本發(fā)明涉及微生物
技術領域：
，具體涉及一種高效丙酸產(chǎn)甲烷菌系的馴化方法。
背景技術：
：：在能源短缺及環(huán)境污染的雙重壓力下，既能處理廢棄物又能產(chǎn)生可再生能源的沼氣產(chǎn)業(yè)得到了較快發(fā)展，從小規(guī)模的戶用沼氣走向了規(guī)模化生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計，全國沼氣用戶約4300萬戶，全國規(guī)?；託夤こ碳s10萬處，然而，多數(shù)沼氣池由于無法長期穩(wěn)定運行而處于閑置狀態(tài)，大部分沼氣工程至今無法盈利。由揮發(fā)性有機酸累積導致的酸抑制問題是制約沼氣發(fā)酵穩(wěn)定性及經(jīng)濟性的因素之一。酸抑制或酸敗現(xiàn)象在餐廚垃圾、農(nóng)林廢棄物、城市有機垃圾、能源作物等為原料的厭氧發(fā)酵過程中常發(fā)生。酸抑制是由于厭氧發(fā)酵系統(tǒng)上游產(chǎn)酸過程與下游產(chǎn)甲烷過程失衡，中間產(chǎn)物揮發(fā)性脂肪酸累積(主要是丙酸，乙酸)，致使發(fā)酵系統(tǒng)pH降低，抑制了產(chǎn)甲烷菌的活性，最終導致發(fā)酵系統(tǒng)產(chǎn)氣能力下降或者發(fā)生酸敗。通常的解決方法是宏觀上優(yōu)化運行參數(shù)，如投加堿調(diào)節(jié)pH，或者降低有機負荷和發(fā)酵濃度，使發(fā)酵在相對較低的發(fā)酵濃度下運行，這就限制了發(fā)酵效率。隨著生物強化技術在廢水處理領域的應用，研究人員開始嘗試將其應用到沼氣發(fā)酵系統(tǒng)中，即人為的添加特定功能的微生物來應對酸抑制，提高發(fā)酵系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高發(fā)酵濃度，或恢復酸敗系統(tǒng)產(chǎn)氣。雖然，已有關于生物強化技術緩解酸抑制的報道，但是投加功能菌的多為購買的純培養(yǎng)的針對丙酸降解的互營丙酸氧化細菌，或針對乙酸產(chǎn)甲烷過程的產(chǎn)甲烷古菌，亦或是人為地將幾種微生物進行組合制成復合微生物菌劑。這些菌劑的制備技術存在以下問題：第一，厭氧的微生物培養(yǎng)條件苛刻，需要專門厭氧設備及微生物專業(yè)技術人員進行培養(yǎng)；第二，純培養(yǎng)的微生物丙酸氧化細菌或產(chǎn)甲烷菌作為外源投加的菌種很難適應厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中的復雜環(huán)境條件，如高丙酸濃度或乙酸濃度；第三，單一類型的微生物作為生物強化菌劑投加到厭氧發(fā)酵體系后很難抵抗土著微生物的競爭并長期地保持生物持有量以發(fā)揮強化作用。因此，為獲得生物活性穩(wěn)定且高效降解丙酸的生物強化菌劑，有必要提出一種有效馴化方法。技術實現(xiàn)要素：：本發(fā)明的目的是提供一種高效丙酸產(chǎn)甲烷菌系的馴化方法，得到的丙酸產(chǎn)甲烷菌系主要包括丙酸氧化細菌群、互營丙酸氧化菌群、乙酸裂解產(chǎn)甲烷菌群、氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌群等，具有耐沖擊性強，生物強化作用穩(wěn)定性高等優(yōu)點，用于提高沼氣發(fā)酵性能。