[發(fā)明專利]抗生素在促進纖維素厭氧發(fā)酵產甲烷中的應用和方法

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• 申請日: 2022-11-18
• 公開（公告）號: CN115716700A
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發(fā)明（設計）人: 祝其麗;何明雄;譚芙蓉;陳城漢;王彥偉;楊志娟
• 申請（專利權）人: 農業(yè)部沼氣科學研究所
• 主分類號: C02F11/04
• 分類號: C02F11/04;C12P5/02
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 向丹

本發(fā)明公開了抗生素在促進纖維素厭氧發(fā)酵產甲烷中的應用和方法，在纖維素和廢水污泥的混合物中添加抗生素，經厭氧發(fā)酵即得甲烷，所述混合物中，每100mL廢水污泥中，纖維素的含量為0.3～0.4g，每100mL混合物中，抗生素的含量為5～15μg；所述厭氧發(fā)酵是在37℃的溫度下，于120 rpm的震蕩培養(yǎng)箱中培養(yǎng)20天；所述抗生素為四環(huán)素或阿奇霉素。本發(fā)明通過在纖維素為底物，廢水污泥為接種物的厭氧發(fā)酵過程中引入抗生素，即四環(huán)素或阿奇霉素，不僅能避免纖維素預處理產生的高成本、二次污染等問題，簡化生產步驟，還能提高甲烷產量，填補了抗生素在促進纖維素厭氧發(fā)酵產甲烷的空白。

技術領域

本發(fā)明是抗生素在促進纖維素厭氧發(fā)酵產甲烷中的應用和方法，具體涉及一種抗生素在纖維素為底物、污水污泥為接種物生產甲烷的過程中的應用以及利用抗生素提高甲烷產量的方法，屬于生物發(fā)酵技術領域。

背景技術

隨著能源危機的日益嚴重，尋求新的清潔和可再生能源已成為解決此類問題的重要途徑之一。木質纖維素生物質的厭氧消化因其環(huán)境可持續(xù)、供應充足且成本低廉，而被認為是一種既能生產生物能源又能減輕環(huán)境污染的有效方法，但由于其復雜的三維結構而難以水解，因此，在以木質纖維素生物質發(fā)酵生產甲烷氣時，甲烷的轉化率并不理想。

木質纖維素生物質的主要成分為纖維素、半纖維素和木質素，其中，纖維素的甲烷生產潛力高于半纖維素或木質素，因此，尋求促進纖維素產甲烷的方法對于提高木質纖維素生物質的發(fā)酵效率至關重要。郝曉地等在“強化污泥中木質纖維素產甲烷實驗研究”（《環(huán)境工程學報》2015年7月第9卷第7期 3432-3440）中對添加木質纖維素組分的污泥的厭氧發(fā)酵過程進行對比實驗，實驗表明，投加富集培養(yǎng)微生物于厭氧消化過程，可以有效強化纖維素和半纖維素的降解轉換，提高甲烷氣體產量，但污泥中因異常穩(wěn)定的木質纖維素化學結構使纖維素和半纖維素等易降解組分難以自由釋放而與投加的富集培養(yǎng)微生物進行有效接觸，因此，只有通過預處理手段，即對污泥進行酸、堿、熱以及超聲波預處理后，再實施厭氧消化可有效降解、轉化木質纖維素組分，從而獲得較高的甲烷產氣量。

又如公開號為CN115029386A的發(fā)明專利公開的一種提高農林剩余物固態(tài)厭氧發(fā)酵制備甲烷產量和產率的方法，該方法采用過氧化物-堿耦合體系對秸稈、棉桿、楊木、竹等農林剩余物進行預處理，然后再將預處理產物與禽畜糞便混合進行固態(tài)厭氧發(fā)酵，可增加甲烷產氣率，與未處理的木質纖維素原料相比，累計產氣量可提高100%。以及公開號為CN115011639A的發(fā)明專利公開的一種木質纖維素原料生產沼氣的方法，該方法將木質纖維原料調濕、切碎、生物預處理后進行一次厭氧發(fā)酵產沼氣，然后將發(fā)酵后的固體殘余物脫水、加入堿液，再經搓揉處理后與畜禽糞污混合后進行二次發(fā)酵產沼氣，產生的沼液再作為接種物循環(huán)利用，該方法中木質纖維原料累積產氣量較傳統的發(fā)酵方式提高70％以上，甲烷體積分數提高5個百分點。

由上述內容可知，在使用污泥或禽畜糞便為發(fā)酵物對纖維原料進行發(fā)酵來生產甲烷的方法中，均需要對纖維原料進行預處理，在實際生產過程中，預處理手段雖然能夠提升甲烷氣的產量，但由于工序的增加，勢必會造成生產成本及工藝控制難度的增加，不利于工業(yè)轉化。

發(fā)明內容

本發(fā)明旨在提供抗生素在促進纖維素厭氧發(fā)酵產甲烷中的應用和方法，通過在纖維素為底物，廢水污泥為接種物的厭氧發(fā)酵過程中引入抗生素，即四環(huán)素或阿奇霉素，不僅能避免纖維素預處理產生的高成本、二次污染等問題，簡化生產步驟，還能提高甲烷產量，填補了抗生素在促進纖維素厭氧發(fā)酵產甲烷的空白。

本發(fā)明通過以下技術方案實現：一種提高纖維素生產甲烷產量的方法，在纖維素和廢水污泥的混合物中添加抗生素，經厭氧發(fā)酵即得甲烷，

所述混合物中，每100mL廢水污泥中，纖維素的含量為0.3～0.4g，每100mL混合物中，抗生素的含量為0.5～1.5mg；

所述厭氧發(fā)酵是在37℃的溫度下，于120 rpm的震蕩培養(yǎng)箱中培養(yǎng)20天；

所述抗生素為四環(huán)素或阿奇霉素。

所述纖維素為微晶纖維素和/或纖維素粉。