專利名稱：：用于生產(chǎn)氫氣的方法和設(shè)備以及其中使用的微生物固定化球粒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)氫氣的方法和設(shè)備以及其中使用的微生物固定化球粒，尤其是涉及用于生產(chǎn)氫氣的方法和設(shè)備以及其中使用的微生物固定化球粒，其中氫氣是用產(chǎn)氫氣細(xì)菌經(jīng)氫氣發(fā)酵產(chǎn)生的。
背景技術(shù)：
：隨著全球變暖的加劇，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了用于獲得新能源同時(shí)不使用化石燃料的技術(shù)，而且在許多領(lǐng)域?qū)亩喾N生物質(zhì)和可再生的有機(jī)來(lái)源回收能量的技術(shù)的開(kāi)發(fā)也取得了進(jìn)展。例如，氫氣作為燃料受到了矚目，氫氣燃料不會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染并且目前主要由化石燃料制造而來(lái)。為了獲得清潔能源，對(duì)使用可再生的有機(jī)資源作為原材料由微生物發(fā)酵氫氣有需要。作為用于氫氣發(fā)酵的原材料的可再生有機(jī)資源包括食品廢物，農(nóng)業(yè)廢物等。食品廢物包括綜合建筑(飯店，旅館，辦公室，商店等)的食品廢品，食品工廠中糖食和面包的廢物，果品加工殘留物等。使用以上可再生的有機(jī)資源作為原材料，使用產(chǎn)氫氣細(xì)菌進(jìn)行氫氣發(fā)酵。作為產(chǎn)氫氣細(xì)菌，甲院發(fā)酵預(yù)處理的增溶作用槽中的污泥用作接種污泥。作為產(chǎn)氫氣細(xì)菌的專性厭氧細(xì)菌和兼性厭氧細(xì)菌存在于這類污泥中。專性厭氧細(xì)菌包括丁酸梭狀芽孢桿菌(Clostridumbutyricum)和拜氏梭狀芽孢桿菌(Clostridumbeijerinckii)，兼性厭氧細(xì)菌包括產(chǎn)氣腸桿菌(Enterobacteraerogenes)等。以上產(chǎn)氫氣細(xì)菌經(jīng)有機(jī)物質(zhì)作為基質(zhì)的氫氣發(fā)酵產(chǎn)生氫氣，反應(yīng)保留時(shí)間為1至2天。如上所述，已經(jīng)報(bào)告了由氫氣發(fā)酵從有機(jī)資源回收氫氣的嘗試。3例如，專利文獻(xiàn)1和2描述了對(duì)獲得的氫氣作為電能進(jìn)行再循環(huán)的方法。另外，專利文獻(xiàn)3描述了在減壓下進(jìn)行發(fā)酵以便降低氫氣分壓。此外，專利文獻(xiàn)4描述了用于使用可再生的有機(jī)廢物作為原料進(jìn)行氫氣發(fā)酵的方法和設(shè)備。專利文獻(xiàn)l:特開(kāi)2001-23677號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:特開(kāi)2001-229955號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3:特開(kāi)平7-31998號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4:特開(kāi)2003-135088號(hào)公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題然而，傳統(tǒng)方法和設(shè)備具有由產(chǎn)氫氣細(xì)菌發(fā)酵氫氣產(chǎn)率極低的問(wèn)題。例如，在己糖用作基質(zhì)的情況下，從其代謝系統(tǒng)推測(cè)每mol糖理論上產(chǎn)生直至4mol的氫氣。然而，以前報(bào)告的氫氣發(fā)酵的產(chǎn)率低到1至2mol。人們認(rèn)為一個(gè)原因是，產(chǎn)率下降可能是由被消耗氫氣的有害細(xì)菌污染所致。為了抑制有害細(xì)菌的生長(zhǎng)，考慮在低pH狀態(tài)下進(jìn)行發(fā)酵的方法。然而，在pH6或者更低pH時(shí)產(chǎn)率下降，而且氫氣發(fā)酵在pH5或者更低pH時(shí)完全停止。因此，氫氣發(fā)酵需要在pH6至7的環(huán)境下操作并且具有有害細(xì)菌不能得到控制的問(wèn)題。作為解決上述問(wèn)題的方法，人們考慮使用在pH6或者更低pH時(shí)顯示氫氣發(fā)酵活性的產(chǎn)氫氣細(xì)菌。然而，上述產(chǎn)氫氣細(xì)菌的富集培養(yǎng)非常困難并且不切實(shí)際。鑒于上述
