專利名稱：高效利用植物質(zhì)廢棄物制備氫氣的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及植物質(zhì)廢棄物處理及其資源化利用的生物技術，也涉及氫氣的制備方法。
背景技術：
我國每年產(chǎn)生大量的植物質(zhì)及其廢棄物，其中農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量就在6億噸以上，約折合3億噸標準煤，這是一個巨大的能源儲備。每年農(nóng)村在收獲季節(jié)都大量焚燒秸稈，既浪費了寶貴而有限的資源，又嚴重污染了環(huán)境。加強廢棄資源回收利用和環(huán)境保護，有利于促進生態(tài)平衡，也是我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的需要。因此，對植物質(zhì)廢棄物的資源化利用技術的開發(fā)具有十分重要的意義。
氫氣作為一種重要的化工原料，在石油化工、電子工業(yè)和中小電廠等許多領域都有廣泛的應用。氫氣也是一種重要的清潔能源，在航空航天工業(yè)中是一種重要的燃料。氫氣是能實現(xiàn)污染零排放的清潔能源，因此在未來的電動汽車、公共交通工具和氫能發(fā)電中將具有重要的用途。氫氣的燃燒值高，是汽油的3倍，酒精的3.9倍；清潔無污染，燃燒過程中只產(chǎn)生水，不產(chǎn)生溫室氣體二氧化碳和其它對人體有害的物質(zhì)。
現(xiàn)有技術中，氫氣的制備包括物理化學方法和生物技術方法兩大類。物理化學方法制備氫氣技術成熟，是現(xiàn)行主要的氫氣制備方法，但其能耗高，成本昂貴。與物理化學方法相比，生物方法制取氫氣具有高效、節(jié)能、經(jīng)濟等諸多優(yōu)點而倍受世界各國和眾多國際組織的高度重視。中國專利CN 92114474.1和美國專利US 6090266都報道了應用厭氧活性污泥為產(chǎn)氫微生物源，通過有機廢水的厭氧降解制備氫氣的方法。但這類生物制氫所適應的底料大多局限于含糖和淀粉類的碳水化合物及其相應的有機廢水。中國專利申請02148681.6中將農(nóng)作物秸稈經(jīng)過酸預處理、加熱，然后用堿中和，再用經(jīng)過100℃加熱預處理的堆肥作為微生物源發(fā)酵制取氫氣。這種方法中的預處理過程費用昂貴，限制了其在生產(chǎn)中的應用。此外，英國雜志《水科學和技術》(Water Science and Technology)2003年第48卷第4期曾報道了利用瘤胃微生物厭氧降解秸稈廢棄物的方法。該方法先將秸稈粉碎，然后間歇性加入到接種瘤胃微生物的厭氧消化反應器中使植物質(zhì)廢棄物降解，其主要產(chǎn)物為乙酸、丙酸、丁酸和甲烷，其中未見有用于制備氫氣的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種首先利用瘤胃微生物對植物質(zhì)廢棄物進行降解，再使其液相產(chǎn)物進一步轉化，從而能夠高效率低成本地制備氫氣的方法。
本發(fā)明的技術方案通過以下方法實現(xiàn)。
