CN111087148A - 一种抑制厌氧产甲烷混菌产甲烷的方法 - Google Patents

一种抑制厌氧产甲烷混菌产甲烷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种抑制厌氧产甲烷混菌产甲烷的方法，在培养基中加入氯化钠和乙酸，对产甲烷的抑制效果好，且抑制作用持久。

Description

一种抑制厌氧产甲烷混菌产甲烷的方法
技术领域
本发明涉及一种抑制厌氧产甲烷混菌产甲烷的方法，属于微生物技术领域。
背景技术
有机废物在混菌厌氧发酵中的降解过程可分为四个阶段，即水解、酸化、产乙酸以及产甲烷。甲烷生成被抑制后，在产酸菌的新陈代谢过程中挥发性脂肪酸(VFAs)如乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐明显积累。VFAs重要的化工产品前体。抑制产甲烷活性的常规方法包括热处理和非特异性/特异性抑制剂。通过热处理后，非孢子形成的微生物被杀灭，同时也有一些孢子形成细菌，如梭状芽孢杆菌科和热厌氧菌属可能存活。但是热处理只能暂时抑制产甲烷混菌。此外，2-溴代乙醇磺酸盐(BES)是另一种甲烷生成特异性抑制剂。然而，在混菌厌氧发酵中有几种微生物可以消耗BES，如果没有足够的BES，产甲烷混菌将被重新激活。此外，BES的高成本也制约了其工业应用。因此，探索有效和廉价的方法抑制甲烷生成仍然是必要的。
发明内容
本发明提供了一种抑制厌氧产甲烷混菌产甲烷的方法，可以有效解决上述问题。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种抑制厌氧产甲烷混菌产甲烷的方法，在培养基中加入氯化钠和乙酸。
作为进一步改进的，所述抑制厌氧产甲烷混菌产甲烷的方法包括以下步骤：
S1：取污泥，过铁筛，用培养基悬浮，振荡混合均匀，离心去上清，重复以上操作若干次；
S2：将步骤S1得到的污泥接种于培养瓶中，加入培养基，密封培养瓶并抽真空，真空度在-0.1Mpa以下，通入氢气和二氧化碳的混合气体，放入恒温培养箱中，在温度为34～36℃、转速为110～130rpm的条件下培养15～30天，进行产甲烷混菌富集；
S3：将步骤S2富集的产甲烷混菌接种于装有培养基的容器中，接种量为1-2g/L，用氮气曝气10～30min，向培养基中加入氯化钠和乙酸，将容器密封并抽真空，真空度在-0.1Mpa以下，通入氢气和二氧化碳的混合气体，在温度为34～36℃、转速为110～130rpm的条件下培养2～7天。
作为进一步改进的，所述污泥为污水厂厌氧发酵污泥。
作为进一步改进的，在步骤S1中，所述铁筛为200目铁筛。
作为进一步改进的，在步骤S1中，所述离心为7500～8500rpm离心4～6min。
作为进一步改进的，所述培养基的配方为NH4Cl 450～550mg/L；KH2PO4 180～220mg/L；Na2SO4 45～55mg/L；KCl 45～55mg/L；CaCl2 5～15mg/L；MgCl2.6H2O 60～80mg/L；MnCl2.4H2O 0.5～1.0mg/L；CoCl2.2H2O 1～1.5mg/L；FeSO4.7H2O 3.0～4.0mg/L；AlCl30.1～1.0mg/L；NaMO4.2H2O 0.05～0.15mg/L；H3BO3 0.1～0.3mg/L；NiCl2.6H2O 0.4～0.6mg/L；CuCl2.2H2O 1.0～1.5mg/L；ZnSO4.2H2O 3.0～3.5mg/L；EDTA-2Na 2.0～4.0mg/L；biotin 1.0～3.0mg/L；folic acid 1.0～3.0mg/L；vitamin B6 5～15mg/L；riboflavin2.0～8.0mg/L；vitamin B1 2.0～6.0mg/L；niacin 3.0～8.0mg/L；pantothenic acid 3.0～8.0mg/L；vitamin B12 0.05～0.15mg/L；4-aminobenzoic acid 2.0～8.0mg/L；lipoicacid 2.0～8.0mg/L。
作为进一步改进的，所述氢气和二氧化碳的混合气体中氢气和二氧化碳的体积比为75～85％：15～25％。
作为进一步改进的，所述厌氧产甲烷混菌为嗜氢产甲烷混菌。
作为进一步改进的，所述氯化钠在培养基中的质量百分数为1～15％。
