一種沼氣工程菌劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于沼氣、甲烷等清潔能源應用領域，特別涉及到沼氣工程菌劑的制備方法。
【背景技術】
[0002]沼氣(生物天然氣)是微生物發酵產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)和可再生能源優越性，在美國、英國、德國、法國、瑞典、瑞士等國家實現了商品化和產業化，作為天然氣的補充和部分替代。
[0003]目前，中國農村戶用沼氣池的建設規模和使用量居全球之首，成為中國利用技術最成熟、推廣規模最大、效益最突出的可再生能源開發領域之一。而以沼氣為紐帶的各種類型能源生態模式和工程技術得到了各級政府的大力支持，大中小型沼氣工程迅猛發展。沼氣工程可以將畜禽糞便、秸桿等各種生物質原料經過厭氧發酵轉化為沼氣進行供熱、發電或提純為生物天然氣，既消除了環境污染又可獲得寶貴的可再生能源，減少現代工業對于化石燃料的依賴，因而世界各國對沼氣工程建設極為重視。
[0004]目前，全國沼氣用戶已達到4300萬戶，規模化沼氣工程已發展到10萬處。國內沼氣工程普遍以畜禽糞便為原料，約占目前沼氣生產原料的90%以上，部分解決了規模化養殖場在發展規模化、集約化、標準化養殖過程中大量畜禽糞尿集中處置的難題。
[0005]中國的沼氣產業已經初具規模，但在運行中存在以下問題:
(I)許多沼氣工程受經濟條件的限制，采用的是常溫的發酵工藝，冬季也未作任何保溫或者增溫措施，導致產氣率不高，特別是冬季產氣量急劇降低，而冬季正是用氣量大的時候，對沼氣工程聲譽造成了負面影響，工程運行效率有待提高。
[0006](2)原料來源單一，絕大部分都是畜禽糞便和農作物秸桿，厭氧發酵速度慢，發酵周期較長，不能滿足沼氣發電或車用生物天然氣等大規模的能源化利用的需求。
[0007]上述問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發展的因素。
[0008]厭氧發酵過程是一個多種微生物協同參與的生化反應，微生物的菌群結構及代謝類型決定有機物的降解途徑及產甲烷效率。功能微生物發酵菌劑的投加可以有針對性、有方向性的引導厭氧反應沿著高效穩定的途徑進行。
[0009]專利(201110088983.5)公開了一種東北低溫產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，產堿桿菌0.1-0.2份的發酵菌液混合而成。
[0010]專利(201110413022.7)公開了一種適用于低溫沼氣發酵的復合微生物菌劑及其制備方法，由假單胞菌kPseudomorms sp.) CGMCC N0.4764、成團泛菌kPantoeaagglomerans) CGMCC N0.4765 和成團泛菌 ^Pantoea agglomerans)三種菌的發酵液按重量比計，將三種菌分別發酵后的發酵液按1:1:1比例混勻，即為液體劑型。
[0011]專利(201210021688.2)公開了一種沼氣干發酵復合菌劑的制備方法，將纖維素分解細菌、蛋白分解細菌、脂肪分解細菌、產氫產乙酸細菌、硫酸鹽還原菌和產甲烷古菌組成的復合菌作為接種物，將接種物與發酵底物混合，并調節混合料的水分含量至70~80%，pH值7.0，在35°C ±2°C條件下進行厭氧發酵，發酵60~90天后，獲得沼氣干發酵復合菌劑。
[0012]專利(201310234786.9)公開了一種低溫沼氣發酵劑及其制備方法，復合沼氣發酵菌劑包括混合微生物、抗氧化劑和保護劑載體組成；混合微生物重量份數組成如下??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 ；所述保護劑載體由下列成分配比而成:沙土 0.5 %，膨潤土 2 %，硅藻土 5 %，玉米淀粉20 %，余量為秸桿粉碎物。
[0013]專利(201310744961.9)公開了一種沼氣發酵用功能性生物催化劑及利用催化劑發酵的方法，催化劑包括微生物復合菌劑1-3份；水解酶促進劑100份；礦質養分促進劑61-329份。礦質養分促進劑為微晶化磷礦粉、微晶化沸石粉、微晶化碳酸鈣粉、尿素、磷酸鹽、膨潤土或活性炭中的一種或兩種以上。
[0014]專利(201410257058.4)公開了一種稻桿與糞便沼氣發酵預處理微生物菌劑，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)公開了一種復合菌劑預處理秸桿的沼氣發酵方法。所述符合菌劑是由保藏在中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心的登記入冊編號為CGMCC N0.1364的高溫單胞菌(，登記入冊編號為CGMCC N0.1365的枯草芽孢桿菌(Bacillus sub tilis)，登記入冊編號為CGMCC N0.1366的木霉菌(Trichoderma)和中國普通微生物菌種保藏中心1997年版的菌種目錄中公開的菌種編號為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)公開了一種沼氣池用復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，蠟質芽孢桿菌液0.04-0.08份，枯草芽孢桿菌液0.06-0.10份和環狀芽孢桿菌0.05-0.08份4種微生物發酵液按比例混合而成。
