一种生物、碱复合预处理秸秆纤维原料两步发酵产氢的方法.pdf

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1、(10)授权公告号 CN 102031276 B (45)授权公告日 2012.11.14 CN 102031276 B *CN102031276B* (21)申请号 200910235234.3 (22)申请日 2009.09.28 C12P 3/00(2006.01) C12P 39/00(2006.01) C12R 1/01(2006.01) C12R 1/145(2006.01) (73)专利权人 中国科学院过程工程研究所 地址 100190 北京市海淀区中关村北二条 1 号 (72)发明人 刘春朝 成喜雨 (74)专利代理机构 北京法思腾知识产权代理有 限公司 11318 代理人 高。

2、宇 CN 1405315 A,2003.03.26, 全文 . CN 101445810 A,2009.06.03, 全文 . CN 101289672 A,2008.10.22, 全文 . 刘培旺等 . 秸秆的不同预处理方法对发酵产 氢的影响 .应用与环境生物学报 .2009, 第 15 卷 ( 第 01 期 ),125-129. 周俊虎等 . 秸秆发酵产氢的碱性预处理方 法研究 .太阳能学报 .2007, 第 28 卷 ( 第 03 期 ),329-333. (54) 发明名称 一种生物、 碱复合预处理秸秆纤维原料两步 发酵产氢的方法 (57) 摘要 本发明属于可再生能源技术领域， 具体地。

3、， 本 发明涉及一种生物、 碱复合预处理秸秆纤维原料 两步发酵产氢的方法。本发明的方法包括以下步 骤 ： 1) 破碎秸秆纤维原料， 将破碎原料与营养盐 溶液混合得到混合物 ； 2) 向混合物中接入嗜热菌 种子液， 进行第一步厌氧发酵产氢气 ； 3) 将上述 发酵残渣、 水与氢氧化钠按比例混合， 进行碱预处 理， 预处理残渣过滤、 水洗至中性， 获得复合预处 理秸秆 ； 4) 将获得的复合预处理秸秆与营养盐溶 液混合， 向混合物中接入嗜热菌种子液， 进行第二 步厌氧发酵产氢。 与传统碱预处理秸秆产氢相比， 采用上述的复合预处理秸秆两步发酵产氢， 产氢 水平提高 75， 原料利用率从 40提高 7。

4、0， 碱 预处理费用降低 40。 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 李晨 权利要求书 1 页 说明书 8 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书 1 页 说明书 8 页 1/1 页 2 1. 一种生物、 碱复合预处理秸秆纤维原料两步发酵产氢的方法， 其特征在于， 所述方法 包括以下步骤 ： 1） 破碎秸秆纤维原料， 将破碎原料与营养盐溶液混合得到混合物 ； 2） 向混合物中接入嗜热菌种子液， 进行第一步厌氧发酵产氢气， 秸秆纤维原料经生物 预处理后的发酵残渣即为生物预处理秸秆 ； 3） 将上述生物预处理秸秆、 水与氢氧化钠按 10-20 ： 20。

5、0 ： 1 比例混合， 55-120下放置 15min-3d 进行碱预处理， 预处理残渣过滤、 水洗至中性， 获得复合预处理秸秆 ； 4） 将获得的复合预处理秸秆与营养盐溶液混合， 向混合物中接入嗜热菌种子液， 进行 第二步厌氧发酵产氢 ； 所述嗜热菌种子液为热纤梭菌种子液， 或者为嗜热解糖梭菌 ： 热纤梭菌种子液为 0-10 ： 10 的混合菌液 ； 所述的营养盐溶液为以下物质的水溶液， 基于每升的营养盐液， 包括 ： (NH4)2SO4， 1.3g ； KH2PO4， 1.5g ； K2HPO43H2O， 3.8g ； CaCl2， 0.013g ； FeSO4， 1.25mg ； 酵 母。

6、 粉， 5g ； MgCl26H2O， 1.41g ； 半胱氨酸， 0.5g。 2. 如权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 在步骤 2） 和步骤 4） 中， 所述秸秆与营养盐 溶液的混合比例为 5-50g ： 1L。 3. 如权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 所述嗜热菌种子液的接种量为 5-20%v。 4. 如权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 在步骤 2） 或 4） 中， 在所述发酵产氢过程中， 温度控制为 55-60， 时间为 2-5 天， pH 为 6.5-7.5。 5. 如权利要求 1 所述方法， 其特征在于， 所述秸秆纤维原料为选自高粱秸秆、 小麦秸 秆、 稻草、。

