用于促进厌氧性生物产氢的方法

专利名称：用于促进厌氧性生物产氢的方法
技术领域：
本发明是有关一种用于促进厌氧性生物产氢的方法(a processfor enhancing anaerobic biohydrogen production)，它包括对一含有会产氢的厌氧菌(hydrogen-producing anaerobic bacteria)的第一有机废弃物进行一处理，而使得被包含在该第一有机废弃物内的该等会产氢的厌氧菌成为占优势的(predominant)，以及对一可能含有非所欲的非产氢菌(undesired non-hydrogen producing bacteria)的第二有机废弃物进行一加热处理，而使得该第二有机物内所含有的非产氢菌被抑制或减少，再于一被弄成是处于一厌氧状态下的反应器内让该被处理过的第一有机废弃物来厌氧地发酵该被加热处理过的第二有机废弃物，而使得氢气被生成。
背景技术：
随着工业化和经济的发展，人类对于能源的需求日益增加。为了产生足够的能源来供人类使用，研究人员必需不断地开发出各种再生能源，包括太阳能、风能、水力能以及生质能(biomass energy)等等。近年来，在物质和原料逐渐缺乏的情况下，生质能备受瞩目，而如何以废弃物再利用的方式来开发能源，即成为相关研究人员的一重要的研究方向。
氢气具有干净无污染、资源再生性佳以及高热能(high heatenergy)的优点。有许多相关研究显示氢气可能成为未来的重要能源之一。而在各种已知的产氢方法当中，利用生物分解(biodegradation)来产生氢气所需要的成本较为低廉，因而比物理性或化学性产氢方法更具优势。
生物产氢的方式包括(1)水的生物光解作用(biophotolysis ofwater)，它是以光诱导方式来促使藻类(algae)或蓝绿细菌(cyanobacteria)分解水而产生氢气；(2)光发酵作用(photo-fermentation)，它是利用光合细菌(photosyntheticbacteria)来分解有机物质而产生氢气；以及(3)暗发酵作用(dark-fermentation)，它是利用厌氧菌(anaerobic bacteria)来分解有机物质而产生氢气。水的生物光解作用与光发酵作用所需要的反应自由能较高，而暗发酵作用不需要光源且可以利用各种有机物质作为基质(substrate)。因此，在工业应用上，暗发酵产氢技术已被广泛地用来处理有机废弃物(organic waste)。
利用厌氧菌来处理含有生物质(biomass)的污水或废弃物[例如厨余、农业或能源作物(energy crop)的废弃物，以及有机工业的污水或废弃物等等]不仅可以产生氢气供作为能源，亦可产生有机酸供再利用，同时减少各种污泥与有机污水或废弃物的处理费用。
近年来，有关厌氧发酵产氢(anaerobic fermentative hydrogenproduction)的研究大多是使用人工基质(例如，葡萄糖、蔗糖等)来产生氢气，较少是利用实厂料源(例如，能源作物、产业污水或废弃物等)来产生氢气，这是因为实厂料源的化学组成复杂，而且里面可能含有非所欲的耗氢菌(undesired hydrogen-consuming bacteria)，而致使产氢量与产氢速率被降低。
有研究显示，以加热方式来进行污水或废弃物的前处理(pre-treatment)，可以溶出污水或废弃物当中所含有的有机物质或是抑制当中所存在的非产氢微生物的生长。例如，于T.Noike等人的先前研究中发现，将豆腐制造废弃物(bean curd manufacturing waste)进行50℃加热处理历时30分钟，可以抑制当中所含有的乳酸菌(lacticacid bacteria)的生长，进而促进氢气的产生(T.Noike et al.(2002)，International Journal of Hydrogen Energy，271367-1371)。但是，T.Noike等人的研究是利用一包含有梭孢杆菌属物种(Clostridium sp.)、副干酪乳酸杆菌(Lactobacillus paracasei)以及耐久肠球菌(Enterococcus durans)的细菌培养物(bacterialculture)来进行厌氧发酵产氢试验，而非针对存在于实厂废弃物中的混合菌群，因此实用性不大。
