一種沼氣工程菌劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于沼氣、甲烷等清潔能源應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及到沼氣工程菌劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]沼氣(生物天然氣)是微生物發(fā)酵產(chǎn)生的一種以甲烷為主的可燃混合氣體。作為清潔能源的重要組成部分，沼氣兼具化石能源(特別是天然氣)和可再生能源優(yōu)越性，在美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、瑞典、瑞士等國(guó)家實(shí)現(xiàn)了商品化和產(chǎn)業(yè)化，作為天然氣的補(bǔ)充和部分替代。
[0003]目前，中國(guó)農(nóng)村戶用沼氣池的建設(shè)規(guī)模和使用量居全球之首，成為中國(guó)利用技術(shù)最成熟、推廣規(guī)模最大、效益最突出的可再生能源開(kāi)發(fā)領(lǐng)域之一。而以沼氣為紐帶的各種類(lèi)型能源生態(tài)模式和工程技術(shù)得到了各級(jí)政府的大力支持，大中小型沼氣工程迅猛發(fā)展。沼氣工程可以將畜禽糞便、秸桿等各種生物質(zhì)原料經(jīng)過(guò)厭氧發(fā)酵轉(zhuǎn)化為沼氣進(jìn)行供熱、發(fā)電或提純?yōu)樯锾烊粴?，既消除了環(huán)境污染又可獲得寶貴的可再生能源，減少現(xiàn)代工業(yè)對(duì)于化石燃料的依賴，因而世界各國(guó)對(duì)沼氣工程建設(shè)極為重視。
[0004]目前，全國(guó)沼氣用戶已達(dá)到4300萬(wàn)戶，規(guī)模化沼氣工程已發(fā)展到10萬(wàn)處。國(guó)內(nèi)沼氣工程普遍以畜禽糞便為原料，約占目前沼氣生產(chǎn)原料的90%以上，部分解決了規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)在發(fā)展規(guī)?；?、集約化、標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)殖過(guò)程中大量畜禽糞尿集中處置的難題。
[0005]中國(guó)的沼氣產(chǎn)業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模，但在運(yùn)行中存在以下問(wèn)題:
(I)許多沼氣工程受經(jīng)濟(jì)條件的限制，采用的是常溫的發(fā)酵工藝，冬季也未作任何保溫或者增溫措施，導(dǎo)致產(chǎn)氣率不高，特別是冬季產(chǎn)氣量急劇降低，而冬季正是用氣量大的時(shí)候，對(duì)沼氣工程聲譽(yù)造成了負(fù)面影響，工程運(yùn)行效率有待提高。
[0006](2)原料來(lái)源單一，絕大部分都是畜禽糞便和農(nóng)作物秸桿，厭氧發(fā)酵速度慢，發(fā)酵周期較長(zhǎng)，不能滿足沼氣發(fā)電或車(chē)用生物天然氣等大規(guī)模的能源化利用的需求。
[0007]上述問(wèn)題在很大程度上影響了沼氣工程的效益，已成為制約沼氣工程健康和可持續(xù)發(fā)展的因素。
[0008]厭氧發(fā)酵過(guò)程是一個(gè)多種微生物協(xié)同參與的生化反應(yīng)，微生物的菌群結(jié)構(gòu)及代謝類(lèi)型決定有機(jī)物的降解途徑及產(chǎn)甲烷效率。功能微生物發(fā)酵菌劑的投加可以有針對(duì)性、有方向性的引導(dǎo)厭氧反應(yīng)沿著高效穩(wěn)定的途徑進(jìn)行。
[0009]專利(201110088983.5)公開(kāi)了一種東北低溫產(chǎn)沼氣混合微生物菌劑及其制備方法，由綠色木霉1.4-1.8份，枯草芽孢桿菌1.8-2.3份，惡臭假單胞菌4.1-6.5份，地衣芽孢桿菌1.1-1.5份，產(chǎn)堿桿菌0.1-0.2份的發(fā)酵菌液混合而成。
