富含油脂原料中溫沼氣發(fā)酵系統(tǒng)的復(fù)合菌劑及其制備方法和用途
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于富含油脂原料中溫沼氣發(fā)酵系統(tǒng)的復(fù)合菌劑及其制備方法和用途，復(fù)合菌劑主要用于強(qiáng)化長鏈脂肪酸的降解(β-氧化)及其降解產(chǎn)物(乙酸+CO2+H2)產(chǎn)甲烷，提高富含油脂原料的產(chǎn)氣速率，縮短發(fā)酵停留時(shí)間，同時(shí)避免發(fā)酵液上層油脂的嚴(yán)重積累。
【專利說明】富含油脂原料中溫沼氣發(fā)酵系統(tǒng)的復(fù)合菌劑及其制備方法 和用途
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物發(fā)酵【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用于富含油脂原料中溫沼氣發(fā)酵系統(tǒng)的 復(fù)合菌劑及其制備方法和用途，復(fù)合菌劑主要用于強(qiáng)化富含油脂原料的中溫沼氣發(fā)酵系統(tǒng) 產(chǎn)氣，提高富含油脂原料的產(chǎn)氣效率。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于沼氣發(fā)酵技術(shù)不僅能夠處理各類有機(jī)廢棄物，而且還能夠獲取生物甲烷等清 潔可再生能源，因此沼氣發(fā)酵技術(shù)已經(jīng)被廣泛用于處理和利用各種有機(jī)廢棄物，包括餐廚 垃圾、屠宰廢棄物、油脂加工廢棄物等富含油脂類的有機(jī)廢棄物。
[0003] 相比碳水化合物、蛋白質(zhì)等原料，雖然油脂的甲烷產(chǎn)率較高，但是油脂的厭氧降解 產(chǎn)甲烷速率非常緩慢。 申請人:采用土豆、瘦肉和花生油作為糖水化合物、蛋白質(zhì)和油脂的 模型原料進(jìn)行沼氣發(fā)酵實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，三種成分的甲烷產(chǎn)率分別為：260. 1、258. 4和 757. 2mL · gVS-1，但是三種成分的厭氧降解速率常數(shù)分別為0. 183、0. 190和0. 020CT1，累積 甲烷產(chǎn)量達(dá)到最終甲烷產(chǎn)量80%所需的時(shí)間分別為7. 2、8. 1和59. 7d[李東等，有機(jī)垃圾組 分中溫厭氧消化產(chǎn)甲烷動力學(xué)研究，太陽能學(xué)報(bào)，2010, 31 (3) :385-390]。可見，油脂的厭氧 降解非常緩慢。
[0004] 油脂厭氧降解產(chǎn)甲烷過程如下：首先，油脂水解生成甘油和長鏈脂肪酸（LCFA)， 其次，長鏈脂肪酸β-氧化降解為乙酸，最后，乙酸營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌和氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌分 別利用乙酸和co 2+h2產(chǎn)甲烷。從熱動力學(xué)角度來看，長鏈脂肪酸的降解（β-氧化）很難進(jìn) 行，除非氫分壓維持在極低水平，見下面式1所示，只有當(dāng)氫分壓低于l〇_ 3atm時(shí)，吉布斯自 由能才為負(fù)。然而，這么低的氫分壓只有存在氫營養(yǎng)細(xì)菌（如氫營養(yǎng)產(chǎn)甲燒菌）時(shí)才能獲 得，此時(shí)產(chǎn)生的氫立即被消耗掉以保證較低的氫分壓。因此，長鏈脂肪酸的降解（β-氧化） 是富含油脂原料整個(gè)沼氣發(fā)酵過程的限速步驟。
[0005] n-LCFA - (n-2)-LCFA+2Acetate+2H2 AGO，=+48kJ/mol (式 I)
[0006] 長鏈脂肪酸除了較難降解外，還會抑制沼氣發(fā)酵。由于LCFAs與厭氧菌的細(xì)胞壁 很相似，LCFAs通過吸附到細(xì)胞壁或細(xì)胞膜上，影響細(xì)胞膜的傳輸功能，對厭氧菌形成強(qiáng)烈 的抑制，甚至破壞菌體細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)直至接殺死厭氧微生物。另外，LCFAs吸附到微生物上 形成顆粒污泥薄層并上浮或洗出，使得微生物不能良好地與底物接觸，從而影響原料的降 解。下表1列出了部分LCFAs對來源于上流式厭氧污泥床（UASB)和膨脹顆粒污泥床（EGSB) 厭氧顆粒污泥的最大比產(chǎn)甲烷活性產(chǎn)生50%抑制的濃度（IC 5tl)。從表1可以看出庚酸、癸 酸和油酸的ICJt較小，表明三種LCFA的毒性較大。
[0007] 表1不同LCFAs對UASB和EGSB反應(yīng)器厭氧顆粒污泥的IC5tl值
[0008]
【權(quán)利要求】
