[发明专利]利用猪粪污水光合细菌制氢的方法及其制氢装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种制氢方法及装置，有其是一种利用猪粪污水光合细菌制氢的方法及其制氢装置。

背景技术

随着我国经济的快速发展，从20世纪90年代末起，能源开始供不应求，高速发展的经济正面临“动力”不足的困境。2004年，全国能源消耗总量达到19.7亿吨标准煤，比2003年增长16％。2003年和2004年夏天，全国约2/3的省份实行轮流停电或定额供电，能源供应短缺已经成为制约我国经济社会发展的瓶颈。

目前我们使用的能源主要是煤、石油、天然气等矿物资源，不具有再生性。这些能源的使用也使大量的废气、烟尘排入大气中，造成环境污染、温室效应和酸雨，使21世纪的生态环境面临巨大地挑战。在能源危机和环境恶化双重压力下，寻求清洁能源、可再生能源替代传统能源，实现“可持续发展”已被列入世界各国重要议事日程。在所有可替代能源中，氢气以其洁净燃烧、能量密度高、可再生而被能源界公认为最理想的矿物燃料替代者，引起了世界各国的高度重视，许多发达国家投入大量的人力和物力从事氢能技术的研究和开发，希望在氢的制取、储存和氢燃料电池技术中取得突破。

氢气的生产有化学法和生物法两种途径。化学制氢法已经作为比较成熟的技术应用于大规模的工业化生产，目前大约90％的氢气是由天然气或轻油高温裂解，重油氧化，煤汽化，水电解等化学法生产。化学法均以消耗矿物能源为代价，生产过程中不可避免造成对环境的污染，而且除电解法外均需在高温、高压或强酸强碱的条件下进行，反应条件苛刻，成本很高。生物法制氢是利用微生物自身的新陈代谢途径生产氢气。由于生物制氢是微生物自身新陈代谢的结果，生成氢气的过程在常温、常压和接近中性的温和条件下进行。生物制氢大多采用农业废弃物和各种工业废物为原料，不仅成本低廉，而且在生产氢气的同时净化了环境，一举两得，所以生物法制氢最具开发潜力。

近年来，我国畜牧业发展迅速，规模化畜禽养殖场排出的大量粪便已经成为我国农村地区重要污染源之一。畜禽粪便的资源化无害化处理一直是人们关注的热点，其处理方法主要包括干燥、堆肥、利用甲烷菌厌氧发酵等技术，其中干燥成本太高应用较少，大多采用堆肥和厌氧发酵技术处理，目前厌氧发酵技术受到较为广泛的关注。粪便厌氧发酵产生的甲烷气体与氢气相比不仅热值小，燃烧时还会产生大量温室气体(CO)，而氢气不仅热值高且燃烧后产生的是对环境友好的水。猪粪污水是粪便、尿液、冲洗水和饲料的混合体，含有微生物生长所需的包括N、P、K以及微量元素和重金属等营养成分，能够满足制氢光合细菌生长的需求。因此，用猪粪便作为光合细菌制氢的原料，不仅可以生产出洁净的氢能源，改善农业生态环境，节约原料成本，而且开辟了一条畜禽粪便资源化无害化处理的新途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种一种利用猪粪污水光合细菌制氢的方法及其制氢装置。

本发明的技术方案是：一种利用猪粪污水光合细菌制氢的方法，包括以下步骤

(1)菌种获取

本发明所用的球形红假单胞菌(Rhodopseudo monas phaeroides)AS1.1737菌株(＝ATCC 17023)，购于中国科学院微生物研究所；

(2)种子培养液制备

种子培养基为：

牛肉提取物 1.5g    酵母提取物  1.5g

胰蛋白胨   5.0g    葡萄糖      1.0g

NaCl       3.5g    K₂HPO₄      4.8g

KH₂PO₄     1.3g    琼脂        15.0g

蒸馏水     1.0L    pH值        7.0

将培养基混合搅拌装入5只250mL高温玻璃瓶中，每瓶装液量200mL，灭菌后接入斜面菌种，光照培养至呈均匀紫红色即为种子培养液；

(3)猪粪污水处理及接种

将湿猪粪与自来水以一定的比例混合；浸泡猪粪、搅拌，然后用40目的筛子过滤猪粪污水，滤去稻草、泥沙等杂质，所得滤液即为光合细菌制氢的原料或称为污水；为使接入的菌种生长不受其他杂菌的干扰，有利于制氢反应，发酵前将污水在灭菌锅中进行高温灭菌温度为121℃，时间为20分钟；灭菌后冷却到25℃，按处理污水体积的10％接入种子培养液。