專利名稱：一種應(yīng)用厭氧干發(fā)酵技術(shù)處理水稻秸稈制取生物絮凝劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用，是一種應(yīng)用厭氧干發(fā)酵技術(shù)處理水稻秸桿制取生物絮凝劑的方法，其以水稻秸桿為底物，應(yīng)用厭氧干發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行降解，利用產(chǎn)酸發(fā)酵液制取生物絮凝劑，開發(fā)利用廉價底物制取生物絮凝劑的新技術(shù)。
背景技術(shù)：
生物絮凝劑是一類具有生物降解功能的聚合物，由具有這類特殊功能的微生物所分泌的包含多糖、脂類及蛋白質(zhì)等。由于其對環(huán)境的安全及無污染性，因此受到國內(nèi)外眾多科研工作者的重視。目前，已廣泛用于處理各類有機(jī)廢水及一些特征化學(xué)物質(zhì)、金屬元素的去除研究。由于制取生物絮凝劑所需要的一些底物，如蔗糖、葡萄糖和果糖等成本過高，導(dǎo)致難于規(guī)模化應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化。然而，以往研究者們都研究集中于分離高效的、具有制取絮凝劑功能的微生物，優(yōu)化培養(yǎng)馴化條件及解析其絮凝機(jī)理和化學(xué)結(jié)構(gòu)的研究。忽視了尋找新型廉價的替代原料作為制取生物絮凝劑的底物也是有效解決應(yīng)用這一難題的有效途徑之
O近年來，有一些關(guān)于利用其他廉價替代底物替代傳統(tǒng)的培養(yǎng)基生產(chǎn)絮凝劑的報道，如利用作物秸桿、有機(jī)廢水及釀酒廢水等作為底物替代碳源制取絮凝劑。但應(yīng)用厭氧發(fā)酵過程生產(chǎn)甲烷的發(fā)酵液以及沼液為底物制取生物絮凝劑的研究還未見有報道。對于應(yīng)用厭氧發(fā)酵液制取絮凝劑的研究不僅能深化廢棄物綜合利用的尺度，而且避免沼液無法有效回收導(dǎo)致環(huán)境二次污染，同時也為農(nóng)業(yè)廢棄物綜合資源化利用開辟新的技術(shù)途徑。為將來從工藝上調(diào)控發(fā)酵體系高效產(chǎn)甲烷同時使沼液理化特性適合高效生產(chǎn)生物絮凝劑提供參考。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對應(yīng)用厭氧干發(fā)酵技術(shù)處理水稻秸桿制取生物絮凝劑。本發(fā)明特點是應(yīng)用厭氧干發(fā)酵技術(shù)，以水稻秸桿為底物、濃度為20%進(jìn)行產(chǎn)酸發(fā)酵降解，實現(xiàn)了以廉價底物制取生物絮凝劑的新途徑。本發(fā)明是這樣實施的一種應(yīng)用厭氧干發(fā)酵技術(shù)處理水稻秸桿制取生物絮凝劑的方法，其特征在于步驟為
1)將水稻秸桿處理為3飛厘米段，以初始干物質(zhì)濃度(TS)為20%厭氧發(fā)酵；
2)在厭氧反氧器內(nèi)先通入高純氮氣15min以上，驅(qū)除厭氧反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧使體系內(nèi)氧化還原電位(ORP)低于-250 mV ；
3)采集正常產(chǎn)氣沼氣池的產(chǎn)酸菌群進(jìn)行富集馴化，以30%的接種量30°C啟動運行厭氧反應(yīng)器，連續(xù)運行80-120天；
4)取厭氧反應(yīng)器內(nèi)的發(fā)酵液離心10min以上，高溫高壓滅菌后與傳統(tǒng)產(chǎn)絮培養(yǎng)基以體積比I: I混合獲得復(fù)合培養(yǎng)基，所述傳統(tǒng)產(chǎn)絮培養(yǎng)基IL中包含葡萄糖10 g、酵母提取物O. 5 g、尿素 O. 5 g、K2HP04 5 g、KH2P04 2 g、MgS04 0. 2 g、NaCl 0. I g、調(diào)節(jié) pH7. 0 7. 2 ;
