时又实现了木材废物的资源化再利用。
21、（2）现有的梭菌富集方式都存在能耗成本高的问题，而本专利技术采用木材生物炭提升污泥混合菌源中梭菌发酵产氢，这样节省了运行和能耗成本，并且采用的是污泥混合菌源，对培养基和培养条件要求低，省去了培养基繁琐的灭菌工序，大大降低了生产成本。本专利技术的方法得到的发酵液中，梭菌的丰度达到53.0%，累积氢气产量比未加入生物碳的发酵液的累积氢气产量提升了三倍多。可用于暗发酵产氢领域。
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1.一种利用木材生物炭提高污泥混合菌源中梭菌发酵产氢的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种利用木材生物炭提高污泥混合菌源中梭菌发酵产氢的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的对污泥混合菌源进行富集培养的方法，具体为：按厌氧消化池的污泥与蒸馏水的体积比为1：10的比例，将厌氧消化池的污泥加入到蒸馏水中，并且振荡、静置，将上清液取出，得到细菌悬浮液；然后将细菌悬浮液在82~85°C条件下加热20min，实现产氢菌的富集，随后加入暗发酵培养基，在温度为37±1 °C，搅拌速度为150rpm的条件下厌氧培养24 h作为一个周期，共培养4~6个周期，每个周期的接种体积比控制为10%，得到接种菌群。
3.根据权利要求2所述的一种利用木材生物炭提高污泥混合菌源中梭菌发酵产氢的方法，其特征在于，所述的污泥加入到蒸馏水中后的振荡时间为1 h，静置时间为10 min。
4.根据权利要求1或2所述的一种利用木材生物炭提高污泥混合菌源中梭菌发酵产氢的方法，其特征在于，所述的暗发酵培养基的成分包括：10g/L葡萄糖、0.5g/L半胱氨酸、0
5.根据权利要求1或2所述的一种利用木材生物炭提高污泥混合菌源中梭菌发酵产氢的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的木材废料为橡木。
6.根据权利要求1或2所述的一种利用木材生物炭提高污泥混合菌源中梭菌发酵产氢的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的热解工艺为：将木材粉放在高温炉中，在纯度为99%以上的氮气气氛下，以8~10 °C/min的升温速率升温至800~820 °C热解2 ~3h。
7.根据权利要求1或2所述的一种利用木材生物炭提高污泥混合菌源中梭菌发酵产氢的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的研磨过筛后的木材生物炭粉的粒径<150 μm。
8.根据权利要求1或2所述的一种利用木材生物炭提高污泥混合菌源中梭菌发酵产氢的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的木材生物炭粉的质量与蒸馏水的体积之比为5~6g：1L。
9.根据权利要求1或2所述的一种利用木材生物炭提高污泥混合菌源中梭菌发酵产氢的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的低温烘干时的温度为60 °C。
10.根据权利要求1或2所述的一种利用木材生物炭提高污泥混合菌源中梭菌发酵产氢的方法，其特征在于，步骤（4）中，暗发酵反应器的厌氧条件的控制是以纯度99%以上的氮气吹脱5~10min。
...【技术特征摘要】
1.一种利用木材生物炭提高污泥混合菌源中梭菌发酵产氢的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种利用木材生物炭提高污泥混合菌源中梭菌发酵产氢的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的对污泥混合菌源进行富集培养的方法，具体为：按厌氧消化池的污泥与蒸馏水的体积比为1：10的比例，将厌氧消化池的污泥加入到蒸馏水中，并且振荡、静置，将上清液取出，得到细菌悬浮液；然后将细菌悬浮液在82~85°c条件下加热20min，实现产氢菌的富集，随后加入暗发酵培养基，在温度为37±1 °c，搅拌速度为150rpm的条件下厌氧培养24 h作为一个周期，共培养4~6个周期，每个周期的接种体积比控制为10%，得到接种菌群。
3.根据权利要求2所述的一种利用木材生物炭提高污泥混合菌源中梭菌发酵产氢的方法，其特征在于，所述的污泥加入到蒸馏水中后的振荡时间为1 h，静置时间为10 min。
4.根据权利要求1或2所述的一种利用木材生物炭提高污泥混合菌源中梭菌发酵产氢的方法，其特征在于，所述的暗发酵培养基的成分包括：10g/l葡萄糖、0.5g/l半胱氨酸、0.5g/l酵母提取物、3.93 g/lk2hpo43h2o、1.5g/lkh2po4、1g/lmgcl26h2o、1.3g/l(nh4)2so4和0.1g/lcac...
【专利技术属性】
技术研发人员：田文静，伊卡拉卡·坎，曾超华，
申请(专利权)人：生物炭建材有限公司，
类型：发明
国别省市：
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