CN102978274A

CN102978274A - 一种应用厌氧干发酵技术处理水稻秸秆制取生物絮凝剂的方法

Info

Publication number: CN102978274A
Application number: CN201210523161XA
Authority: CN
Inventors: 马放; 赵光; 杨基先; 王哲; 庞长泷; 赵贞
Original assignee: HIT YIXING ACADEMY OF ENVIRONMENTAL PROTECTION
Current assignee: HIT YIXING ACADEMY OF ENVIRONMENTAL PROTECTION
Priority date: 2012-12-09
Filing date: 2012-12-09
Publication date: 2013-03-20

Abstract

一种应用厌氧干发酵技术处理水稻秸秆制取生物絮凝剂的方法，涉及农业废弃物资源化利用，将水稻秸秆厌氧发酵，采集正常产气沼气池的产酸菌群进行富集驯化，以30%的接种量30℃启动运行厌氧反应器，连续运行80-120天，取反应器内的发酵液离心10min后、高温高压灭菌，以体积比1:1与常规的产絮培养基混合，接种8%的产絮菌，获得生物絮凝剂，此方法可高效利用水稻秸秆发酵液制取生物絮凝剂，实现了廉价底物制取生物絮凝剂，具有广阔的应用前景，为将来大规模生物絮凝剂的生产应用，实现废弃物的高值能源转化提供重要技术参考。

Description

一种应用厌氧干发酵技术处理水稻秸秆制取生物絮凝剂的方法

技术领域

本发明涉及农业废弃物资源化利用，是一种应用厌氧干发酵技术处理水稻秸秆制取生物絮凝剂的方法，其以水稻秸秆为底物，应用厌氧干发酵技术进行降解，利用产酸发酵液制取生物絮凝剂，开发利用廉价底物制取生物絮凝剂的新技术。

背景技术

生物絮凝剂是一类具有生物降解功能的聚合物，由具有这类特殊功能的微生物所分泌的包含多糖、脂类及蛋白质等。由于其对环境的安全及无污染性，因此受到国内外众多科研工作者的重视。目前，已广泛用于处理各类有机废水及一些特征化学物质、金属元素的去除研究。由于制取生物絮凝剂所需要的一些底物，如蔗糖、葡萄糖和果糖等成本过高，导致难于规模化应用及产业化。然而，以往研究者们都研究集中于分离高效的、具有制取絮凝剂功能的微生物，优化培养驯化条件及解析其絮凝机理和化学结构的研究。忽视了寻找新型廉价的替代原料作为制取生物絮凝剂的底物也是有效解决应用这一难题的有效途径之一。

近年来，有一些关于利用其他廉价替代底物替代传统的培养基生产絮凝剂的报道，如利用作物秸秆、有机废水及酿酒废水等作为底物替代碳源制取絮凝剂。但应用厌氧发酵过程生产甲烷的发酵液以及沼液为底物制取生物絮凝剂的研究还未见有报道。对于应用厌氧发酵液制取絮凝剂的研究不仅能深化废弃物综合利用的尺度，而且避免沼液无法有效回收导致环境二次污染，同时也为农业废弃物综合资源化利用开辟新的技术途径。为将来从工艺上调控发酵体系高效产甲烷同时使沼液理化特性适合高效生产生物絮凝剂提供参考。

发明内容

本发明的目的是针对应用厌氧干发酵技术处理水稻秸秆制取生物絮凝剂。本发明特点是应用厌氧干发酵技术，以水稻秸秆为底物、浓度为20%进行产酸发酵降解，实现了以廉价底物制取生物絮凝剂的新途径。

本发明是这样实施的：一种应用厌氧干发酵技术处理水稻秸秆制取生物絮凝剂的方法，其特征在于步骤为：

1）将水稻秸秆处理为3~5厘米段，以初始干物质浓度(TS)为20%厌氧发酵；

2）在厌氧反氧器内先通入高纯氮气15 min以上，驱除厌氧反应器内的溶解氧使体系内氧化还原电位（ORP）低于-250 mV；

3）采集正常产气沼气池的产酸菌群进行富集驯化，以30%的接种量30℃启动运行厌氧反应器，连续运行80-120天；

4)取厌氧反应器内的发酵液离心10 min以上，高温高压灭菌后与传统产絮培养基以体积比1:1混合获得复合培养基，所述传统产絮培养基1L中包含：葡萄糖10 g、酵母提取物0.5 g、尿素0.5 g、K2HPO4 5 g、KH2PO4 2 g、MgSO4 0.2 g、NaCl 0.1 g、调节pH7.0~7.2；

