专利名称:一种利用海水养殖有机质的废弃物制取氢气的方法
技术领域：
本发明涉及微生物制氢技术，具体地说是一种利用海水养殖有机质的废弃物制取氢气的方法。
背景技术：
氢气是高效、清洁、可再生的能源，在全球能源系统的持续发展中将起到显著作用，并将对全球生态环境产生巨大的影响。氢本身是可再生的，在燃烧时只生成水，不产生任何污染物，甚至也不产生CO2，可以实现真正的“零排放”。此外，氢与其它含能物质相比，还具有一系列突出的优点；氢的能量密度高，是普通汽油的2.68倍；用于贮电时，其技术经济性能目前已有可能超过其它各类贮电技术；将氢转换为动力，热效率比常规化石燃料高30-60％，如作为燃料电池的燃料，效率可高出一倍；氢适于管道运输，可以和天然气输送系统共用；在各种能源中，氢的输送成本最低，损失最小，优于输电。氢与燃料电池相结合可提供一种高效、清洁、无传动部件、无噪声的发电技术。小型的低温固体离子交换膜燃料电池可用在汽车和火车机车上；氢也能直接作为发动机的燃料，日本已开发了几种型号的氢能车。预计到21世纪初，燃氢发动机将在汽车、机车、飞机等交通工具的应用中实现商业化。氢能作为“二次能源”，国际上的氢能制备来自于矿石燃料、生物质和水工艺，主要有电解制氢、热解制氢、光化制氢、放射能水解制氢、等离子电化学法制氢和生物制氢等。
传统的制氢工艺有电解水；烃类水蒸汽重整制氢及重油(或渣油)部分氧化重整制氢。电解水制氢是目前应用较广、且比较成熟的方法之一。水为原料制氢工程是氢与氧燃烧生成水的逆过程，因此只要提供一定形式的能量，则可使水分解成氢气和氧气。提供电能使水分解制得的氢气的效率一般在75％-85％。其中工艺过程简单，无污染，但消耗电量大，因此其应用受到一定的限制。目前电解水的工艺、设备均在不断的改进，但电解水制氢能耗仍然很高。烃类水蒸汽重整制氢反应是强吸热反应，反应时需外部供热；热效率较低，反应温度较高，反应过程中水大量过量，能耗较高，造成资源的浪费。重油氧化制氢重整方法，反应温度较高，制得的氢纯度低，也不利于能源的综合利用。除了生物制氢技术外，其它的制氢技术都要消耗大量的化石能源，而且也会在生产过程中造成环境污染，所以采用生物制氮技术，减少环境污染，节约不可再生能源，将成为未来能源制备技术的主要发展方向之一。
现有的生物制氢过程用藻类或者蓝细菌的生物光解水法，该方法用光解水产生H2和O2，氢释放量在氮气中最高。生物光裂解水产氢是理想制氢途径，但蓝细菌和绿藻作为产氢来源似乎并不合适，因为在光合放氢同时，伴随氧的释放，除产氢效率较低外，如何解决放氢酶遇氧失活是该技术应解决的关键问题。采用连续不断地提供氩气以维持较低氧分压和光照黑暗交替循环方法用于实验研究尚可，但较难实用化。
发明内容本发明的目的是提供一种利用海水养殖有机质的废弃物制取氢气的方法，该技术突破了生物制氢技术必须采用纯菌种和固定技术的局限，开创了利用非固定化菌种生产氢气的新途径，充分利用不同产氢菌及其互生菌的混合培养，使代谢产物不易积累，为彼此之间创造生存环境，多种菌株代谢活性充分发挥起来，以达到最佳的产氢效果，提高产氢能力，增加产氢量。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种利用海水养殖有机质的废弃物制取氢气的方法，具体步骤如下①收集废水处理池的泥样，置于发酵罐或光反应器中；所述废水处理池的泥样来源于海水动物养殖厂的底泥和/或海水网箱养鱼所使用网箱架上的废泥；②将光合细菌和非光合异养细菌接种于收集泥样的发酵罐或光反应器中进行发酵5-10天，直至产生氢气；
③将上述产生的氢气储存到储藏罐或储氢材料罐中备用。
所述的光合细菌和非光合异养细菌是从海水动物养殖厂的底泥、富营养化的海水及海水网箱养鱼所使用网箱架上的废物、深海海底底泥、城市生活废水下水道入海口处的底泥、近岸海水底泥、饵料中分离出的；所述异养细菌包含梭菌、肠杆菌、红螺菌、红假单胞菌、芽孢杆菌、脱硫弧菌和产甲烷菌；发酵过程细菌的接种量为泥样重量的0.1-0.5％；所述发酵罐或光反应器的体积可为100m&sup3，温度为25-38℃，可持续产氢10-15天，每天可产550-625m&sup3氢气。