作为进一步改进的，所述乙酸在培养基中的浓度为0.01～4g/L。
本发明的有益效果是：
本发明的抑制厌氧产甲烷混菌产甲烷的方法，采用氯化钠耦合乙酸，氯化钠和乙酸对产甲烷的抑制产生了协同增效的效果，对产甲烷的抑制效果好，且抑制作用持久。
本发明采用氯化钠耦合乙酸，氯化钠和乙酸的价格便宜，成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例1的实验结果图。
图2是本发明实施例2的实验结果图。
图3是本发明实施例3的实验结果图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将取自山东华义玉米科技有限公司中温产甲烷厌氧反应器污泥，将污泥过200目铁筛以去除非生物杂质。利用厌氧无机盐培养基悬浮上述污泥，涡流振荡混合均匀，放置离心机8000rpm，5分钟离心，去除上清液；上述步骤重复3次，确保有机质以及其他干扰结果因素去除。
将清洗过后的污泥接种于120mL的血清瓶中，同时加入20mL培养基，确保加入的微生物量在1-2g/L左右。氮气曝气15分钟，将上述血清瓶用丁基橡胶塞和铝帽密封。利用真空泵将血清瓶顶部空气抽掉，使其顶空的气压在-0.1Mpa。通入100mL(氢气/二氧化碳＝80％/20％)混合气。通过气相色谱确定加入的氢气的量和产生甲烷的量。将上述血清瓶放置于恒温培养箱中(温度：35℃，转速：120rpm)培养，每隔24h测试甲烷，该过程20天，进行嗜氢产甲烷混菌富集。
向一罐式容器中加入已经富集的嗜氢产甲烷混菌及培养基，培养基体积占柱式容积的80％。然后鼓入氮气30分钟，然后密闭容器，利用真空泵抽取密闭后注视容器顶空上多余的氮气(真空泵抽气至-0.1MPa)。培养基组成为NH4Cl 500mg/L；KH2PO4 200mg/L；Na2SO450mg/L；KCl 50mg/L；CaCl2 10mg/L；MgCl2·6H2O 70mg/L；MnCl2·4H2O 0.8mg/L；CoCl2·2H2O 1.2mg/L；FeSO4·7H2O 3.2mg/L；AlCl3 0.5mg/L；NaMO4·2H2O 0.1mg/L；H3BO3 0.2mg/L；NiCl2·6H2O 0.5mg/L；CuCl2·2H2O 1.1mg/L；ZnSO4·2H2O 3.2mg/L；EDTA-2Na 3.0mg/L；biotin 2.0mg/L；folic acid 2.0mg/L；vitamin B6 10mg/L；riboflavin 5.0mg/L；vitamin B1 5.0mg/L；niacin 5.0mg/L；pantothenic acid 5.0mg/L；vitamin B12 0.1mg/L；4-aminobenzoic acid 5.0mg/L；lipoic acid 5.0mg/L.
向密闭罐式容器中加入1mol/L的盐酸调整培养基pH至7.0左右，然后通过循环水浴控制培养基温度为30℃，然后连续通入氢气与二氧化碳混合气(氢气与二氧化碳气体体积比为4：1)，使浸出体系顶空维持在1～1.5个大气压之间。通过磁力搅拌器控制浸出体系转速为120转/分钟。该过程连续运行以甲烷产量判定反应器运行正常。该过程持续约7天
待反应器运行正常，添加按质量百分数为0％，2％，4％,6％,8％,10％的氯化钠，检测甲烷的产生，检测甲烷产生情况。实验结果如图1所示。
由图1可知，随着氯化钠的浓度的增加，甲烷的产生越少，产生50％的甲烷抑制率的氯化钠质量分数为4.8％。
实施例2
采用与实施例1相同的条件，将添加氯化钠改为游离乙酸作为抑制剂，游离乙酸在培养基中的浓度为0g/L,001g/L,0.03g/L,0.05g/L,0.08g/L,0.09g/L,0.16g/L,0.18g/L,0.27g/L,0.46g/L,0.54g/L,0.77g/L,0.81g/L,1.09g/L,1.53g/L,1.82g/L,2.3g/L,3.64g/L，检测甲烷产生情况，实验结果如图2所示。
由图2可知，随着游离乙酸的浓度的增加，甲烷的产生越少，产生50％的甲烷抑制率的游离乙酸的浓度为0.31g/L。
实施例3