7、 玉米秸秆中的一种或者几种， 其中， 任意两种的混合比例为 0-10 ： 0-10。 权 利 要 求 书 CN 102031276 B 2 1/8 页 3 一种生物、 碱复合预处理秸秆纤维原料两步发酵产氢的方 法 技术领域 0001 本发明属于可再生能源技术领域， 具体地， 本发明涉及一种生物、 碱复合预处理秸 秆纤维原料两步发酵产氢的方法。 背景技术 0002 进入 21 世纪， 可再生能源的开发成为世界范围内的热点， 利用废弃生物质再生能 源成为应对能源和环境危机的重要途径。氢气可直接用作燃料， 也可通过燃料电池通过电 化学反应直接转换成电能， 用于交通运输等。 氢作为能源载体具有能量密度。

8、高， 绿色无污染 等突出优点， 是真正意义上的绿色可再生能源。 0003 据报道， 目前 90的氢气都来源于一次能源 ( 煤、 石油和天然气 ) 的转化， 但其设 备投资大， 加速一次能源消耗的同时也带来了或多或少的环境危害。 以有机废弃物为原料， 通过微生物发酵制备氢气， 在治理环境的同时再生能源， 成为极具潜力的氢气生产途径之 一。 0004 目前， 采用生物方法制备氢气大多利用容易降解的原料， 如葡萄糖、 蔗糖和废水等 (David B.Levin等.Biohydrogen production ： prospects and limitations topractical applic。

9、ation.International Journal of Hydrogen Energy， 2004， 29 ： 173-185)。秸秆纤 维废弃物是一个巨大的资源， 利用农作物秸秆作为原材料使获取廉价氢气和实现产业化成 为可能。然而， 秸秆纤维原料结构复杂， 难以被产氢菌直接利用。樊耀亭提供了一种利用 酸预处理秸秆发酵产氢的方法， 该方法先将秸秆粉碎， 然后加入一定浓度的盐酸溶液混合 煮沸， 调节 pH 到中性， 加入厌氧污泥和水即可发酵制得氢气 (Fan Yao Ting 等 .Efficient conversion of wheat straw wastes intobiohydr。

10、ogen gas by cow dung compost. Bioresource Technology， 2006， 97 ： 500-505)。陈洪章 (CN1254544C， 使用汽爆植物秸秆发 酵制备氢气的方法 ) 也提供了一种使用汽爆秸秆发酵制备氢气的方法， 不同的是发酵过程 中采用的接种物是丙酮丁醇菌和球形红假单胞菌。上述的发酵产氢过程使用到预处理， 有 时还要用到纤维素酶， 以将纤维成分转化为可溶性的糖， 从而被产氢菌利用产氢。 0005 王爱杰 (CN 200710071696， 一种菌种复配降解纤维素发酵产氢的方法 ) 公开了一 种复合菌发酵产氢的方法， 将纤维素降解产氢菌与。

11、高效产氢菌接种于以纤维素原料中进行 厌氧发酵， 即可获得大量氢气。 热纤梭菌是一种高效的纤维降解菌， 可以直接发酵纤维原料 制备氢气(David B.Levin等.Hydrogen production byClostridium thermocellum 27405 from cellulosic biomass substrates.InternationalJournal of Hydrogen Energy 2006， 31 ： 1496-1503)， 然而， 当发酵天然未处理的秸秆废弃物时， 产氢水平远远低于纯的纤 维素底物。 0006 传统碱预处理可以去除秸秆纤维原料中部分木质素，。

12、 提高纤维原料可及性， 从而提高热纤梭菌发酵纤维原料的过程转化效率 (K.Sudha Rani 等 .Production ofethanol from various pure and natural cellulosic biomass by Clostridium 说 明 书 CN 102031276 B 3 2/8 页 4 thermocellumstrains SS21 and SS22.Process Biochemistry 1998， 33 ： 435-440)。 然而， 传统碱预处理过程也将可溶性糖、 部分半纤维素和纤维素转化成为副产物， 一方面副产物 对微生物将产生毒害作用。