背景技術(shù)：
，目前需要在pH4至6時(shí)通過(guò)維持產(chǎn)氫氣細(xì)菌的高活性高產(chǎn)率進(jìn)行氫氣發(fā)酵的方法。鑒于上述情況，進(jìn)行了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供能夠通過(guò)由產(chǎn)氫氣細(xì)菌在pH4至6進(jìn)行氫氣發(fā)酵高產(chǎn)率生產(chǎn)氫氣的方法和設(shè)備，以及其中使用的微生物固定化球粒。解決所述技術(shù)問(wèn)題的手段為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一個(gè)方面是用于生產(chǎn)氫氣的方法，其中氫氣使用微生物由有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生，其特征在于使用其上截留和固定產(chǎn)氫氣耐酸細(xì)菌的球粒，通過(guò)使球粒與pH4到6環(huán)境下的有機(jī)物質(zhì)接觸和反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)產(chǎn)氫氣細(xì)菌被截留和固定時(shí)，產(chǎn)氫氣細(xì)菌的最適pH值轉(zhuǎn)變至較低范圍。本發(fā)明是基于上述發(fā)現(xiàn)并運(yùn)用其上截留和固定產(chǎn)氫氣細(xì)菌的球粒進(jìn)行的，因此，在4至6的低pH范圍活化了產(chǎn)氫氣細(xì)菌來(lái)產(chǎn)生氫氣。因此，消耗氫氣的有害細(xì)菌的影響較少，氫氣的產(chǎn)率可以得以提高。另外，作為用于截留和固定化產(chǎn)氫氣細(xì)菌的方法，該方法優(yōu)選包括使由細(xì)菌與包含預(yù)聚合物的固定化材料混合制備的液體混合物進(jìn)行聚合來(lái)截留并固定化在凝膠內(nèi)部的細(xì)菌。作為預(yù)聚合物材料，優(yōu)選聚乙二醇二丙烯酸酯和聚乙二醇甲基丙烯酸酯，并且可以使用其衍生物。而且，球粒優(yōu)選截留球粒諸如球狀或者圓柱狀的截留球粒，具有非常不規(guī)則形狀的截留球粒，諸如繩形狀的截留球粒，并且接觸效率和產(chǎn)氫氣率得以改進(jìn)。另外，球粒優(yōu)選具有相當(dāng)于0.5至10cm大小的球的粒徑。本發(fā)明的第二方面是，在第一方面中，其特征在于使用由國(guó)際保藏登錄號(hào)FERMBP-10804鑒定的菌株作為產(chǎn)氫氣細(xì)菌，該菌株作為高溫厭氧芽孢桿菌(Thermoanaerobacterium)菌株P(guān)EH8保藏在獨(dú)立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所特許生物保藏中心。本發(fā)明的發(fā)明人研究了土壤微生物，海洋微生物，湖泊等中的微生物，分離出產(chǎn)氫氣耐酸細(xì)菌，高溫厭氧芽孢桿菌(Thermoanaerobacterium)菌株P(guān)EH8，并將其作為由國(guó)際保藏登錄號(hào)FERMBP-10804鑒定的菌株保藏在獨(dú)立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所特許生物保藏中心(保藏日2007年3月26日)。上述細(xì)菌的最適pH值在5.5至6.0的范圍內(nèi)，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)截留并固定化上述細(xì)菌時(shí)，最適pH值轉(zhuǎn)變?yōu)?至6的范圍。因此，第二方面的產(chǎn)氫氣細(xì)菌被截留和固定，并用于pH4至6的環(huán)境中，由此可以高產(chǎn)率獲得氫氣。順便提及，上述細(xì)菌(微生物)的科學(xué)性質(zhì)如下:-革蘭氏染色:陽(yáng)性-形狀:桿狀-需氧與否:厭氧(專性)。