本發(fā)明是通過以下技術方案予以實現(xiàn)的：一種丙酸產(chǎn)甲烷菌系的馴化方法，所述丙酸產(chǎn)甲烷菌系包括丙酸氧化細菌群、互營丙酸氧化菌群、乙酸裂解產(chǎn)甲烷菌群、氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌群，該方法以沼氣發(fā)酵液為接種物，以丙酸為碳源，以生物質(zhì)材料為附著載體，通過階梯性提高培養(yǎng)基中丙酸鈉的濃度的方法來馴化沼氣發(fā)酵液來獲得高效丙酸產(chǎn)甲烷菌系，該方法包括以下步驟：在氮氣和二氧化碳體積比為4:1的混合氣氛中，按體積比為19:1將接種物接種到丙酸鈉濃度為0.5g/L的新鮮培養(yǎng)基中，放入連續(xù)的CSTR在線自動采氣裝置中進行培養(yǎng)，每24h置換新鮮的培養(yǎng)基，7-14天為一個培養(yǎng)周期，每培養(yǎng)10-15天后加入1-2cm長的能源草，所述能源草與新鮮的培養(yǎng)基體積比為20％，此后階梯性提高新鮮培養(yǎng)基中丙酸鈉的濃度，直至新鮮培養(yǎng)基中丙酸鈉濃度大于3.0g/L，經(jīng)過10個周期的馴化，獲得了目標產(chǎn)物；所述新鮮培養(yǎng)基配制如下：在1L水中加入400mgNH4Cl、250mgMgSO4·6H2O、400mgKCl、120mgCaCl2·2H2O、80mg(NH4)2HPO4、55mgFeCl3·6H2O、5000mgNaHCO3、丙酸鈉，還加入CoCl2·6H2O、NiCl2·6H2O、MnCl2·4H2O、CuCl2·2H2O、AlCl3·6H2O、ZnCl2、Na2WO4·2H2O、H3BO3、Na2SeO3、Ma2MoO4·2H2O各0.0005mg，所述丙酸鈉的加入量跟相應的培養(yǎng)基所需的丙酸鈉濃度一致，所述丙酸的濃度通過在培養(yǎng)基中加入相應量丙酸鈉實現(xiàn)，pH調(diào)節(jié)至7.0。所述生物質(zhì)材料為木質(zhì)纖維素類原料(如秸稈，能源草等)。本發(fā)明還保護所述丙酸產(chǎn)甲烷菌系的應用，所述丙酸產(chǎn)甲烷菌系可長期穩(wěn)定地應用在丙酸累積濃度為3.0g/L以上的沼氣發(fā)酵罐中，促進丙酸降解及產(chǎn)甲烷，其產(chǎn)氣率為理論產(chǎn)量的75％，丙酸及乙酸的利用率大于90％。本發(fā)明還提供一種丙酸產(chǎn)甲烷菌系固體菌劑的制備方法，將上述馴化后的丙酸產(chǎn)甲烷菌系菌液離心棄去液體部分后置于厭氧環(huán)境下室溫風干，收集固體粉末并真空密封保存得到丙酸產(chǎn)甲烷菌系固體菌劑。本發(fā)明的有益效果如下：(1)本發(fā)明得到的丙酸產(chǎn)甲烷菌系具有耐沖擊性強，生物強化作用穩(wěn)定性高等優(yōu)點，用于提高沼氣發(fā)酵性能，可長期穩(wěn)定地應用在丙酸累積濃度為3.0g/L以上的沼氣發(fā)酵罐中，促進丙酸降解及產(chǎn)甲烷，產(chǎn)氣率為理論產(chǎn)量的75％，丙酸及乙酸的利用率大于90％。(2)本發(fā)明得到的丙酸產(chǎn)甲烷菌系固體菌劑便于運送和長期保存。附圖說明：圖1是本發(fā)明實施例2中添加有丙酸產(chǎn)甲烷菌系發(fā)酵體系與空白對照在不同有機負荷的餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣性能對比圖；其中R1為空白對照，R2為添加有丙酸產(chǎn)甲烷菌系發(fā)酵體系。具體實施方式：以下是對本發(fā)明的進一步說明，而不是對本發(fā)明的限制。實施例1：本實施例接種物沼氣發(fā)酵液為能源草發(fā)酵液，有機負荷2.0g/Ld，日容積產(chǎn)氣率為0.9L/Ld。(也可選取其他任意穩(wěn)定運行發(fā)酵罐的發(fā)酵液)。培養(yǎng)裝置為2L的連續(xù)的CSTR在線自動采氣裝置。以風干、切碎至1-2cm的能源草為附著載體。