13、， 不利于后续发酵 ； 另一方面， 传统碱预处理也降低了发酵过程的 原料利用率。 0007 如上所述， 现有技术报道了一些秸秆纤维原料厌氧发酵制备氢气的方法， 但对预 处理过程和纤维素酶的要求都比较高， 这无疑提高了产氢过程成本， 预处理过程也将导致 有毒副产物的生成和原料利用率的降低， 而直接的纤维原料高温发酵产氢方法存在产氢效 率低的不足， 大大的阻碍了产氢过程的实际应用。 发明内容 0008 本发明的发明人为了解决上述问题， 提出了一种生物、 碱复合预处理秸秆纤维原 料两步发酵产氢的方法。 0009 根据本发明的生物、 碱复合预处理秸秆纤维原料两步发酵产氢的方法， 包括以下 步骤 ： 0。

14、010 1) 破碎秸秆纤维原料， 将破碎原料与营养盐溶液混合得到混合物 ； 0011 2) 向混合物中接入嗜热菌种子液， 进行第一步厌氧发酵产氢气， 秸秆纤维原料经 生物预处理后得到发酵残渣， 发酵制氢过程也是秸秆生物预处理过程， 发酵残渣即为生物 预处理秸秆 ； 0012 3)将上述生物预处理秸秆、 水与氢氧化钠按10-202001比例混合， 55-120 下放置 15min-3d 进行碱预处理， 预处理残渣过滤、 水洗至中性， 获得复合预处理秸秆 ； 0013 4) 将获得的复合预处理秸秆与营养盐溶液混合， 向混合物中接入嗜热菌种子液， 进行第二步厌氧发酵产氢。 0014 根据本发明的方法。

15、， 复合预处理为生物预处理和碱预处理， 所述的第一步发酵产 氢过程同时又是采用嗜热菌对秸秆的生物预处理过程。 所述的两步发酵为第一步发酵产氢 和第二步发酵产氢过程。优选地， 其中， 在步骤 2) 和步骤 4) 中， 所述秸秆与营养液的混合 比例为 5-50g 1L。 0015 根据本发明的方法， 其中， 每升所述营养盐液包括 (NH4)2SO4， 1.3g ； KH2PO4， 1.5g ； K2HPO43H2O， 3.8g ； CaCl2， 0.013g ； FeSO4， 1.25mg ； 酵母粉， 5g ； MgCl26H2O， 1.41g ； 半胱氨 酸， 0.5g。 0016 根据本发明。

16、的方法， 其中， 所述的嗜热菌为热纤梭菌， 或者为嗜热解糖梭菌热纤 梭菌按 0-10 10 的混合菌液， 所述嗜热菌种子液的接种量为 5-20 v。 0017 根据本发明的方法， 其中， 在步骤2)或4)中， 在所述发酵产氢过程中， 温度控制为 55-60， 时间为 2-5 天， pH 为 6.5-7.5。 0018 根据本发明的方法， 其中， 所述秸秆纤维原料为选自高粱秸秆、 小麦秸秆、 稻草、 玉 米秸秆中的一种或者几种， 其中， 任意两种的混合比例为 0-10 0-10。 0019 本发明的生物、 碱复合预处理秸秆纤维原料两步发酵产氢的方法具体包括如下步 骤 ： 0020 1) 原料破碎。

17、和混合 0021 收集秸秆纤维原料， 采用植物粉碎机粉碎至粒径 15mm 以下， 将一定量固体原料和 说 明 书 CN 102031276 B 4 3/8 页 5 营养盐溶液混合后加入到在产氢反应器中， 其中固体秸秆浓度为 5-50g/L， 每升营养盐溶液 包括 (NH4)2SO4， 1.3g ； KH2PO4， 1.5g ； K2HPO43H2O， 3.8g ； CaCl2， 0.013g ； FeSO4， 1.25mg ； 酵母 粉， 5g ； MgCl26H2O， 1.41g ； 半胱氨酸， 0.5g。 0022 2) 第一步发酵产氢和生物预处理 0023 将步骤 1) 中产氢反应器充氮。

