一种提高厌氧消化接种物中产甲烷菌浓度和活性的浓缩方法

本发明涉及水污染控制与污水处理、以及有机固体废弃物厌氧处理，尤其是指一种提高厌氧消化接种物中产甲烷菌浓度和活性的浓缩方法。

背景技术：

1、厌氧消化是有机废弃物资源化、减量化、无害化的主要处理技术之一，即有机废弃物在厌氧条件下，通过微生物作用将废弃物中的有机物转化为沼气。新建大型厌氧消化工程在初始阶段需要接种一定量的活性厌氧微生物，初始接种量一般为该反应器体积的10-60%。对于一个实际工程的厌氧消化池而言，这意味着可能需要引入1000 m3以上的接种量。现有稳定运行的厌氧消化沼气池中的沼液富含有大量的功能性微生物，常被用作新建大型厌氧消化工程的初始接种物，是活性接种物的主要来源。然而，以原始沼液形式储存和运输接种物会增加额外的费用，并且还会受到地理位置的限制，同时新建沼气工程往往面临启动慢、初期产气效率低等问题，给大型沼气工程造成了一定经济损失。因此，亟待发明一种提高产甲烷菌活性的厌氧消化微生物高效浓缩方法，在减少接种物运输体积的同时维持、甚至提高产甲烷菌活性。

2、常见的微生物浓缩技术包括离心、冷冻干燥和热干燥等。离心具有高能耗的问题，且高速离心对微生物有损伤效应。热干燥技术虽然可以利用沼气厂的废热、减少能耗投入，但热冲击会对微生物活性造成不可逆的损害。冷冻干燥技术有利于厌氧消化接种物的脱水，但高能耗和冷冻保护剂的额外成本是限制沼气厂广泛使用该技术的主要挑战。

技术实现思路

1、为解决以上技术问题，本发明提供了一种提高厌氧消化接种物中产甲烷菌浓度和活性的浓缩方法。本发明利用化学絮凝剂进行厌氧微生物的浓缩，避免了现有浓缩技术的高能耗投入问题以及对微生物活性损伤的问题，通过对浓缩过程中一些技术参数的调控，可以提高后续产甲烷菌的绝对数量和产甲烷活性。

2、本发明的目的在于一种提高产甲烷菌活性的厌氧消化微生物的浓缩方法，包括以下步骤：

3、提供絮凝剂溶液；

4、向反应器中加入接种物，并加入所述絮凝剂，并用非活性气体曝气至少一分钟，密封反应器；将所得密封反应器静置分层，去除上清液，得到底部微生物絮状沉淀物；

5、将微生物絮状沉淀物接种至厌氧瓶中，加入厌氧消化微生物营养液、挥发性固体的碳源物质，并用非活性气体曝气至少五分钟；向所述厌氧瓶中加入氧化剂和复合维他命，采用间歇式搅拌方法进行培养；

6、间隔7-10天加入挥发性固体的碳源物质于厌氧瓶中，维持培养温度和搅拌速度不变，刺激恢复活性的微生物快速增殖，重复多次，即可获取高活性高浓度的产甲烷菌群。

7、在本发明的一些实施例中，所述絮凝剂溶液选自聚合氯化铝溶液、阳离子聚丙烯酰胺溶液和聚合硫酸铁溶液中的一种或多种；需要在四小时以内使用，絮凝剂一般为聚合物，配制完后存放时间过长容易发生降解导致性能不好，现配现用可以保证其作用效率。

8、所述聚合氯化铝溶液的浓度为25.0-50.0 g/l；

9、所述阳离子聚丙烯酰胺溶液的浓度为1.0-2.0 g/l；

10、所述聚合硫酸铁溶液的浓度为25.0-50.0 g/l。

11、在本发明的一些实施例中，所述接种物与絮凝剂溶液的质量比为125：1-10。

12、进一步地，所述接种物与聚合氯化铝溶液的质量比为300g：6-18 mg；

13、所述接种物与聚合硫酸铁溶液的质量比为300g：300-600 mg；

14、所述接种物与阳离子聚丙烯酰胺溶液的质量比为300g：120-300 mg；

15、在本发明的一些实施例中，所述接种物是原始厌氧消化沼液，所述原始厌氧消化沼液含有活性产甲烷微生物菌群的厌氧消化沼液，来自中大沼气工程，如畜禽粪污沼液、餐厨垃圾沼液、农林废弃物沼液等；此处优选处理鸡粪的实际沼气工程的厌氧消化沼液。