在国立台湾大学化学工程学研究所的王之仲所著硕士论文[名称“以梭状芽孢杆菌进行废弃活性污泥厌氧消化产氢(Producinghydrogen from waste activated sludge using anaerobic digestionby Clostridium bifermentans)”]中，主要是探讨5种基质前处理方法对于厌氧发酵产氢的影响，其中来自2种废水处理厂的废弃活性污泥先分别以超音波振荡(ultrasonication)、酸化调理(acidification)、巴斯德灭菌(pasteurization)、添加甲烷菌抑制剂(BESA)以及冻融处理(freeze/thaw treatment)来进行前处理，之后再与4株由废弃活性污泥中以巴斯德灭菌与添加甲烷菌抑制剂的方式而被分离出的双酵素梭孢杆菌(Clostridium bifermentans)分离株来进行厌氧发酵反应。结果显示，以冻融处理与巴斯德灭菌方式来进行废弃活性污泥的前处理，会有助于氢气产量的提升。但是，此篇论文亦是使用细菌培养物来进行厌氧发酵产氢试验，并未就实厂废弃物中的混合菌群来作进一步的试验。
另外，于林秋裕等人的TW533898中揭示一种以热前处理来促进生物污泥生产氢气的方法，该方法包括下面步骤(a)提供一种生物污泥；(b)加热处理该生物污泥；以及(c)提供一基质以及一反应容器。在步骤(b)中，该生物污泥是在一为80-120℃的温度下被加热处理历时60-120分钟，藉此，可杀死该生物污泥中所含有的甲烷产生菌(methanogenic bacteria)而留下会产生氢气的梭胞杆菌属物种(Clostridium sp.)。
在国立成功大学环境工程学研究所的赵禹杰所著硕士论文[名称“淀粉及蛋白胨复合基质厌氧发酵产氢程序的功能评估(Performanceevaluation of hydrogen fermentation process utilizing starchand peptone as multiple substrates)”]中，是以食品厂或糖果厂的厌氧污泥、牛粪堆肥、牛胃抽取物以及羊胃抽取物作为植种来源(seeding source)，并以加热处理过的淀粉(starch)与蛋白胨(peptone)作为复合基质(multiple substrate)来进行厌氧发酵产氢试验。该篇硕士论文的研究结果显示以加热处理过的淀粉作为基质较有利于氢气发酵的转化与氢气的回收。但是，该篇论文仅限于人工基质的研究，而并未以实厂料源进行试验。
于赖俊吉等人的TW200417533中揭示一种厌氧产氢程序，它包括下面步骤(1)将废弃物破碎至长宽1毫米以下的粒状物后与水分混合；(2)植种材料的前处理与配制(pre-treatment and formulation ofseeding material)；(3)厌氧发酵产生氢气；(4)厌氧发酵产生甲烷气；以及(5)产氢发酵槽排放气体的纯化。在步骤(2)中，主要是将作为植种材料的杂草堆肥土或牛粪堆肥土置于一烘箱中，并于80至90℃下予以加热处理历时3小时，而使得堆肥中的耗氢菌(hydrogen-consumingbacteria)可被消除。
于李笃中等人的TW200404046中揭示一种同时产生氢气和甲烷的系统，其包括一个前处理器和一个处理器，其中该前处理器是用来对一生物废水进行加热杀菌处理(亦即巴斯德杀菌法)或冷冻融解处理，藉此，可释放不可溶的有机物质至生物废水中。