分類學(xué)地位是屬高溫厭氧芽孢桿菌(Thermoanaerobacterium)種熱解糖高溫厭氧芽孢桿菌(Thermoanaerobacteriumthermosaccharolyticum)為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第三方面是用于生產(chǎn)氫氣的設(shè)備，其中氫氣使用微生物由有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生，其特征在于包括氫氣發(fā)酵器，其通過(guò)進(jìn)料球粒并使球粒與有機(jī)物質(zhì)接觸和反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，在球粒上截留和固定化產(chǎn)氫氣耐酸細(xì)菌，還包括pH控制裝置，其將氫氣發(fā)酵器的pH控制在4至6的范圍。由此，可以高產(chǎn)率產(chǎn)生氫氣。本發(fā)明第四方面是，在第三方面中，其特征在于在氫氣發(fā)酵器的下游提供用于將從氫氣發(fā)酵器排出的廢液進(jìn)行甲烷發(fā)酵的甲烷發(fā)酵器。根據(jù)該第四方面，氫氣發(fā)酵后的廢液進(jìn)行甲烷發(fā)酵，由此殘留在廢液中的有機(jī)物質(zhì)作為甲烷氣回收并可以作為能量利用。本發(fā)明的第五方面是適用于第一至第四方面的球粒。因?yàn)樽钸mpH值轉(zhuǎn)變成比固定化前的最適pH值低的范圍，可以在低pH范圍產(chǎn)生氫氣。本發(fā)明的第六方面是，第五方面中，其特征在于使用由國(guó)際保藏登錄號(hào)FERMBP-10804鑒定的菌株作為產(chǎn)氫氣細(xì)菌，該菌株作為高溫厭氧芽孢桿菌(Thermoanaerobacterium)菌株P(guān)EH8保藏在獨(dú)立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所特許生物保藏中心。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)楫a(chǎn)氫氣耐酸細(xì)菌被截留和固定化，并作為球粒使用，氫氣可以在低pH區(qū)域產(chǎn)生，可以高產(chǎn)率獲得氫氣而無(wú)有害細(xì)菌的污染。圖1是顯示產(chǎn)氫氣細(xì)菌的活性和pH之間關(guān)系的圖；圖2是顯示被截留和固定化的產(chǎn)氫氣細(xì)菌的活性和pH之間關(guān)系的圖3是顯示本發(fā)明應(yīng)用的產(chǎn)氫氣設(shè)備的圖；圖4是顯示使用兩級(jí)氫氣發(fā)酵器的產(chǎn)氫氣設(shè)備的圖；和圖5是顯示實(shí)施例的結(jié)果的圖。附圖標(biāo)記描述10產(chǎn)氫氣設(shè)備12氫氣發(fā)酵器14pH控制裝置16供給管18球粒20氣體管22廢液管724調(diào)解物供給管26開(kāi)關(guān)閥28pH計(jì)本發(fā)明的最佳實(shí)施方式根據(jù)附圖，本發(fā)明的用于產(chǎn)生氫氣的方法和設(shè)備以及其中使用的微生物-固定化球粒的優(yōu)選實(shí)施方案將描述在下文。首先，描述作為本發(fā)明的基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。圖1顯示了產(chǎn)氫氣細(xì)菌，高溫厭氧芽孢桿菌菌株P(guān)EH8(由國(guó)際保藏登錄號(hào)FERMBP-10804鑒定的菌株，該菌株保藏在獨(dú)立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所特許生物保藏中心；以下簡(jiǎn)稱"高溫厭氧芽孢桿菌菌株P(guān)EH8")的pH依從關(guān)系，圖2顯示了其上截留和固定化產(chǎn)氫氣細(xì)菌高溫厭氧芽孢桿菌菌株P(guān)EH8的球粒的pH依從關(guān)系。如下制備截留固定化球粒。將高溫厭氧芽孢桿菌菌株P(guān)EH8的細(xì)胞懸浮至氨基甲酸乙酯(urethane)丙烯酸酯預(yù)聚合物溶液中，向其中添加過(guò)硫酸鉀和NNN'N，-四甲基乙二胺，由此混合物進(jìn)行聚合產(chǎn)生截留細(xì)菌的凝膠。