高效厭氧降解油脂產(chǎn)甲烷的復(fù)合菌劑及制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及廢棄食用油脂能源化利用技術(shù)領(lǐng)域，具體高效厭氧降解油脂產(chǎn)甲烷的 復(fù)合菌劑及制備方法和應(yīng)用。 技術(shù)背景
[0002] 廢棄食用油脂（Waste edible oils, WEOs)是餐飲業(yè)、食品加工業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營活 動中產(chǎn)生的不能再食用的動植物油脂。據(jù)報道我國廢棄食用油脂的量占食用油消費總量的 20~40%，每年產(chǎn)生4 X i0、8X Kf ?。如直接將未經(jīng)處理的含有廢棄食用油脂的廢水 排入下水道，不僅會造成資源浪費，而且還嚴(yán)重污染環(huán)境。特別是由于近年來石油、煤等化 石能源價格不斷攀升，廢棄油脂的生物轉(zhuǎn)化為新能源的問題更是得到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān) 注。合理的處理和利用廢棄油脂既符合環(huán)境保護(hù)的要求，也是發(fā)展可再生能源的需求。
[0003] 目前含油脂廢水處理只是針對環(huán)保達(dá)標(biāo)要求，工藝有好氧和厭氧或者二者組合工 藝。采用厭氧生物反應(yīng)器處理油脂廢水，常常會發(fā)生長鏈脂肪酸累積，累積的長鏈脂肪酸對 厭氧微生物產(chǎn)生抑制作用，甚至導(dǎo)致厭氧消化反應(yīng)器的崩潰。油脂的徹底降解是在微生物 體系中多種微生物長時間相互作用的結(jié)果，依賴特殊的厭氧細(xì)菌和產(chǎn)甲烷古菌，正是由于 這些微生物的協(xié)同作用才使得底物水解、酸化和產(chǎn)甲烷過程順利進(jìn)行。因此，在進(jìn)行油脂厭 氧降解產(chǎn)甲烷的過程中要需要多種微生物之間的協(xié)同作用。通過多菌株混合培養(yǎng)，多種酶 協(xié)同作用，可較快和較徹底地解除產(chǎn)物的反饋抑制，調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的pH，提高廢棄食用油脂的 轉(zhuǎn)化率。因而，針對含油脂廢水厭氧消化工藝和以廢棄油脂為碳源的厭氧消化產(chǎn)甲烷中的 發(fā)酵抑制和轉(zhuǎn)化效率低的問題，發(fā)明了一種高效降解廢棄食用油脂產(chǎn)甲烷的復(fù)合菌，可以 提高長鏈脂肪酸降解為揮發(fā)酸的轉(zhuǎn)化率，進(jìn)而提高油脂轉(zhuǎn)化為甲烷的整體效率和速率。
[0004] 目前尚沒有專門針對廢棄食用油脂厭氧降解產(chǎn)甲烷的復(fù)合菌劑，常規(guī)的復(fù)合菌劑 在利用廢棄食用油脂產(chǎn)甲烷時，產(chǎn)氣效率差。CN201510037310. 5公布了處理富含油脂原料 的復(fù)合菌，然而該復(fù)合菌的產(chǎn)氣效率不高，累計甲烷產(chǎn)量達(dá)到最終甲烷產(chǎn)量80%所需的時 間至少為36天，產(chǎn)氣周期過長，不具備經(jīng)濟(jì)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種高效厭氧降解油脂產(chǎn)甲烷的復(fù) 合菌劑，該菌劑包括如下菌種： Anaerovibrio lipolytica DSM 3074 Syntrophomonas erecta DSM 16215 Syntrophomonas bryantii DSM 3014A Syntrophomonas palmitatica DSM 18709 Desulfovibrio vulgaris DSM 644 Methanospirillum hungatei DSM 13809 Methanobacterium formicicum DSM 1535 Methanobrevibacter smith!i DSM861 Methanosaeta concilii DSM 2139τ〇