此外，US 2005/0009159 A1揭示一种两阶段的厌氧性生物产氢方法，它包括将一包含有至少一种生物可分解的固体的原料(feedstock)引入至一第一阶段的厌氧性生物反应器中，并于该反应器内形成一液体流出物(liquid effluent)；将该液体流出物转移至一具有数个中空半渗透纤维(hollow semipermeable fiber)的第二阶段的厌氧性生物反应器的本体内，该等中空半渗透纤维的外表面被包覆或者会成为被包覆以一包含有至少一种产氢菌(hydrogenogenic bacteria)的生物膜(biofilm)，氢气由该产氢菌所产生并通经该等半渗透纤维的壁而进入到内腔中，然后自该处被移出。
根据此件美国专利早期公开案的说明书，存在于原料中的致病性细菌(pathogenic bacteria)与原生动物(protozoa)可藉由将该第一阶段的厌氧性生物反应器的操作温度调整至一落在45至65℃的温度范围下而被杀死，而甲烷产生菌可藉由在该第二阶段的厌氧性生物反应器中添加一甲烷产生菌专一性化学抑制剂[诸如，溴乙烷磺酸(bromoethane sulfonic acid，BESA)]，或是将该第二阶段的厌氧性生物反应器维持在一较短的水力停留时间(hydraulic retention time，HRT)(典型地，1至2天)下，或是将该第二阶段的厌氧性生物反应器中的pH值维持在一小于6.8的数值下而被抑制。
虽然已存在有上述文献报导与专利前案，本技艺中仍然存在有一需要去发展新的厌氧性生物产氢技术，俾以有效地利用有机废弃物来产生氢气以供作为能源。

发明内容
于是，本发明提供一种用于促进厌氧性生物产氢的方法，其包括提供一种含有会产氢的厌氧菌的第一有机废弃物；对该第一有机废弃物进行一处理，而使得被包含在该第一有机废弃物内的该等会产氢的厌氧菌成为占优势的；令一种可能含有非所欲的非产氢菌的第二有机废弃物在一为40℃至不会致使该第二有机废弃物沸腾的温度范围下被加热处理历时一段时间，而使得该第二有机物内所含有的非产氢菌被抑制或减少；将该被处理过的第一有机废弃物与该被加热处理过的第二有机废弃物加入至在一被弄成是处于一厌氧状态下的反应器内；以及容许该第一有机废弃物内的会产氢的厌氧菌来厌氧地发酵该被加热的第二有机废弃物，而使得氢气被生成。


下面结合附图及实施例来对本发明进行详细说明，所以本发明在上述以及其它目的与特征，可借由参照下文的描述、随文检附的权利要求书和伴随的图式而变得更为明显，附图中图1显示以经40℃加热处理历时10分钟的糖蜜废水与未经加热处理的糖蜜废水作为基质的厌氧发酵产氢情形；图2显示以经40℃加热处理历时20分钟的糖蜜废水与未经加热处理的糖蜜废水作为基质的厌氧发酵产氢情形；图3显示以经50℃加热处理历时10分钟的糖蜜废水与未经加热处理的糖蜜废水作为基质的厌氧发酵产氢情形；
图4显示以经70℃加热处理历时10分钟的糖蜜废水与未经加热处理的糖蜜废水作为基质的厌氧发酵产氢情形；以及图5显示以经60℃加热处理历时10分钟的糖蜜废水与未经加热处理的糖蜜废水作为基质的厌氧发酵产氢情形。
具体实施例方式
申请人经多方研究之后，于本发明中提供一种用于促进厌氧性生物产氢的方法，它包括提供一种含有会产氢的厌氧菌的第一有机废弃物；对该第一有机废弃物进行一处理，而使得被包含在该第一有机废弃物内的该等会产氢的厌氧菌成为占优势的；令一种可能含有非所欲的非产氢菌的第二有机废弃物在一为40℃至不会致使该第二有机废弃物沸腾的温度范围下被加热处理历时一段时间，而使得该第二有机物内所含有的非产氢菌被抑制或减少；将该被处理过的第一有机废弃物与该被加热处理过的第二有机废弃物加入至在一被弄成是处于一厌氧状态下的反应器内；以及容许该第一有机废弃物内的会产氢的厌氧菌来厌氧地发酵该被加热的第二有机废弃物，而使得氢气被生成。
依据本发明，该第一有机废弃物可以是，但不限于生活污水处理厂的废水污泥、食品工厂的废水污泥、畜牧场的废水污泥、能源作物(energy crop)的废弃物，以及它们的组合。在本发明的一个较佳具体例中，该第一有机废弃物是一来自于生活污水处理厂的废水污泥。
依据本发明，适用于该第一有机废弃物的处理可以是，但不限于加热处理、驯养(acclimation)、使用pH值调节剂的处理，以及它们的组合。该处理可帮助抑制该第一有机废弃物内可能存在的甲烷产生菌和/或其它非所欲的微生物，例如耗氢菌(hydrogen-consumingbacteria)，的生长和/或生物活性。