本發(fā)明的高效利用植物質(zhì)廢棄物制備氫氣的方法，包括第一步利用瘤胃微生物對植物質(zhì)廢棄物進行降解并收集含氫氣氣體，第二步使其液相產(chǎn)物進一步轉化、收集含氫氣氣體并純化處理得到氫氣；在第一步進行降解的過程中有(1)將植物質(zhì)廢棄物破碎或打漿成備用底料，(2)從反芻動物瘤胃內(nèi)取出瘤胃微生物，并接種到盛有植物質(zhì)廢棄物底料和礦物質(zhì)緩沖液的厭氧消化反應器中，(3)啟動運行厭氧消化反應器，使植物質(zhì)水解酸化，(4)分別收集所產(chǎn)生的含氫氣氣體、液相產(chǎn)物和固相產(chǎn)物；其特征在于，所述的從反芻動物瘤胃內(nèi)取出的瘤胃微生物，首先須接種到發(fā)酵罐中進行培養(yǎng)并馴化，其接種量為發(fā)酵罐反應體積的5-30％，該發(fā)酵罐中盛有植物質(zhì)廢棄物底料和礦物質(zhì)緩沖液，植物質(zhì)底料的濃度為10-40g/L；馴化條件是植物質(zhì)廢棄物底料的添加速率為20-40g/L/d，水力停留時間12-24小時，pH 6.0-7.0，溫度為30-43℃，攪拌速率50-100轉/分鐘，植物質(zhì)廢棄物底料在反應器內(nèi)的停留時間48-72小時，連續(xù)兩周在所產(chǎn)氣體成分中只檢測到氫氣和二氧化碳而檢測不到甲烷時，即瘤胃微生物完全馴化后再接種到盛有植物質(zhì)廢棄物底料和礦物質(zhì)緩沖液的厭氧消化反應器中；在第二步使其液相產(chǎn)物進一步轉化的過程中，首先將液相產(chǎn)物用膜進行分離，濾除瘤胃微生物，使小分子的短鏈有機酸和醇類以及溶液中的緩沖鹽透過膜后收集起來，再按現(xiàn)有方法輸入到接種有光合細菌的光合細菌反應器內(nèi)并收集含氫氣氣體。其中所述在第二步使其液相產(chǎn)物進一步轉化的過程中，用以分離液相產(chǎn)物的膜孔徑為0.25-1.0μm。
本發(fā)明的高效利用植物質(zhì)廢棄物制備氫氣的方法，具體操作步驟為1)破碎植物質(zhì)將植物質(zhì)如農(nóng)作物秸稈、植物質(zhì)生活垃圾、水生植物粉碎或打漿，最終顆粒粒徑小于8mm。
2)馴化瘤胃微生物從反芻動物瘤胃內(nèi)取出瘤胃微生物接種到發(fā)酵罐中進行馴化，接種量為發(fā)酵罐反應體積的5-30％，該發(fā)酵罐中盛有植物質(zhì)廢棄物底料和礦物質(zhì)緩沖液。
瘤胃微生物馴化的條件是秸稈等底料添加速率為20-40g/L/d，水力停留時間12-24小時，pH 6.0-7.0，溫度為30-43℃，攪拌速率50-100轉/分鐘，秸稈等底料在反應器內(nèi)的停留時間60小時。高濃度底料和較高的水解酸化速率抑制了甲烷菌的生長和繁殖，加上甲烷菌本身較長的世代繁殖周期，反應器內(nèi)的甲烷菌逐漸被緩沖液洗脫出來，最后反應器內(nèi)甲烷菌完全消失。因此，氣相產(chǎn)物中甲烷的含量也隨之逐漸降低，直至最后檢測不到。當連續(xù)兩周所產(chǎn)氣體成分中只檢測到氫氣和二氧化碳而檢測不到甲烷的存在時，瘤胃微生物馴化完成。其中所述礦物質(zhì)緩沖液是佩芬緩沖液或者瑪考緩沖液等，佩芬緩沖液的組成為NaHCO35g/L，Na2HPO41.9g/L，KCl 0.5g/L，NaCl 0.5g/L，MgCl2.6H2O 0.13g/L，CaCl20.05g/L，尿素0.5g/L；瑪考緩沖液的組成為Na2CO33.1g/L，K2CO34.0g/L，Na2HPO40.9g/L，K2HPO41.1g/L，MgCl2.6H2O 0.10g/L，CaCl20.04g/L，尿素0.5g/L。
3)啟動厭氧消化反應器將馴化后的瘤胃微生物接種到厭氧消化反應器，通入5-10倍于反應器體積的惰性氣體去除殘余的氧氣，維持反應區(qū)溫度30-43℃，pH為6.0-7.0，攪拌速率為50-100轉/分鐘，秸稈等底料經(jīng)佩芬緩沖液稀釋后的濃度為10-30g/L。水力停留時間為12-24小時，底料停留時間為48-72小時，通過調(diào)整緩沖液中氫氧化鈉的濃度調(diào)節(jié)反應區(qū)的pH范圍為6.0-7.0，并維持相對的穩(wěn)定。當反應區(qū)內(nèi)微生物濃度達到2.0g/L以上并保持穩(wěn)定運行2周，則厭氧消化反應器啟動完成。
4)植物質(zhì)的水解酸化并收集含氫氣氣體達到穩(wěn)定狀態(tài)的厭氧消化反應器，根據(jù)底料添加速率的不同相應調(diào)整緩沖液稀釋的底料濃度，底料的添加速率變動范圍為20-40g/L/d，水力停留時間為12-24小時，底料停留時間為48-72小時，攪拌速率維持在50-100轉/分鐘，反應區(qū)pH范圍為6.0-7.0。收集產(chǎn)生的含氫氣氣體，該氣體中氫氣含量達到10-30％，經(jīng)過簡單純化處理得到純氫氣。達到平衡狀態(tài)時反應區(qū)微生物濃度達到3-5g/L。氫氣產(chǎn)生效率達到50-100ml/g降解底料，產(chǎn)酸效率達到0.2-0.4g有機酸/g底料，降解效率達到55-75％。排出的殘渣經(jīng)沉淀分離出液相和固相產(chǎn)物，分離的液相產(chǎn)物和反應器上端排出口排出的液相產(chǎn)物合并。
5)將液相產(chǎn)物進行膜分離濾除瘤胃微生物，收集液相產(chǎn)物中透過膜的短鏈有機酸和醇類以及溶液中的緩沖鹽，所述膜的孔徑為0.25-1.0μm。
6)光合細菌反應器的運行和第二次收集氣體將光合細菌接種到光合細菌反應器中，其中光合細菌的濃度為2g/L，光的強度為2000-6000勒克斯。將經(jīng)過膜分離的液相產(chǎn)物輸入到光合細菌反應器內(nèi)，使其在光合反應器中進一步轉化為氫氣和二氧化碳，收集含氫氣并經(jīng)過純化處理后得到純氫氣。光合細菌反應器內(nèi)光合細菌濃度約為2-3g/L，水力停留時間為2-3天。以1-2ml/分鐘的速率將分離后液相產(chǎn)物泵入到反應器中，小分子的短鏈有機酸和醇類被光合細菌轉化為氫氣。通常情況下，每克底料降解后產(chǎn)生的有機酸的產(chǎn)氫效率100-160ml，產(chǎn)氫反應器排出口排出的溶液pH值升至8.5-9.5，可作為緩沖液回收繼續(xù)使用。
本發(fā)明以植物質(zhì)如農(nóng)業(yè)固體廢棄物、水生植物、植物質(zhì)有機垃圾為原料，利用馴化的瘤胃微生物在厭氧消化反應器內(nèi)高效降解產(chǎn)生有機酸，再利用光合細菌反應器將酸化產(chǎn)物進一步轉化制取氫氣。由于瘤胃微生物是自然界中分解纖維素能力很強的混合微生物菌群，對農(nóng)作物秸稈、水草以及生活有機垃圾都具有很強的分解能力。因此，相對于厭氧活性污泥法處理，本發(fā)明的降解效率提高了30-50％。同時由于預處理中甲烷菌被洗脫掉，釋放的氫離子最終以氫氣的形式釋放出來，避免了厭氧消化過程中甲烷的產(chǎn)生，而甲烷的燃燒和釋放將產(chǎn)生嚴重的溫室效應。降解過程中產(chǎn)生的短鏈有機酸被光合細菌進一步轉化為氫氣，因此降解產(chǎn)物最終大部分都轉化為氫氣，大大提高了產(chǎn)氫效率。實驗表明，每克底料的產(chǎn)氫效率能達到190-250ml。另外，泵入到光合細菌反應器液相產(chǎn)物中的有機酸被利用后重新恢復了緩沖能力，作為厭氧消化反應器的緩沖液重新使用，其中的光合細菌又可以作為厭氧消化反應器的蛋白質(zhì)源，因此做到緩沖液的循環(huán)利用，有效節(jié)約了能源，降低了成本。
具體實施例方式
下面通過實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步的描述。
實施例11、收集玉米收割后的秸稈，晾曬5天后，用粉碎機將秸稈粉碎為直徑小于5mm的顆粒。
2、從瘺管山羊取200ml瘤胃液迅速轉移到5升發(fā)酵罐內(nèi)，加入玉米秸稈粉80g和3.8升佩芬緩沖液，維持反應器內(nèi)pH為6.0-6.4，溫度32℃，攪拌速率為60轉/分鐘。秸稈粉的添加速率保持為30g/L/d，水力停留時間逐漸從24小時下降到第6天的18小時并維持不變，秸稈粉在反應器內(nèi)的停留時間為60小時。每天檢測產(chǎn)生氣體中成分的組成，當連續(xù)兩周氣體成分中只有氫氣和二氧化碳而檢測不到甲烷時，產(chǎn)甲烷菌被完全清除，瘤胃微生物馴化完成。
3、將馴化完成后的瘤胃微生物接種到厭氧消化反應器中，保持1.2L/分鐘速率充入氮氣20分鐘，驅除反應器內(nèi)殘留的氧氣，保證反應器內(nèi)的厭氧狀態(tài)。反應器總體積4.9L，其中反應區(qū)體積2.5升?？刂品磻鞯臏囟葹?2℃，pH為6.0-6.4，水力停留時間16小時，每2分鐘攪拌30秒，攪拌速率為75轉/分鐘。1天后，將粉碎的玉米秸稈用佩芬緩沖液稀釋到10g/L(干物質(zhì)計)，添加速率從10g/L/d逐漸增加到7天后的25g/L/d。降解后的殘渣經(jīng)出口排出，從開始的250mL/d逐漸增加到7天后的840mL/d(相當于底料停留時間72小時)。當反應區(qū)pH穩(wěn)定在6.0-6.4之間，微生物濃度達到2.5g/L以上并保持穩(wěn)定運行2周，厭氧消化反應器啟動完成。
4、玉米秸稈用緩沖液稀釋的濃度為20g/L，泵入到反應器的速率為30g/L/d，水力停留時間16小時，殘渣排出的速率為840ml/天(相當于底料停留時間72小時)。根據(jù)反應區(qū)pH變化的情況，在緩沖液中添加氫氧化鈉，維持反應區(qū)pH在6.0-6.4之間。達到平衡時，反應區(qū)微生物濃度達到3.5-4.5g/L，玉米秸稈的降解效率達到72％，短鏈有機酸的生產(chǎn)效率達到0.42g/g秸稈粉。其中乙酸0.17g/g秸稈粉，丙酸0.11g/g秸稈粉，丁酸0.10g/g秸稈粉，剩余的為乙醇、異丁酸、戊酸和異戊酸。收集的氣體成分中氫氣含量達到32％，經(jīng)過簡單純化處理得到純氫氣，氫氣產(chǎn)量為70ml/g秸稈粉。
5、將殘渣中固相和液相產(chǎn)物沉淀分離，分離出的液相產(chǎn)物和上出水口液相產(chǎn)物合并，經(jīng)孔徑為0.25μm膜過濾，收集濾液。
6、光合反應器為圓柱型反應器，直徑為30mm，高度為400mm，反應區(qū)容積3.751；用進料泵連續(xù)地將收集的濾液輸入到光合反應器中，調(diào)節(jié)進料泵的流速為1.3ml/min使溶液在反應器中的停留時間為2天；在光合反應器預先接種光合產(chǎn)氫細菌-嗜酸紅假單胞菌，使其濃度達到2g/l，用白織燈持續(xù)提供強度為6000勒克斯光能。產(chǎn)生的氣體經(jīng)過出氣口和氣體計量計，并收集分離出所需氫氣。被處理過的廢液由排水口排出。經(jīng)過2個月的培養(yǎng)，光合細菌反應器達到平衡狀態(tài)，可以穩(wěn)定的連續(xù)產(chǎn)生氫氣和二氧化碳，經(jīng)過簡單純化處理即得到純氫氣，氫氣生產(chǎn)效率相當于160ml氫氣/g秸稈粉。前后兩個反應器總的產(chǎn)氫效率為230ml氫氣/g秸稈粉。排出的廢液pH值8.5-9.2，作為緩沖液和蛋白源重新使用。
實施例21、收集家庭生活垃圾，剔除其中包含的無機物，如石子、鐵屑等。涼曬5天后粉碎為小于6mm以下的顆粒。
2、從瘺管綿羊取700ml瘤胃液迅速轉移到5升發(fā)酵罐內(nèi)，加入粉碎的植物質(zhì)有機垃圾80g和3.3升佩芬緩沖液，維持反應器內(nèi)pH為6.3-6.7，溫度37℃，底料停留時間60小時，由于植物質(zhì)有機垃圾中含有約10-30％無機物而易于沉淀，因此攪拌頻率改為30秒/分鐘，攪拌速率為90轉/分鐘。底料的添加速率保持為40g/L/d；水力停留時間逐漸從24小時下降到第6天的12小時并維持不變。每天檢測產(chǎn)生氣體中成分的組成，當連續(xù)兩周氣體成分中只有氫氣和二氧化碳而檢測不到甲烷時，產(chǎn)甲烷菌被完全清除，瘤胃微生物馴化完成。
3、將馴化完成后的瘤胃微生物用泵注入?yún)捬跸磻髦?，保?.0L/分鐘速率充入氬氣15分鐘，驅除反應器內(nèi)殘留的氧氣，保證反應器內(nèi)的厭氧狀態(tài)。反應器總體積4.9L，其中反應區(qū)體積2.5升?？刂品磻鞯臏囟葹?5℃，pH為6.3-6.7，水力停留時間12小時，攪拌頻率為30秒/分鐘，攪拌速率為90轉/分鐘。3天后，將粉碎的植物質(zhì)有機垃圾用佩芬緩沖液稀釋到15g/L，植物質(zhì)有機垃圾添加速率從10g/L/d逐漸增加到7天后的30g/L/d。降解后的殘渣經(jīng)出口由泵2排出，從開始的250mL/d逐漸增加到7天后的1000mL/d(相當于底料停留時間60小時)。當反應區(qū)pH穩(wěn)定在6.3-6.7之間，微生物濃度達到2.0g/L以上并保持穩(wěn)定運行2周，厭氧消化反應器啟動完成。
4、植物質(zhì)有機垃圾用緩沖液稀釋的濃度20g/L，泵入到反應器的速率為40g/L/d，水力停留時間為12小時，殘渣排出的速率為1000mL/d(相當于底料停留時間為60小時)。根據(jù)反應區(qū)pH變化的情況，在緩沖液中添加氫氧化鈉，維持反應區(qū)pH在6.4-6.7之間。達到平衡時，反應區(qū)微生物濃度達到3-4g/L，植物質(zhì)垃圾的降解效率達到67％，排出的液相產(chǎn)物中揮發(fā)性短鏈有機酸的生產(chǎn)效率達到0.35g/g植物質(zhì)垃圾，其中乙酸0.18g/g植物質(zhì)垃圾，丙酸0.08g/g植物質(zhì)垃圾，丁酸0.07g/g植物質(zhì)垃圾，剩余的為異丁酸、戊酸、異戊酸和乙醇等。收集的氣體成分中氫氣含量達到19％，經(jīng)過簡單純化處理即得到純氫氣，氫氣產(chǎn)率為55ml/g植物質(zhì)垃圾5、液相產(chǎn)物的分離如實施例1中(5)所述，使用孔徑為0.45μm膜過濾，收集濾液。。
6、光合反應器為圓柱型反應器，直徑為30mm，高度為400mm，反應區(qū)容積3.75L；用進料泵連續(xù)地將收集的濾液輸入到光合反應器中，調(diào)節(jié)進料泵的流速1.7ml/min使溶液在反應器中的停留時間為1.5天；在光合反應器預先接種光合產(chǎn)氫細菌-嗜酸紅假單胞菌，使其濃度為2g/L，用白織燈持續(xù)提供強度為6000勒克斯光能。產(chǎn)生的氣體經(jīng)過出氣口和氣體計量劑后收集后分離出所需氫氣。處理過的廢液由排水口排出。經(jīng)過2個月的培養(yǎng)，光合細菌反應器達到平衡狀態(tài)，可以穩(wěn)定的連續(xù)產(chǎn)生氫氣和二氧化碳，經(jīng)過簡單純化得到純氫氣，產(chǎn)氣效率為130ml氫氣/克植物質(zhì)垃圾。前后兩個反應器總的產(chǎn)氫效率為185ml氫氣/g植物質(zhì)垃圾。
