CN102174402B - 一种木质纤维素水解酸化微生物菌剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
针对目前木质纤维素生产有机酸工艺中酸碱处理对设备的腐蚀、造成环境污染以及酶降解成本高等问题，利用活性污泥中丰富的微生物菌系，提出一种可水解、酸化木质纤维素生产有机酸、醇的微生物菌剂的制备方法。该方法通过从活性污泥中分离富集可降解木质纤维素并产有机酸、醇的微生物菌群，并借助人工调节的手段，制备可水解、酸化木质纤维素生产有机酸、醇的微生物菌剂。
Description
技术领域
本发明属于木质纤维素资源化领域，特别涉及一种活性污泥为原料，制备水解酸化降解木质纤维素的微生物菌剂的制备方法。
背景技术
木质纤维素是符合可持续发展要求的可再生资源，是地球上最丰富的碳水化合物。石油、煤等化工能源的有限性使人们致力于各种新能源的开发，转化利用巨大的木质纤维素可再生资源，以提供人们所需的能源和其它化工产品。
有机酸如乙酸、丙酸、丁酸等是生产大宗化学品的重要的平台化合物，利用廉价的木质纤维素原料生产有机酸是未来发展的趋势。现有的利用木质纤维素生产乙酸等有机酸的工艺，须将木质纤维素经过一定的预处理，降解为可发酵的糖再转化为有机酸。目前主要的降解方法为强酸或强碱高温处理或加酶等生物降解，但这种生产有机酸的原料降解方式，酸碱对设备的腐蚀、对环境的污染以及酶的高成本都增加了木质纤维素生产有机酸的成本。因此，有必要探索一种清洁、经济的木质纤维素生产有机酸的方法。
污泥厌氧消化是最古老和最常见的污泥生物处理法之一，其优点是费用较低，生物质的产出率高。厌氧消化过程一股分为水解、酸化和产甲烷三个阶段，对废弃生物质厌氧消化的研究，以前大多偏重于如何使生物质最大限度的稳定化和产出更多的甲烷用作燃料，但由于甲烷净化和储藏投资大，没能得到很好的利用，造成能源浪费和温室气体增加。目前也有对废弃生物质进行厌氧产氢的研究报道，然而厌氧消化的中间产物-有机酸是具有高附加值的产品。
厌氧消化系统是一系列微生物共同作用的复杂过程，参与厌氧消化的微生物包括细菌、真菌和原生动物等。经人工调节手段，使污泥体系中的产甲烷菌受到抑制，阻断产甲烷过程，使厌氧消化过程停留在产酸阶段，从而累积有机酸、醇，使之作为后续发酵的廉价碳源得到利用。
发明内容
针对目前木质纤维素生产有机酸工艺中酸碱处理对设备的腐蚀、造成环境污染以及酶降解成本高等问题，利用活性污泥中丰富的微生物菌系，提出一种可水解酸化木质纤维素生产有机酸、醇的微生物菌剂的制备方法。该方法通过从活性污泥中分离富集可降解木质纤维素并产有机酸的微生物菌群，并借助人工调节的手段，生产可降解酸化木质纤维素生产有机酸、醇的微生物菌剂。
技术方案：
1)将污泥进行热碱处理；
2)往热碱处理后的污泥中通入空气1-2h，然后加入葡萄糖，在35-37℃下驯化处理2-3d，富集产酸菌，驯化的同时加入甲烷菌抑制剂；
3)将驯化后的污泥作为接种物加入木质纤维素原料为底物的体系中，在35-50℃下，直到木质纤维素原料不再降解后再加入木质纤维素原料，富集可降解木质纤维素原料的产酸菌，重复5-10次；
4)将富含可降解木质纤维素原料的水解酸化菌系的污泥干燥，制备成可降解酸化木质纤维素生产有机酸的微生物菌剂。
所述的热碱处理为调节pH为8-12，在温度95-105℃处理1-2h；
所述的葡萄糖的加入量为20-50g/L；
所述的甲烷菌抑制剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、溴乙烷磺酸钠、十二烷基磺酸钠等，抑制剂与污泥干重的质量比为0.01∶1-0.05∶1；
所述的木质纤维素原料为农林废弃物、垃圾等
本发明的有益效果：
(1)本发明利用廉价的活性污泥中丰富的微生物菌系，经过一定的方法将其制备为微生物菌剂，代替常规的强酸、强碱以及高成本的纤维素酶等将木质纤维素水解酸化生产有机酸，为木质纤维素清洁、经济生产有机酸提供了新的方法；
(2)利用活性污泥制备的微生物菌系，可选择性的抑制产甲烷菌，使产甲烷过程被阻断，只停留在产酸阶段，最后使有机酸得到累积；
(3)利用该菌剂水解酸化木质纤维素生产有机酸，为木质纤维素的资源化利用提供了一条新的途径；
(4)利用该菌剂处理木质纤维素所需的设备简单，操作方便，具有成本低廉、发酵周期短、生产强度高等优点。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
