CN107723266A - 一种沼气发酵促进菌剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种沼气发酵促进剂，该促进剂按微生物培养液体积份数计，由如下微生物培养液组成：厚壁菌15~20份、拟杆菌15~20份、螺旋体菌3~5份、热袍菌4~6份、变形菌3~5份、互养菌3~5份、纤维杆菌3~5份、广古菌35~40份。本发明选用的13株厌氧发酵功能菌株均在国内外菌株保藏中心保藏，容易获取、培养和复配；本发明的发酵促进剂通过合理的搭配各种微生物，可以适应不同类型的发酵原料，能使各种原料快速降解转换为沼气；本发明中的各种微生物具有相同或相近的生长培养条件，可以保证该促进菌剂在同一环境条件下能正常生长代谢并发挥最大的作用。

Description

一种沼气发酵促进菌剂
技术领域
本发明涉及有机废弃物的资源化利用，尤其涉及一种沼气发酵促进菌剂，属于生物发酵技术和可再生能源领域。
背景技术
作为地面生物质可再生资源，沼气有着悠久的使用历史。不过，随着对沼气产气技术的经济化、科学化的要求日益提高，许多相关技术得到了发展。其中，对于沼气促进剂的研究是一个热点。
目前主要的促进剂可简单的分为化学物质促进剂和菌剂促进剂。
化学物质促进剂的主要研发思路在于促进产甲烷菌的生长，提高其产气效率，如授权号为CN 103642846B的中国专利和公开号为CN102925493A的中国专利。
菌剂促进剂的研发是近些年来的重要方向，其具有成本低、可重复利用、后处理较为方便和较为环保等优点，诸如授权号为CN102876618B的中国专利在这方面进行了有益的探索。
除此之外，将化学物质促进剂和菌剂促进剂联用也是研究方向之一，如公开号为CN 107022576A的中国专利。
然而，在菌剂促进剂方面，本领域的研究尚未成熟，在产气效率、产气周期及原料适应性方面的技术效果提高还有较大空间。另外，一些促进剂虽然具有较好的效果，但其所用的菌株较难获得或需要进行严苛的分离培育工作，影响了其推广应用。
因此，本领域亟待一种简单易得、可在产气效率的提高和产气周期的控制有所突破的沼气促进菌剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能促进沼气发酵的微生物菌剂。本发明所提供的菌剂包含各类沼气发酵过程中的关键性功能微生物，以该菌剂作为接种物或添加剂能够促进沼气发酵过程的进行，提高发酵底物的利用率和沼气工程的运行效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种沼气发酵促进剂，该促进剂按微生物培养液体积份数计，由如下微生物培养液组成：
厚壁菌15～20份、拟杆菌15～20份、螺旋体菌3～5份、热袍菌4～6份、变形菌3～5份、互养菌3～5份、纤维杆菌3～5份、广古菌35～40份。
所述厚壁菌为居瘤胃解蛋白质菌Proteiniclasticum ruminisDSM24773、棕榈酸互营单胞菌Syntrophomonas palmitaticaDSM18709T和大岛粪热杆菌Caldicoprobacteroshimai DSM21659T。
所述拟杆菌为巨济嗜纤维素菌Cellulophaga geojensis CCUG60801T和糖酵解蛋白杆菌Proteiniphilum saccharofermentans DSM28694T。
所述螺旋体为栖温泉螺旋体Treponemaprimitia DSM 13862；和或，所述热袍菌为突尼斯废水袍菌Defluviitoga tunisiensis DSM23805T。
所述变形菌为产气肠杆菌Enterobacter aerogenes DSM-30053；和/或，所述互养菌为哥伦比亚氨基酸杆菌Aminobacterium colombienseDSM-12261；和/或，所述纤维杆菌为产琥珀酸丝状杆菌Fibrobacter succinogenesATCC19169。
所述广古菌包括马氏甲烷球菌Methanosarcina mazei DSM2053T、氢营养型甲烷袋状菌Methanoculleus hydrogenitrophicus JCM 16311T和古生甲烷微球菌Methanomicrobium antiquum DSM21220T。