较佳地，被应用于该第一有机废弃物的加热处理是在一落在80至120℃的温度范围下被进行历时一段充分的时间，例如20至60分钟。在本发明的一个较佳具体例中，该第一有机废弃物是在一为95至100℃的温度范围下被加热处理历时45分钟。
依据本发明，该第一有机废弃物的驯养可以采用熟习此项技艺者所知且惯用的技术来进行。在此方面，可以参照，例如Lin C.-Y.andChen C.-C.(2001)，Acta Biotechnol，Vol.21，Iss.4，pp.371-379；Yu H.，Zhua Z.，Hu W.and Zhang H.(2002)，Int.J.Hydrogen Energy，27，1359-1365；Hussy I.，Hawkes F.R.，Dinsdale R.，and HawkesD.L.(2003)，Biotechnology and Bioengineering，Vol.84，No.6，619-626；以及Kim J.O.，Kim Y.H.，Ryu J.Y.，Song B.K.，Kim I.H.and Yeom S.H.(2005)，Process Biochemistry，40，1331-1337。
依据本发明，该第一有机废弃物的驯养可以采用熟习此项技艺者所知且惯用的反应器来进行。较佳地，适用于驯养该第一有机废弃物的反应器可包含，但不限于上流式厌氧污泥床(upflow anaerobicsludge blanket，UASB)、连续式搅拌反应器(continuous stirredtank reactor，CSTR)、厌氧序批式反应器(anaerobic sequencingbatch reactor，ASBR)、担体诱发式颗粒污泥床(carrier-inducedgranular sludge bed，CIGSB)或导向管流化床反应器(draft tubefluidized bed reactor，DTFBR)等等。
在本发明的一个较佳具体例中，该第一有机废弃物首先在一落在80至120℃的温度范围(较佳为100℃)的温度下被加热处理历时一段落于20至60分钟(较佳为45分钟)的期间，然后被置于一连续式搅拌反应器(CSTR)内进行驯养历时一段落于7至70天的期间。
依据本发明，该第一有机废弃物可使用一酸性pH值调节剂予以处理，因而具有一pH值落在3至5的范围内。此外，该酸性pH值调节剂的选择以不影响该第一有机废弃物的生物活性为原则。较佳地，该酸性pH值调节剂是选自于下列所构成的群组盐酸、乙酸、硫酸、硝酸、磷酸，以及它们的组合。
依据本发明，该第一有机废弃物可使用一碱性pH值调节剂予以处理，因而具有一pH值落在10至12的范围内。此外，该碱性pH值调节剂的选择以不影响该第一有机废弃物的生物活性为原则。较佳地，该碱性pH值调节剂是一金属氢氧化物，诸如NaOH、KOH、LiOH、Ca(OH)2、Al(OH)3等等。
依据本发明，该第二有机废弃物可在一为40至70℃的温度范围下被加热处理历时一段充分的时间，较佳为10至20分钟。
依据本发明，该第二有机废弃物可以是，但不限于生活污水处理厂的废水污泥；发酵相关产业，诸如味精制造业、酒或酒精制造业、醋制造业以及酱油制造业的废水污泥；抗生素制造业的废水污泥；有机溶剂制造业的废水污泥；制糖业的废水污泥；食品工厂的废水污泥；畜牧场的废水污泥；以及能源作物(energy crop)的废弃物等等。较佳地，该第二有机废弃物是发酵相关产业的废水污泥。在本发明的一个较佳具体例中，该第二有机废弃物是味精制造业的糖蜜废水。
依据本发明，适用于该第一有机废弃物厌氧发酵该第二有机废弃物的反应器可包含，但不限于上流式厌氧污泥床(upflow anaerobicsludge blanket，UASB)、连续式搅拌反应器(continuous stirredtank reactor，CSTR)、厌氧序批式反应器(anaerobic sequencingbatch reactor，ASBR)、担体诱发式颗粒污泥床(carrier-inducedgranular sludge bed，CIGSB)或导向管流化床反应器(draft tubefluidized bed reactor，DTFBR)等等。可了解到的是，该反应器的操作条件会进一步随着所使用的其它外围仪器设备、该第一与第二有机废弃物的种类、用量比例以及处理方式等因素而被变动，以便达致最佳的产氢效果。而这些操作条件的选择是熟习此项技艺者能例行性地自行决定的。
