一種利用乳制品廢水發(fā)酵產(chǎn)氫的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物發(fā)酵制氫技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用乳制品廢水發(fā)酵產(chǎn)氫的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氫氣是一種重要的化工原料，在石油化工、冶金工業(yè)、精細(xì)有機(jī)物合成等方面均有廣泛應(yīng)用。同時(shí)，氫氣還是一種理想的清潔能源，具有燃燒熱值高、燃燒產(chǎn)物無(wú)污染等特點(diǎn)。目前工業(yè)中應(yīng)用的氫氣多通過(guò)傳統(tǒng)方法制備，如化石燃料的非催化部分氧化，甲烷的蒸汽重組，水的電解等。這些方法不僅耗能高，成本高，對(duì)環(huán)境也有一定的污染。而利用微生物發(fā)酵方法制備氫氣，則可以提升氫氣的環(huán)境效益，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)生產(chǎn)。
[0003]生物發(fā)酵制氫可以多種有機(jī)物為底物，目前研究中比較常用的有糖類、有機(jī)廢水、有機(jī)固體廢棄物等。以單質(zhì)糖類為底物可以得到較高的產(chǎn)氫速率和底物利用率，但成本較高；以有機(jī)廢物為底物，不僅可以降低發(fā)酵制備氫氣的成本，還能起到有機(jī)廢物治理的效果Ο
[0004]隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和人民生活水平的提高，人們對(duì)乳制品的需求也隨之增大。乳制品生產(chǎn)廢水的主要成分包括乳糖、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等，具有有機(jī)物濃度含量高、可生化性強(qiáng)的特點(diǎn)。近年來(lái)，隨著乳制品銷量的增長(zhǎng)和產(chǎn)品多樣性的開(kāi)發(fā)，乳制品廢水的處理面臨廢水量大、水質(zhì)波動(dòng)大等問(wèn)題。
[0005]利用乳制品廢水有機(jī)物含量高，可生化性強(qiáng)的特點(diǎn)，將其作為微生物發(fā)酵產(chǎn)氫的底物，不僅可以降低產(chǎn)氫的成本，也有助于實(shí)現(xiàn)乳制品廢水資源化，達(dá)到變廢為寶的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種利用乳制品廢水發(fā)酵產(chǎn)氫的方法，以下是本發(fā)明技術(shù)方案的詳細(xì)描述:
[0007]—種利用乳制品廢水發(fā)酵產(chǎn)氫的方法，包括以下步驟:
[0008](1)接種菌群的預(yù)處理與預(yù)培養(yǎng)；
[0009](2)以乳制品廢水為底物，進(jìn)行微生物厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫。
[0010]所述接種菌群為混合菌群或丁酸梭菌ΙΝΕΤ1。
[0011](一 )當(dāng)接種菌群為混合菌群時(shí)，預(yù)處理方法為:用5kGy劑量的γ射線輻照處理厭氧消化污泥，放射源為6°Co源，得到輻照后的消化污泥；
[0012]預(yù)培養(yǎng)方法為:將輻照后的消化污泥以1:10接種比接種于預(yù)培養(yǎng)基中，在36°C、厭氧條件下恒溫振蕩培養(yǎng)20_48h，得到對(duì)輻照耐受性強(qiáng)的混合菌群；
[0013]所述預(yù)培養(yǎng)基組分為:乳糖20g/L，蛋白胨10g/L，酵母粉0.5g/L，營(yíng)養(yǎng)液lOmL/lOOmL ;所述營(yíng)養(yǎng)液的組分為:NaHC03 40g/L，NH4C1 5g/L，NaH2P04.2H20 5g/L，K2HP04.3H205g/L，F(xiàn)eS04.7H20 0.25g/L，MgCl2.6H20 0.085g/L，NiCl2.6H20 0.004g/L。
[0014]( 二)當(dāng)接種菌群為丁酸梭菌INET1時(shí)，預(yù)處理方法為:用5kGy劑量的γ射線輻照處理厭氧消化污泥，放射源為6°Co源，得到輻照后的消化污泥；
[0015]預(yù)培養(yǎng)方法為:將輻照后的消化污泥以1:10接種比接種于預(yù)培養(yǎng)基中，在36°C、厭氧條件下恒溫振蕩培養(yǎng)20_48h，得到對(duì)輻照耐受性強(qiáng)的混合菌群；將混合菌群以涂布和劃線的方式接種于分離培養(yǎng)基，經(jīng)過(guò)3-5次分離，得到圓形、乳白色、邊緣整齊的單一菌落，即為丁酸梭菌INET1 ;