优选的，所述居瘤胃解蛋白质菌的培养液体积份数为5～10份，棕榈酸互营单胞菌的培养液体积份数为3～5份，大岛粪热杆菌的培养液体积份数为5～10份，上述三种微生物培养液体积份数之和为15～20份。
优选的，所述巨济嗜纤维素菌的培养液体积份数为7～12份，所述糖酵解蛋白杆菌的培养液体积份数为7～12份，上述两种微生物培养液体积份数之和为15～20份。
优选的，所述马氏甲烷球菌的培养液体积份数为28份，所述氢营养型甲烷袋状菌的培养液体积份数为5份，所述古生甲烷微球菌的培养液体积份数为2份。
所述微生物培养液中细胞含量不低于1.0×108个/ml。
各沼气发酵功能微生物的具体属性如下：
(1)Proteiniclasticum ruminis居瘤胃解蛋白质菌，发酵温度24–46℃(最佳温度38–39℃，pH生长范围5.6～8.7(最佳pH范围7.0–7.3)。利用大豆蛋白胨、胰蛋白胨、各种氨基酸作为碳源和氮源，不利用糖类化合物，菌种保藏编号为DSM 24773。
(2)Syntrophomonaspalmitatica棕榈酸互营单胞菌，与氢营养型产甲烷菌共培养，能氧化长链脂肪酸为短链脂肪酸，菌种保藏编号为DSM 18709T。
(3)Caldicoprobacter oshimai大岛粪热杆菌，生长温度为44-77℃，pH生长范围为5.9-8.6.利用木糖、葡萄糖、半乳糖、纤维二糖、棉子糖和木聚糖作为底物，并将其转化为乳酸、乙酸、乙醇、CO2和H2，菌种保藏编号为DSM 21659T。
(4)Cellulophaga geojensis巨济嗜纤维素菌，水解琼脂、酪蛋白、羧甲基纤维素、明胶、淀粉等。利用纤维素、d-果糖、d-半乳糖、d-葡萄糖、麦芽糖、d-甘露糖、盐碱、蔗糖、海藻糖、d-木糖和l-谷氨酸等作唯一的碳和能源来源，产生挥发性脂肪酸。菌种保藏编号为CCUG 60801T。
(5)Proteiniphilum saccharofermentans糖酵解蛋白杆菌，生长温度为15-45℃(最佳温度范围为35-40℃)，pH范围6.3-9.1(最佳pH范围7.5-7.8)，革兰氏阴性，兼性厌氧。利用蛋白胨、葡萄糖、***糖、纤维二糖、果糖、半乳糖、乳糖、麦芽糖、鼠李糖、蔗糖、海藻糖和淀粉生产乙酸、丙酸、戊酸、CO2和H2。菌种保藏编号为DSM28694T。
(6)Treponemaprimitia栖温泉螺旋体，生长最佳温度是30℃。利用葡萄糖、果糖、核糖、木糖、麦芽糖和纤维二糖。生成乙酸、乙醇、CO2和H2，菌种保藏编号为DSM 13862。
(7)Defluviitoga tunisiensis突尼斯废水袍菌，生长温度范围为37-65℃，pH值范围为6.5-7.9(最佳pH值6.9)；利用***糖、纤维二糖、果糖、半乳糖、葡萄糖、乳糖、麦芽糖、甘露糖、棉子糖、核糖、蔗糖、木糖、微晶纤维素、木聚糖、酵母提取物等生产乙酸、H2和CO2。菌种保藏编号为DSM 23805T。
(8)Enterobacter aerogenes产气肠杆菌，利用D-葡萄糖等作底物，发酵葡萄糖产生乙酸、H2和CO2。菌种保藏编号为DSM-30053。
(9)Aminobacterium colombiense哥伦比亚氨基酸杆菌，最适生长温度为37℃，最适生长pH值为7.3.主要以氨基酸为底物，不能代谢和利用糖类。菌种保藏编号为DSM-12261。
(10)Fibrobactersuccinogenes产琥珀酸丝状杆菌，利用葡萄糖、纤维二糖和纤维素生产琥珀酸、乙酸和少量甲酸。菌种保藏编号为ATCC19169。
(11)Methanosarcina mazei马氏甲烷球菌，最适生长温度30-40℃，利用乙酸、甲醇、甲胺生产甲烷。菌种保藏编号为DSM 2053。
(12)Methanoculleus hydrogenitrophicus氢营养型甲烷袋状菌，生长温度范围为18-45℃(最适温度37℃)，pH生长范围为5.0-8.5(最适生长pH范围为6.6)；只能利用H2和CO2生产甲烷。菌种保藏编号为JCM 16311T。
(13)Methanomicrobium antiquum古生甲烷微球菌，生长温度范围为15-40℃(最适温度35℃)，pH值范围为5.9-7.9(最适pH值为7.0-7.5)，利用甲酸、H2和CO2生产甲烷。菌种保藏编号为DSM21220T。
