高有机负荷高温沼气发酵复合菌剂、其制备方法和用图
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高有机负荷高温沼气发酵复合菌剂及其制备方法和用途，属于生 物发酵技术领域。
【背景技术】
[0002] 沼气发酵已被广泛用于处理各种有机废弃物，包括农作物秸杆、畜禽养殖废弃物、 轻工业废水废渣、生活有机垃圾、污水污泥等，获得较为清洁的沼气能源以及沼渣、沼液等 有机肥。据相关部门统计，我国累计建成户用沼气池4500万个、大中型沼气工程2. 26万处、 养殖小区和联户沼气工程1. 99万处、秸杆沼气示范工程50处。其中，大部分沼气工程至今 无法盈利运行。
[0003] 德国沼气工程的容积有机负荷较高，一般在2. 5-5. OkgVSAm3. d)，对应的 池容产气率为I. 3-2. 5m3 Am3. d);而我国沼气工程的容积有机负荷相对较低，一般在 I. 2-1. 5kgVSAm3. d)，对应的池容产气率仅为0. 5-0. 6m3Am3. d)。当日处理原料量相同时， 我国的沼气工程规模是德国沼气工程规模的2~3倍；当沼气工程规模相同时，我国沼气工 程的日产气量仅为德国沼气工程日产气量的1/4~1/2。
[0004] 现有沼气工程一般在低有机负荷条件下运行，虽然能够保证沼气发酵系统的稳 定，但无法兼顾效率，造成反应器体积资源的浪费，使得工程整体经济性较差。而高有机负 荷厌氧发酵系统容易超过系统微生物的最大承受能力，导致大量的微生物停止生长或死 亡，从而使系统崩溃、酸化，造成沼气发酵失败，尤其对于果蔬垃圾、农产品加工废弃物、餐 厨垃圾等易腐原料的发酵系统。
[0005] 发明人以餐厨垃圾为原料考察不同有机负荷条件下对沼气发酵池容产气率和 稳定性的影响，结果表明，有机负荷升高到5. 588kgVSAm3. d)时，池容产气率最高可达 4. 4ImV (m3. d)，然而，当有机负荷继续升高时（6. 0~8. 4kgVSAm3. d))，沼气发酵系统 产生大量挥发性有机脂肪酸，包括乙酸、丙酸、正丁酸、异丁酸、正戊酸、异戊酸，由于遭受 严重的挥发性有机酸抑制，尤其是丙酸抑制，池容产气率逐渐显著下降。其中挥发性脂 肪酸和丙酸浓度分别最高达到 8738mg/L 和 2864mg/L[Dong Li, Yongming Sun, Yanfeng Guo, Zhenhong Yuan,Yao Wang, Feng Zhen. Continuous anaerobic digestion of food waste and design of digester with lipid removal, Environmental Technolo gy，2013, 34:13-14, 2135-2143]。在众多挥发性脂肪酸中，乙酸是产甲烷的直接底物，丙酸、 正丁酸、异丁酸、正戊酸、异戊酸、2-甲基丁酸需要先氧化为乙酸+C0 2+H2，才能够被氢营养 型产甲烷菌（利用C02+H2产甲烷）和乙酸营养型产甲烷菌（利用乙酸产甲烷）产生甲烷。 因此，丙酸、正丁酸、异丁酸、正戊酸、异戊酸、2-甲基丁酸等的氧化降解往往成为高有机负 荷沼气发酵过程的限速步骤。因此，提供一种可氧化降解挥发性脂肪酸的菌剂，从而提高高 温沼气发酵系统在高有机负荷条件下运行的稳定性是当前研宄的热点。
【发明内容】
[0006] 本发明的主要目的在于克服现有技术中大量挥发性有机脂肪酸难于被降解，从而 影响高温沼气发酵系统在高有机负荷条件下运行的稳定性的问题，提供一种高有机负荷高 温沼气发酵复合菌剂，该复合菌剂主要用于强化高温沼气发酵系统中的挥发性脂肪酸（丙 酸、正丁酸、异丁酸、正戊酸、异戊酸、2-甲基丁酸等）氧化降解为乙酸+C0 2+H2，避免挥发性 脂肪酸抑制，提高高温沼气发酵系统在高有机负荷条件下运行的稳定性。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现。
[0008] 高有机负荷高温沼气发酵复合菌剂，该复合菌剂含有高温互营丙酸氧化菌和高温 互营丁酸/戊酸氧化菌，所述高温互营丙酸氧化菌是一类能够在高温条件下，与氢或甲酸 营养型产甲烷菌互营共生降解丙酸的细菌，它能够将丙酸氧化降解为乙酸+C0 2+H2，其中， C02+H2能够被氢营养型产甲烷菌直接利用产甲烷，乙酸能够被乙酸营养型产甲烷菌直接 利用产甲烧，所述高温互营丙酸氧化菌为脱硫肠菌（Desulfotomaculum thermobenzoicum subsp. Thermosyntrophicum)、Pelotomaculum thermopropionicum 的一种或两种组合， 两种菌的基本特征如表1所示；所述高温互营丁酸/戊酸氧化菌是一类能够在高温条件 下，与氢或甲酸营养型产甲烷菌互营共生降解正丁酸、异丁酸、正戊酸、2-甲基丁酸的细 菌，它能够将正丁酸、异丁酸氧化降解为乙酸、将正戊酸、2-甲基丁酸氧化降解为丙酸和乙 酸，其中，丙酸又能够被所述的互营丙酸氧化菌氧化降解为乙酸+C0 2+H2，所述高温互营丁 酸/戊酸氧化菌为腾冲热互营细菌（Thermosyntropha tengcongensis)、解脂热互营细菌 (Thermosyntropha Iipolytica)、月旨肪卡氏互营热菌（Syntrophothermus Iipocalidus)的 一种或多种任意组合，三种菌的基本特征如表2所示；所述高温互营丙酸氧化菌与高温互 营丁酸/戊酸氧化菌的细胞数量比为6~9 : 4~1，且所述高温互营丙酸氧化菌和高温互 营丁酸/戊酸氧化菌的细胞总浓度彡IX IO9个/mL。
[0009] 本发明还提供了一种上述高有机负荷高温沼气发酵复合菌剂的制备方法，该方法 包括如下步骤：
[0010] (1)分别将高温互营丙酸氧化菌和高温互营丁酸/戊酸氧化菌培养成菌液，在厌 氧条件下混合得到复合菌液；
[0011] (2)对步骤（1)得到的复合菌液进行细胞计数，并依据计数结果对其浓缩至细胞 总浓度多IX IO9个/mL，其中高温互营丙酸氧化菌与高温互营丁酸/戊酸氧化菌的细胞数 量比为6~9 : 4~1 ;
[0012] (3)封装，2~8°C保存，得到复合菌剂。
[0013] 所述高温互营丙酸氧化菌菌液的制备方法是，采用保藏在德国菌种保藏中心编号 为 DSM No. 14055 的 Desulfotomaculum thermobenzoicum subsp. Thermosyntrophicum、编 号为DSM No. 13744的Pelotomaculum thermopropionicumi作为接种高温互营丙酸氧化 菌，分别单独在厌氧条件下接种于高温互营丙酸氧化菌培养基中，然后分别单独在厌氧条 件下逐级扩大培养得到高温互营丙酸氧化菌单一菌液，每一种高温互营丙酸氧化菌单一菌 液均可直接作为高温互营丙酸氧化菌菌液，也可将两种