18、气获得厌氧环境， 然后以 5-20的接种量接入嗜热 菌种子液， 搅拌均匀后进行第一步厌氧发酵， 制得氢气。 产氢过程温度控制为55-60， 时间 为 2-5 天， pH 为 6.5-7.5。发酵产氢过程同时又是对秸秆的生物预处理过程， 发酵残渣即为 生物预处理秸秆。 0024 3) 碱预处理 0025 将生物预处理秸秆、 水与氢氧化钠的按质量比为 10-20 200 1 混合， 在 55-120下放置 15min-3d 进行碱预处理， 预处理残渣过滤、 水洗至中性， 获得复合预处理 秸秆。 0026 4) 第二步发酵制得氢气 0027 将复合预处理秸秆和营养盐溶液混合后加入到产氢反应器中， 使。

19、复合预处理秸秆 浓度为 5-50g/L， 充氮气获得厌氧环境， 然后以 5-20的接种量接入嗜热菌种子液， 进行第 二步厌氧发酵制得氢气。产氢过程温度控制为 55-60， 时间为 2-5 天， pH 为 6.5-7.5。 0028 前 述 的 一 种 复 合 预 处 理 秸 秆 纤 维 原 料 两 步 发 酵 产 氢 气 的 方 法， 其 中 所述的发酵制得氢气步骤中用于接种的嗜热菌种子液可以是单独的热纤梭菌 (Clostridiumthermocellum)， 也可以是嗜热解糖梭菌 (Thermoanaerobacteriumthermosac charolyticum) 热纤梭菌按 0-1。

20、0 10 的混合菌液。所述热纤梭菌菌种子液的制备是将 热纤梭菌接种于 DSM 122 培养基中， 55 或 60培养 2-4 天， 获得菌种子液。所述的嗜热解 糖梭菌菌种子液的制备是将嗜热解糖梭菌接种于 DSM 61 培养基中， 60培养 1-2 天， 获得 菌种子液。所述的 DSM 122 和 DSM 61 为常规培养基， 按常规方法配制， 其详细成分和配制 方法见德国菌种保藏中心网站 (www.dsmz.de)。 0029 所述的秸秆纤维原料选自高粱秸秆、 小麦秸秆、 稻草、 玉米秸秆中的一种或者几 种， 其中， 任意两种的混合比例为 0-10 0-10。 0030 综上所述， 本发明提供。

21、了一种生物、 碱复合预处理秸秆纤维原料两步发酵产氢的 方法， 该方法先通过嗜热菌直接发酵秸秆纤维原料产氢， 同时此过程又是秸秆生物预处理 过程， 发酵残渣即为生物预处理秸秆， 将生物预处理秸秆与氢氧化钠溶液混合及进行碱预 处理， 获得复合预处理秸秆， 将复合预处理秸秆再进行第二步发酵制备氢气。 0031 根据本发明的生物、 碱复合预处理秸秆纤维原料两步发酵产氢的方法的优点在 于 ： 0032 1、 秸秆发酵制备氢气， 再生能源的同时解决了秸秆焚烧的环境问题， 从而提出了 一种秸秆资源化新途径， 具有产业上广泛的利用价值 ； 0033 2、 根据本发明的一种生物、 碱复合预处理秸秆纤维原料两步发。

22、酵产氢的方法， 即 “第一步发酵产氢 & 生物预处理 - 碱预处理 - 第二步发酵产氢” 过程， 所述的复合预处理两 步发酵产氢过程的优点体现在 ： 第一步发酵过程利用秸秆中可溶性糖和易降解纤维组分 产氢， 避免了直接碱预处理过程可溶性糖和易降解纤维组分损失， 提高了原料利用率 ； 碱 预处理脱木质素过程容易将可溶性糖和易降解纤维组分水解形成对发酵细菌有抑制的副 说 明 书 CN 102031276 B 5 4/8 页 6 产物， 第一步发酵产氢利用了上述组分， 因此减少了副产物形成 ； 第一步发酵产氢又是生 物预处理过程， 部分打开了纤维复杂结构， 从而提高了后续碱预处理过程效率， 因此在第。