[0006] 本發(fā)明所用菌種的基本信息如下： Jflae/wifo-io 脂解厭氧弧菌，弧狀菌，單根端生鞭毛，能分解脂類，只利用 甘油，菌株保藏編號DSM 3074, ATCC 33276; erecia,互營單胞菌,短桿狀，分解4至18碳的直鏈脂肪酸產(chǎn)生乙酸 和H2，與產(chǎn)甲烷菌互營，菌株保藏編號DSM 16215; 徹似5· 布氏互營梭菌，梭狀，不產(chǎn)芽孢，能厭氧氧化偶數(shù)碳至10碳 的脂肪酸產(chǎn)生乙酸和H2，與產(chǎn)甲烷菌互營，菌株保藏編號DSM3014A ; 互營單胞菌，直桿，稍微彎曲，不產(chǎn)芽孢，互營降解長鏈 脂肪酸產(chǎn)生乙酸和H2，與產(chǎn)甲烷菌互營，菌株保藏編號DSM18709 ; ifesW/brifo-io 普通脫硫弧菌，弧狀，以硫酸鹽作為電子受體，還可以代謝 乳酸鹽、丙酮酸等脂肪酸，產(chǎn)生揮發(fā)酸，菌株保藏編號DSM 644, ATCC 29579; 亨氏甲燒螺菌，彎桿或長度不等的波形絲狀體，利用H2/ CO2和甲酸鹽生長產(chǎn)甲烷，菌株保藏編號DSM 13809; ifeiAafloAacieriw? /b_r?icicw?，甲酸甲燒桿菌，桿狀菌，利用甲酸或H2/C02作為碳源和 能源產(chǎn)甲烷，菌株保藏編號DSM 1535, ATCC 33274; 史氏甲燒短桿菌，形態(tài)為短桿菌，不形成芽孢，可利用 H2/C02和甲酸作為碳源和能源產(chǎn)甲烷，嚴(yán)格厭氧。菌株保藏編號DSM861，ATCC 35061。
[0007] ifeiAaflosaeia co/?ciJ7i甲燒鬃毛菌，嚴(yán)格厭氧，細(xì)胞呈桿狀，革蘭氏染色陰 性，最適生長溫度35°C，生長pH6. 5~7. 8,只利用乙酸鹽生長產(chǎn)甲烷，菌株保藏編號為DSM 2139τ〇
[0008] 以上菌株均可通過德國微生物菌種保藏中心（DSMZ)或美國典型培養(yǎng)物中心 (ATCC)獲得。
[0009] 本發(fā)明含有脂肪水解細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌、硫酸鹽還原菌和產(chǎn)甲烷古菌；將本發(fā) 明各菌種混合培養(yǎng)后，產(chǎn)酶豐富，可以解除代謝產(chǎn)物長鏈脂肪酸的反饋抑制，保障厭氧消化 環(huán)境的穩(wěn)定性。將其用于廢棄油脂厭氧消化反應(yīng)器時，可以顯著縮短啟動時間，提高沼氣發(fā) 酵效率，增強發(fā)酵過程的穩(wěn)定性。
[0010] 用作接種物的脂肪水解細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌、硫酸鹽還原菌和產(chǎn)甲烷古菌在菌 劑中的比例可根據(jù)發(fā)酵原料添加負(fù)荷不同在所述范圍內(nèi)調(diào)整，使之達(dá)到更好的使用效果。 [0011] 本發(fā)明的菌劑在利用廢棄食用油脂產(chǎn)甲烷方面效果十分顯著，如本發(fā)明的一個實 施例所示，發(fā)酵周期可短至35天，累積甲烷產(chǎn)量達(dá)到最終甲烷產(chǎn)量的80%所用時間可短至 19天。
[0012] 值得指出的是，在本發(fā)明菌劑的基礎(chǔ)上添加任何其它菌劑，以利用油脂產(chǎn)甲烷為 目的，并取得可預(yù)期的效果，均不背離本發(fā)明的精神，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0013] 優(yōu)選的，所述菌劑按體積份數(shù)計，包括： JflaeroFiArio DSM 3074 菌液 25-35 份 erecia DSM 16215 菌液 5-10 份 Syntrophomonas bryantii 袁= 叛 8-10 份 Syntrophomonas pahnitatica \KJ的 m 2-5 份 FiArio DSM 644 菌液 5-8 份 Methanospirilhmi hungatei Yi'&y?)售^薇 5-8 份 Methanobacterium formicicum DSM 1535 菌液 2-5 份 Methanobrevibacter smithii 2-5 份 ifeiAaflosaeia co/?ci7ii DSM 2139τ菌液 5-10 份； 所述菌液包括細(xì)菌發(fā)酵液、細(xì)菌重懸液中的一種。
