[發明專利]一種利用納米磁鐵礦提高厭氧產甲烷效率的方法

有效

• 申請號: 201310728818.0
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103773807A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 郭榮波;楊智滿;王傳水;許曉輝;戴萌
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: C12P5/02
• 分類號: C12P5/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 周秀梅;李穎

技術領域

本發明屬于生物質能源領域，涉及一種利用納米磁鐵礦提高厭氧產甲烷效率的方法。

背景技術

互營是不同微生物種屬間存在的一種密切相連的互惠合作行為，是產甲烷生態系統必需的組成部分。互營在厭氧發酵產甲烷體系中有著非常重要的作用，短鏈脂肪酸（如丙酸、丁酸）轉化為甲烷需要互營細菌和甲烷菌之間的種間接力，它通過種間電子傳遞來實現。

在厭氧產甲烷體系中，互營關系主要存在于互營細菌和甲烷菌之間。一般認為，在產甲烷過程中，產酸發酵細菌轉化大分子有機物（如碳水化合物和脂類）生成的短鏈脂肪酸（如丙酸和丁酸），經互營細菌降解成為甲烷菌的底物（乙酸、氫氣和CO₂）。然而，在標準狀態下，互營細菌氧化短鏈脂肪酸成為乙酸是吸熱反應，在熱力學上不能自發進行。它們需要與甲烷菌之間建立互營關系，才能完成從短鏈脂肪酸到甲烷的轉化。因此，氧化短鏈脂肪酸產乙酸的步驟是產甲烷過程中的限速步驟。

長期以來，研究人員一直認為H₂或甲酸可作為種間電子傳遞的載體完成短鏈脂肪酸降解產甲烷過程。然而，由于溶液中H₂或甲酸的擴散速率的限制以及發酵過程中攪拌的影響，互營菌群的空間距離很大程度上限制了有機物的高效和快速轉化。因此，這種形式的互營關系大大限制了沼氣發酵過程的速率，導致沼氣發酵周期過長，提高了沼氣工程的運行成本。

綜上所述，迫切需要開發一種不以H₂或甲酸為電子載體的產甲烷過程，對于突破有機物降解過程中熱力學障礙，保障厭氧消化反應器高效和快速運行，具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用納米磁鐵礦提高厭氧產甲烷效率的方法。

為實現上述目的，本發明采用技術方案為：

一種利用納米磁鐵礦提高厭氧產甲烷效率的方法，以短鏈脂肪酸作為電子供體，納米磁鐵礦作為電子載體，在厭氧發酵培養條件下，短鏈脂肪酸發生快速降解進而提高體系互營氧化產甲烷效率。

進一步說，以厭氧消化污泥或水稻土為接種物、短鏈脂肪酸為電子供體和納米磁鐵礦作為電子載體依次添加到培養基中，在pH=7.0和30-37℃的條件下，厭氧發酵產甲烷。

所述培養基組成是：NaH₂PO₄·H₂O1g/L、Na₂HPO₄·H₂O0.55g/L、NaHCO₃3g/L、CaCl₂275mg/L、NH₄Cl310mg/L、MgCl₂330mg/L、KCl130mg/L、MnSO₄·6H₂O5mg/L、FeSO₄·7H₂O10mg/L、CuSO₄·5H₂O0.1mg/L、CoCl₂·5H₂O1mg/L、NiSO₄28-42mg/L、ZnCl₂1mg/L、H₃BO₃0.1mg/L、Na₂MoO₄0.25mg/L、NiCl₂.6H₂O0.24mg/L和EDTA1mg/L。

所述每升培養基中依次加入1-10g的電子供體，1-4g磁鐵礦和10-20g的接種物。

其中，電子供體為丙酸和/或丁酸（丙酸和丁酸可按任意比混合）；磁鐵礦終濃度是1-4g/L，直徑為5-50nm；接種物終濃度是10-20g/L。

本發明所具有的優點：

1.本發明利用納米磁鐵礦生產甲烷，顯著提高了短鏈脂肪酸的能源利用效率，對維持產甲烷反應器的穩定和高速運行并可顯著提高沼氣組分中甲烷含量，進而提高了甲烷濃度。

2.采用本發明的方法使短鏈脂肪酸（如丙酸、丁酸）迅速降解，從而解決了厭氧發酵過程中丙酸、丁酸等短鏈脂肪酸降解存在的熱力學限制這一瓶頸問題。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的添加磁鐵礦后的厭氧消化污泥產甲烷的表現圖。

圖2為本發明實施例提供的厭氧消化污泥電流-電壓響應分析圖。

圖3為本發明實施例提供的添加磁鐵礦后的水稻土產甲烷的表現圖。

具體實施方式

以下實施例是對本發明的詳細描述。