16、在本发明的一些实施例中，所述静置分层的时间为30-40分钟。

17、在本发明的一些实施例中，所述非活性气体为氮气和/或氩气；

18、非活性气体的气流速度为3.0-6.0 l气体/min/l接种物。

19、在本发明的一些实施例中，所述有机碳源为含有挥发性固体的有机物，此处优选为畜禽粪污；比如鸡粪、鸭粪等。此处“挥发性固体，即volatile solids”，是领域内的一个专业术语，测试方法是将废弃物放在550-750℃的马弗炉里面烧3小时，挥发出去的那部分固体物质即为“挥发性固体，vs”。

20、在本发明的一些实施例中，所述氧化剂选自硫化钠和/或亚硫酸盐。

21、在本发明的一些实施例中，所述氧化剂的用量相对于接种物为5-10 ml/l，所述氧化剂浓度为25-50 g/l。

22、在本发明的一些实施例中，所述复合维他命的用量相对于接种物为1-2 ml/l。本发明利用复合维他命提供营养物质，不加在厌氧消化微生物营养液里面的原因是因为复合维他命如果提前加入的话容易被氧化，所以后期再加入。

23、在本发明的一些实施例中，间歇式搅拌方法条件：每间隔3-5小时搅拌1-2小时，搅拌速度为200-300rpm；间歇式搅拌方法进行培养的时间为30-40天。

24、进一步地，提高产甲烷菌活性的厌氧消化微生物的浓缩方法具体为：

25、1. 絮凝剂母液配制（4小时内现配现用）：

26、25.0-50.0g/l的聚合氯化铝溶液：

27、1.0-2.0g/l的阳离子聚丙烯酰胺溶液：

28、25.0-50.0g/l的聚合硫酸铁溶液：

29、2. 絮凝过程：

30、2.1称取300g接种物，加入一定量絮凝剂母液：如果使用聚合氯化铝溶液，可加入5-12ml；如果使用阳离子聚丙烯酰胺溶液，可加入6-18ml；如果使用聚合硫酸铁溶液，可加入12-24ml；

31、2.2添加完絮凝剂后，用高纯氮气以3.0-6.0 l气体/min/l接种物的气流速度曝气至少1分钟，曝气完毕后进行密封；

32、2.3室温下自然静置30-40分钟后见明显分层，及时移除上清液，保留底部絮状沉淀物。

33、3. 絮凝微生物活性恢复期：

34、3.1将分离出的微生物絮状沉淀物及时接种到厌氧瓶中，后加入厌氧消化微生物营养液、有机碳源，用非活性气体以3.0-6.0 l气体/min/l接种物的气流速度曝气至少5分钟，

35、3.2加入氧化剂（建议na2s溶液）和复合维他命。

36、3.3将厌氧瓶置于37℃培养箱，设定搅拌速度设为200-300rpm，采用间歇式搅拌方法，建议为每间隔3小时搅拌1 h，培养约30-40天。

37、4. 絮凝微生物快速增长期：

38、4.1 隔7-10天加入2-3g有机碳源于步骤3中的厌氧瓶，维持培养温度和搅拌速度不变，刺激恢复活性的微生物快速增殖。

39、4.2 重复4.1操作多次，即可获取高活性高浓度的产甲烷菌群

40、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

41、本发明利用聚合氯化铝溶液、阳离子聚丙烯酰胺溶液、聚合硫酸铁溶液作为絮凝剂，絮凝剂所带正电荷可中和厌氧消化液中微生物所带负电荷，从而减少微生物之间的静电排斥力，使微生物个体之间易于聚集，同时絮凝剂的高分子量长链结构可使得微生物与长链分子连接在一起形成较大絮体，从而使厌氧消化液中微生物得到絮凝和沉淀，从含水率较高的沼液中分离厌氧消化微生物，同时微生物絮凝后还可以起到减少厌氧消化液含有的中间产物积累的毒性作用，如氨氮、挥发性脂肪酸等。

42、本发明通过在絮凝沉淀和微生物培养期进行非活性气体（如n2）曝气和添加氧化剂（如硫化钠等），营造更适宜于厌氧微生物生长的厌氧环境。

43、本发明微生物培养过程分为时间相对较长的活性恢复期和时间相对较短的快速增长期，能够在微生物受到絮凝剂冲击影响后快速适应新环境，间歇式的搅拌方式能够让互营型的产甲烷菌群在搅拌停止期间迅速增殖和形成距离适宜的互营群落。

44、总体而言，本发明克服了传统浓缩技术高能耗和高成本的问题，实现了常温下厌氧消化微生物的高效浓缩，减少了大型厌氧消化工程接种物的运输成本，并提高了后续产甲烷菌的绝对数量和产甲烷活性。