每種物質(zhì)的添加量如下。7x107細(xì)胞/ml高溫厭氧芽孢桿菌菌株P(guān)EH8的溶液20%氨基甲酸乙酯丙烯酸酯預(yù)聚合物15%無(wú)菌水64.25%NNN'N'-四甲基乙二胺0.5%過(guò)硫酸鉀0.25%凝膠成形為3mm的正方形來(lái)產(chǎn)生截留固定化球粒。向500-mL搖瓶發(fā)酵器中進(jìn)料所獲得的球粒，進(jìn)料體積為10%,使用表1中顯示的培養(yǎng)基在多個(gè)pH下進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵。表2顯示了結(jié)果。操作條件是55'C，培養(yǎng)基進(jìn)料速率是100至300mL/天。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>圖1顯示高溫厭氧芽孢桿菌菌株P(guān)EH8的最適pH值為5.5至6.5?？紤]到通常報(bào)道的產(chǎn)氫氣細(xì)菌的最適pH值為6至6.5，顯示出高溫厭氧芽孢桿菌菌株P(guān)EH8在低pH時(shí)為表現(xiàn)活性的耐酸細(xì)菌。另外，如圖2所示，上述產(chǎn)氫氣是固定化的，因此最適pH值延伸到較低的范圍。更具體地說(shuō)，最適pH值的范圍延伸至pH4至6，優(yōu)選pH4.8至5.5。因此，其上截留和固定化上述產(chǎn)氫氣細(xì)菌的球粒被并用于pH4至6，優(yōu)選pH4.8至5.5的環(huán)境，由此可以高產(chǎn)率生產(chǎn)氫氣。其次，上述產(chǎn)氫氣細(xì)菌用作被截留和固定化細(xì)菌(球粒)的情況和上述產(chǎn)氫氣細(xì)菌用作懸浮細(xì)菌的情況之間的比較將在表2的基礎(chǔ)上進(jìn)行解釋。表2顯示使用懸浮細(xì)菌和固定化細(xì)菌，在多個(gè)pH下所獲得的產(chǎn)率結(jié)果。[表2]<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>可以從表2看出，懸浮細(xì)菌狀態(tài)的細(xì)菌，在pH小于6時(shí)活性迅速降低，氫氣的產(chǎn)率降至1或者更低，此外，在pH5或者更低時(shí)，根本沒(méi)有獲得氫氣。另一方面，截留和固定化狀態(tài)的細(xì)菌，pH5時(shí)的氫氣的產(chǎn)率比pH6時(shí)的產(chǎn)率更高。在下文，將由實(shí)施例舉例說(shuō)明用于實(shí)施本發(fā)明的設(shè)備。圖3示意性顯示了本實(shí)施方案的產(chǎn)氫氣設(shè)備10的構(gòu)成。如該圖中所示，產(chǎn)氫氣設(shè)備IO主要由氫氣發(fā)酵器12和pH控制裝置14構(gòu)成。供給管16與氫氣發(fā)酵器12的底部連通，發(fā)酵原材料經(jīng)供給管16提供給氫氣發(fā)酵器12。大量球粒18進(jìn)料至氫氣發(fā)酵器12中。每個(gè)球粒18是其上截留和固定化產(chǎn)氫氣細(xì)菌的球粒。作為產(chǎn)氫氣細(xì)菌，使用產(chǎn)氫氣耐酸細(xì)菌例如高溫厭氧芽孢桿菌菌株P(guān)EH8。作為用于生產(chǎn)球粒18的方法，產(chǎn)氫氣細(xì)菌與固定化材料混合，將該混合物進(jìn)行聚合，由此細(xì)菌被截留和固定化在凝膠內(nèi)部來(lái)得到球粒18。所述固定材料優(yōu)選是預(yù)聚合物材料，例如聚乙二醇二丙烯酸酯和聚乙二醇甲基丙烯酸酯，并且可以使用其衍生物。這是因?yàn)?，?dāng)單體諸如丙烯酰胺，甲叉雙丙烯酰胺或者triacrylformal用作固定化材料時(shí)，在球粒18內(nèi)部產(chǎn)生的氫氣積聚在球粒的內(nèi)部，球?？赡鼙押捅?。另外，優(yōu)選固定化材料是具有2000至9000分子量的網(wǎng)狀凝膠。這是因?yàn)?，?dāng)分子量較小時(shí)，最適pH值的轉(zhuǎn)變范圍非常小。使用具有2000至9000分子量的網(wǎng)狀凝膠，因此最適pH值的轉(zhuǎn)變范圍變寬并且可以獲得較寬的pH耐受度。而且，使用具有2000至9000分子量的網(wǎng)狀凝膠，由此，在球粒18內(nèi)部產(chǎn)生的氫氣很可能滲透球粒，并防止球粒18的爆裂。