23、二 步发酵产氢过程中产氢水平得到大幅提高 ； 嗜热菌生物预处理过程降低了碱预处理过程 的处理量， 因此降低了碱预处理费用。 采用上述的复合预处理秸秆两步发酵产氢， 产氢水平 提高 75， 原料利用率从 40提高到 70， 碱预处理费用降低 40。 0034 综上所述， 本发明提供的生物、 碱复合预处理秸秆纤维原料发酵制备氢气的方法， 因其使用原料为秸秆， 资源丰富， 价格低廉， 有效解决了生物制氢过程原料不足的问题 ； 复 合预处理两步发酵过程提高了产氢水平和原料利用率， 降低了预处理成本， 使本发明更加 适于应用。 本发明工艺简单高效， 节能， 成本低， 具有良好的经济、 社会、 环境和生态。

24、效益， 适 宜于作为秸秆资源化利用技术加以推广应用。 具体实施方式 0035 以下结合较佳实施例进一步阐述本发明， 但这些实施例仅限于说明本发明， 而不 能限制本发明的范围。 0036 实施例 1 碱预处理秸秆发酵产氢 0037 使用玉米秸秆 ( 取自北京市大兴郊区 )、 热纤梭菌 DSM No.7072( 购买自德国菌种 保藏中心 ) 通过碱预处理秸秆纤维原料发酵产氢过程， 步骤如下 ： 0038 (1) 原料破碎和碱预处理 0039 收集秸秆纤维原料， 采用植物粉碎机粉碎至粒径 15mm 以下， 将秸秆、 水和氢氧化 钠按照 10 200 1 的比例混合， 55下放置 3d， 残渣水洗至中。

25、性， 获得碱预处理秸秆。 0040 (2) 原料混合 0041 将一定量碱预处理秸秆和营养盐溶液混合后加入到在产氢反应器中， 其中碱预 处理秸秆浓度为 10g/L， 每升营养盐溶液包括 (NH4)2SO4， 1.3g ； KH2PO4， 1.5g ； K2HPO43H2O， 3.8g ； CaCl2， 0.013g ； FeSO4， 1.25mg ； 酵母粉， 5g ； MgCl26H2O， 1.41g ； 半胱氨酸， 0.5g。 0042 (3) 发酵制得氢气 0043 以 10的接种量接入嗜热菌种子液， 搅拌均匀后进行第一步厌氧发酵， 制得氢气。 产氢过程温度控制为 55， 时间为 4 天。

26、， pH 为 7.5。 0044 所述的嗜热菌种子液是将热纤梭菌DSM No.7072以10的接种量接种于DSM 122 培养基中， 55培养 4 天获得。 0045 采用如上所述碱预处理秸秆纤维原料发酵产氢的方法， 氢气产率 ( 单位质量秸秆 的产氢气量 ) 达到 65ml H2/g- 秸秆， 原料利用率为 38。 0046 实施例 2 碱预处理秸秆发酵产氢 0047 使用玉米秸秆和高粱秸秆(取自北京市大兴郊区， 其混合比例为1010)、 热纤梭 菌 DSM No.7072 和热解糖梭菌 DSM No.869( 购买自德国菌种保藏中心 ) 通过碱预处理秸秆 纤维原料发酵产氢过程， 步骤如下 。

27、： 0048 (1) 原料破碎和碱预处理 0049 收集秸秆纤维原料， 采用植物粉碎机粉碎至粒径 15mm 以下， 将秸秆、 水和氢氧化 钠按照 12 200 1 的比例混合， 120下放置 15min， 残渣水洗至中性， 获得碱预处理秸 秆。 说 明 书 CN 102031276 B 6 5/8 页 7 0050 (2) 原料混合 0051 将一定量碱预处理秸秆和营养盐溶液混合后加入到在产氢反应器中， 其中碱预处 理秸秆浓度为 10g/L， 营养盐溶液成分同实施例 1。 0052 (3) 发酵制得氢气 0053 以20的接种量接入嗜热菌种子液， 搅拌均匀后进行厌氧发酵， 制得氢气。 产氢过 。