本发明具有如下优点1.本发明突破了生物制氢技术必须采用纯菌种和固定技术的局限，开创了利用非固定化菌种生产氢气的新途径，充分利用不同产氢菌及其互生菌的混合培养，使代谢产物不易积累，为彼此之间创造生存环境，多种菌株代谢活性充分发挥起来，以达到最佳的产氢效果，提高产氢能力，增加产氢量，发酵制取氢气的优势。
2.成本低。本发明用含有丰富的有机物海水底泥或富营养的海水为营养基，培养分离的混合菌群，进行放氢；利用海水养殖有机质的废弃物制取氢气，成本低廉。
3.专性利用海水养殖有机废泥产生氢气。目前在淡水有机废泥(如城市下水道的有机污泥)为基质进行放氢所用的菌种均为淡水性的，不适合在海水性的有机质中进行生长和代谢。而且，目前中国的海水养殖规模庞大，由此产生大量的有机废物，造成严重的环境的污染，将其变废为宝，意义重大。
图1为本发明的反应工艺流程图；图中1为废水处理池，2为发酵罐或光反应器中有机基质，3为氢气储藏罐或储氢材料罐，4为氢气使用装置，5为发酵罐或光反应器，6为养殖池。
具体实施方式下面举例对本发明进行说明，但本发明的保护范围不仅局限于以下实施例中。
实施例1具体步骤如下1)收集海水动物养殖厂的底泥和富营养化的海水及海水网箱养鱼所使用网箱架上的废物，存放于废水处理池中，取废水处理池的泥样置于发酵罐中，发酵罐的体积为100m&sup3；2)将光合细菌和非光合异养细菌接种于收集泥样的发酵罐中，接种量为泥样重量的0.5％，温度为32-38℃，进行发酵5天，直至产生氢气；每天可产550-625m&sup3氢气，可持续产氢15天；所述的异养细菌包含梭菌、肠杆菌、红螺菌、红假单胞菌、芽孢杆菌、脱硫弧菌和产甲烷菌；以上光合细菌和非光合异养细菌均可以通过商业途径购买获得，其中所述的各类细菌菌种已在现有技术文献中大量报导，并广为使用；梭菌，如酪酸梭菌(Clostridium butyricum)(Karube I.，Matsunaga T.，Tsuru S.，et al.Continuous hydrogen production by immobilized whole cells of Clostridiumbutyricum.Biochim.Biophys.Acta.1976.444338-343)、污水梭菌(C.deflucill)(陈双雅，东秀珠.一个新的产氢细菌的鉴定及产氢特性的研究.微生物学报.2004，44411-416)、巴氏醋梭菌(C.pasteurianum)(Brosseau J.P.，ZajicJ.E.，Hydrogen gas production with citrobacter intermedius and Clostridiumpasteurianum.J.Chem.Tech.Biotechnol.1982.32496-502)；肠杆菌，如产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes)(Yokoi H.，Ohkawara T.，Hirose J.et al.Characteristics of hydrogen production by aciduric Enterobacteraerogenes strain HO-39.J.Ferment Bioeng.1995，80571-574)红细菌，如荚膜红细菌(Rhodobacter spharoides)(Eroglu I，Aslan K.GunduzU.et al.Substrate consumption rates for hydrogen production by Rhodobacterspharoides in a colum photobioreactor.[J].J.Biotechnology.1999.70103-113)(Asikalak Ramana C.H.Regulation of simultaneous hydrogen photoproductionduring grow by pH and glutamate in Rhodobacter spharoides.[J].J.HydrogenEnergy.1995.20123-126)；红卵菌，广海小红卵菌(Rhodovulumeury halinum)(谷志静，陈锡时，韩士杰，等。海洋光合细菌RX菌煮的分离鉴定与生物学特性研究，西北农林科技大学学报(自然科学版)，2004，3247-52)红假单胞菌，沼泽红假单胞菌(Rhdodspeudomonas palustris)(朱核光，赵琦琳，史家梁。光合细菌Rhdodspeudomonas产氢的影响因子实验研究，应用生态学报，1997；2107-112)，(朱励华，韩茵，陈勃，等，海洋光合细菌生产性培养技术研究，浙江水产学院学报，1998，17(1)6-12)等等3)将上述产生的氢气储存到储藏罐中备用。