[0010]專利(201110413022.7)公開(kāi)了一種適用于低溫沼氣發(fā)酵的復(fù)合微生物菌劑及其制備方法，由假單胞菌kPseudomorms sp.) CGMCC N0.4764、成團(tuán)泛菌kPantoeaagglomerans) CGMCC N0.4765 和成團(tuán)泛菌 ^Pantoea agglomerans)三種菌的發(fā)酵液按重量比計(jì)，將三種菌分別發(fā)酵后的發(fā)酵液按1:1:1比例混勻，即為液體劑型。
[0011]專利(201210021688.2)公開(kāi)了一種沼氣干發(fā)酵復(fù)合菌劑的制備方法，將纖維素分解細(xì)菌、蛋白分解細(xì)菌、脂肪分解細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌、硫酸鹽還原菌和產(chǎn)甲烷古菌組成的復(fù)合菌作為接種物，將接種物與發(fā)酵底物混合，并調(diào)節(jié)混合料的水分含量至70~80%，pH值7.0，在35°C ±2°C條件下進(jìn)行厭氧發(fā)酵，發(fā)酵60~90天后，獲得沼氣干發(fā)酵復(fù)合菌劑。
[0012]專利(201310234786.9)公開(kāi)了一種低溫沼氣發(fā)酵劑及其制備方法，復(fù)合沼氣發(fā)酵菌劑包括混合微生物、抗氧化劑和保護(hù)劑載體組成；混合微生物重量份數(shù)組成如下??馬氏甲烷球菌DSM10132 5-10份，地下甲烷桿菌DSM11074 6-8份，寒冷產(chǎn)甲烷菌DSM1645810-20份，嗜酸甲烷八疊球菌DSM2834 5_9份，西西里甲烷八疊球菌DSM11916 6-10份，竹節(jié)狀甲烷鬃菌DSM-17206 8-14份；所述抗氧化劑由下列成分配比而成:半胱氨酸鹽酸鹽0.1 %?I %，硫化鈉2 %?10 %，抗壞血酸2 %?5 %，余量為沙土 ；所述保護(hù)劑載體由下列成分配比而成:沙土 0.5 %，膨潤(rùn)土 2 %，硅藻土 5 %，玉米淀粉20 %，余量為秸桿粉碎物。
[0013]專利(201310744961.9)公開(kāi)了一種沼氣發(fā)酵用功能性生物催化劑及利用催化劑發(fā)酵的方法，催化劑包括微生物復(fù)合菌劑1-3份；水解酶促進(jìn)劑100份；礦質(zhì)養(yǎng)分促進(jìn)劑61-329份。礦質(zhì)養(yǎng)分促進(jìn)劑為微晶化磷礦粉、微晶化沸石粉、微晶化碳酸鈣粉、尿素、磷酸鹽、膨潤(rùn)土或活性炭中的一種或兩種以上。
[0014]專利(201410257058.4)公開(kāi)了一種稻桿與糞便沼氣發(fā)酵預(yù)處理微生物菌劑，由以下菌種共同組成:灰綠青霉2~8X101Qcfu/g，米根霉2~8X101Qcfu/g，黃孢原毛平革菌2~8X10lclcfu/g，黃曲霉 2~8X10lclcfu/g，螺孢菌 2~8 X 101Qcfu/g。。
[0015]專利(200510077792.3)公開(kāi)了一種復(fù)合菌劑預(yù)處理秸桿的沼氣發(fā)酵方法。所述符合菌劑是由保藏在中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心的登記入冊(cè)編號(hào)為CGMCC N0.1364的高溫單胞菌(，登記入冊(cè)編號(hào)為CGMCC N0.1365的枯草芽孢桿菌(Bacillus sub tilis)，登記入冊(cè)編號(hào)為CGMCC N0.1366的木霉菌(Trichoderma)和中國(guó)普通微生物菌種保藏中心1997年版的菌種目錄中公開(kāi)的菌種編號(hào)為1.813的地衣芽孢桿菌(ifeci77w5.7icAe/7i/br?i5.)混配而成，所述各組分的重量比為高溫單胞菌:枯草芽孢桿菌:木霉菌:地衣芽孢桿菌=9~13: 2-4: 3-4: 2-3 ο
[0016]專利(200810140400.7)公開(kāi)了一種沼氣池用復(fù)合微生物菌劑及其制備方法。它是由熒光假單胞菌液0.06-0.15份，蠟質(zhì)芽孢桿菌液0.04-0.08份，枯草芽孢桿菌液0.06-0.10份和環(huán)狀芽孢桿菌0.05-0.08份4種微生物發(fā)酵液按比例混合而成。