28、程温度控制为 55， 时间为 5 天， pH 为 7.2。 0054 所述的嗜热菌种子液是 A 菌种子液和 B 菌种子液等比例混合液。所述的 A 菌种子 液是将热纤梭菌 DSM No.7072 以 10的接种量接种于 DSM 122 培养基中， 55培养 4 天获 得。所述的 B 菌种子液是将热纤梭菌 DSM No.869 以 10的接种量接种于 DSM 61 培养基 中， 60培养 1 天获得。 0055 采用如上所述碱预处理秸秆纤维原料发酵产氢的方法， 氢气产率达到 74mlH2/ g- 秸秆， 原料利用率达 40。 0056 实施例 3 生物、 碱预处理秸秆发酵产氢 0057 使用玉米秸。

29、秆， 热纤梭菌 DSM No.7072 通过复合预处理秸秆纤维原料两步发酵产 氢过程， 步骤如下 ： 0058 (1) 原料破碎和混合 0059 收集秸秆原料， 采用植物粉碎机粉碎至粒径 15mm 以下， 将一定量秸秆原料和营养 盐溶液混合后加入到在产氢反应器中， 其中秸秆浓度为 10g/L， 营养盐成分同实施例 1。 0060 (2) 第一步发酵产氢和生物预处理 0061 以 10的接种量接入嗜热菌种子液， 搅拌均匀后进行第一步厌氧发酵， 制得氢气。 产氢过程温度控制为 55， 时间为 4 天， pH 为 7.5。发酵产氢过程同时又是对秸秆的生物 预处理过程， 发酵残渣即为生物预处理秸秆。 。

30、0062 (3) 碱预处理 0063 将生物预处理秸秆、 水与氢氧化钠的按质量比为 10 200 1 混合， 在 55下放 置 3d 进行碱预处理， 预处理残渣过滤、 水洗至中性， 获得复合预处理秸秆。 0064 (4) 第二步发酵制得氢气 0065 将一定量复合预处理秸秆和营养盐溶液混合后加入到产氢反应器中， 其中复合预 处理秸秆浓度为 10g/L， 营养盐成分同实施例 1。然后以 10的接种量接入嗜热菌种子液， 进行第二步厌氧发酵制得氢气。产氢过程温度控制为 55， 时间为 4 天， pH 为 7.5。 0066 步骤 (2) 和 (4) 中所述的嗜热菌种子液同实施例 1。 0067 采用。

31、如上所述复合预处理秸秆纤维原料两步发酵产氢的方法， 氢气产率达到 115ml H2/g- 秸秆， 原料利用率为 68。 0068 实施例 4 生物、 碱预处理秸秆发酵产氢 0069 使用玉米秸秆和高粱秸秆(取自北京市大兴郊区， 其混合比例为1010)、 热纤梭 菌 DSM No.7072 和热解糖梭菌 DSM No.869( 购买自德国菌种保藏中心 ) 通过生物、 碱预处 理秸秆发酵产氢过程， 步骤如下 ： 0070 (1) 原料破碎和混合 0071 具体步骤同实施例 3。 0072 (2) 第一步发酵产氢和生物预处理 说 明 书 CN 102031276 B 7 6/8 页 8 0073 以。

32、 20的接种量接入嗜热菌种子液， 搅拌均匀后进行第一步厌氧发酵， 制得氢气。 产氢过程温度控制为 55， 时间为 5 天， pH 为 7.2。收集发酵残渣即获得生物预处理秸秆。 0074 (3) 碱预处理 0075 将生物预处理秸秆、 水与氢氧化钠的按质量比为122001混合， 在120下放 置 15min 进行碱预处理， 预处理残渣过滤、 水洗至中性， 获得复合预处理秸秆。 0076 (4) 第二步发酵制得氢气 0077 将一定量复合预处理秸秆和营养盐溶液混合后加入到产氢反应器中， 其中复合预 处理秸秆浓度为 10g/L， 营养盐成分同实施例 1， 然后以 20的接种量接入嗜热菌种子液， 进。

