[发明专利]一种提高厌氧细菌发酵产氢活性的方法

说明书

技术领域

本发明属于有机废水生物处理技术领域，涉及一种利用提高厌氧混合细菌发酵产氢活性的方法。

背景技术

利用碳水化合物为原料的发酵法生物制氢技术，可应用于有机废水和有机固体废弃物的处理实现大规模生产获得氢能，在生物转化可再生能源物质（纤维素、淀粉等）生产氢能的研究中显示出独特的优势。利用有机废水进行暗发酵生物制氢具有成本低、耗能少、对环境友好等优势，已成为近年来国际上生物制氢技术的研究热点。但是发酵产氢过程中有机底物的氢转化效率低，发酵细菌易失活，对废水浓度、温度、毒物等环境条件变化的抵抗力弱，产氢效率不稳定等特点限制了其大规模工业化应用的可行性。

以往主要通过改变发酵液的C/N比、培养温度以及培养基中微量元素的浓度，以寻找最适宜细菌发酵产氢的环境条件来提高细菌的产氢能力。纳米技术在上世纪八十年代兴起，对于纳米颗粒功能的研究引发了光学、电学、磁学、药学、化学以及生物学等多个科学领域的一场革命。纳米颗粒所具有的独特的表面效应和量子尺寸效应使其在生命科学领域应用于酶的固定，DNA转染以及生物传感器的研发等方面。目前仅有少数研究涉及到使用纳米颗粒提高葡萄糖氧化酶的生物活性，但使用纳米颗粒作为厌氧发酵产氢的催化剂尚未见报道，更未有纳米颗粒催化生物制氢的最佳条件及氢产量。

对于生物制氢技术来说，提高发酵细菌产氢酶的催化产氢活性，保持发酵产氢体系运行的稳定性、以及提高有机底物的氢转化效率是利用厌氧发酵大规模生物制氢的关键所在。针对此问题，本发明提出了一种提高厌氧细菌发酵产氢活性的方法，充分利用纳米颗粒独特的表面效应和催化效应，催化激活发酵细菌的产氢酶，缩短发酵细菌接种后的停滞期，提高暗发酵体系对进水冲击负荷的适应性及运行稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用提高厌氧混合细菌发酵产氢活性的方法，以解决现有厌氧发酵制氢体系中产氢效率低，接种后停滞期较长的问题。

一种提高厌氧细菌发酵产氢活性的方法，其特征是，在银纳米颗粒的存在下，利用厌氧混合产氢细菌进行批式发酵，以制备氢气。

本发明所述的银纳米颗粒是银纳米胶体，粒径为5～30 nm，加入浓度为         5～500 nmol/L。

本发明所述的厌氧混合产氢细菌是将厌氧活性污泥在50～150℃条件下烘焙1～3 h，而后煮沸10～60 min，然后移入厌氧反应器中发酵30～45 d，然后将发酵液转移至连续搅拌槽式反应器中进行连续培养，水力停留时间为12～24 h，温度控制在30～35℃，培养驯化30～90 d。

本发明所述的批式发酵方法制氢包括：在厌氧条件下进行，振荡频率为100～300 rpm，发酵温度35～40℃，菌液的接种量为培养基总体积的20～40%，发酵底物的浓度为10～20 g/L。

与现有技术相比，本发明体现的优势和特点是：

1、通过加入适当浓度的银纳米颗粒，氢气的产量大，且有效缩短产氢的停滞期和发酵周期；

2、提高了混合细菌的产氢速率，增加了生物气中的氢气含量（45～58%），提高了单位底物的产氢效率（可达2.11～2.55 molH₂/mol葡萄糖）；

3、增强了混合细菌对废水浓度、温度、毒物等环境条件变化的能力，在发酵过程中无需控制溶液pH，保持稳定的连续产氢能力。

附图说明

图1为葡萄糖发酵的累积产氢曲线。

图2为不同浓度的NH₄Cl促进产氢发酵的累积产氢曲线。

图3为不同浓度的NH₄Cl及20 nmol/L银纳米颗粒促进产氢发酵的累积产氢曲线。

图4 为银纳米颗粒的透射电镜照片。

具体实施方式

通过以下给出的实施例对本发明的内容进一步详细的加以说明。

实施例1银纳米颗粒促进厌氧发酵产氢的实验

本实施例中使用的厌氧混合产氢细菌是取自某污水处理厂的厌氧活性污泥，在   100℃条件下烘焙2 h，而后煮沸30 min，然后移入厌氧反应器中发酵30 d，然后将发酵液转移至连续搅拌槽式反应器中进行连续培养，水力停留时间为24 h，温度控制在35℃，未控制pH，培养驯化60 d。