[0014] 每份各菌種的菌濃為1-4X IO8個/ml。
[0015] 本領(lǐng)域人員應(yīng)該理解，所述細(xì)菌重懸液可以為利用任何可用于重懸細(xì)菌的液體， 包括生理鹽水、PBS等。
[0016] 當(dāng)各菌種以上述比例混合時，可獲得十分優(yōu)秀的技術(shù)效果。
[0017] 本發(fā)明的第二個目的在于提供高效厭氧降解油脂產(chǎn)甲烷的復(fù)合菌劑的制備方法， 該方法包括如下步驟： 按菌液體積數(shù)計，將 25-35 份 ylaaeroKiArio DSM 3074 菌液、5-10 份 erecia DSM 16215 菌液、8-10 份 DSM 3014A 魯 份 Syntrophomonas palmitatica m \KI的魯 份 Desulfovibrio DSM 644 菌液、5-8 份 Awflgaiei DSM 13809 菌液、2-5 份 Methanobacterium formicicum DSM 1535 1? '^>2-5 Methanobrevibacter smithii DSM861菌液、5_10份ifeiAaflosaeia DSM 2139τ菌液混合后接種于油脂的培養(yǎng)液 中，密封靜置培養(yǎng)10-20天，培養(yǎng)溫度為30°C -40°C，pH為4-8 ; 所述培養(yǎng)液，按質(zhì)量百分比，含 CaCl2 1-2%。，MgCl2 2-8%。，CaCO3 1-5%。，NaCl 4-8%〇， 尿素4-8%。，KH2PO4 10%。，油脂1-2%，其余為水。
[0018] 優(yōu)選的，每份菌液的菌濃為1-4X IO8個/ml。
[0019] 本發(fā)明的第三個目的在于提供上述菌劑在厭氧降解油脂產(chǎn)甲烷上的應(yīng)用，該應(yīng)用 的方法包括如下步驟： 按菌液體積數(shù)計，將 25-35 份 ylaaeroKiArio DSM 3074 菌液、5-10 份 erecia DSM 16215 菌液、8-10 份 DSM 3014A 魯 份 Syntrophomonas palmitatica m \KI的魯 份 Desulfovibrio DSM 644 菌液、5-8 份 Awflgaiei DSM 13809 菌液、2-5 份 Methanobacterium formicicum DSM 1535 1? '^>2-5 Methanobrevibacter smithii DSM861菌液、5-10份ifeiAaflosaeia DSM 2139τ菌液混合后接種于廢棄食用油脂 中，油脂濃度為5-20 gVS/L，于30°C -40°C溫度下進(jìn)行產(chǎn)氣發(fā)酵。
[0020] 優(yōu)選的，每份菌液的菌濃為1-4X IO8個/ml。
[0021] 本發(fā)明的有益效果： 1、 本發(fā)明可以顯著縮短啟動時間，提高沼氣發(fā)酵效率，增強發(fā)酵過程的穩(wěn)定性； 2、 本發(fā)明適合于不同規(guī)模的發(fā)酵體系，具有良好的市場價值； 3、 本發(fā)明菌劑的制備方法簡單，菌劑易于獲得； 4、 本發(fā)明在利用油脂的產(chǎn)沼氣應(yīng)用時，工藝簡單、易于實施。
【具體實施方式】
[0022] 下面通過實施例對本發(fā)明進(jìn)行具體描述，有必要在此指出的是以下實施例只是用 于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練 人員根據(jù)上述
【發(fā)明內(nèi)容】
所做出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0023] 實施例1 按菌液體積份數(shù)計，復(fù)合菌劑中含有如下菌種： Anaerovibrio lipolytica DSM 3074 35 份 Syntrophomonas erecta DSM 16215 10 份 Syntrophomonas bryantii DSM 3014A