實施例31、從池塘中收割新鮮的蒲草，用打漿機破碎成長度小于8mm的漿狀物。
2、從瘺管黃牛取1200ml瘤胃液迅速轉移到5升發(fā)酵罐內(nèi)，加入漿狀的蒲草80g和3.5升佩芬緩沖液，維持反應器內(nèi)pH為6.3-6.8，溫度41℃，蒲草在反應器內(nèi)的停留時間為60小時，攪拌頻率為30秒/2分鐘，攪拌速率為80轉/分鐘。蒲草的添加速率保持為20g/L/d；水力停留時間逐漸從24小時下降到第6天的18小時并維持不變。每天檢測產(chǎn)生氣體中成分的組成，當連續(xù)兩周氣體成分中只有氫氣和二氧化碳而檢測不到甲烷時，產(chǎn)甲烷菌被完全清除，瘤胃微生物馴化完成。
3、將馴化完成后的瘤胃微生物接種到厭氧消化反應器中，保持2.0L/分鐘速率充入氬氣20分鐘，驅除反應器內(nèi)殘留的氧氣，保證反應器內(nèi)的厭氧狀態(tài)。反應器總體積4.9L，其中反應區(qū)體積2.5升?？刂品磻鞯臏囟葹?1℃，pH為6.3-6.8，水力停留時間18小時，攪拌頻率為30秒/2分鐘，攪拌速率為80轉/分鐘。3天后，將漿狀蒲草用佩芬緩沖液稀釋到10g/L(干物質(zhì)計)，負載速率從10g/L/d逐漸增加到7天后的25g/L/d。
降解后的殘渣經(jīng)出口由泵2排出，從開始的250mL/d逐漸增加到7天后的1250mL/d(相當于底料停留時間48小時)。當反應區(qū)pH穩(wěn)定在6.3-6.8之間，微生物濃度達到2.0g/L以上并保持穩(wěn)定運行2周，厭氧消化反應器啟動完成。
4、蒲草用緩沖液稀釋的濃度20g/L，泵入到反應器的速率為35g/L/d，殘渣排出的速率為1250mL/天(相當于底料停留時間48小時)。根據(jù)反應區(qū)pH變化的情況，在緩沖液中添加氫氧化鈉，維持反應區(qū)pH在6.3-6.8之間。達到平衡時，反應區(qū)微生物濃度達到3.5-4.0g/L，蒲草的降解效率達到57％，揮發(fā)性短鏈有機酸的生產(chǎn)效率達到0.37g/g蒲草。其中乙酸0.18g/g蒲草，丙酸0.10g/g蒲草，丁酸0.07g/g蒲草，剩余的為乙醇、異丁酸、戊酸和異戊酸。收集的氣體中氫氣含量為20％，經(jīng)過簡單純化得到純氫氣，氫氣產(chǎn)率50ml/g蒲草。
5、液相產(chǎn)物的分離如實施例1中(5)所述，使用孔徑為0.75μm膜過濾。
6、光合反應器為圓柱型反應器，直徑為30mm，高度為400mm，反應區(qū)容積3.75L；用進料泵連續(xù)地將收集的濾液輸入到光合反應器中，調(diào)節(jié)進料泵的流速1.3ml/min使溶液在反應器中的停留時間為2天；在光合反應器預先接種光合產(chǎn)氫細菌-嗜酸紅假單胞菌，使其濃度為2g/L，用白熾燈持續(xù)提供強度為6000勒克斯光能。產(chǎn)生的氣體經(jīng)過出氣口和氣體計量劑后收集后分離出所需氫氣。被處理過的廢水由排水口排出。經(jīng)過2個月的培養(yǎng)，光合細菌反應器達到平衡狀態(tài)，可以穩(wěn)定的連續(xù)產(chǎn)生氫氣和二氧化碳，經(jīng)過簡單純化處理即得到純氫氣，產(chǎn)氣效率為140ml氫氣/g蒲草。前后兩個反應器總的產(chǎn)氫效率為190ml氫氣/g蒲草。