當(dāng)通過(guò)聚合反應(yīng)生產(chǎn)球粒18時(shí)，優(yōu)選添加NNN'N，-四甲基乙二胺作為助聚劑。試劑是高度堿性的，并且當(dāng)與細(xì)菌混合后pH升高，細(xì)菌被殺傷。混合時(shí)，NNN'N'-四甲基乙二胺添加到氨基甲酸乙酯丙烯酸酯預(yù)聚合物和細(xì)菌的溶液中，其后，向其中添加聚合引發(fā)劑來(lái)使混合物聚合。添加NNN'N'-四甲基乙二胺后需要調(diào)節(jié)pH到6至8，優(yōu)選6至7。球粒18優(yōu)選具有諸如球形，矩形，圓柱形，繩形等的形狀，球粒18優(yōu)選具有相當(dāng)于0.5至10cm大小的球的粒徑。在氫氣發(fā)酵器12內(nèi)，上述球粒18與發(fā)酵原材料接觸，由此產(chǎn)生氫氣。氣體管20與氫氣發(fā)酵器12的上部連通。氫氣發(fā)酵器12內(nèi)產(chǎn)生的氫氣通過(guò)氣體管20被輸送到下游處理設(shè)備(圖中未顯示)作為含氫氣氣體。另外，廢液管22與氫氣發(fā)酵器12的上端連通，氫氣發(fā)酵器12中的廢液經(jīng)廢液管22排出。廢液管22的末端與圖中未顯示的甲烷發(fā)酵器連通，廢液中的有機(jī)物質(zhì)在甲烷發(fā)酵器中轉(zhuǎn)化成甲烷氣。另一方面，pH控制裝置14與調(diào)解物供給管24中提供的開(kāi)關(guān)閥26連通。調(diào)節(jié)物供給管24是主要用于給氫氣發(fā)酵器12供應(yīng)堿性pH調(diào)解物的管線，調(diào)解物供給管24的一端與氫氣發(fā)酵器12連通，另一端與pH調(diào)解物槽(圖中未顯示)連通。因此，pH控制裝置14打開(kāi)和關(guān)閉開(kāi)關(guān)閥26，由此pH調(diào)解物經(jīng)調(diào)解物供給管24被提供給氫氣發(fā)酵器12，并調(diào)節(jié)氫氣發(fā)酵器12中的pH。另外，pH控制裝置14與氫氣發(fā)酵器12內(nèi)提供的pH計(jì)28連通?；谟蓀H計(jì)28測(cè)定的pH值，pH控制裝置14控制開(kāi)關(guān)閥26來(lái)供應(yīng)pH調(diào)解物，氫氣發(fā)酵器12的內(nèi)部被控制至預(yù)定的pH值。在本實(shí)施方案中，預(yù)定的pH值是pH4至6，優(yōu)選pH4.8至5.5。根據(jù)如上所述構(gòu)成的產(chǎn)氫氣設(shè)備10，因?yàn)楫a(chǎn)氫氣細(xì)菌被截留和固定為球粒18，最適pH值轉(zhuǎn)變?yōu)榈头秶?，氫氣發(fā)酵的活性甚至在4至6的低pH范圍也提高。因此，氫氣發(fā)酵器12的內(nèi)部經(jīng)pH控制裝置14被調(diào)節(jié)至pH4至6的范圍，因此截留并固定化在球粒18上的產(chǎn)氫氣細(xì)菌的活性得以提高，可以高產(chǎn)率獲得氫氣。另外，根據(jù)上述實(shí)施方案中，因?yàn)闅錃獍l(fā)酵器12的內(nèi)部維持在較低的pH4至6的pH范圍，消耗有機(jī)物質(zhì)的有害細(xì)菌的活性可以得到抑制。氫氣的產(chǎn)率可以因此被進(jìn)一步提高。圖4顯示了使用兩級(jí)氫氣發(fā)酵器的產(chǎn)氫氣設(shè)備。在該圖中顯示的產(chǎn)氫氣設(shè)備中，提供了兩級(jí)氫氣發(fā)酵器(以下第一級(jí)槽被稱為第一氫氣發(fā)酵器12X，第二級(jí)槽被稱為第二氫氣發(fā)酵器12Y)，第一氫氣發(fā)酵器12X和第二氫氣發(fā)酵器12Y串聯(lián)連通。更具體地說(shuō)，供應(yīng)發(fā)酵原材料的供給管16與第一氫氣發(fā)酵器12X的底部連通，與第一氫氣發(fā)酵器12X上端連通的廢液管22X與第二氫氣發(fā)酵器12Y的底部連通。而且，廢液管22Y與第二氫氣發(fā)酵器12Y的上端連通。因此，經(jīng)供給管16將發(fā)酵原材料提供給第一氫氣發(fā)酵器12X，氫氣發(fā)酵在第一氫氣發(fā)酵器12X內(nèi)進(jìn)行。而且，反應(yīng)的廢液經(jīng)廢液管22X提供給第二氫氣發(fā)酵器12Y，在第二氫氣發(fā)酵器12Y內(nèi)進(jìn)行氫氣發(fā)酵。