[0017]專利(200810158002.8 )公開了秸桿分解和低溫產沼氣雙功能復合菌劑的應用。所述稻桿分解和低溫產沼氣雙功能復合菌劑，是由焚光假單胞菌iPseudotnonas
錯質芽抱桿菌{Bacillus枯草芽抱桿菌{Bacillus subtil is)和環狀芽孢桿菌四種菌的發酵液按如下重量份組成:熒光假單胞菌液6-15份，蠟質芽孢桿菌液4-8份，枯草芽孢桿菌液6-10份，環狀芽孢桿菌液5-8份；四種菌的發酵液中有效活菌數分別都在10億個/毫升以上。
[0018]專利(200910013635.4)公開了一種直接分解農作物秸桿發酵產沼氣的專用微生物復合菌劑制備及其應用方法。此專用微生物復合菌劑為液態或固態，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、環狀芽孢桿菌、球狀芽孢桿菌、產芽孢梭菌、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，經發酵培養后，組合復配而成。
[0019]專利(201010178304.9)公開了一種復合微生物菌劑及其應用。該復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種菌的發酵液組成。
[0020]專利(201010178313.8)公開了一種復合菌劑及其應用，它是由大腸桿菌{Escherichia, coli)發酵液 I ?3 份，木霉 ijrichoderma virens)發酵液 2 ?3 份，焚光假單胞菌iPseudomorms fluorescens)發酵液I?4份，枯草芽抱桿菌(Bacillussubtil is)發酵液4?6份混合而成。
[0021]專利(201010248279.7)公開了一種用于沼氣發酵的復合菌劑。該復合菌劑按重量份數比包括8?15份溶纖維素擬桿菌發酵液、12?20份巴氏芽孢梭菌發酵液、30?45份黑海甲烷袋狀菌發酵液及20?50份馬氏甲烷八疊球菌發酵液；以上四種菌的發酵液中的有效活菌數均為109個/mL以上。
[0022]以上專利都是分別將各菌種如枯草芽孢桿菌、木霉菌等微生物進行液體放大培養，然后按比例混合，得到菌劑。
[0023]但是，從有機物厭氧發酵到形成甲烷，是非常復雜的過程，不是一種細菌或有限幾種微生物所能完成的，是由很多細菌參與聯合作用的結果，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、蛋白質分解菌和脂肪分解菌等梭菌屬、擬桿菌屬微生物)、產酸菌群(丁酸弧菌屬、雙岐桿菌屬等)、產氫產乙酸菌群(互營單胞菌屬、互營桿菌屬、梭菌屬、暗桿菌屬等)和產甲烷菌群(產甲烷八疊球菌、產甲烷絲狀菌等)。在厭氧發酵過程中，分解菌群、產酸菌群發酵有機物產h2、co2，4又被甲烷細菌用于還原CO2合成CH4。這些微生物及其所進行的代謝都不是在孤立的環境中單獨進行，而是在一個混雜的環境中相互影響。它們之間的互相作用包括有不產甲烷細菌和產甲烷細菌之間的作用，不產甲烷細菌之間的作用和產甲烷菌之間的作用，它們相互依賴，互為對方創造與維持生命活動所需要的良好環境條件，但它們之間又互相制約，在發酵過程中總處于平衡狀態。
[0024]此外，國內沼氣工程為保證高效產氣大多從國外購買商業化的功能微生物菌劑，其價格高昂且存在技術封鎖，國內沼氣工程正處在快速發展階段，購買量并不能滿足國內逐年增長的需求。而且，國外產品對我國環境中長期的影響，殘留菌劑的污水回用對土壤、作物、地下水的影響未經論證。開發適合中國沼氣工程厭氧消化特性的功能微生物菌劑對推動我國沼氣工程的高效穩定運行意義重大。
【發明內容】
[0025]本發明的目的是提供一種混菌培養，制備出富含分解細菌、產酸細菌和產甲烷菌群的一種沼氣工程菌劑及其制備方法。
[0026]本發明的技術方案如下:
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下靜置培養或20~120rpm震蕩培養，添加0.1?3%質量分數的40-200目的白云鄂博鐵礦粉，然后每隔I?3天添加質量分數0.4%?1.2%有機廢棄物直到培養液pH下降到6.0?6.8，再每隔I?3天添加質量分數1.5%?3.0%有機廢棄物，直到培養液輔酶F420熒光分光光度值為20.0?250.0為止，然后所得培養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，即得沼氣工程菌劑。
[0029]進一步:加入的有機廢棄物為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]進一步:加入固化劑是20-200目pH調節為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]進一步:添加的固化劑與所得培養液的質量之比為(I?4):1。
[0032]本發明以污泥或沼液為原料制備沼氣工程發酵菌劑，依據厭氧發酵原理和微生物生態學原理，通過培養工藝參數的精確控制，實現污泥或沼液