采用本发明的优点在于：
1、本发明选用的13株厌氧发酵功能菌株均在国内外菌株保藏中心保藏，容易获取、培养和复配；
2、本发明的发酵促进剂通过上述微生物的合理搭配，可以适应不同类型的发酵原料，能使各种原料快速降解转换为沼气；
3、本发明中的各种微生物具有相同或相近的生长培养条件，可以保证该促进菌剂在同一环境条件下能正常生长代谢并发挥最大的作用。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只是用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
选用农村典型的有机废弃物作为发酵底物，以不同功能微生物的搭配比例组成的促进菌剂作为接种物，同时以农村沼气发酵常用的接种物作对照进行90天产气潜力比较，考察该促进菌剂的作用。
实施例中“启动时间(天)”指发酵投料开始至所产沼气中CH4的含量超过50％时所需要的时间；“90d累计产气量中90％产气量需要的时间(天)”指在90天发酵周期内生产总产气量中90％的产气量所需要花费的时间；“90d原料产气率(m3/kgTS)”指发酵持续90天时总产气量与原料TS的比值。
以下实施例中，所述居瘤胃解蛋白质菌为Proteiniclasticum ruminisDSM24773；所述棕榈酸互营单胞菌为Syntrophomonaspalmitatica DSM18709T；所述大岛粪热杆菌为Caldicoprobacter oshimai DSM21659T；所述巨济嗜纤维素菌为Cellulophagageojensis CCUG 60801T；所述糖酵解蛋白杆菌为Proteiniphilum saccharofermentansDSM 28694T；所述栖温泉螺旋体为Treponema primitia DSM 13862；所述突尼斯废水袍菌为Defluviitoga tunisiensis DSM 23805T；所述产气肠杆菌为Enterobacter aerogenesDSM 30053；所述哥伦比亚氨基酸杆菌为Aminobacterium colombiense DSM12261；所述产琥珀酸丝状杆菌为Fibrobacter succinogenes ATCC19169；所述马氏甲烷球菌为Methanosarcina mazei DSM2053T；所述氢营养型甲烷袋状菌为Methanoculleushydrogenitrophicus JCM16311T；所述古生甲烷微球菌为Methanomicrobium antiquumDSM21220T。
实施例1
以新鲜猪粪作发酵底物，发酵浓度为2％加入清水中。促进菌剂中各功能微生物按体积份数计，分别为：居瘤胃解蛋白质菌的培养液体积份数为8份，棕榈酸互营单胞菌的培养液体积份数为4份，大岛粪热杆菌的培养液体积份数为8份，巨济嗜纤维素菌的培养液体积份数为8份，糖酵解蛋白杆菌的培养液体积份数为12份，栖温泉螺旋体的培养液体积份数为5份，突尼斯废水袍菌的培养液体积份数为5份，产气肠杆菌的培养液体积份数为5份，哥伦比亚氨基酸杆菌的培养液体积份数为5份，产琥珀酸丝状杆菌的培养液体积份数为5份，马氏甲烷球菌的培养液体积份数为28份，氢营养型甲烷袋状菌的培养液体积份数为5份，古生甲烷微球菌的培养液体积份数为2份。将上述沼气发酵促进菌剂按体积比1％加入发酵液中，充分混合后进行发酵。发酵90天后，各项指标如表1所示：
对比实施例1
将实施例1中的接种物改为农村户用沼气池沼液，其他条件与实施例1中完全一致进行发酵。发酵90天后，各项指标如表1所示：
表1
实施例2
以稻草作发酵底物，发酵浓度为1％加入清水中。促进菌剂中各功能微生物的体积搭配比例分别为：居瘤胃解蛋白质菌的培养液体积份数为5份，棕榈酸互营单胞菌的培养液体积份数为5份，大岛粪热杆菌的培养液体积份数为5份，巨济嗜纤维素菌的培养液体积份数为12份，糖酵解蛋白杆菌的培养液体积份数为8份，栖温泉螺旋体的培养液体积份数为5份，突尼斯废水袍菌的培养液体积份数为6份，产气肠杆菌的培养液体积份数为5份，哥伦比亚氨基酸杆菌的培养液体积份数为5份，产琥珀酸丝状杆菌的培养液体积份数为5份，马氏甲烷球菌的培养液体积份数为27份，氢营养型甲烷袋状菌的培养液体积份数为8份，古生甲烷微球菌的培养液体积份数为4份。将上述沼气发酵促进菌剂按体积比1％加入发酵液中，充分混合后进行发酵。发酵90天后，各项指标如表2所示：