其后，來(lái)自反應(yīng)的廢液從廢液管22Y排出。有時(shí)，第一個(gè)氫氣發(fā)酵器12X和第二氫氣發(fā)酵器12Y裝有多個(gè)球粒18,球粒18上截留和固定化有產(chǎn)氫氣細(xì)菌。每一球粒18與發(fā)酵原材料接觸，因此在第一氫氣發(fā)酵器12X和第二氫氣發(fā)酵器12Y內(nèi)產(chǎn)生氫氣。另外，氣體管20X和氣體管20Y分別與第一氫氣發(fā)酵器12X和第二氫氣發(fā)酵器12Y連通，含氫氣的氣體經(jīng)氣體管20X和20Y排出。第一氫氣發(fā)酵器12X和第二氫氣發(fā)酵器12Y中，分別提供第一pH控制裝置14X和第二pH控制裝置14Y。第一pH控制裝置14X和第二pH控制裝置14Y構(gòu)成如圖3中所示的pH控制裝置14。更具體地說(shuō)，第一pH控制裝置14X具有與第一氫氣發(fā)酵器12X連通的調(diào)解物供給管24X，控制位于調(diào)解物供給管24X中的開(kāi)關(guān)閥26X，因此將pH調(diào)解物提供給第一氫氣發(fā)酵器12X來(lái)調(diào)節(jié)第一氫氣發(fā)酵器12X中的pH。而且，第一pH控制裝置14X與第一氫氣發(fā)酵器12X內(nèi)提供的pH計(jì)28X連通，在pH計(jì)28X測(cè)定的值的基礎(chǔ)上控制開(kāi)關(guān)閥26X，因此控制第一氫氣發(fā)酵器12X中的pH至預(yù)定的pH值。另一方面，第二pH控制裝置14Y具有與第二氫氣發(fā)酵器12Y連通的調(diào)解物供給管24Y，控制位于調(diào)解物供給管24Y中的開(kāi)關(guān)閥26Y，因此將pH調(diào)解物提供給第二氫氣發(fā)酵器12Y,來(lái)調(diào)節(jié)第二氫氣發(fā)酵器12Y中的pH。而且，第二pH控制裝置14Y與第二氫氣發(fā)酵器12Y內(nèi)提供的pH計(jì)28Y連通，在pH計(jì)28Y測(cè)定的值的基礎(chǔ)上控制開(kāi)關(guān)閥26Y，因此控制第二氫氣發(fā)酵器12Y中的pH至預(yù)定的pH值。有時(shí)，在圖4中的產(chǎn)氫氣設(shè)備中，第一pH控制裝置14X和第二pH控制裝置14Y將氫氣發(fā)酵器中的pHs控制到不同的pH值。尤其是，第一pH控制裝置14X控制第一氫氣發(fā)酵器12X中的pH到4至5.5，第二pH控制裝置14Y第二將氫氣發(fā)酵器12Y中的pH控制到5.5或更高水平。如上所述第一氫氣發(fā)酵器12X中的pH被控制到低于第二氫氣發(fā)酵器12Y中的pH水平，因此第一氫氣發(fā)酵器12X內(nèi)的污染細(xì)菌的生長(zhǎng)得到抑制。而且，因?yàn)榈诙錃獍l(fā)酵器12Y中的pH被控制到稍微高的水平，反應(yīng)速率提高。在這時(shí)候，因?yàn)榈谝粴錃獍l(fā)酵器12X內(nèi)的有害細(xì)菌的活性得到抑制，由于有害細(xì)菌和產(chǎn)氫氣細(xì)菌之間的競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)氫氣細(xì)菌的活性在第二氫氣發(fā)酵器12Y中更顯著，因此產(chǎn)率被進(jìn)一步提高。另外，在第一氫氣發(fā)酵器12X和第二氫氣發(fā)酵器12Y之間提供pH梯度，因此可以使用較寬范圍的微生物群落。上述的實(shí)施方案中，顯示了一和兩級(jí)產(chǎn)氫氣發(fā)酵器，可以提供3或者更多級(jí)的多級(jí)產(chǎn)氫氣發(fā)酵器。在這種情況下，優(yōu)選下游的產(chǎn)氫氣發(fā)酵器的pH被控制到更高的范圍。本發(fā)明的產(chǎn)氫氣細(xì)菌不局限于上述實(shí)施例。更具體地說(shuō)，例如可以使用PEH8的突變株作為本發(fā)明的產(chǎn)氫氣細(xì)菌。作為突變株，可以優(yōu)選使用遺傳了如上所述的PEH8在低pH范圍和高溫范圍有效產(chǎn)生氫氣的能力的那些突變株。實(shí)施例(第一試驗(yàn))作為實(shí)施例1，在圖3的產(chǎn)氫氣設(shè)備10中使用截留固定化氫氣發(fā)酵球粒進(jìn)行氫氣發(fā)酵，在截留固定化氫氣發(fā)酵球粒上固定化有高溫厭氧芽孢桿菌菌株P(guān)EH8。