1. 一種富含油脂原料中溫沼氣發(fā)酵系統(tǒng)的復(fù)合菌劑，其特征在于，該復(fù)合菌劑含有中 溫互營長鏈脂肪酸氧化菌和中溫氫或乙酸營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌； 其中，所述的中溫互營長鏈脂肪酸氧化菌為Syntrophomonas wolfei subsp.wolfei、 Syntrophomonas sapovorans>Syntrophomonas bryantii >Syntrophomonas erecta subsp. erecta、Syntrophomonas zehnderi、Syntrophomonas palmitatica ； 所述的中溫氫或乙酸營養(yǎng)型產(chǎn)甲燒菌為Methanospirillum hungatei、 Methanobacterium formicicum、Methanosarcina barkeri、Methanosarcina acetivorans、 Methanothrix soehngenii。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富含油脂原料中溫沼氣發(fā)酵系統(tǒng)的復(fù)合菌劑，其特征在 于，六種中溫互營長鏈脂肪酸氧化菌的細(xì)胞數(shù)量比為1?5 : 1?5 : 1?5 : 1?5 : 1? 5 : 1 ?5,優(yōu)選為 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富含油脂原料中溫沼氣發(fā)酵系統(tǒng)的復(fù)合菌劑，其特征 在于，五種中溫氫或乙酸營養(yǎng)型產(chǎn)甲燒菌的細(xì)胞數(shù)量比為1?6 : 1?6 : 1?6 : 1? 6 : 1 ?6,優(yōu)選為 1 : 1 : 1 : 1 : 1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的一種富含油脂原料中溫沼氣發(fā)酵系統(tǒng)的復(fù)合菌劑， 其特征在于，所述復(fù)合菌劑中，所述中溫互營長鏈脂肪酸氧化菌和中溫氫或乙酸營養(yǎng)型產(chǎn) 甲烷菌的細(xì)胞總濃度至少為1 X 109個(gè)/mL，且中溫互營長鏈脂肪酸氧化菌與中溫氫或乙酸 營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌的細(xì)胞數(shù)量比為（1?9) : (9?1)。
5. -種如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的富含油脂原料中溫沼氣發(fā)酵系統(tǒng)的復(fù)合菌劑的 制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟： (1) 將中溫互營長鏈脂肪酸氧化菌菌液和中溫氫或乙酸營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌菌液在厭氧條 件下按體積比（1?9) : (9?1)混合得到復(fù)合菌液； (2) 對步驟（1)得到的復(fù)合菌液進(jìn)行細(xì)胞計(jì)數(shù)，并濃縮至中溫互營長鏈脂肪酸氧化菌 和中溫氫或乙酸營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌的細(xì)胞總濃度至少為1 X 109個(gè)/mL ; (3) 封裝并在2?8°C下保存，得到所述的中溫沼氣發(fā)酵系統(tǒng)的復(fù)合菌劑； 其中，所述的中溫互營長鏈脂肪酸氧化菌為Syntrophomonas wolfei subsp. wolfei、 Syntrophomonas sapovorans>Syntrophomonas bryantii >Syntrophomonas erecta subsp. erecta、Syntrophomonas zehnderi、Syntrophomonas palmitatica ； 所述的中溫氫或乙酸營養(yǎng)型產(chǎn)甲燒菌為Methanospirillum hungatei、 Methanobacterium formicicum、Methanosarcina barkeri、Methanosarcina acetivorans、 Methanothrix soehngenii。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的復(fù)合菌劑在用于富含油脂原料中溫沼氣發(fā)酵系統(tǒng) 中的用途。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用途，其特征在于，其中所述富含油脂原料包括但不局限于 餐廚垃圾、屠宰廢棄物、油脂加工廢棄物。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的用途，其特征在于，所述的中溫指25?45°C。
【文檔編號】C12R1/01GK104498415SQ201510037310
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月26日
【發(fā)明者】黃亞軍, 李 東, 文昊深, 王加雷 申請人:成都中科能源環(huán)保有限公司