实施例2具体步骤如下1)收集海水动物养殖厂的底泥和富营养化的海水及海水网箱养鱼所使用网箱架上的废物，存放于废水处理池中，取废水处理池的泥样置于光反应器中；光反应器的体积为100m&sup3；2)将光合细菌和非光合异养细菌接种于收集泥样的光反应器中，接种量为泥样重量的0.2％，温度为25-30℃，进行发酵10天，直至产生氢气；每天可产550-625m&sup3氢气，可持续产氢14天；所述的异养细菌包含梭菌、肠杆菌、红螺菌、红假单胞菌、芽孢杆菌、脱硫弧菌和产甲烷菌；以上光合细菌和异养细菌均可以通过常规的分离手段获得，本实例的光合细菌和非光合细菌是从海水动物养殖厂的底泥、富营养化的海水及海水网箱养鱼所使用网箱架上的废物、深海海底底泥、城市生活废水下水道入海口处的底泥、近岸海水底泥、饵料中分离出的，其中的异养细菌包含梭菌、肠杆菌、红螺菌、红假单胞菌、芽孢杆菌、脱硫弧菌和产甲烷菌；(陈明耀主编.生物饵料培养.中国农业出版社.北京.1997，3-22).其分离过程如下①.采样从海底底泥、河底、湖底或污水处用采水器或采泥器取少量泥土或水样；②.富集培养将上述样品溶于适当的培养液中，厌气环境，适当光照和温度下进行富集培养；③.分离纯化取约100-200μl上述富集的培养液于含选择性培养基的平板上，用涂布器涂布使其分布均匀。待平板上长出单菌落后，挑取单菌落在含同样培养基的平板上划线，进行纯化，然后进行菌种的鉴定。
3)将上述产生的氢气储存到储氢材料罐中备用。
权利要求
1.一种利用海水养殖有机质的废弃物制取氢气的方法，其特征在于具体步骤如下，①收集废水处理池的泥样，置于发酵罐或光反应器中；所述废水处理池的泥样来源于海水动物养殖厂的底泥和/或海水网箱养鱼所使用网箱架上的废物；②将光合细菌和非光合异养细菌接种于收集泥样的发酵罐或光反应器中进行发酵5-10天，直至产生氢气；③将上述产生的氢气储存到储藏罐或储氢材料罐中备用。
2.按照权利要求
1所述的海水养殖有机质的废弃物制取氢气的方法，其特征在于所述的光合细菌和非光合异养细菌是从海水动物养殖厂的底泥、富营养化的海水及海水网箱养鱼所使用网箱架上的废物、深海海底底泥、城市生活废水下水道入海口处的底泥、近岸海水底泥、饵料中分离出的。
3.按照权利要求
1所述的海水养殖有机质的废弃物制取氢气的方法，其特征在于所述发酵过程细菌的接种量为泥样重量的0.1-0.5％。
4.按照权利要求
1所述的海水养殖有机质的废弃物制取氢气的方法，其特征在于所述发酵罐或光反应器的体积为100m&sup3，温度为25-38℃，可持续产氢10-15天，每天可产550-625m&sup3氢气。
5.据权利要求
2所述的海水养殖有机质的废弃物制取氢气的方法，其特征在于所述的细菌菌种包含梭菌、肠杆菌、红螺菌、红假单胞菌、芽孢杆菌、脱硫弧菌和产甲烷菌。
专利摘要
本发明涉及微生物制氢技术，具体地说是一种利用海水养殖有机质的废弃物制取氢气的方法，收集废水处理池的泥样，置于发酵罐或光反应器中；将光合细菌和非光合异养细菌接种于收集泥样的发酵罐或光反应器中进行发酵5－10天，直至产生氢气；将上述产生的氢气储存到储藏罐或储氢材料罐中备用。本发明的优点为突破了生物制氢技术必须采用纯菌种和固定技术的局限，开创了利用非固定化菌种生产氢气的新途径，充分利用不同产氢菌及其互生菌的混合培养，使代谢产物不易积累，为彼此之间创造生存环境，多种菌株代谢活性充分发挥起来，提高产氢能力，增加产氢量。
文档编号C12R1/01GK1990872SQ200510136708
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月27日
发明者王广策, 张宝玉, 周百成 申请人:中国科学院海洋研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan