高效厭氧降解油脂產甲烷的復合菌劑及制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及廢棄食用油脂能源化利用技術領域,具體高效厭氧降解油脂產甲烷的 復合菌劑及制備方法和應用。 技術背景
[0002] 廢棄食用油脂(Waste edible oils, WEOs)是餐飲業、食品加工業在生產經營活 動中產生的不能再食用的動植物油脂。據報道我國廢棄食用油脂的量占食用油消費總量的 20~40%,每年產生4 X i0、8X Kf ?。如直接將未經處理的含有廢棄食用油脂的廢水 排入下水道,不僅會造成資源浪費,而且還嚴重污染環境。特別是由于近年來石油、煤等化 石能源價格不斷攀升,廢棄油脂的生物轉化為新能源的問題更是得到國內外學者的廣泛關 注。合理的處理和利用廢棄油脂既符合環境保護的要求,也是發展可再生能源的需求。
[0003] 目前含油脂廢水處理只是針對環保達標要求,工藝有好氧和厭氧或者二者組合工 藝。采用厭氧生物反應器處理油脂廢水,常常會發生長鏈脂肪酸累積,累積的長鏈脂肪酸對 厭氧微生物產生抑制作用,甚至導致厭氧消化反應器的崩潰。油脂的徹底降解是在微生物 體系中多種微生物長時間相互作用的結果,依賴特殊的厭氧細菌和產甲烷古菌,正是由于 這些微生物的協同作用才使得底物水解、酸化和產甲烷過程順利進行。因此,在進行油脂厭 氧降解產甲烷的過程中要需要多種微生物之間的協同作用。通過多菌株混合培養,多種酶 協同作用,可較快和較徹底地解除產物的反饋抑制,調節培養液的pH,提高廢棄食用油脂的 轉化率。因而,針對含油脂廢水厭氧消化工藝和以廢棄油脂為碳源的厭氧消化產甲烷中的 發酵抑制和轉化效率低的問題,發明了一種高效降解廢棄食用油脂產甲烷的復合菌,可以 提高長鏈脂肪酸降解為揮發酸的轉化率,進而提高油脂轉化為甲烷的整體效率和速率。
[0004] 目前尚沒有專門針對廢棄食用油脂厭氧降解產甲烷的復合菌劑,常規的復合菌劑 在利用廢棄食用油脂產甲烷時,產氣效率差。CN201510037310. 5公布了處理富含油脂原料 的復合菌,然而該復合菌的產氣效率不高,累計甲烷產量達到最終甲烷產量80%所需的時 間至少為36天,產氣周期過長,不具備經濟性。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術的缺點,本發明的目的在于提供一種高效厭氧降解油脂產甲烷的復 合菌劑,該菌劑包括如下菌種: Anaerovibrio lipolytica DSM 3074 Syntrophomonas erecta DSM 16215 Syntrophomonas bryantii DSM 3014A Syntrophomonas palmitatica DSM 18709 Desulfovibrio vulgaris DSM 644 Methanospirillum hungatei DSM 13809 Methanobacterium formicicum DSM 1535 Methanobrevibacter smith!i DSM861 Methanosaeta concilii DSM 2139τ〇
[0006] 本發明所用菌種的基本信息如下: Jflae/wifo-io 脂解厭氧弧菌,弧狀菌,單根端生鞭毛,能分解脂類,只利用 甘油,菌株保藏編號DSM 3074, ATCC 33276; erecia,互營單胞菌,短桿狀,分解4至18碳的直鏈脂肪酸產生乙酸 和H2,與產甲烷菌互營,菌株保藏編號DSM 16215; 徹似5· 布氏互營梭菌,梭狀,不產芽孢,能厭氧氧化偶數碳至10碳 的脂肪酸產生乙酸和H2,與產甲烷菌互營,菌株保藏編號DSM3014A ; 互營單胞菌,直桿,稍微彎曲,不產芽孢,互營降解長鏈 脂肪酸產生乙酸和H2,與產甲烷菌互營,菌株保藏編號DSM18709 ; ifesW/brifo-io 普通脫硫弧菌,弧狀,以硫酸鹽作為電子受體,還可以代謝 乳酸鹽、丙酮酸等脂肪酸,產生揮發酸,菌株保藏編號DSM 644, ATCC 29579; 亨氏甲燒螺菌,彎桿或長度不等的波形絲狀體,利用H2/ CO2和甲酸鹽生長產甲烷,菌株保藏編號DSM 13809; ifeiAafloAacieriw? /b_r?icicw?,甲酸甲燒桿菌,桿狀菌,利用甲酸或H2/C02作為碳源和 能源產甲烷,菌株保藏編號DSM 1535, ATCC 33274; 史氏甲燒短桿菌,形態為短桿菌,不形成芽孢,可利用 H2/C02和甲酸作為碳源和能源產甲烷,嚴格厭氧。菌株保藏編號DSM861,ATCC 35061。
[0007] ifeiAaflosaeia co/?ciJ7i甲燒鬃毛菌,嚴格厭氧,細胞呈桿狀,革蘭氏染色陰 性,最適生長溫度35°C,生長pH6. 5~7. 8,只利用乙酸鹽生長產甲烷,菌株保藏編號為DSM 2139τ〇
[0008] 以上菌株均可通過德國微生物菌種保藏中心(DSMZ)或美國典型培養物中心 (ATCC)獲得。
[0009] 本發明含有脂肪水解細菌、產氫產乙酸細菌、硫酸鹽還原菌和產甲烷古菌;將本發 明各菌種混合培養后,產酶豐富,可以解除代謝產物長鏈脂肪酸的反饋抑制,保障厭氧消化 環境的穩定性。將其用于廢棄油脂厭氧消化反應器時,可以顯著縮短啟動時間,提高沼氣發 酵效率,增強發酵過程的穩定性。
[0010] 用作接種物的脂肪水解細菌、產氫產乙酸細菌、硫酸鹽還原菌和產甲烷古菌在菌 劑中的比例可根據發酵原料添加負荷不同在所述范圍內調整,使之達到更好的使用效果。 [0011] 本發明的菌劑在利用廢棄食用油脂產甲烷方面效果十分顯著,如本發明的一個實 施例所示,發酵周期可短至35天,累積甲烷產量達到最終甲烷產量的80%所用時間可短至 19天。
[0012] 值得指出的是,在本發明菌劑的基礎上添加任何其它菌劑,以利用油脂產甲烷為 目的,并取得可預期的效果,均不背離本發明的精神,均屬于本發明的保護范圍。
[0013] 優選的,所述菌劑按體積份數計,包括: JflaeroFiArio DSM 3074 菌液 25-35 份 erecia DSM 16215 菌液 5-10 份 Syntrophomonas bryantii 袁= 叛 8-10 份 Syntrophomonas pahnitatica \KJ的 m 2-5 份 FiArio DSM 644 菌液 5-8 份 Methanospirilhmi hungatei Yi'&y?)售^薇 5-8 份 Methanobacterium formicicum DSM 1535 菌液 2-5 份 Methanobrevibacter smithii 2-5 份 ifeiAaflosaeia co/?ci7ii DSM 2139τ菌液 5-10 份; 所述菌液包括細菌發酵液、細菌重懸液中的一種。
[0014] 每份各菌種的菌濃為1-4X IO8個/ml。
[0015] 本領域人員應該理解,所述細菌重懸液可以為利用任何可用于重懸細菌的液體, 包括生理鹽水、PBS等。
[0016] 當各菌種以上述比例混合時,可獲得十分優秀的技術效果。
[0017] 本發明的第二個目的在于提供高效厭氧降解油脂產甲烷的復合菌劑的制備方法, 該方法包括如下步驟: 按菌液體積數計,將 25-35 份 ylaaeroKiArio DSM 3074 菌液、5-10 份 erecia DSM 16215 菌液、8-10 份 DSM 3014A 魯 份 Syntrophomonas palmitatica m \KI的魯 份 Desulfovibrio DSM 644 菌液、5-8 份 Awflgaiei DSM 13809 菌液、2-5 份 Methanobacterium formicicum DSM 1535 1? '^>2-5 Methanobrevibacter smithii DSM861菌液、5_10份ifeiAaflosaeia DSM 2139τ菌液混合后接種于油脂的培養液 中,密封靜置培養10-20天,培養溫度為30°C -40°C,pH為4-8 ; 所述培養液,按質量百分比,含 CaCl2 1-2%。,MgCl2 2-8%。,CaCO3 1-5%。,NaCl 4-8%〇, 尿素4-8%。,KH2PO4 10%。,油脂1-2%,其余為水。
[0018] 優選的,每份菌液的菌濃為1-4X IO8個/ml。
[0019] 本發明的第三個目的在于提供上述菌劑在厭氧降解油脂產甲烷上的應用,該應用 的方法包括如下步驟: 按菌液體積數計,將 25-35 份 ylaaeroKiArio DSM 3074 菌液、5-10 份 erecia DSM 16215 菌液、8-10 份 DSM 3014A 魯 份 Syntrophomonas palmitatica m \KI的魯 份 Desulfovibrio DSM 644 菌液、5-8 份 Awflgaiei DSM 13809 菌液、2-5 份 Methanobacterium formicicum DSM 1535 1? '^>2-5 Methanobrevibacter smithii DSM861菌液、5-10份ifeiAaflosaeia DSM 2139τ菌液混合后接種于廢棄食用油脂 中,油脂濃度為5-20 gVS/L,于30°C -40°C溫度下進行產氣發酵。
[0020] 優選的,每份菌液的菌濃為1-4X IO8個/ml。
[0021] 本發明的有益效果: 1、 本發明可以顯著縮短啟動時間,提高沼氣發酵效率,增強發酵過程的穩定性; 2、 本發明適合于不同規模的發酵體系,具有良好的市場價值; 3、 本發明菌劑的制備方法簡單,菌劑易于獲得; 4、 本發明在利用油脂的產沼氣應用時,工藝簡單、易于實施。
【具體實施方式】
[0022] 下面通過實施例對本發明進行具體描述,有必要在此指出的是以下實施例只是用 于對本發明進行進一步的說明,不能理解為對本發明保護范圍的限制,該領域的技術熟練 人員根據上述
【發明內容】
所做出的一些非本質的改進和調整,仍屬于本發明的保護范圍。
[0023] 實施例1 按菌液體積份數計,復合菌劑中含有如下菌種: Anaerovibrio lipolytica DSM 3074 35 份 Syntrophomonas erecta DSM 16215 10 份 Syntrophomonas bryantii DSM 3014A