富含油脂原料高温沼气发酵系统的复合菌剂及其制备方法和用图
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物发酵技术领域，涉及一种用于富含油脂原料高温沼气发酵系统的 复合菌剂及其制备方法和用途，复合菌剂主要用于强化富含油脂原料的高温沼气发酵系统 产气，提高富含油脂原料的产气效率。
【背景技术】
[0002] 由于沼气发酵技术不仅能够处理各类有机废弃物，而且还能够获取生物甲烷等清 洁可再生能源，因此沼气发酵技术已经被广泛用于处理和利用各种有机废弃物，包括餐厨 垃圾、屠宰废弃物、油脂加工废弃物等富含油脂类的有机废弃物。
[0003] 相比碳水化合物、蛋白质等原料，虽然油脂的甲烷产率较高，但是油脂的厌氧降解 产甲烷速率非常缓慢。申请人采用土豆、瘦肉和花生油作为糖水化合物、蛋白质和油脂的 模型原料进行沼气发酵实验研宄，结果表明，三种成分的甲烷产率分别为：260. 1、258.4和 757. 2mL · gVS_\但是三种成分的厌氧降解速率常数分别为0. 183、0. 190和0. 020CT1，累积 甲烷产量达到最终甲烷产量80%所需的时间分别为7. 2、8. 1和59. 7d[李东等，有机垃圾组 分中温厌氧消化产甲烷动力学研宄，太阳能学报，2010, 31 (3) :385-390]。可见，油脂的厌氧 降解非常缓慢。
[0004] 油脂厌氧降解产甲烷过程如下：首先，油脂水解生成甘油和长链脂肪酸（LCFA)， 其次，长链脂肪酸β-氧化降解为乙酸，最后，乙酸营养型产甲烷菌和氢营养型产甲烷菌分 另Ij利用乙酸和co 2+h2产甲烷。从热动力学角度来看，长链脂肪酸的降解（β-氧化）很难进 行，除非氢分压维持在极低水平，见下面式1所示，只有当氢分压低于l〇_ 3atm时，吉布斯自 由能才为负。然而，这么低的氢分压只有存在氢营养细菌（如氢营养产甲烷菌）时才能获 得，此时产生的氢立即被消耗掉以保证较低的氢分压。因此，长链脂肪酸的降解（β-氧化） 是富含油脂原料整个沼气发酵过程的限速步骤。
[0005] n-LCFA 一（n-2)-LCFA+2Acetate+2H2 AGO，=+48kJ/mol (式 1)
[0006] 长链脂肪酸除了较难降解外，还会抑制沼气发酵。由于LCFAs与厌氧菌的细胞壁 很相似，LCFAs通过吸附到细胞壁或细胞膜上，影响细胞膜的传输功能，对厌氧菌形成强烈 的抑制，甚至破坏菌体细胞膜的结构直至接杀死厌氧微生物。另外，LCFAs吸附到微生物上 形成颗粒污泥薄层并上浮或洗出，使得微生物不能良好地与底物接触，从而影响原料的降 解。下表1列出了部分LCFAs对来源于上流式厌氧污泥床（UASB)和膨胀颗粒污泥床（EGSB) 厌氧颗粒污泥的最大比产甲烷活性产生50%抑制的浓度（IC 5tl)。从表1可以看出庚酸、癸 酸和油酸的IC5tl值较小，表明三种LCFA的毒性较大。
[0007] 表1不同LCFAs对UASB和EGSB反应器厌氧颗粒污泥的IC5tl值
[0008]
【主权项】
1. 一种富含油脂原料高温沼气发酵系统的复合菌剂，其特征在于，该复合菌剂含有高 温互营长链脂肪酸氧化菌和高温氢或乙酸营养型产甲烷菌； 其中，所述的高温互营长链脂肪酸氧化菌为Thermosyntropha tengcongensis、 Thermosyntropha lipolytica、Syntrophothermus lipocalidus ； 所述的高温氢或乙酸营养型产甲焼菌为Methanothermobacter thermautotrophicus、 Methanothermobacter marburgensis、 Methanoculleus thermophilicum、 Methanothermobacter wolfeii、Methanosarcina thermophila、Methanothrix thermoacetophila〇
2. 根据权利要求I所述的一种富含油脂原料高温沼气发酵系统的复合菌剂，其特征 在于，三种高温互营长链脂肪酸氧化菌的细胞数量比为1?8 : 1?8 : 1?8,优选为 1 ： 1 ： 1〇
3. 根据权利要求1所述的一种富含油脂原料高温沼气发酵系统的复合菌剂，其特征 在于，六种高温氢或乙酸营养型产甲烷菌的细胞数量比为1?5 : 1?5 : 1?5 : 1? 5 : 1?5 : 1?5,优选为 I : I : I : I : 1 : 1。
4. 根据权利要求1-3任一项所述的一种富含油脂原料高温沼气发酵系统的复合菌剂， 其特征在于，所述高温复合菌剂中，所述高温互营长链脂肪酸氧化菌和高温氢或乙酸营养 型产甲烷菌的细胞总浓度至少为IX IO9个/mL，且高温互营长链脂肪酸氧化菌与高温氢或 乙酸营养型产甲烷菌的细胞数量比为（1?9) : (9?1)。
5. -种如权利要求1-4任一项所述的富含油脂原料高温沼气发酵系统的复合菌剂的 制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤： (1) 将高温互营长链脂肪酸氧化菌菌液和高温氢或乙酸营养型产甲烷菌菌液在厌氧条 件下按体积比（1?9) : (9?1)混合得到复合菌液； (2) 对步骤（1)得到的复合菌液进行细胞计数，并浓缩至高温互营长链脂肪酸氧化菌 和高温氢或乙酸营养型产甲烷菌的细胞总浓度至少为IX IO9个/mL ; (3) 封装并在2?8°C下保存，得到所述的高温沼气发酵系统的复合菌剂； 其中，所述的高温互营长链脂肪酸氧化菌为Thermosyntropha tengcongensis、 Thermosyntropha lipolytica、Syntrophothermus lipocalidus ； 所述的高温氢或乙酸营养型产甲焼菌为Methanothermobacter thermautotrophicus、 Methanothermobacter marburgensis、 Methanoculleus thermophilicum、 Methanothermobacter wolfeii、Methanosarcina thermophila、Methanothrix thermoacetophila〇
6. 根据权利要求1-4任一项所述的复合菌剂在用于富含油脂原料高温沼气发酵系统 中的用途。
7. 根据权利要求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 餐厨垃圾、屠宰废弃物、油脂加工废弃物。
8. 根据权利要求6或7所述的用途，其特征在于，所述的高温指50?70°C。
【专利摘要】本发明提供一种用于富含油脂原料高温沼气发酵系统的复合菌剂及其制备方法和用途，复合菌剂主要用于强化长链脂肪酸的降解(β-氧化)及其降解产物(乙酸+CO2+H2)产甲烷，提高富含油脂原料的产气速率，缩短发酵停留时间，同时避免发酵液上层油脂的严重积累。
【IPC分类】C12P5-02, C12P39-00, C12N1-20, C12R1-01
【公开号】CN104560834
【申请号】CN201510038113
【发明人】黄亚军, 李 东, 黄显波, 米莉
【申请人】成都中科能源环保有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月26日