对比实施例2
将实施例2中的接种物改为农村户用沼气池沼液，其他条件与实施例2中完全一致进行发酵。发酵90天后，各项指标如表2所示：
表2
实施例3
以新鲜牛粪作发酵底物，发酵浓度为2％加入清水中。促进菌剂中各功能微生物的体积搭配比例分别为：居瘤胃解蛋白质菌的培养液体积份数为8份，棕榈酸互营单胞菌的培养液体积份数为4份，大岛粪热杆菌的培养液体积份数为7份，巨济嗜纤维素菌的培养液体积份数为9份，糖酵解蛋白杆菌的培养液体积份数为10份，栖温泉螺旋体的培养液体积份数为5份，突尼斯废水袍菌的培养液体积份数为5份，产气肠杆菌的培养液体积份数为5份，哥伦比亚氨基酸杆菌的培养液体积份数为4份，产琥珀酸丝状杆菌的培养液体积份数为3份，马氏甲烷球菌的培养液体积份数为30份，氢营养型甲烷袋状菌的培养液体积份数为6份，古生甲烷微球菌的培养液体积份数为4份。将上述沼气发酵促进菌剂按体积比1％加入发酵液中，充分混合后进行发酵。发酵90天后，各项指标如表3所示：
对比实施例3
将实施例3中的接种物改为污水处理厂脱水污泥，其他条件与实施例3中完全一致进行发酵。发酵90天后，各项指标如表3所示：
表3

Claims (10)

1.一种沼气发酵促进剂，其特征在于，所述促进剂按微生物培养液体积份数计，由如下微生物培养液组成：
厚壁菌15～20份、拟杆菌15～20份、螺旋体菌3～5份、热袍菌4～6份、变形菌3～5份、互养菌3～5份、纤维杆菌3～5份、广古菌35～40份。
2.根据权利要求1所述的促进剂，其特征在于，所述厚壁菌为居瘤胃解蛋白质菌Proteiniclasticum ruminis DSM24773、棕榈酸互营单胞菌Syntrophomonas palmitaticaDSM18709T和大岛粪热杆菌Caldicoprobacter oshimai DSM21659T。
3.根据权利要求1所述的促进剂，其特征在于，所述拟杆菌为巨济嗜纤维素菌Cellulophaga geojensis CCUG 60801T和糖酵解蛋白杆菌Proteiniphilumsaccharofermentans DSM 28694T。
4.根据权利要求1所述的促进剂，其特征在于，所述螺旋体为栖温泉螺旋体Treponemaprimitia DSM 13862；和/或，所述热袍菌为突尼斯废水袍菌Defluviitogatunisiensis DSM 23805T。
5.根据权利要求1所述的促进剂，其特征在于，所述变形菌为产气肠杆菌Enterobacteraerogenes DSM 30053；和/或，所述互养菌为哥伦比亚氨基酸杆菌Aminobacteriumcolombiense DSM 12261；和/或，所述纤维杆菌为产琥珀酸丝状杆菌Fibrobactersuccinogenes ATCC19169。
6.根据权利要求1所述的促进剂，其特征在于，所述广古菌包括马氏甲烷球菌Methanosarcina mazei DSM2053T、氢营养型甲烷袋状菌Methanoculleushydrogenitrophicus JCM 16311T和古生甲烷微球菌Methanomicrobium antiquum DSM21220T。
7.根据权利要求2所述的促进剂，其特征在于，所述居瘤胃解蛋白质菌的培养液体积份数为5～10份，棕榈酸互营单胞菌的培养液体积份数为3～5份，大岛粪热杆菌的培养液体积份数为5～10份，上述三种微生物培养液体积份数之和为15～20份。
8.根据权利要求3所述的促进剂，其特征在于，所述巨济嗜纤维素菌的培养液体积份数为7～12份，所述糖酵解蛋白杆菌的培养液体积份数为7～12份，上述两种微生物培养液体积份数之和为15～20份。
9.根据权利要求6所述的促进剂，其特征在于，所述马氏甲烷球菌的培养液体积份数为28份，所述氢营养型甲烷袋状菌的培养液体积份数为5份，所述古生甲烷微球菌的培养液体积份数为2份。
10.根据权利要求1～9任一项所述的促进剂，其特征在于，所述微生物培养液中细胞含量不低于1.0×108个/ml。
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