采用与实施例1相同的条件，将添加氯化钠改为添加质量百分数为0％，2％，4％,6％,8％,10％的氯化钠耦合浓度为0g/L,001g/L,0.03g/L,0.05g/L,0.08g/L,0.09g/L,0.16g/L,0.18g/L,0.27g/L,0.46g/L,0.54g/L,0.77g/L,0.81g/L,1.09g/L,1.53g/L,1.82g/L,2.3g/L,3.64g/L游离乙酸作为抑制剂，检测甲烷产生情况，实验结果如图3所示。
由图3可知，氯化钠耦合游离乙酸能够抑制甲烷的产生，0.14g/L的游离乙酸+2％氯化钠或者0.12g/L游离乙酸+4％氯化钠就可达到50％的甲烷抑制率，所使用的氯化钠和游离乙酸比单独使用的氯化钠的浓度低，同时也比单独使用游离乙酸的浓度低，说明氯化钠耦合游离乙酸对嗜氢产甲烷混菌产甲烷的抑制产生了协同增效作用，比单独氯化钠和单独的游离乙酸的抑制效果的简单叠加的抑制效果还要好。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抑制厌氧产甲烷混菌产甲烷的方法，其特征在于：在培养基中加入氯化钠和乙酸。
2.根据权利要求1所述的抑制厌氧产甲烷混菌产甲烷的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：取污泥，过铁筛，用培养基悬浮，振荡混合均匀，离心去上清，重复以上操作若干次；
S2：将步骤S1得到的污泥接种于培养瓶中，加入培养基，密封培养瓶并抽真空，真空度在-0.1Mpa以下，通入氢气和二氧化碳的混合气体，放入恒温培养箱中，在温度为34～36℃、转速为110～130rpm的条件下培养15～30天，进行产甲烷混菌富集；
S3：将步骤S2富集的产甲烷混菌接种于装有培养基的容器中，接种量为1-2g/L，用氮气曝气10～30min，向培养基中加入氯化钠和乙酸，将容器密封并抽真空，真空度在-0.1Mpa以下，通入氢气和二氧化碳的混合气体，在温度为34～36℃、转速为110～130rpm的条件下培养2～7天。
3.根据权利要求2所述的抑制厌氧产甲烷混菌产甲烷的方法，其特征在于：所述污泥为污水厂厌氧发酵污泥。
4.根据权利要求2所述的抑制厌氧产甲烷混菌产甲烷的方法，其特征在于：在步骤S1中，所述铁筛为200目铁筛。
5.根据权利要求2所述的抑制厌氧产甲烷混菌产甲烷的方法，其特征在于：在步骤S1中，所述离心为7500～8500rpm离心4～6min。
6.根据权利要求2所述的抑制厌氧产甲烷混菌产甲烷的方法，其特征在于：所述培养基的配方为NH4Cl 450～550mg/L；KH2PO4 180～220mg/L；Na2SO4 45～55mg/L；KCl 45～55mg/L；CaCl2 5～15mg/L；MgCl2 .6H2O 60～80mg/L；MnCl2 .4H2O 0.5～1.0mg/L；CoCl2 .2H2O 1～1.5mg/L；FeSO4 .7H2O 3.0～4.0mg/L；AlCl3 0.1～1.0mg/L；NaMO4 .2H2O 0.05～0.15mg/L；H3BO30.1～0.3mg/L；NiCl2 .6H2O 0.4～0.6mg/L；CuCl2 .2H2O 1.0～1.5mg/L；ZnSO4 .2H2O 3.0～3.5mg/L；EDTA-2Na 2.0～4.0mg/L；biotin 1.0～3.0mg/L；folic acid 1.0～3.0mg/L；vitamin B6 5～15mg/L；riboflavin 2.0～8.0mg/L；vitamin B1 2.0～6.0mg/L；niacin3.0～8.0mg/L；pantothenic acid 3.0～8.0mg/L；vitamin B12 0.05～0.15mg/L；4-aminobenzoic acid 2.0～8.0mg/L；lipoic acid 2.0～8.0mg/L。
7.根据权利要求2所述的抑制厌氧产甲烷混菌产甲烷的方法，其特征在于：所述氢气和二氧化碳的混合气体中氢气和二氧化碳的体积比为75～85％：15～25％。
8.根据权利要求2所述的抑制厌氧产甲烷混菌产甲烷的方法，其特征在于：所述厌氧产甲烷混菌为嗜氢产甲烷混菌。
9.根据权利要求2所述的抑制厌氧产甲烷混菌产甲烷的方法，其特征在于：所述氯化钠在培养基中的质量百分数为1～15％。
10.根据权利要求2所述的抑制厌氧产甲烷混菌产甲烷的方法，其特征在于：所述乙酸在培养基中的浓度为0.01～4g/L。
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