如下所述制備該球粒。更具體地說(shuō)，將高溫厭氧芽孢桿菌菌株P(guān)EH8的細(xì)胞懸浮在氨基甲酸乙酯丙烯酸酯預(yù)聚合物溶液中，向其中添加過(guò)硫酸鉀和NNN，N，-四甲基乙二胺，由此混合物進(jìn)行聚合來(lái)得到截留細(xì)菌的凝膠。每種物質(zhì)的添加量如下。7x107個(gè)細(xì)胞/ml高溫厭氧芽孢桿菌菌株P(guān)EH8的溶液20%氨基甲酸乙酯丙烯酸酯預(yù)聚合物15%無(wú)菌水64.25%NNN，N，-四甲基乙二胺0.5%過(guò)硫酸鉀0.25%凝膠成形為3mm的正方形來(lái)得到截留固定化球粒。將l-L搖瓶發(fā)酵器進(jìn)料10%體積所獲得的球粒，進(jìn)料表1中顯示的培養(yǎng)基，保留時(shí)間48小時(shí)，在pH5于氫氣發(fā)酵器中進(jìn)行氫氣發(fā)酵試驗(yàn)。作為比較實(shí)施例1和2，在懸浮的細(xì)菌細(xì)胞未固定化的狀態(tài)處理高溫厭氧芽孢桿菌菌株P(guān)EH8，在pH5和pH6使用相同的條件進(jìn)行氫氣發(fā)酵。l個(gè)月連續(xù)操作后的結(jié)果顯示在表3中。<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>從表3可以看出，實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例1的產(chǎn)率比常規(guī)方法的比較實(shí)施例1和2產(chǎn)率的更高。更具體地說(shuō)，雖然在比較實(shí)施例1中根本不能獲得氫氣，在比較實(shí)施例2中產(chǎn)率低到1.5至2.0mol-H2/mol-木糖，在實(shí)施例1中產(chǎn)率高達(dá)2.2至2.7mol-H2/mol-木糖。實(shí)施例1(第二試驗(yàn))在第二試驗(yàn)中，氫氣發(fā)酵試驗(yàn)使用生物質(zhì)作為原料進(jìn)行。[制備原料的方法]用于諸如甘蔗渣(甘蔗廢物)的木質(zhì)纖維原料進(jìn)行增溶作用和糖基化作用的方法包括使用諸如濃硫酸或者稀硫酸的酸的方法，使用諸如氫氧化鈉或者銨鹽的堿的方法，使用超臨界水的方法，使用酶的方法等。首先，將1.6kg甘蔗渣和16kg2y。(w/w)水性氫氧化鈉溶液進(jìn)料到30-L保溫箱(HMF-30F01，由Hitachi,Ltd生產(chǎn))，在121。C條件下熱處理15分鐘。冷卻后，用80網(wǎng)篩進(jìn)行固液分離，然后將18kg水添加至篩子上4.5kg的固形物上(solidcontet)，并勻化固體。將所得物質(zhì)的pH用硫酸調(diào)節(jié)至5.0，其后向其中添加市場(chǎng)上可買到的酶(GC220:32g，Multifect木聚糖酶32g，GenencorInternational),在55。C的條件下進(jìn)行酶處理72小時(shí)。其后，向其中添加230g的酵母提取物(PRONALNS55T4，PRODESA)，制備混合物作為原料溶液。原料溶液具有的組成如下經(jīng)苯酚-硫酸法測(cè)得的總糖水平是9500mg/L，經(jīng)HPLC測(cè)得的還原糖分析值是葡萄糖5973mg/L，木糖1776mg/L和阿拉伯糖31mg/L。與實(shí)施例1相同將l-L搖瓶發(fā)酵器(由ABLE公司生產(chǎn))以10%體積進(jìn)料所獲得的球粒，進(jìn)料上述原料，保留時(shí)間72小時(shí)，在pH5.0于氫氣發(fā)酵器中進(jìn)行氫氣發(fā)酵。當(dāng)生物氣的產(chǎn)生穩(wěn)定時(shí)，從培養(yǎng)開(kāi)始第10天到第19天的連續(xù)操作的結(jié)果顯示在圖5中。圖5橫坐標(biāo)軸中的培養(yǎng)天數(shù)1，和2至10分別顯示從培養(yǎng)開(kāi)始的第10天，第ll天至第19天。而且，圖5中的線圖顯示氫氣的體積比，圖5中的柱狀圖顯示發(fā)酵氣體的產(chǎn)量(m1/天)。作為10天的平均值，發(fā)酵氣體的產(chǎn)量為696ml/天，氫氣的體積比是59.3%?；谟杀椒?