[發(fā)明專利]一種自給自足的沼氣發(fā)酵性能生物強(qiáng)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010635096.4
• 申請(qǐng)日: 2020-07-03
• 公開（公告）號(hào): CN111733190B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李穎;孫永明;李連華;孔曉英;王忠銘
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所
• 主分類號(hào): C12P5/02
• 分類號(hào): C12P5/02;C12N1/20
• 代理公司: 廣州科粵專利商標(biāo)代理有限公司 44001
• 代理人: 陳潔娣;莫瑤江

本發(fā)明公開了一種自給自足的沼氣發(fā)酵性能生物強(qiáng)化方法。該方法在沼氣發(fā)酵體系運(yùn)行中，從輔助罐中取出生物強(qiáng)化菌劑，按一定劑量及周期投加到沼氣發(fā)酵灌中，提高沼氣發(fā)酵性能，所述的生物強(qiáng)化菌劑是以沼氣發(fā)酵灌的出料發(fā)酵液為接種物，利用含碳源和無(wú)機(jī)鹽的培養(yǎng)基培養(yǎng)獲得。本發(fā)明利用自給自足的生物強(qiáng)化菌劑提高沼氣發(fā)酵性能，具體是提高厭氧發(fā)酵有機(jī)負(fù)荷、發(fā)酵濃度及產(chǎn)氣率等，還可緩解酸抑制及氨抑制，促進(jìn)沼氣發(fā)酵罐啟動(dòng)，促進(jìn)酸敗發(fā)酵體系恢復(fù)產(chǎn)氣，并且無(wú)需購(gòu)買菌劑，可避免菌劑的保存，運(yùn)輸，節(jié)約生物強(qiáng)化成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及厭氧發(fā)酵制備生物燃?xì)獾募夹g(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自給自足的沼氣發(fā)酵性能生物強(qiáng)化方法。

背景技術(shù)

利用厭氧發(fā)酵技術(shù)處理廢棄物可減少環(huán)境污染并緩解能源短缺。近年來(lái)，我國(guó)沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，但部分沼氣工程運(yùn)行管理不善，導(dǎo)致發(fā)酵性能不佳，甚至處于閑置狀態(tài)。而多數(shù)沼氣工程為了避免有機(jī)負(fù)荷過(guò)載，在相對(duì)較低的發(fā)酵濃度下連運(yùn)行，以提高連續(xù)運(yùn)行的穩(wěn)定性。但是，低負(fù)荷運(yùn)行就導(dǎo)致沼氣工程容積產(chǎn)氣率低，經(jīng)濟(jì)效益差。而高有機(jī)負(fù)荷厭氧發(fā)酵系統(tǒng)容易發(fā)生揮發(fā)性脂肪酸累積，導(dǎo)致發(fā)酵體系內(nèi)pH下降，抑制產(chǎn)甲烷活性，從而使沼氣工程產(chǎn)氣下降，甚至停止產(chǎn)氣。

不改變沼氣發(fā)酵罐及工藝的前提下，提高厭氧發(fā)酵的性能主要方法有：通過(guò)混合發(fā)酵調(diào)節(jié)C/N使發(fā)酵微生物營(yíng)養(yǎng)均衡，提高生物量；或添加微量元素促進(jìn)微生物生長(zhǎng)，促進(jìn)產(chǎn)甲烷關(guān)鍵酶活，提高產(chǎn)氣。然而沼氣發(fā)酵性能促進(jìn)方法，各有利弊，混合發(fā)酵對(duì)原料的選擇和供應(yīng)要求較高，添加微量元素的種類和劑量較難快速確定，且過(guò)量的微量元素對(duì)發(fā)酵后沼渣的利用也有不利影響。此外，以上兩種方法均無(wú)法從根本上解決厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷階段不匹配的問(wèn)題。因參與厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸階段的為細(xì)菌，而參與產(chǎn)甲烷階段的為古菌，細(xì)菌的生長(zhǎng)速度及對(duì)不利環(huán)境的抗逆性菌高于產(chǎn)甲烷古菌，因此，提高厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣需從微生物層面入手，提高產(chǎn)甲烷菌的生物量，使其與產(chǎn)酸細(xì)菌的代謝速率匹配。

利用生物強(qiáng)化技術(shù)即通過(guò)向沼氣發(fā)酵體系投加產(chǎn)甲烷菌的方式，提高產(chǎn)甲烷菌在發(fā)酵系統(tǒng)內(nèi)的生物量及比例，從而與產(chǎn)酸菌的數(shù)量劑代謝速度現(xiàn)匹配，以此提高發(fā)酵效率。然而，目前有效且生產(chǎn)工藝較成熟的產(chǎn)甲烷菌劑產(chǎn)品甚少，而且產(chǎn)甲烷純菌需嚴(yán)格厭氧，培養(yǎng)技術(shù)要求高；另外菌劑液體或固體產(chǎn)品的制備、保存技術(shù)仍未突破。因此，有必要開發(fā)一種產(chǎn)甲烷菌劑培養(yǎng)工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需購(gòu)買菌劑、自給自足的生物強(qiáng)化厭氧發(fā)酵方法，即可避免菌劑的保存，運(yùn)輸，又可節(jié)約生物強(qiáng)化成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種自給自足的沼氣發(fā)酵性能生物強(qiáng)化方法。通過(guò)該方法獲得的生物強(qiáng)化菌劑，由具有協(xié)同代謝的多種類型的微生物組成，主要包括降解丙酸的細(xì)菌以及產(chǎn)甲烷古菌，該菌劑的微生物在培養(yǎng)基中呈分散狀，不會(huì)聚集成團(tuán)，將該菌劑投加到沼氣發(fā)酵罐中可提高厭氧發(fā)酵的有機(jī)負(fù)荷，提高原料利用率，從而提高池容產(chǎn)氣率及原料產(chǎn)氣率，具有培養(yǎng)簡(jiǎn)單，強(qiáng)化效果明顯、低成本等優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種自給自足的沼氣發(fā)酵性能生物強(qiáng)化方法，是在沼氣發(fā)酵罐附近配置一個(gè)生物強(qiáng)化輔助罐，用于培養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌群，在沼氣發(fā)酵體系運(yùn)行中，從輔助罐中取出生物強(qiáng)化菌劑，按一定劑量及周期投加到沼氣發(fā)酵灌中，提高沼氣發(fā)酵性能，所述的生物強(qiáng)化菌劑是以沼氣發(fā)酵灌的出料發(fā)酵液為接種物，利用含碳源和無(wú)機(jī)鹽的培養(yǎng)基培養(yǎng)獲得。

優(yōu)選，所述的生物強(qiáng)化菌劑的培養(yǎng)方法包括以下步驟：

(1)接種階段：將沼氣發(fā)酵罐中的出料發(fā)酵液泵入輔助罐中，當(dāng)發(fā)酵液體積達(dá)到輔助罐工作體積的60％時(shí)，每24h加一次培養(yǎng)基至輔助罐中，培養(yǎng)基添加量為輔助罐工作體積10％，連續(xù)添加4天，直至發(fā)酵液及培養(yǎng)基的總體積達(dá)到輔助罐的總工作體積；

(2)富集培養(yǎng)階段：每24h排出輔助罐工作體積5％-10％的菌液，并加入相同體積的新鮮培養(yǎng)基，監(jiān)測(cè)產(chǎn)氣量及pH，培養(yǎng)至少20d后，當(dāng)產(chǎn)氣量達(dá)到理論產(chǎn)氣量的60％以上時(shí)，菌液和菌泥可作為生物強(qiáng)化菌劑用于生物強(qiáng)化。