[0016]所述預(yù)培養(yǎng)基組分為:葡萄糖50g/L，蛋白胨10g/L，酵母粉0.5g/L，營(yíng)養(yǎng)液lOmL/lOOmL ;分離培養(yǎng)基組分為:葡萄糖50g/L，蛋白胨10g/L，酵母粉0.5g/L，瓊脂粉 15-20g/L，營(yíng)養(yǎng)液 lOmL/lOOmL ;所述營(yíng)養(yǎng)液的組分為:NaHC03 40g/L，NH4C1 5g/L，NaH2P04.2H205g/L，K2HP04.3H20 5g/L，F(xiàn)eS04.7H20 0.25g/L，MgCl2.6H20 0.085g/L，NiCl2.6H20 0.004g/Lo
[0017]所述厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的具體操作為，將富集得到的對(duì)輻照耐受性強(qiáng)的接種菌群以1:10接種比接種入反應(yīng)器；反應(yīng)開(kāi)始前用氮?dú)獯得摲磻?yīng)器，為反應(yīng)提供厭氧條件；發(fā)酵溫度為36°C，100r/min恒溫振蕩培養(yǎng)，直至停止產(chǎn)氣。
[0018]本發(fā)明所述乳制品廢水的有機(jī)物成分中，乳糖質(zhì)量百分含量為15%?30%。
[0019]本發(fā)明的有益效果為:將乳制品廢水作為底物，通過(guò)微生物厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫，一方面可以將廢水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成為清潔能源氫氣，實(shí)現(xiàn)廢水中有機(jī)污染物的資源化；另一方面還達(dá)到了治理廢水、消除污染的效果；清潔能源氫氣的生產(chǎn)還具有緩解能源危機(jī)的作用。因此，該發(fā)明具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為實(shí)施例1中，混合菌群利用乳糖產(chǎn)氫時(shí)的產(chǎn)氫量-時(shí)間變化曲線圖。
[0021]圖2為實(shí)施例2中，包埋混合菌群利用乳糖產(chǎn)氫時(shí)的產(chǎn)氫量-時(shí)間變化曲線圖。
[0022]圖3為實(shí)施例3中，丁酸梭菌INET1利用乳糖產(chǎn)氫時(shí)的產(chǎn)氫量-時(shí)間變化曲線圖。
[0023]圖4為實(shí)施例4中，混合菌群利用乳制品廢水產(chǎn)氫時(shí)的產(chǎn)氫量-時(shí)間變化曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0025]本發(fā)明實(shí)施例中所使用的厭氧消化污泥取自北京市某市政污水處理廠的污泥初級(jí)消化池。
[0026]實(shí)施例1
[0027]以乳糖為底物，利用混合菌群進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)氫，具體步驟如下:
[0028]將消化污泥置于1L棕色磨口瓶中，在室溫條件下經(jīng)6°Co為放射源的γ射線輻照，輻照劑量為5kGy。輻照后的消化污泥以1:10的接種比接種于預(yù)培養(yǎng)基中，在36°C、厭氧條件下恒溫振蕩培養(yǎng)20-48h，得到對(duì)輻照耐受性強(qiáng)的混合菌群。其中，預(yù)培養(yǎng)基組分為:乳糖20g/L，蛋白胨10g/L，酵母粉0.5g/L，營(yíng)養(yǎng)液lOmL/lOOmL ;所述營(yíng)養(yǎng)液的組分為:NaHC03 40g/L，NH4C1 5g/L，NaH2P04.2H20 5g/L，K2HP04.3H20 5g/L，F(xiàn)eS04.7H20 0.25g/L，MgCl2.6H200.085g/L，NiCl2.6H20 0.004g/L。
[0029]取lOmL預(yù)培養(yǎng)得到的混合菌群菌液接種于體積為100mL，COD = 5g/L乳糖發(fā)酵培養(yǎng)基中，調(diào)節(jié)溶液初始pH為7.0。反應(yīng)前氮?dú)獯得摲磻?yīng)器，檢驗(yàn)氣密性并驅(qū)除瓶?jī)?nèi)氧氣后，將反應(yīng)瓶置于恒溫水浴搖床，以36°C，lOOr/min條件反應(yīng)，間隔2h記錄產(chǎn)氣量。
[0030]經(jīng)過(guò)36h后反應(yīng)結(jié)束，得到最大累計(jì)產(chǎn)氫量為126mL/100mL，產(chǎn)氣效率為275mL/gCOD ο
[0031]實(shí)施例2
[0032]以乳糖為底物，利用PVA-海藻酸包埋的混合菌群進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)氫，具體步驟如下:
[0033]將消化污泥置于1L棕色磨口瓶中，在室溫條件下經(jīng)6°Co為放射源的γ射線輻照，輻照劑量為5kGy。輻照后的消化污泥以1:10的接種比接種于預(yù)培養(yǎng)基中，在36°C、厭氧條件下恒溫振蕩培養(yǎng)20-48h，得到對(duì)輻照耐受性強(qiáng)的混合菌群。其中，預(yù)培養(yǎng)基組分為:乳糖20g/L，蛋白胨10g/L，酵母粉0.5g/L，營(yíng)養(yǎng)液l