在本发明的一个较佳具体例中，供用于该第一有机废弃物厌氧发酵该第二有机废弃物的反应器是一种上流式厌氧污泥床(UASB)。在一更佳的具体例中，该上流式厌氧污泥床(UASB)中的反应条件被设定为反应温度在34-36℃之间、pH值在5-7之间(较佳为5.5)、HRT为0.5-12小时(较佳为4小时)，以及上升流速在1-1.1m/h之间，而一极佳的产氢效率可被得到。
在本发明的另一个较佳具体例中，供用于该第一有机废弃物厌氧发酵该第二有机废弃物的反应器是一种连续式搅拌反应器(CSTR)。在一更佳的具体例中，该连续式搅拌反应器(CSTR)中的反应条件被设定为反应温度在34-36℃之间、pH值在5-7之间(较佳为5.5)，以及HRT为12-24小时，而一优异的产氢效率可被得到。
依据本发明，该反应器的厌氧状态是藉由将一惰性气体(inertgas)充满于该反应器内而被形成。适用于本发明的惰性气体可以选自于下列所构成的群组氮气、氦气、氩气、氖气、氪气、氙气，以及它们的组合。在本发明的一个较佳具体例中，该惰性气体是氩气。
依据本发明，该被处理过的第一有机废弃物与该被加热处理过的第二有机废弃物可呈一落在99∶1至1∶99范围(较佳为9∶1至1∶9)内的比例被加入至该反应器内。在本发明的一个较佳具体例中，该被处理过的第一有机废弃物与该被加热处理过的第二有机废弃物的混合比例是1∶1。
较佳地，该被加热处理过的第二有机废弃物的浓度被控制落在一为15至60g COD/L的范围内。在本发明的一个较佳具体例中，该被加热处理过的第二有机废弃物的浓度被控制为40g COD/L。
依据上述，一方便的、省能的生物产氢方法可供产业界来有效地利用有机废弃物作为产氢能源。特别地，依据本发明的方法除了可提高产氢量与产氢速率外，还可增加操作的稳定性。
本发明将就下面实施例来作进一步说明，但应了解的是，该等实施例仅是用来作为例示说明，而不应被解释为本发明的实施上的限制。
实施例A、实验材料1.在下面的实施例中，供作为植种污泥(seeding sludge)的有机废弃物是得自于台中市黎明污水处理厂的废水污泥(sewage sludge)，它的性质被显示于表1中。
表1.废水污泥的性质

2.在下面的实施例中，供用于驯养植种污泥与供作为厌氧发酵产氢的基质的有机废弃物，是得自于味丹企业股份有限公司的浓缩糖蜜发酵液(Condensed Molasses Fermentation Solubles，C.M.S)，它的成份被显示于下面的表2中。
为使本发明的方法能达到最大的产氢效率，在实验之前，浓缩糖蜜发酵液(原始浓度为400g COD/L)经由使用自来水而予以稀释成一具有一浓度为40g COD/L的糖蜜废水(molasses wastewater)(参见，Jou-Hsien Wu and Chiu-Yue Lin(2003)，IWA 6th SpecialtySymposium on Strong Nitrogenous and Agro-Wastewater，Seoul，Korea，June 11-13，2003，Vol.1471-478)。
表2.浓缩糖蜜发酵液的成份

(a)CNS方法中国国家标准(Chinese NationalStandards)(1990).
(b)AOAC法官方农业化学家学会的标准(Association ofOfficial Agricultural Chemists standards)(1885).
(c)ROCHE法就高安全标准而被认可的罗氏法(Rocherecognized for high safety standards)(1999).