[0017]專利(200810158002.8 )公開(kāi)了秸桿分解和低溫產(chǎn)沼氣雙功能復(fù)合菌劑的應(yīng)用。所述稻桿分解和低溫產(chǎn)沼氣雙功能復(fù)合菌劑，是由焚光假單胞菌iPseudotnonas
錯(cuò)質(zhì)芽抱桿菌{Bacillus枯草芽抱桿菌{Bacillus subtil is)和環(huán)狀芽孢桿菌四種菌的發(fā)酵液按如下重量份組成:熒光假單胞菌液6-15份，蠟質(zhì)芽孢桿菌液4-8份，枯草芽孢桿菌液6-10份，環(huán)狀芽孢桿菌液5-8份；四種菌的發(fā)酵液中有效活菌數(shù)分別都在10億個(gè)/毫升以上。
[0018]專利(200910013635.4)公開(kāi)了一種直接分解農(nóng)作物秸桿發(fā)酵產(chǎn)沼氣的專用微生物復(fù)合菌劑制備及其應(yīng)用方法。此專用微生物復(fù)合菌劑為液態(tài)或固態(tài)，由蠟狀芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、膠凍樣芽孢桿菌、環(huán)狀芽孢桿菌、球狀芽孢桿菌、產(chǎn)芽孢梭菌、丙酮丁酸梭菌、巴氏梭菌、拜氏梭菌、熱纖梭菌、綠色木霉、瑞氏木霉、黑曲霉中的一株或幾株，經(jīng)發(fā)酵培養(yǎng)后，組合復(fù)配而成。
[0019]專利(201010178304.9)公開(kāi)了一種復(fù)合微生物菌劑及其應(yīng)用。該復(fù)合微生物菌劑由地衣芽抱桿菌{Bacillus、惡臭假單胞菌iPsoudomorms putidd)、嫩溝腸桿菌CfeieroAacier c/oacae)和粗狀假絲酵母valida) 4種菌的發(fā)酵液組成。
[0020]專利(201010178313.8)公開(kāi)了一種復(fù)合菌劑及其應(yīng)用，它是由大腸桿菌{Escherichia, coli)發(fā)酵液 I ?3 份，木霉 ijrichoderma virens)發(fā)酵液 2 ?3 份，焚光假單胞菌iPseudomorms fluorescens)發(fā)酵液I?4份，枯草芽抱桿菌(Bacillussubtil is)發(fā)酵液4?6份混合而成。
[0021]專利(201010248279.7)公開(kāi)了一種用于沼氣發(fā)酵的復(fù)合菌劑。該復(fù)合菌劑按重量份數(shù)比包括8?15份溶纖維素?cái)M桿菌發(fā)酵液、12?20份巴氏芽孢梭菌發(fā)酵液、30?45份黑海甲烷袋狀菌發(fā)酵液及20?50份馬氏甲烷八疊球菌發(fā)酵液；以上四種菌的發(fā)酵液中的有效活菌數(shù)均為109個(gè)/mL以上。
[0022]以上專利都是分別將各菌種如枯草芽孢桿菌、木霉菌等微生物進(jìn)行液體放大培養(yǎng)，然后按比例混合，得到菌劑。
[0023]但是，從有機(jī)物厭氧發(fā)酵到形成甲烷，是非常復(fù)雜的過(guò)程，不是一種細(xì)菌或有限幾種微生物所能完成的，是由很多細(xì)菌參與聯(lián)合作用的結(jié)果，即需要分解菌群(纖維素分解菌、半纖維素分解菌、淀粉分解菌、蛋白質(zhì)分解菌和脂肪分解菌等梭菌屬、擬桿菌屬微生物)、產(chǎn)酸菌群(丁酸弧菌屬、雙岐桿菌屬等)、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌群(互營(yíng)單胞菌屬、互營(yíng)桿菌屬、梭菌屬、暗桿菌屬等)和產(chǎn)甲烷菌群(產(chǎn)甲烷八疊球菌、產(chǎn)甲烷絲狀菌等)。在厭氧發(fā)酵過(guò)程中，分解菌群、產(chǎn)酸菌群發(fā)酵有機(jī)物產(chǎn)h2、co2，4又被甲烷細(xì)菌用于還原CO2合成CH4。這些微生物及其所進(jìn)行的代謝都不是在孤立的環(huán)境中單獨(dú)進(jìn)行，而是在一個(gè)混雜的環(huán)境中相互影響。它們之間的互相作用包括有不產(chǎn)甲烷細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌之間的作用，不產(chǎn)甲烷細(xì)菌之間的作用和產(chǎn)甲烷菌之間的作用，它們相互依賴，互為對(duì)方創(chuàng)造與維持生命活動(dòng)所需要的良好環(huán)境條件，但它們之間又互相制約，在發(fā)酵過(guò)程中總處于平衡狀態(tài)。
[0024]此外，國(guó)內(nèi)沼氣工程為保證高效產(chǎn)氣大多從國(guó)外購(gòu)買(mǎi)商業(yè)化的功能微生物菌劑，其價(jià)格高昂且存在技術(shù)封鎖，國(guó)內(nèi)沼氣工程正處在快速發(fā)展階段，購(gòu)買(mǎi)量并不能滿足國(guó)內(nèi)逐年增長(zhǎng)的需求。而且，國(guó)外產(chǎn)品對(duì)我國(guó)環(huán)境中長(zhǎng)期的影響，殘留菌劑的污水回用對(duì)土壤、作物、地下水的影響未經(jīng)論證。開(kāi)發(fā)適合中國(guó)沼氣工程厭氧消化特性的功能微生物菌劑對(duì)推動(dòng)我國(guó)沼氣工程的高效穩(wěn)定運(yùn)行意義重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]本發(fā)明的目的是提供一種混菌培養(yǎng)，制備出富含分解細(xì)菌、產(chǎn)酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌群的一種沼氣工程菌劑及其制備方法。
[0026]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種沼氣工程菌劑，主要包括下列微生物..Clostridium beijerincki1、Bacteroidesgraminisol vens > Acetobacterium woodi1.、Kosmo toga olearia、Aminobacteriumcolombiense、Deth1sulfatibacter aminovorans、Methanobrevibacter ruminantium、Methanosaeta harundinacea^ Methanosaeta concili1、Methanolinea tarda。
[0027]本發(fā)明還包括-,ClostridiumcelIuloVorans0
[0028]一種沼氣工程菌劑的制備方法，其特征是:取一定質(zhì)量的總固體Ts 0.8%?12%的城市污水處理廠污泥或者沼氣工程沼液，在20?35°C或50?55°C下靜置培養(yǎng)或20~120rpm震蕩培養(yǎng)，添加0.1?3%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的40-200目的白云鄂博鐵礦粉，然后每隔I?3天添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%?1.2%有機(jī)廢棄物直到培養(yǎng)液pH下降到6.0?6.8，再每隔I?3天添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%?3.0%有機(jī)廢棄物，直到培養(yǎng)液輔酶F420熒光分光光度值為20.0?250.0為止，然后所得培養(yǎng)液添加固化劑至水分含量為10%?70%，置于30?50°C干燥I?120小時(shí)，即得沼氣工程菌劑。
[0029]進(jìn)一步:加入的有機(jī)廢棄物為40-100目豬糞、雞糞、牛糞、餐廚垃圾、剩余污泥、玉米秸桿之一或混合。
[0030]進(jìn)一步:加入固化劑是20-200目pH調(diào)節(jié)為7.0的豬糞、雞糞、牛糞、泥炭、粉煤灰、
聚氨酯泡沫之一或混合。
[0031]進(jìn)一步:添加的固化劑與所得培養(yǎng)液的質(zhì)量之比為(I?4):1。
[0032]本發(fā)明以污泥或沼液為原料制備沼氣工程發(fā)酵菌劑，依據(jù)厭氧發(fā)酵原理和微生物生態(tài)學(xué)原理，通過(guò)培養(yǎng)工藝參數(shù)的精確控制，實(shí)現(xiàn)污泥或沼液