33、行第二步厌氧发酵制得氢气。产氢过程温度控制为 55， 时间为 5 天， pH 为 7.2。 0078 步骤 (2) 和 (4) 中所述的嗜热菌种子液同实施例 2。 0079 采用如上所述复合预处理秸秆纤维原料两步发酵产氢的方法， 氢气产率达到 131ml H2/g- 秸秆， 原料利用率为 70。 0080 实施例 5 生物、 碱预处理秸秆发酵产氢 0081 使用高粱秸秆、 小麦秸秆、 稻草和玉米秸秆(其混合比例为10101010， 其 中小麦秸杆取自河北农村、 稻草取自湖南农村、 高粱和玉米秸秆取自北京市大兴郊区 )， 热 纤梭菌 DSM No.7072 通过复合预处理秸秆纤维原料两步发酵产氢。

34、过程， 步骤如下 ： 0082 (1) 原料破碎和混合 0083 具体步骤同实施例 3， 所不同的是其中秸秆浓度为 50g/L。 0084 (2) 第一步发酵产氢和生物预处理 0085 以 5的接种量接入嗜热菌种子液， 搅拌均匀后进行第一步厌氧发酵， 制得氢气。 产氢过程温度控制为 60， 时间为 2 天， pH 为 6.5。收集发酵残渣即获得生物预处理秸秆。 0086 (3) 碱预处理 0087 将生物预处理秸秆、 水与氢氧化钠的按质量比为202001混合， 在100下放 置 45min 进行碱预处理， 预处理残渣过滤、 水洗至中性， 获得复合预处理秸秆。 0088 (4) 第二步发酵制得氢。

35、气 0089 将一定量复合预处理秸秆和营养盐溶液混合后加入到产氢反应器中， 其中复合预 处理秸秆浓度为 5g/L， 营养盐成分同实施例 1。然后以 8的接种量接入嗜热菌种子液， 进 行第二步厌氧发酵制得氢气。产氢过程温度控制为 55， 时间为 4 天， pH 为 7.5。 0090 所述的嗜热菌种子液是将热纤梭菌DSM No.7072以10的接种量接种于DSM 122 培养基中， 55培养 4 天获得。 0091 采用如上所述复合预处理秸秆纤维原料两步发酵产氢的方法， 氢气产率达到 87ml H2/g- 秸秆， 原料利用率为 63。 0092 实施例 6 生物、 碱预处理秸秆发酵产氢 0093。

36、 使用高粱秸秆、 小麦秸秆和玉米秸秆 ( 其混合比例为 10 10 10， 秸秆来源地 同实施例 5)， 热纤梭菌 DSM No.4150 和嗜热解糖梭菌 DSM No.572( 购买自德国菌种保藏中 心 ) 通过复合预处理秸秆纤维原料两步发酵产氢过程， 步骤如下 ： 0094 (1) 原料破碎和混合 0095 具体步骤同实施例 3， 所不同的是其中秸秆浓度为 50g/L。 0096 (2) 第一步发酵产氢和生物预处理 说 明 书 CN 102031276 B 8 7/8 页 9 0097 以 15的接种量接入嗜热菌种子液， 搅拌均匀后进行第一步厌氧发酵， 制得氢气。 产氢过程温度控制为 60。

37、， 时间为 5 天， pH 为 6.5。收集发酵残渣即获得生物预处理秸秆。 0098 (3) 碱预处理 0099 将生物预处理秸秆、 水与氢氧化钠的按质量比为202001混合， 在120下放 置 25min 进行碱预处理， 预处理残渣过滤、 水洗至中性， 获得复合预处理秸秆。 0100 (4) 第二步发酵制得氢气 0101 将一定量复合预处理秸秆和营养盐溶液混合后加入到产氢反应器中， 其中复合预 处理秸秆浓度为 5g/L， 营养盐成分同实施例 1， 然后以 20的接种量接入嗜热菌种子液， 进 行第二步厌氧发酵制得氢气。产氢过程温度控制为 60， 时间为 2 天， pH 为 7。 0102 所述。

38、的嗜热菌种子液是 A 菌种子液和 B 菌种子液按 10 5 比例混合液， 所述的 A 菌种子液是将热纤梭菌 DSM No.4150 以 10的接种量接种于 DSM 122 培养基中， 55培养 2 天获得， 获得 A 菌种子液， 所述的 B 菌种子液是将热纤梭菌 DSM No.572 以 10的接种量 接种于 DSM 61 培养基中， 60培养 1 天获得。 0103 采用如上所述复合预处理秸秆纤维原料两步发酵产氢的方法， 氢气产率达到 93ml H2/g- 秸秆， 原料利用率为 64。 0104 实施例 7 生物、 碱预处理秸秆发酵产氢 0105 使用高粱秸秆、 稻草和玉米秸秆(其混合比例为。

