一种低温沼气发酵剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种低温沼气发酵剂及其制备方法,尤其涉及多种低温沼气发酵微生物及其培养、制备和保藏方法,属农业技术领域。
背景技术
国家发布《农业生物质能产业发展规划(2007~2015年)》,将发展农村沼气作为了重点。农村沼气项目实施以来,国家投入50亿资金进行农村沼气的基础设施建设,但是由于北方冬季漫长,沼气池产气低等的问题一直困扰产业发展,一般沼气池冬季产气量约占全年产气量的3%,所以提高冬季产气量是提高沼气能源利用率的必攻课题。目前利用太阳能或者热能进行保温维持冬季沼气产生在能源上不经济、不节约,并未从根本上解决冬季沼气产气率低的问题。筛选和人工添加低温产甲烷菌和低温降解菌的复合菌群是提高冬季甲烷产量的的根本技术手段。
中国专利一种产甲烷复合菌剂及其制备方法,专利号为200910187435.0公开了如下内容:一种产甲烷复合菌剂及其制备方法,解决了现有沼气池缺少高效的产甲烷菌,导致产沼气初始启动时间长,产气稳定性差的老大难问题,它采用保藏在德国菌种保藏中心的嗜乙酸甲烷八叠球菌DSM-No.2834、甲酸甲烷杆菌DSM-No.1535、嗜树甲烷短杆菌DSM-No.1125、廷达尔甲烷叶菌DSM-No.2278、肯氏鬃发甲烷菌DSM-No.6752在厌氧条件下接种于液体甲烷菌培养基,分别单独逐级扩大培养,培养后的甲烷菌的菌液按体积比混配在一起,即为液体产甲烷复合菌剂;还可将液体产甲烷复合菌剂制备成固体产甲烷复合菌剂。该方法设计合理,采用优化组合的高效菌株、快速繁殖的技术,研制出的高效产甲烷复合菌剂可以显著加快新建沼气池和大换料时的产沼气的启动时间,提高沼气池的产气效率和产气稳定性。
名称为一种复合菌的制作方法的中国专利,专利号为200910103085.5,该专利公开了一种复合菌的制作方法,其步骤为:将分属兼性厌氧和严格厌氧的发酵性细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷菌的微生物以一定比例混合后接种于含纤维素的培养液中,密封静置培养,培养温度为30-50℃,培养PH为3-10,所述含纤维素的培养液含CAC03,3-7‰NACL,5-10‰纤维素,含尿素1-4‰,蛋白胨1-3‰,酵母粉0.5-1.5‰,以水为溶剂。本方法可以制作具有高效降解纤维素能力并且能产沼气的复合菌。
名称为一种耐低温沼气菌剂及其制备方法的中国专利申请,申请号:200910223574.4公开了一种耐低温沼气菌剂及其制备方法,它有效地解决了冬季沼气池产生气量少的缺点。所述的耐低温沼气菌剂是从北方冬季的沼气池取样选育出醋酸菌、乳酸菌、丁酸菌、酵母菌、甲烷菌五种菌株,并经低温选育,纯种固态培养而成,并按适合沼气生产的微生物菌群数量,按比例混合而成。该菌剂经选育后,制备方法简单成本低,它的使用能有效地提高北方地区冬季沼气池的利用率,极大地提高农村沼气使用的普及力度,提高农村人口生活质量,并改善农村环境。
上述专利技术都公开了不同菌剂制备方法,但都存在效率不高,在冬季特殊环境下反应缓慢的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术之缺陷而提供一种在低温条件下能高效产生沼气的复合微生物菌剂,该复合菌剂能够直接添加至农村沼气池中,使冬季沼气池沼气产生保持稳定;此外,本发明还提供了该复合菌剂的制备、保藏技术和应用方法。
本发明解决上述技术问题是由以下技术方案实现的。
一种复合沼气发酵菌剂,所述复合沼气发酵菌剂包括混合微生物、抗氧化剂和保护剂载体。混合微生物重量份数组成如下:马氏甲烷球菌(Methanococcus mazei)DSM101325-10份,地下甲烷杆菌(Methanobacterium subterraneum)DSM110746-8份,寒冷产甲烷菌(Methanogenium frigidum)DSM1645810-20份,嗜酸甲烷八叠球菌(Methanosarcinaacetivorans)DSM28345-9份,西西里甲烷八叠球菌(Methanosarcina siciliae)DSM119166-10份,竹节状甲烷鬃菌(Methanosaeta harundinacea)DSM-172068-14份。
所述抗氧化剂由下列成分重量百分比配比而成:半胱氨酸盐酸盐0.1%~1%、硫化钠2%~10%、抗坏血酸2%~5%,余量为沙土。
所述保护剂载体由下列成分重量百分比配比而成:沙土0.5%、膨润土2%、硅藻土5%,玉米淀粉20%、余量为秸秆粉碎物。
复合沼气发酵菌剂的制备方法如下:
(1)培养沼气发酵菌剂:将马氏甲烷球菌、地下甲烷杆菌、西西里甲烷八叠球菌、竹节状甲烷鬃菌分别从斜面接种入培养基中,在温度20-25℃分别培养20-30小时后于2-10℃低温培养70-96小时,除去培养基上层的甲烷,充入二氧化碳。得产沼气的微生物发酵液;
将寒冷产甲烷菌、嗜酸甲烷八叠球菌,分别从斜面接种入培养基中在温度20-23℃分别培养24小时后,于2-5℃培养20-40小时后调整温度为20-22℃继续培养50-70小时,除去培养基上层的甲烷,充入二氧化碳。得产沼气的微生物发酵液;
(2)离心或絮凝处理:得微生物菌泥,将上述菌泥按照重量份数比例混合;
(3)添加保护剂载体:将保护剂载体与步骤2混合的微生物菌泥以1-10∶1按照质量比例混合混匀;
(4)干燥和包装:将步骤3所得加入保护剂的菌剂与抗氧化剂以质量比20-100∶1混合,30-45℃风干成固体沼气发酵菌剂。
(5)将上述风干后的固体沼气发酵菌剂用塑料袋密封包装,包装时在其中再次添加总重量5-15%的抗氧化剂混合。
本产品优选加入本产品重量1-15%的纤维素酶。
培养基配制:培养基中各组分配比为:酵母粉0.1~1%、半胱氨酸盐酸盐0.05~1%、无水乙酸钠0~2%、甲酸0-2%,甲醇0-2%,三甲胺0-2%,余量为蒸馏水,用NaOH溶液调节pH为6.0~7.0,配置好后备用;微量元素钴20-40μmol/L,镍10-100μmol/L,万古霉素10-100mg/L,过滤灭菌后加入培养基。
优选的,将寒冷产甲烷菌,嗜酸甲烷八叠球菌,分别从斜面接种入培养基中在温度20-23℃分别培养24小时后,于2-5℃培养20-40小时后调整温度为20-22℃继续培养35-50小时后调整温度为2-4℃培养15-19小时,除去培养基上层的甲烷,充入二氧化碳。得产沼气的微生物发酵液;
有益效果:
本发明采用了固体形式,低温沼气发酵菌剂容易保藏,可直接在沼气池中使用,使用方便,发酵产品质量稳定,生产成本低。本发明所述制备方法采用了可促进菌种高密度培养的培养基,实现了菌体的高密度收集,菌体纯度高,发酵活性高;
本发明菌种寒冷产甲烷菌和嗜酸甲烷八叠球菌于2-5℃低温刺激培养有效提高了菌剂对低温的适应性和发酵活力;对于快速启动发酵具有良好的促进作用。
步骤3中加入抗氧化剂主要是为了在混合期间保护产甲烷菌受氧的损伤保护,抗氧化剂主要分散在产甲烷菌细胞周围,抗氧化剂主要分散在固体粉末周围,再形成一层保护。
本发明采用碟片式离心或者絮凝处理方式,使菌体得到浓缩保证了高活力;本发明通过添加抗氧化剂和保护剂载体,制成固体产品,保证了产品在保藏期期间的活力,产甲烷菌的活菌数量在3个月内从50亿开始衰减量在10%之内。本产品可直接用加水拌均匀并加入本产品重量10%的纤维素酶,然后直接加入沼气池中,冬季沼气产量能够提高20倍,每立方沼气池每天冬季甲烷产量为150L,每个冬天添加两次即可保持沼气产量稳定。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
实施例1
一种复合沼气发酵菌剂,所述复合沼气发酵菌剂包括混合微生物、抗氧化剂和保护剂载体,混合微生物重量份数组成如下:Methanococcus mazeiDSM101328,Methanobacteriumsubterraneum DSM110747,,Methanogenium frigidum DSM1645815,Methanosarcinaacetivorans DSM28348,Methanosarcina siciliae,DSM119168,Methanosaetaharundinacea DSM-1720610;
所述菌种均购自于德国微生物菌种保藏中心,位于德国布伦瑞克(Braunschweig);
所述抗氧化剂由下列成分按照质量百分比配成:半胱氨酸盐酸盐0.5%、硫化钠5%、抗坏血酸3%,余量为沙土。
所述保护剂载体由下列成分配比而成:沙土0.5%、膨润土2%、硅藻土5%,玉米淀粉20%、余量为秸秆粉碎物。
所述复合沼气发酵菌剂制备方法如下:
1.培养沼气发酵菌剂:将将马氏甲烷球菌(Methanococcus mazei),Methanobacterium subterraneum(地下甲烷杆菌),西西里甲烷八叠球菌(Methanosarcina siciliae,,竹节状甲烷鬃菌(Methanosaeta harundinacea),分别从斜面接种入培养基中在温度22℃分别培养25小时后于6℃低温培养86小时,除去培养基上层的甲烷,充入二氧化碳。得产沼气相关的微生物发酵液;
将Methanogenium frigidum(寒冷产甲烷菌),Methanosarcina acetivorans(嗜酸甲烷八叠球菌),分别从斜面接种入培养基中在温度21℃分别培养24小时后,于2-4℃培养30小时后调整温度为21℃继续培养60小时,除去培养基上层的甲烷,充入二氧化碳。得产沼气相关的微生物发酵液;
2.离心处理:将步骤1所得产沼气相关的微生物发酵液20℃,流量为2000/小时条件下,用碟片式离心机离心,得微生物菌泥,按照重量份数比例混合;
3.添加保护剂载体:将保护剂载体与步骤2所得微生物菌泥以8∶1按照质量比例混合混匀;
4干燥和包装:将步骤3所得加入保护剂菌剂与抗氧化剂以质量比80∶1混合,35℃风干成固体沼气发酵菌剂。
5.将上述风干后的固体沼气发酵菌剂用塑料袋密封包装,包装时再次添加质量比为10%的抗氧化剂混合。
取上述固体低温沼气发酵剂10公斤,加入100g纤维素酶,加入50公斤水混合均匀后投入1立方的沼气池中,冬季经58小时后,每天沼气产量为150L。
培养基配制:培养基中各组分配比为:酵母粉0.5%、半胱氨酸盐酸盐0.09%、无水乙酸钠1%、甲酸1%),甲醇1%),三甲胺1%),余量为蒸馏水,用NaOH溶液调节pH为6.0~7.0,配置好后备用;微量元素钴(30μmol/L),镍(50μmol/L),万古霉素(60mg/L),过滤灭菌后加入培养基。
实施例2
一种复合沼气发酵菌剂,所述复合沼气发酵菌剂包括混合微生物、抗氧化剂和保护剂载体,混合微生物重量份数组成如下:Methanococcus mazeiDSM101325,Methanobacteriumsubterraneum DSM110746,Methanogenium frigidum DSM1645810,Methanosarcinaacetivorans DSM28345,Methanosarcina siciliae,DSM1191610,Methanosaetaharundinacea DSM-1720614;
所述抗氧化剂由下列成分按照质量百分比配成:半胱氨酸盐酸盐0.5%、硫化钠5%、抗坏血酸3%,余量为沙土。
所述保护剂载体由下列成分配比而成:沙土0.5%、膨润土2%、硅藻土5%,玉米淀粉20%、余量为秸秆粉碎物。
所述复合沼气发酵菌剂制备方法同例1:
1培养沼气发酵菌剂:将将马氏甲烷球菌(Methanococcus mazei),Methanobacteriumsubterraneum(地下甲烷杆菌),西西里甲烷八叠球菌(Methanosarcina siciliae,,竹节状甲烷鬃菌(Methanosaeta harundinacea),分别从斜面接种入培养基中在温度22℃分别培养25小时后于6℃低温培养86小时,除去培养基上层的甲烷,充入二氧化碳。得产沼气相关的微生物发酵液;
将Methanogenium frigidum(寒冷产甲烷菌),Methanosarcina acetivorans(嗜酸甲烷八叠球菌),分别从斜面接种入培养基中在温度21℃分别培养24小时后,于2-4℃培养30小时后调整温度为21℃继续培养40小时后调整温度3℃培养18小时,除去培养基上层的甲烷,充入二氧化碳。得产沼气相关的微生物发酵液;
2.离心处理:将步骤1所得产沼气相关的微生物发酵液20℃,流量为2000/小时条件下,用碟片式离心机离心,得微生物菌泥,按照重量份数比例混合;
3.添加保护剂载体:将保护剂载体与步骤2所得微生物菌泥以8∶1按照质量比例混合混匀;
4干燥和包装:将步骤3所得加入保护剂菌剂与抗氧化剂以质量比80∶1混合,35℃风干成固体沼气发酵菌剂。
5.将上述风干后的固体沼气发酵菌剂用塑料袋密封包装,包装时再次添加质量比为10%的抗氧化剂混合。
取上述固体低温沼气发酵剂10公斤,加入100g纤维素酶,加入50公斤水混合均匀后投入1立方的沼气池中,冬季经48小时后,每天沼气产量为170L。
培养基配制:培养基中各组分配比为:酵母粉0.5%、半胱氨酸盐酸盐0.09%、无水乙酸钠1%、甲酸1%),甲醇1%),三甲胺1%),余量为蒸馏水,用NaOH溶液调节pH为6.0~7.0,配置好后备用;微量元素钴(30μmol/L),镍(50μmol/L),万古霉素(60mg/L),过滤灭菌后加入培养基。
实施例3基本同例1
一种复合沼气发酵菌剂,所述复合沼气发酵菌剂包括混合微生物、抗氧化剂和保护剂载体,混合微生物重量份数组成如下:Methanococcus mazeiDSM1013210,Methanobacteriumsubterraneum DSM110748,Methanogenium frigidum DSM1645820,Methanosarcinaacetivorans DSM28349,Methanosarcina siciliae,DSM1191610,Methanosaetaharundinacea DSM-1720614;
所述抗氧化剂由下列成分按照质量百分比配成:半胱氨酸盐酸盐1%、硫化钠10%、抗坏血酸5%,余量为沙土。
所述保护剂载体由下列成分配比而成:沙土0.5%、膨润土2%、硅藻土5%,玉米淀粉20%、余量为秸秆粉碎物。
所述复合沼气发酵菌剂制备方法同例1:
1..培养沼气发酵菌剂:将马氏甲烷球菌(Methanococcus mazei),Methanobacteriumsubterraneum(地下甲烷杆菌),西西里甲烷八叠球菌(Methanosarcina siciliae,,竹节状甲烷鬃菌(Methanosaeta harundinacea),分别从斜面接种入培养基中在温度22℃分别培养25小时后于6℃低温培养86小时,除去培养基上层的甲烷,充入二氧化碳。得产沼气相关的微生物发酵液;
将Methanogenium frigidum(寒冷产甲烷菌),Methanosarcina acetivorans(嗜酸甲烷八叠球菌),分别从斜面接种入培养基中在温度22℃分别培养24小时后,于2-4℃培养20小时后调整温度为22℃继续培养45小时后调整温度为3℃培养16小时,,除去培养基上层的甲烷,充入二氧化碳。得产沼气相关的微生物发酵液。
取例3固体低温沼气发酵剂10公斤,加入200g纤维素酶,加入50公斤水混合均匀后投入1立方的沼气池中,冬季经56小时后,每天沼气产量为350L。