5)在復(fù)合培養(yǎng)基中接種產(chǎn)絮菌F+后獲得生物絮凝劑，所述的產(chǎn)絮菌F+是用黑龍江省環(huán)境生物技術(shù)重點實驗室分離的產(chǎn)絮菌F2 (Rhizobium radiobacter)和F6(Bacillussphaericus)等體積比1:1混合形成的復(fù)合產(chǎn)絮菌F+,接種量為8%。本方法中，復(fù)合培養(yǎng)基中采用連續(xù)運行100天的發(fā)酵液，能獲得最佳的產(chǎn)絮效果。本發(fā)明利用的降解產(chǎn)酸菌群為穩(wěn)定運行的半連續(xù)發(fā)酵沼氣池內(nèi)沼液，產(chǎn)絮菌為F2+F6以體積比1:1等量混合形成的復(fù)合產(chǎn)絮菌F+，此方法可高效利用水稻秸桿發(fā)酵液制取生物絮凝劑，實現(xiàn)了廉價底物制取生物絮凝劑，具有廣闊的應(yīng)用前景，為將來大規(guī)模生物絮凝劑的生產(chǎn)應(yīng)用，實現(xiàn)廢棄物的高值能源轉(zhuǎn)化提供重要技術(shù)參考。



圖I水稻秸桿厭氧干發(fā)酵過程中PH變化情況。圖2水稻秸桿厭氧干發(fā)酵過程中VFA變化情況。圖3不同時期1:1復(fù)合培養(yǎng)基絮凝效率及還原糖總量比較。圖4產(chǎn)酸高峰期(干發(fā)酵運行第25天發(fā)酵液)發(fā)酵液優(yōu)勢微生物種類。
具體實施例方式一種應(yīng)用厭氧干發(fā)酵技術(shù)處理水稻秸桿制取生物絮凝劑的方法，步驟為
1)將水稻秸桿處理為3飛厘米段，以初始干物質(zhì)濃度為20%厭氧發(fā)酵；
2)在厭氧反氧器內(nèi)先通入高純氮氣15min以上，驅(qū)除厭氧反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧使體系內(nèi)氧化還原電位(ORP)低于-250 mV ；
3)采集正常產(chǎn)氣沼氣池的產(chǎn)酸菌群進(jìn)行富集馴化，以30%的接種量30°C啟動運行厭氧反應(yīng)器，連續(xù)運行80-120天；
4)取反應(yīng)器內(nèi)100天的發(fā)酵液9000g離心10 min以上，高溫高壓滅菌后與傳統(tǒng)產(chǎn)絮培養(yǎng)基以體積比1:1混合獲得復(fù)合培養(yǎng)基，所述傳統(tǒng)產(chǎn)絮培養(yǎng)基IL中包含葡萄糖10 g、酵母提取物 O. 5 8、尿素0.5 g、K2HP04 5 g、KH2P04 2 g、MgS04 0. 2 g、NaCl 0. I g、調(diào)節(jié)pH7. 0 7· 2 ；
5)在復(fù)合培養(yǎng)基中接種產(chǎn)絮菌F+后獲得生物絮凝劑，所述的產(chǎn)絮菌F+是用黑龍江省環(huán)境生物技術(shù)重點實驗室分離的產(chǎn)絮菌F2 (Rhizobium radiobacter)和F6(Bacillussphaericus)等體積比1:1混合形成的復(fù)合產(chǎn)絮菌F+,接種量為8%。復(fù)合產(chǎn)絮菌F+與各時期產(chǎn)酸發(fā)酵液與產(chǎn)絮傳統(tǒng)培養(yǎng)基形成的復(fù)合培養(yǎng)基混合，經(jīng)24 h測定絮凝效率，圖4所示100天發(fā)酵液形成的復(fù)合培養(yǎng)基絮凝率最佳，達(dá)92. 45%。厭氧發(fā)酵過程中監(jiān)測pH、揮發(fā)性有機(jī)酸(VFA)及產(chǎn)絮凝劑的發(fā)酵液微生物群落分析,參見圖I、圖2、圖3。