将污泥调节pH10，在100℃进行热碱处理1.5h；往热碱处理后的污泥中通入空气1h，然后加入葡萄糖25g/L，在35-37℃下驯化处理3d，富集产酸菌，驯化的同时加入甲烷菌抑制剂二氯甲烷；抑制剂与污泥干重的质量比为0.02∶1；将驯化后的污泥作为菌种完全加入玉米秸秆为底物的体系中，在35-50℃下，直到玉米秸秆完全降解后再加入玉米秸秆原料，富集可降解木质纤维素原料的产酸菌，重复8次；将富含可降解木质纤维素原料水解酸化菌系的污泥干燥，制备成可降解酸化木质纤维素生产有机酸的微生物菌剂。
实施例2：
将污泥调节pH8，在105℃进行热碱处理1h；往热碱处理后的污泥中通入空气2h，然后加入葡萄糖35g/L，在35-37℃下驯化处理2d，富集产酸菌，驯化的同时加入甲烷菌抑制剂三氯甲烷；抑制剂与污泥干重的质量比为0.01∶1；将驯化后的污泥作为菌种完全加入小麦秸秆为底物的体系中，在35-50℃下，直到小麦秸秆原料完全降解后再加入小麦秸秆，富集可降解木质纤维素原料的产酸菌，重复5次；将富含可降解木质纤维素原料的水解酸化菌系的污泥干燥，制备成可降解酸化木质纤维素生产有机酸的微生物菌剂。
实施例3：
将污泥调节pH9，在95℃进行热碱处理2h；往热碱处理后的污泥中通入空气1h，然后加入葡萄糖20g/L，在35-37℃下驯化处理3d，富集产酸菌，驯化的同时加入甲烷菌抑制剂四氯甲烷，抑制剂与污泥干重的质量比为0.03∶1；将驯化后的污泥作为菌种完全加入稻草原料为底物的体系中，在35-50℃下，直到稻草完全降解后再加入稻草原料，富集可降解木质纤维素原料的产酸菌，重复10次；将富含可降解木质纤维素原料的水解酸化菌系的污泥干燥，制备成可降解酸化木质纤维素生产有机酸的微生物菌剂。
实施例4：
将污泥调节pH12，在95℃进行热碱处理1h；往热碱处理后的污泥中通入空气1h，然后加入葡萄糖50g/L，在35-37℃下驯化处理2d，富集产酸菌，驯化的同时加入甲烷菌抑制剂溴乙烷磺酸钠；抑制剂与污泥干重的质量比为0.03∶1；将驯化后的污泥作为菌种完全加入垃圾原料为底物的体系中，在50℃下，直到原料完全降解后再加入垃圾原料，富集可降解木质纤维素原料的产酸菌，重复10次；将富含可降解木质纤维素原料的水解酸化菌系的污泥干燥，制备成可降解酸化木质纤维素生产有机酸的微生物菌剂。
实施例5：
将污泥调节pH9，在105℃进行热碱处理1h；往热碱处理后的污泥中通入空气1h，然后加入葡萄糖40g/L，在35-37℃下驯化处理2d，富集产酸菌，驯化的同时加入甲烷菌抑制剂十二烷基磺酸钠；抑制剂与污泥干重的质量比为0.04∶1；将驯化后的污泥作为菌种完全加入垃圾原料为底物的体系中，在50℃下，直到原料完全降解后再加入垃圾原料，富集可降解木质纤维素原料的产酸菌，重复10次；将富含可降解木质纤维素原料的水解酸化菌系的污泥干燥，制备成可降解酸化木质纤维素生产有机酸的微生物菌剂。
Claims (3)
1.一种木质纤维素水解酸化微生物菌剂的制备方法，其特征包括：
1）将污泥进行热碱处理：调节pH为8-12，在温度95-105℃处理1-2h；
2）往热碱处理后的污泥中通入空气1-2h，然后按照每L污泥中加入20-50g葡萄糖的量加入葡萄糖，在35-37℃下驯化处理2-3d，富集产酸菌，驯化的同时加入产甲烷菌抑制剂，抑制剂与污泥干重的质量比为0.01：1-0.05：1；
3）将驯化后的污泥作为菌种完全加入木质纤维素原料为底物的体系中，在35-50℃下，直到木质纤维素原料不再降解后再加入木质纤维素原料，富集可降解木质纤维素原料的水解酸化菌，重复5-10次；
4）将富含可降解木质纤维素原料的水解酸化菌的活性污泥干燥，制备成可水解酸化木质纤维素生产有机酸、醇的微生物菌剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤（2）所述的产甲烷菌抑制剂，其特征为：所述的产甲烷菌抑制剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、溴乙烷磺酸钠、十二烷基磺酸钠。
3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤（3）所述的木质纤维素，其特征为：所述的木质纤维素原料为农林废弃物、垃圾。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
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| 郭夏丽.高效玉米秸秆降解菌复合系的构建.《中国农学通报》.2010,第26卷(第7期),p261-266. * |
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