本實施例丙酸產(chǎn)甲烷菌系的馴化方法，包括以下步驟：在氮氣和二氧化碳體積比為4:1的混合氣氛中，以保證厭氧環(huán)境，將接種物1900ml接種到丙酸鈉濃度為0.5g/L的100ml新鮮培養(yǎng)基中，放入2L的連續(xù)的CSTR在線自動采氣裝置中進行培養(yǎng)，每24h用注射器吸出100ml的菌液，并注入100ml新鮮的培養(yǎng)基，7-14天為一個培養(yǎng)周期，每培養(yǎng)10-15天后加入1-2cm長的能源草，所述能源草與新鮮的培養(yǎng)基的體積比為20％，此后階梯性提高新鮮培養(yǎng)基中丙酸鈉的濃度(參見表1)，直至新鮮培養(yǎng)基中丙酸鈉濃度大于3.0g/L，經(jīng)過10個周期的馴化，獲得了可長期穩(wěn)定地在丙酸濃度在3.0g/L條件下高效利用的丙酸產(chǎn)甲烷菌系，其產(chǎn)氣率為理論產(chǎn)量的75％，丙酸及乙酸的利用率大于90％；所述新鮮培養(yǎng)基配制如下：在1L水中加入400mgNH4Cl、250mgMgSO4·6H2O、400mgKCl、120mgCaCl2·2H2O、80mg(NH4)2HPO4、55mgFeCl3·6H2O、5000mgNaHCO3、丙酸鈉，還加入CoCl2·6H2O、NiCl2·6H2O、MnCl2·4H2O、CuCl2·2H2O、AlCl3·6H2O、ZnCl2、Na2WO4·2H2O、H3BO3、Na2SeO3、Ma2MoO4·2H2O各0.0005mg，所述丙酸鈉的加入量跟相應的培養(yǎng)基所需的丙酸鈉濃度一致，所述丙酸的濃度通過在培養(yǎng)基中加入相應量丙酸鈉實現(xiàn)，pH調(diào)節(jié)至7.0。表1培養(yǎng)周期12345678910丙酸鈉濃度(g/L)0.50.6250.750.91.21.61.82.02.53.0將上述馴化后的丙酸產(chǎn)甲烷菌系菌液以5000-8000rpm的轉(zhuǎn)速離心5-10min，棄去液體部分后置于厭氧環(huán)境(厭氧操作箱，厭氧氣袋)下室溫風干，收集固體粉末并真空密封保存得到丙酸產(chǎn)甲烷菌系固體菌劑。實施例2：本發(fā)明獲得的高效丙酸產(chǎn)甲烷菌劑對餐廚垃圾的厭氧發(fā)酵生物強化作用。發(fā)酵原料：人工配置的餐廚垃圾，由米粉，奶粉及全蛋粉組成的，三種成分的比例為米粉：蛋白粉：奶粉為2：1：1，C/N為40。接種物：豬糞處理廠厭氧發(fā)酵液。反應裝置：2L的連續(xù)CSTR在線自動采氣裝置。實驗設置：共運行2個2L半連續(xù)厭氧發(fā)酵罐，分別為R1，R2。R1為空白對照，即餐廚垃圾獨立厭氧發(fā)酵，不添加菌劑。R2從運行的第16天開始每天添加實施例1得到的高效丙酸產(chǎn)甲烷系固體菌劑0.3g。2個反應器的運行過程如下：水力停留時間(HRT)為15天，即每天排出100ml的發(fā)酵液，注入100ml的人工配置的餐廚垃圾。2個反應器共連續(xù)運行60d，即4個HRT，每個HTR的有機負荷率(OLR)依次為0.5g/Ld，0.75g/Ld，1.0g/Ld及1.5g/Ld。結(jié)果表明：有機負荷率為0.5g/Ld的前15天內(nèi)，R1和R2的容積甲烷產(chǎn)量在0.14L左右，當有機負荷提升至0.75g/Ld時，R1未加菌劑的發(fā)酵體系產(chǎn)氣明顯下降，而R2添加菌劑的發(fā)酵體系產(chǎn)氣量增加，此后的兩個HRT，R1產(chǎn)氣穩(wěn)定，有機負荷率在1.5g/Ld仍可穩(wěn)定運行，而不加菌劑的R1在有機負荷率提至1.0g/Ld后已完全不能產(chǎn)氣(參見圖1)。由此可見，通過本發(fā)明得到的高效丙酸產(chǎn)甲烷菌劑可提高餐廚垃圾厭氧發(fā)酵的有機負荷率3倍，提高發(fā)酵濃度，促進產(chǎn)氣。當前第1頁1 2 3