權利要求
1.一種利用植物質(zhì)廢棄物高效制備氫氣的方法，包括第一步利用瘤胃微生物對植物質(zhì)廢棄物進行降解，第二步使其液相產(chǎn)物進一步轉化、產(chǎn)生氫氣；在第一步進行降解的過程中有(1)將植物質(zhì)廢棄物破碎或打漿成備用底料，(2)從反芻動物瘤胃內(nèi)取出瘤胃微生物，并接種到盛有植物質(zhì)廢棄物底料和礦物質(zhì)緩沖液的厭氧消化反應器中，(3)啟動運行厭氧消化反應器，使植物質(zhì)水解酸化，(4)分別收集所產(chǎn)生的含氫氣氣體、液相產(chǎn)物和固相產(chǎn)物；其特征在于，所述的從反芻動物瘤胃內(nèi)取出的瘤胃微生物，首先須接種到發(fā)酵罐中進行培養(yǎng)并馴化，其接種量為發(fā)酵罐反應體積的5-30％，該發(fā)酵罐中盛有植物質(zhì)廢棄物底料和礦物質(zhì)緩沖液，其中植物質(zhì)底料的濃度為10-40g/L；馴化條件是植物質(zhì)廢棄物底料的添加速率為20-40g/L/d，緩沖液在反應器內(nèi)的停留時間12-24小時，pH 6.0-7.0，溫度為30-43℃，攪拌速率50-100轉/分鐘，植物質(zhì)廢棄物底料在反應器內(nèi)的停留時間48-72小時，連續(xù)兩周在所產(chǎn)氣體成分中只檢測到氫氣和二氧化碳而檢測不到甲烷時，即瘤胃微生物完全馴化后再接種到盛有植物質(zhì)廢棄物底料和礦物質(zhì)緩沖液的厭氧消化反應器中；在第二步使其液相產(chǎn)物進一步轉化的過程中，首先將液相產(chǎn)物用膜進行分離，濾除瘤胃微生物，收集透過膜的短鏈有機酸和醇類以及溶液中的緩沖鹽，再按現(xiàn)有方法輸入到接種有光合細菌的光合細菌反應器內(nèi)進行光合反應并收集含氫氣氣體。
2.如權利要求1所述的利用植物質(zhì)廢棄物高效制備氫氣的方法，其特征在于，所述在第二步使其液相產(chǎn)物進一步轉化的過程中，用以分離液相產(chǎn)物的膜孔徑為0.2-1.0μm。
全文摘要
本發(fā)明涉及植物質(zhì)廢棄物資源化利用的生物技術，也涉及氫氣制備方法。先利用瘤胃微生物對植物質(zhì)廢棄物進行降解，再使其液相產(chǎn)物進一步轉化；降解過程為(1)將植物質(zhì)廢棄物破碎或打漿成備用底料，(2)將反芻動物瘤胃微生物首先接種到發(fā)酵罐中進行培養(yǎng)并馴化，然后接種到盛有植物質(zhì)廢棄物底料和礦物質(zhì)緩沖液的厭氧消化反應器中，(3)啟動運行厭氧消化反應器，收集產(chǎn)生的含氫氣氣體、液相產(chǎn)物和固相產(chǎn)物；進一步轉化時，先將液相產(chǎn)物用膜進行分離，濾除瘤胃微生物后輸入到光合細菌反應器內(nèi)進行光合細菌降解并再次收集含氫氣氣體，經(jīng)純化處理得到氫氣。本發(fā)明的降解產(chǎn)物最終大部分都轉化為氫氣，提高了產(chǎn)氫效率。實驗表明，每克降解底料的產(chǎn)氫效率能達到190－250ml。
文檔編號C01B3/00GK1772596SQ20041006568
公開日2006年5月17日 申請日期2004年11月9日 優(yōu)先權日2004年11月9日
發(fā)明者俞漢青, 胡真虎 申請人:中國科學技術大學