B、一般操作方法与设备1.植种污泥的热前处理(heat pretreatment)于下面实验中，植种污泥的热前处理是参考林秋裕等人于TW553898中所揭示的方法来进行。主要地，得自于台中市黎明污水处理厂的废水污泥于一为80至120℃的温度范围下被加热处理历时20至60分钟，而使得该废水污泥中的甲烷产生菌(methanogenic bacteria)的生物活性被抑制。
2.上流式厌氧污泥床(UASB)，它配备有一反应槽主体、一基质桶、一基质加热设备、一微电脑双pH控制器(Dual channel pHcontroller)(SUNTEX，TYPEPC-3200)以及一湿试气体流量计(wet-test gas flow meter)(RITTER，TYPETG1/5)。
3.连续式搅拌反应器(CSTR)(BE.Marubishi.Bioengineering，Tokyo，Japan，TYPEMDL-750)，它具有一为4L的操作体积(workingvolume)。
实施例1.以不同的加热条件来处理糖蜜废水(molasses sewage)对于厌氧发酵产氢(anaerobic fermentative hydrogenproduction)的影响含有会产氢的厌氧菌的植种培养物(seeding culture)的制备依照上面“B、一般操作方法与设备”的第1项「植种污泥的热前处理」中所述，将得自于台中市黎明污水处理厂的废水污泥进行100℃的加热处理历时45分钟。
之后，将经加热处理的废水污泥植入一连续式搅拌反应器(continuous stirred tank reactor，CSTR)中，并以糖蜜废水(浓度为40g COD/L)来进行驯养(acclimation)历时约30天，藉此而得到含有会产氢的厌氧菌的植种培养物(seeding culture)，有关该连续式搅拌反应器的各项操作参数被显示于下面表3中，而该植种培养物的性质被显示于下面表4中。
表3.连续式搅拌反应器(CSTR)的操作参数设定

表4.植种培养物的性质

糖蜜废水的加热处理与厌氧发酵产氢程序为了探讨在进料之前，以不同的加热条件来处理作为厌氧发酵反应的基质的糖蜜废水之后，会对厌氧发酵产氢产生何种影响，一种如上面“B.一般操作方法与设备”中所述的上流式厌氧污泥床(UpflowAnaerobic Sludge Blanket，UASB)被使用。
将依据上面“含有会产氢的厌氧菌的植种培养物(seedingculture)的制备”中所述的方法而得到的植种培养物置入该上流式厌氧污泥床的反应槽主体内，继而以氩气来充填该反应槽主体直至该反应槽主体完全被氩气所充满。
将糖蜜废水(浓度为40g COD/L)放置于一基质桶内，并分别在4种不同的加热条件下(亦即，在40℃、50℃、70℃下加热历时10分钟，以及在40℃下加热历时20分钟)，以一基质加热设备予以加热处理。另外，对照组(control)是不作任何加热处理的糖蜜废水(浓度为40gCOD/L)。
之后，与该植种培养物等体积的被加热处理过的糖蜜废水被连续进流至该反应槽主体中，以与该植种培养物相混合并进行厌氧发酵反应历时35至40天。
在进行厌氧发酵产氢的过程中，该经加热处理的糖蜜废水的pH值以3N的NaOH溶液并藉由使用一pH控制设备的定量给料泵(Dosing Pump)而被控制在5.5±0.1，而有关该反应槽主体的各项操作参数设定值被示于表5中。
表5.反应槽主体的操作参数设定

每日由厌氧发酵反应所产生的气体藉由一气体收集设备而被收集，并且予以换算为2种产氢指标，包括氢含量(H2content)与产氢速率(Hydrogen production rate，HPR)。将每日所测得的氢含量(H2content)与产氢速率(HPR)来对时间作图，所得结果如图1至图4所示。
从图1至图4可见，与未经加热处理的糖蜜废水相较，以经过50℃或70℃加热处理历时10分钟的糖蜜废水或经40℃加热处理历时10或20分钟的糖蜜废水来作为厌氧发酵反应的基质时，可以得到较高的氢气含量，并且在反应时间内呈现一稳定产氢的情形。