39、101010， 秸秆来源地同实施 例5)， 热纤梭菌DSM No.4150和嗜热解糖梭菌DSM No.869通过复合预处理秸秆纤维原料两 步发酵产氢过程， 步骤如下 ： 0106 (1) 原料破碎和混合 0107 具体步骤同实施例 3， 所不同的是其中秸秆纤维原料浓度为 15g/L。 0108 (2) 第一步发酵产氢和生物预处理 0109 具体步骤同实施例 4， 产氢过程温度控制为 60， 时间为 3 天， pH 为 7.0。 0110 (3) 碱预处理 0111 具体步骤同实施例 4， 所不同的是生物预处理秸秆、 水与氢氧化钠的按质量比为 20 200 1 混合， 在 80下放置 1d 进行。

40、碱预处理。 0112 (4) 第二步发酵制得氢气 0113 具体步骤同实施例 4， 所不同的是复合预处理秸秆浓度为 20g/L， 以 15的接种量 接入嗜热菌种子液。产氢过程温度控制为 60， 时间为 5 天。 0114 所述的嗜热菌种子液是 A 菌种子液和 B 菌种子液按 10 5 比例混合的混合液， 所述的 A 菌种子液是将热纤梭菌 DSM No.4150 以 10的接种量接种于 DSM 122 培养基中， 60培养 2 天获得， 所述的 B 菌种子液是将热纤梭菌 DSM No.869 以 10的接种量接种于 DSM 61 培养基中， 60培养 2 天获得。 0115 采用如上所述复合预处。

41、理秸秆纤维原料两步发酵产氢的方法， 氢气产率达到 107ml H2/g- 秸秆， 原料利用率为 66。 0116 实施例 8 生物、 碱预处理秸秆发酵产氢 0117 使用高粱秸秆、 稻草、 玉米秸秆和小麦秸秆(其混合比例为105105， 来源 地同实施例5)， 热纤梭菌DSM No.7072和嗜热解糖梭菌DSM No.572通过复合预处理秸秆纤 维原料两步发酵产氢过程， 步骤如下 ： 说 明 书 CN 102031276 B 9 8/8 页 10 0118 (1) 原料破碎和混合 0119 具体步骤同实施例 3。 0120 (2) 第一步发酵产氢和生物预处理 0121 具体步骤同实施例 4， 。

42、所不同的是产氢过程温度控制为 55， 时间为 5 天， pH 为 6.5。 0122 (3) 碱预处理 0123 具体步骤同实施例 6， 所不同的是在 70下放置 1.5d 进行碱预处理。 0124 (4) 第二步发酵制得氢气 0125 具体步骤同实施例 4， 所不同的是复合预处理秸秆浓度为 30g/L。 0126 所述的嗜热菌种子液同实施例 4， 所不同的是热解糖梭菌为 DSM No.572。 0127 采用如上所述复合预处理秸秆纤维原料两步发酵产氢的方法， 氢气产率达到 122ml H2/g- 秸秆， 原料利用率为 68。 0128 以上实施例 1-6 所述的 DSM 122 和 DSM 。

43、61 培养基为常规培养基， 按常规方法配 制， 其详细成分和配制方法见德国菌种保藏中心网站 (www.dsmz.de)。 0129 综上所述， 与采用传统碱预处理强化发酵产氢过程相比， 采用本发明提出的生物、 碱复合预处理秸秆两步发酵产氢， 氢气产率提高 75， 原料利用率从 40提高到 70。同 时生物预处理过程降解了部分秸秆和秸秆中可溶性物质， 不但避免了这部分物质在传统碱 预处理过程的损失， 提高了原料利用率， 而且降低后续碱预处理过程的处理量 40左右， 因 此碱预处理成本降低 40左右。 0130 以上已结合具体实施方式对本发明作了具体说明， 本领域技术人员应该理解， 依 据本发明所述具体实施方式的所有变体、 变型、 替代方式和等同物均在本发明的范围之内。 说 明 书 CN 102031276 B 10 。