硫酸法測(cè)得的總糖水平計(jì)算的產(chǎn)率是2.3mol-H2/mol-糖(計(jì)算為葡萄糖)。從上述結(jié)果可以看出，通過(guò)使用本發(fā)明，當(dāng)生物質(zhì)作為原料時(shí)可以充分地發(fā)酵氫氣。1權(quán)利要求1.用于生產(chǎn)氫氣的方法，其中氫氣使用微生物由有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生，其特征在于使用其上截留和固定化產(chǎn)氫氣耐酸細(xì)菌的球粒，通過(guò)使球粒與pH4到6環(huán)境下的有機(jī)物質(zhì)接觸和反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。2.根據(jù)權(quán)利要求1的用于生產(chǎn)氫氣的方法，其特征在于使用由國(guó)際的保藏登錄號(hào)FERMBP-10804鑒定的菌株作為產(chǎn)氫氣細(xì)菌，該菌株作為高溫厭氧芽孢桿菌(Thermoanaerobacterium)菌株P(guān)EH8保藏在獨(dú)立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所特許生物保藏中心。3.用于生產(chǎn)氫氣的設(shè)備，其中氫氣使用微生物由有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生，其特征在于包括氫氣發(fā)酵器，其通過(guò)進(jìn)料球粒并使球粒與有機(jī)物質(zhì)接觸和反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，在球粒上截留和固定化產(chǎn)氫氣耐酸細(xì)菌；和pH控制裝置，其將氫氣發(fā)酵器的pH控制在4至6的范圍。4.根據(jù)權(quán)利要求3的用于生產(chǎn)氫氣的設(shè)備，其特征在于在氫氣發(fā)酵器的下游提供用于將從氫氣發(fā)酵器排出的廢液進(jìn)行甲烷發(fā)酵的甲烷發(fā)酵器。5.微生物-固定化球粒，其上截留和固定化產(chǎn)氫氣耐酸細(xì)菌。6.根據(jù)權(quán)利要求5的微生物固定化球粒，其特征在于使用由國(guó)際保藏登錄號(hào)FERMBP-50804鑒定的菌株作為產(chǎn)氫氣細(xì)菌，該菌株作為高溫厭氧芽孢桿菌(Thermoanaerobacterium)菌株P(guān)EH8保藏在獨(dú)立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所特許生物保藏中心。全文摘要本發(fā)明的一個(gè)方面的氫氣生產(chǎn)方法是用于生產(chǎn)氫氣的方法，其中氫氣使用微生物由有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生，其特征在于使用其上截留和固定化產(chǎn)氫氣耐酸細(xì)菌的球粒，通過(guò)使球粒與pH4到6環(huán)境下的有機(jī)物質(zhì)接觸和反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)產(chǎn)氫氣細(xì)菌被截留和固定化，由此產(chǎn)氫氣細(xì)菌的最適pH值轉(zhuǎn)變至低范圍。本發(fā)明是基于上述發(fā)現(xiàn)進(jìn)行的，并使用其上截留和固定化產(chǎn)氫氣細(xì)菌的球粒，因此，在4至6的低pH范圍活化了產(chǎn)氫氣細(xì)菌來(lái)產(chǎn)生氫氣。因此，消耗氫氣的污染細(xì)菌的影響較少，氫氣的產(chǎn)率可以得以提高。文檔編號(hào)C12P3/00GK101668862SQ20088001086公開(kāi)日2010年3月10日申請(qǐng)日期2008年3月26日優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日發(fā)明者三谷優(yōu),沖泰弘,安部直樹(shù),森直道,生田創(chuàng),角野立夫申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立工業(yè)設(shè)備技術(shù);三寶樂(lè)啤酒株式會(huì)社