另外，每日的平均氢含量与平均产氢速率被显示于下面的表6中。由表6可见，以经过40℃加热处理历时10分钟的糖蜜废水来作为厌氧发酵反应的基质时，所得到的平均HPR与平均氢含量分别是未经加热处理的糖蜜废水所具者的约1.38倍与4.42倍。此外，以经过40℃加热处理历时20分钟，或经过50℃或70℃加热处理历时10分钟的糖蜜废水来作为厌氧发酵反应的基质时，所得到的平均HPR分别是未经加热处理的糖蜜废水所具者的约3.75、3.63以及3.88倍，而平均氢含量则分别是未经加热处理的糖蜜废水所具者的约5.16、4.27以及4.6倍。
表6.以不同的加热条件作处理的糖蜜废水在经过厌氧发酵反应后后所得到的平均氢含量与平均HPR

总结，在糖蜜废水被进料至反应槽供作为厌氧发酵反应的基质之前，预先以50℃或70℃予以加热处理历时10分钟，或以40℃予以加热处理历时10或20分钟能有效的提高整体的产氢效率。
实施例2.于60℃下被加热处理历时10分钟的糖蜜废水的厌氧发酵产氢情形于本实验中，将作为基质的糖蜜废水的加热条件调整为于60℃下加热历时10分钟，并使用一种如上面“B.一般操作方法与设备”中所述的连续式搅拌反应器(CSTR)来进行一种二阶段的厌氧发酵产氢程序。另外，气体组成分析是使用一种配备有一热传导侦检器(thermalconductivity detector)的气相层析仪(gas chromatograph，Shimadzu GC-14A)来进行。
首先，在第一阶段的厌氧发酵产氢程序中，依照上面“B、一般操作方法与设备”的第1项「植种污泥的热前处理」中所述，将得自于台中市黎明污水处理厂的废水污泥以100℃加热处理历时45分钟。之后，将经加热的废水污泥置于一连续式搅拌反应器的反应槽主体中，继而以氩气予以充填直至该反应槽主体完全被氩气所充满。接着将未经加热的糖蜜废水(浓度为40g COD/L)连续进流至该连续式搅拌反应器中，并依据下面表7中所述的操作参数来进行厌氧发酵产氢程序。每日监测该连续式搅拌反应器的各个指标，包括pH值、氧化还原电位(ORP)、碱度(alkalinity)、挥发性脂肪酸(volatile fatty acid)、气体生成(gas production)以及氢气含量(hydrogen gas content)的变化。
表7.连续式搅拌反应器的操作参数设定表

当厌氧发酵产氢程序进行至第130天时，该连续式搅拌反应器中已无气体生成，因此，停止该连续式搅拌反应器的运作并予以清洗。在经过一约10天的期间之后，重新启动该连续式搅拌反应器并进行第二阶段的厌氧发酵产氢程序，它的实施步骤是类似于第一阶段的厌氧发酵产氢程序，不同之处在于使用经60℃加热处理历时10分钟的糖蜜废水(浓度为40g COD/L)作为厌氧发酵反应的基质。将每日所测得的氢含量(H2content)、甲烷含量(CH4content)、氧化还原电位(ORP)以及产氢速率(HPR)来对时间作图，结果如图5所示。
从图5可见，在第一阶段的厌氧发酵产氢程序的期间(亦即从第1至第130天)当中所测得的甲烷含量是落在一为约0至2％的范围，而每日的平均氢含量与平均产氢速率(HPR)分别为25.7％与29.6mmol-H2/L-天(亦即0.74L/L/天)。特别地，在第110至第130天的期间当中所测得的平均氢含量与平均产氢速率(HPR)分别为20％与10mmol-H2/L-天(亦即0.25L/L/天)，这表示未经加热处理的糖蜜废水中存在有甲烷产生菌而致使产氢效率降低。
相反地，在第二阶段的厌氧发酵产氢程序的期间(亦即从第140至第225天)当中没有甲烷产生，而每日的平均氢含量与平均产氢速率(HPR)分别为36％与40mmol-H2/L-天(亦即1.0L/L/天)。与第一阶段的厌氧发酵产氢程序相较，第二阶段的厌氧发酵产氢程序的平均氢含量与平均产氢速率(HPR)分别被提高约40％与35％，并且呈现稳定产氢的情形。这表示对作为基质的糖蜜废水进行一加热处理可以抑制其中所含有的甲烷产生菌，进而提高产氢效率与反应器运作的稳定性。
于本说明书中被引述的所有文献资料与专利案以其整体被并入本案作为参考资料。若有所冲突时，本案的详细说明(包含界定在内)将占上风。
虽然本发明已参考上述特定的具体例被描述，明显地在不背离本发明的范围和精神之下可作出很多的修改和变化。因此意欲的是，本发明仅受如随文检附的权利要求书所示者的限制。
权利要求