5)在复合培养基中接种产絮菌F+后获得生物絮凝剂，所述的产絮菌F+是用黑龙江省环境生物技术重点实验室分离的产絮菌F2（Rhizobium radiobacter）和F6（Bacillussphaericus）等体积比1:1混合形成的复合产絮菌F+，接种量为8%。

本方法中，复合培养基中采用连续运行100天的发酵液，能获得最佳的产絮效果。

本发明利用的降解产酸菌群为稳定运行的半连续发酵沼气池内沼液，产絮菌为F2+F6以体积比1:1等量混合形成的复合产絮菌F+，此方法可高效利用水稻秸秆发酵液制取生物絮凝剂，实现了廉价底物制取生物絮凝剂，具有广阔的应用前景，为将来大规模生物絮凝剂的生产应用，实现废弃物的高值能源转化提供重要技术参考。

附图说明

图1水稻秸秆厌氧干发酵过程中PH变化情况。

图2水稻秸秆厌氧干发酵过程中VFA变化情况。

图3不同时期1:1复合培养基絮凝效率及还原糖总量比较。

图4产酸高峰期（干发酵运行第25天发酵液）发酵液优势微生物种类。

具体实施方式

一种应用厌氧干发酵技术处理水稻秸秆制取生物絮凝剂的方法，步骤为：

1）将水稻秸秆处理为3~5厘米段，以初始干物质浓度为20%厌氧发酵；

4) 取反应器内100天的发酵液9000 g离心10 min以上，高温高压灭菌后与传统产絮培养基以体积比1:1混合获得复合培养基，所述传统产絮培养基1L中包含：葡萄糖10 g、酵母提取物0.5 g、尿素0.5 g、K2HPO4 5 g、KH2PO4 2 g、MgSO4 0.2 g、NaCl 0.1 g、调节pH7.0~7.2；

复合产絮菌F+与各时期产酸发酵液与产絮传统培养基形成的复合培养基混合，经24 h测定絮凝效率，图4所示100天发酵液形成的复合培养基絮凝率最佳，达92.45%。

厌氧发酵过程中监测pH、挥发性有机酸（VFA）及产絮凝剂的发酵液微生物群落分析，参见图1、图2、图3。

应用454焦磷酸通量测序进行细菌群落监测，图4为产酸高峰期，厌氧发酵装置运行25天时的发酵液细菌群落多样性，在门的分类水平上以厚壁菌门（Firmicutes）为主要优势微生物类群。

Claims

1.一种应用厌氧干发酵技术处理水稻秸秆制取生物絮凝剂的方法，其特征在于步骤为：

2）在厌氧反氧器内先通入高纯氮气15 min以上，驱除厌氧反应器内的溶解氧使体系内氧化还原电位低于-250 mV；

4)取厌氧反应器内的发酵液离心10 min以上，高温高压灭菌后与传统产絮培养基以体积比1:1混合获得复合培养基，所述传统产絮培养基1L中包含：葡萄糖10 g、酵母提取物0.5 g、尿素0.5 g、K₂HPO₄5 g、KH₂PO₄ 2 g、MgSO₄ 0.2 g、NaCl 0.1 g、调节pH7.0~7.2；

5)在复合培养基中接种产絮菌F⁺后获得生物絮凝剂，所述的产絮菌F⁺是用黑龙江省环境生物技术重点实验室分离的产絮菌F2（Rhizobium radiobacter）和F6（Bacillussphaericus）等体积比1:1混合形成的复合产絮菌F⁺，接种量为8%。

2.根据权利要求1所述的应用厌氧干发酵技术处理水稻秸秆制取生物絮凝剂的方法，其特征在于复合培养基中采用连续运行100天的发酵液，获得最佳的产絮效果。