應(yīng)用454焦磷酸通量測序進(jìn)行細(xì)菌群落監(jiān)測，圖4為產(chǎn)酸高峰期，厭氧發(fā)酵裝置運行25天時的發(fā)酵液細(xì)菌群落多樣性，在門的分類水平上以厚壁菌門(Firmicutes)為主要優(yōu)勢微生物類群。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用厭氧干發(fā)酵技術(shù)處理水稻秸桿制取生物絮凝劑的方法，其特征在于步驟為 1)將水稻秸桿處理為3飛厘米段，以初始干物質(zhì)濃度為20%厭氧發(fā)酵； 2)在厭氧反氧器內(nèi)先通入高純氮氣15min以上，驅(qū)除厭氧反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧使體系內(nèi)氧化還原電位低于-250 mV ； 3)采集正常產(chǎn)氣沼氣池的產(chǎn)酸菌群進(jìn)行富集馴化，以30%的接種量30°C啟動運行厭氧反應(yīng)器，連續(xù)運行80-120天； 4)取厭氧反應(yīng)器內(nèi)的發(fā)酵液離心10min以上，高溫高壓滅菌后與傳統(tǒng)產(chǎn)絮培養(yǎng)基以體積比1:1混合獲得復(fù)合培養(yǎng)基，所述傳統(tǒng)產(chǎn)絮培養(yǎng)基IL中包含葡萄糖10 g、酵母提取物 O. 5 g、尿素 O. 5 g、K2HPO4 5 g、KH2PO4 2 g、MgSO4 0.2 g、NaCl 0.1 g、調(diào)節(jié) ρΗ7· 0 7· 2 ; 5)在復(fù)合培養(yǎng)基中接種產(chǎn)絮菌F+后獲得生物絮凝劑，所述的產(chǎn)絮菌F+是用黑龍江省環(huán)境生物技術(shù)重點實驗室分離的產(chǎn)絮菌F2 {Rhizobium radiobac ter )和F6{Badllussphaericus)等體積比I: I混合形成的復(fù)合產(chǎn)絮菌F+,接種量為8%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)用厭氧干發(fā)酵技術(shù)處理水稻秸桿制取生物絮凝劑的方法，其特征在于復(fù)合培養(yǎng)基中采用連續(xù)運行100天的發(fā)酵液，獲得最佳的產(chǎn)絮效果。
全文摘要
一種應(yīng)用厭氧干發(fā)酵技術(shù)處理水稻秸稈制取生物絮凝劑的方法，涉及農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用，將水稻秸稈厭氧發(fā)酵，采集正常產(chǎn)氣沼氣池的產(chǎn)酸菌群進(jìn)行富集馴化，以30%的接種量30℃啟動運行厭氧反應(yīng)器，連續(xù)運行80-120天，取反應(yīng)器內(nèi)的發(fā)酵液離心10min后、高溫高壓滅菌，以體積比1:1與常規(guī)的產(chǎn)絮培養(yǎng)基混合，接種8%的產(chǎn)絮菌，獲得生物絮凝劑，此方法可高效利用水稻秸稈發(fā)酵液制取生物絮凝劑，實現(xiàn)了廉價底物制取生物絮凝劑，具有廣闊的應(yīng)用前景，為將來大規(guī)模生物絮凝劑的生產(chǎn)應(yīng)用，實現(xiàn)廢棄物的高值能源轉(zhuǎn)化提供重要技術(shù)參考。
文檔編號C12R1/41GK102978274SQ20121052316
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月9日
發(fā)明者馬放, 趙光, 楊基先, 王哲, 龐長瀧, 趙貞 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)宜興環(huán)保研究院