1.一种用于促进厌氧性生物产氢的方法，其特征在于提供一种含有会产氢的厌氧菌的第一有机废弃物；对该第一有机废弃物进行一处理，而使得被包含在该第一有机废弃物内的该等会产氢的厌氧菌成为占优势的；令一种可能含有非所欲的非产氢菌的第二有机废弃物在一为40℃至不会致使该第二有机废弃物沸腾的温度范围下被加热处理历时一段时间，而使得该第二有机物内所含有的非产氢菌被抑制或减少；将该被处理过的第一有机废弃物与该被加热处理过的第二有机废弃物加入至在一被弄成是处于一厌氧状态下的反应器内；以及容许该被处理过的第一有机废弃物内的会产氢的厌氧菌来厌氧地发酵该被加热处理过的第二有机废弃物，而使得氢气被生成。
2.如权利要求1的方法，其特征在于该第一有机废弃物是选自于下列所构成的群组生活污水处理厂的废水污泥、食品工厂的废水污泥、畜牧场的废水污泥、能源作物的废弃物，以及它们的组合。
3.如权利要求2的方法，其特征在于该第一有机废弃物是生活污水处理厂的废水污泥。
4.如权利要求1的方法，其特征在于该第一有机废弃物被进行一选自于下列所构成的群组中的处理加热处理、驯养、pH值调节剂处理，以及它们的组合。
5.如权利要求4的方法，其特征在于该第一有机废弃物被进行一加热处理。
6.如权利要求5的方法，其特征在于该第一有机废弃物是在一为80至120℃的温度范围下被加热处理历时20至60分钟。
7.如权利要求6的方法，其特征在于该第一有机废弃物被进行一加热处理后，继而被驯养。
8.如权利要求4的方法，其特征在于该第一有机废弃物被进行一使用一酸性pH值调节剂的处理，因而具有一pH值落在3至5的范围内。
9.如权利要求8的方法，其特征在于该酸性pH值调节剂是选自于下列所构成的群组盐酸、乙酸、硫酸、硝酸、磷酸，以及它们的组合。
10.如权利要求4的方法，其特征在于该第一有机废弃物被进行一使用一碱性pH值调节剂的处理，因而具有一pH值落在10至12的范围内。
11.如权利要求10的方法，其特征在于该碱性pH值调节剂是一选自于下列群组中的金属氢氧化物NaOH、KOH、LiOH、Ca(OH)2、Al(OH)3，以及它们的组合。
12.如权利要求1的方法，其特征在于该第二有机废弃物在一为40至70℃的温度范围下被加热处理历时一为10至20分钟的时间。
13.如权利要求1的方法，其特征在于该第二有机废弃物是选自于下列所构成的群组生活污水处理厂的废水污泥、发酵相关产业的废水污泥、抗生素制造业的废水污泥、有机溶剂制造业的废水污泥、制糖业的废水污泥、食品工厂的废水污泥、畜牧场的废水污泥、能源作物的废弃物，以及它们的组合。
14.如权利要求13的方法，其特征在于该第二有机废弃物是发酵相关产业的废水污泥。
15.如权利要求14的方法，其特征在于该第二有机废弃物是味精制造业的糖蜜废水。
16.如权利要求1的方法，其特征在于该反应器是选自于下列所构成的群组上流式厌氧污泥床、连续式搅拌反应器、厌氧序批式反应器、担体诱发式颗粒污泥床、导向管流化床反应器，以及它们的组合。
17.如权利要求1的方法，其特征在于该反应器的厌氧状态是藉由将一惰性气体充满于该反应器内而被形成。
18.如权利要求17的方法，其特征在于该惰性气体是选自于下列所构成的群组氮气、氦气、氩气、氖气、氪气、氙气，以及它们的组合。
19.如权利要求18的方法，其特征在于该惰性气体是氩气。
20.如权利要求1的方法，其特征在于该被处理过的第一有机废弃物与该被加热处理过的第二有机废弃物是呈一落在99∶1至1∶99范围内的比例被加入至该反应器内。
21.如权利要求20的方法，其特征在于该被处理过的第一有机废弃物与该被加热处理过的第二有机废弃物是呈一落在9∶1至1∶9范围内的比例被加入至该反应器内。
全文摘要
本发明揭示一种用于促进厌氧性生物产氢的方法，它包括提供一种含有会产氢的厌氧菌的第一有机废弃物；对该第一有机废弃物进行一处理，而使得被包含在该第一有机废弃物内的该等会产氢的厌氧菌成为占优势的；令一种可能含有非所欲的非产氢菌的第二有机废弃物在一为40℃至不会致使该第二有机废弃物沸腾的温度范围下被加热处理历时一段时间，而使得该第二有机物内所含有的非产氢菌被抑制或减少；将该被处理过的第一有机废弃物与该被加热处理过的第二有机废弃物加入至在一被弄成是处于一厌氧状态下的反应器内；以及容许该第一有机废弃物内的会产氢的厌氧菌来厌氧地发酵该被加热的第二有机废弃物，而使得氢气被生成。
文档编号C12P3/00GK101033473SQ200510097058
公开日2007年9月12日 申请日期2005年12月30日 优先权日2005年12月30日
发明者林秋裕, 吴柔贤, 林崇毅, 陈晋照 申请人:逢甲大学