CN115261374A - 改性生物炭负载微生物的复合体及其在强化厌氧发酵中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及厌氧发酵技术领域，特别是涉及改性生物炭负载微生物的复合体及其在强化厌氧发酵中的应用。制备所述改性生物炭的方法包括以下步骤：1）将生物炭和改性剂混合，加热搅拌3~5h，静置12~24h后过滤；2）将过滤所得生物炭清洗至滤液呈中性，得到所述改性生物炭；所述改性剂包括HCl溶液、NaOH溶液和K2CO3溶液中的一种或两种以上溶液。本发明通过适宜的方法制备得到的改性生物炭可以提高生物炭的比表面积和孔隙度，从而使改性后的生物炭更有利于微生物的繁殖和栖息，还可以增加微生物群落的多样性和数量并保持其生物活性，进而提高微生物对有机物的降解能力，提高产气效率和气体品质。

Description

改性生物炭负载微生物的复合体及其在强化厌氧发酵中的 应用
技术领域
本发明涉及厌氧发酵技术领域，特别是涉及改性生物炭负载微生物的复合体及其在强化厌氧发酵中的应用。
背景技术
近年来随着农业的不断发展，由农业废弃物带来的环境污染问题日趋严重，但秸秆含有大量的有机养分，若将其合理利用即可变废为宝，实现废弃物的资源化利用。秸秆属于高碳水底物，可为厌氧发酵微生物提供丰富的能源，因此利用厌氧发酵技术将秸秆等农业废弃物转化为沼气具有巨大的潜力。另外，将秸秆作为热解炭化或水热炭化的底物用于生产生物炭是一条秸秆高值化利用的有效途径。
生物炭作为一种生物相容的导电多孔固体材料，具有来源广泛、价格低廉、可再生、呈碱性、高度芳香化、较大的比表面积、丰富的孔隙结构和官能团（如羧基、内酯型羧基、酚羟基和羰基等）等特性，目前在强化厌氧发酵领域已多有应用。尽管厌氧发酵技术已有悠久的研究历史，但目前仍存在一些不容忽视的瓶颈问题，如产气效率低和气体组分不够理想等。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了改性生物炭负载微生物的复合体及其在强化厌氧发酵中的应用。本发明提供的改性生物炭可以强化厌氧发酵，提高产气效率和气体品质。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种改性生物炭，制备所述改性生物炭的方法包括以下步骤：
1）将生物炭和改性剂溶液混合，加热3~5h，静置12~24h后过滤；
2）将过滤所得生物炭清洗至滤液呈中性，得到所述改性生物炭；
所述改性剂溶液包括HCl溶液、NaOH溶液和K2CO3溶液中的一种或两种以上溶液；
当改性剂为两种以上溶液时，所述步骤1）为：
11）生物炭与其中一种改性剂溶液混合，加热3~5h，静置12~24h后过滤；
12）更换改性剂溶液的种类，将所述步骤11）过滤后的固体重复步骤11）直至所有改性剂溶液处理完全。
优选的，所述HCl溶液、NaOH溶液和K2CO3溶液的浓度分别为1~3mol/L。
优选的，所述生物炭和任意一种改性剂的质量比为1：5。
优选的，所述生物炭的制备原料包括农作物秸秆。
优选的，所述生物炭的制备方法包括水热炭化或热解炭化；
所述水热炭化的温度为180~200℃，炭化时间为1~3h；
所述热解炭化的温度为600~1000℃，炭化时间为0.5~2h。
优选的，所述生物炭的制备原料的粒径为2~20mm。
本发明还提供了一种改性生物炭负载微生物的复合体，包括改性生物炭和复合菌液；所述改性生物炭包括上述方案中所述的改性生物炭；
所述改性生物炭和复合菌液的质量比为（5~15）：1；
所述复合菌液包括产乙酸嗜蛋白质菌和多形拟杆菌的混合菌液，或驯化得到的混合菌液；
所述产乙酸嗜蛋白质菌和多形拟杆菌的活菌数比为1：1；
所述驯化的方法包括：
以农作物秸秆为底物，接种厌氧发酵体系中的沼液，38℃厌氧发酵30d，得到驯化后的混合菌液；
所述厌氧发酵体系包括稳定运行的厌氧发酵体系。
优选的，所述乙酸嗜蛋白质菌的活菌浓度为108个/mL；所述多形拟杆菌的活菌浓度为108个/mL。
本发明还提供了上述方案所述的复合体的制备方法，包括以下步骤：
将改性生物炭、复合菌液和营养液在35~37℃，扩繁1~3d，得到所述复合体；
或者
采用高压喷涂的方法，将所述复合菌液喷涂在改性生物炭上，得到所述复合体；所述喷涂的压力为0.5~1.5Mpa。
本发明还提供了上述方案中所述的改性生物炭或上述方案中所述的复合体或利用上述方案中所述的制备方法得到的复合体在强化厌氧发酵中的应用，包括提升甲烷产气性能和/或甲烷气体品质。
有益效果：
本发明提供了一种改性生物炭，制备所述改性生物炭的方法包括以下步骤：1）将生物炭和改性剂溶液混合，加热3~5h，静置12~24h后过滤；2）将过滤所得生物炭清洗至滤液呈中性，得到所述改性生物炭；所述改性剂溶液包括HCl溶液、NaOH溶液和K2CO3溶液中的一种或两种以上溶液；当改性剂为两种以上溶液时，所述步骤1）为：11）生物炭与其中一种改性剂溶液混合，加热3~5h，静置12~24h后过滤；12）更换改性剂溶液的种类，将所述步骤11）过滤后的固体重复步骤11）直至所有改性剂溶液处理完全。本发明通过适宜的方法制备得到的改性生物炭，可以提高生物炭的比表面积和孔隙度，从而使改性后的生物炭更有利于微生物的繁殖和栖息，还可以增加微生物群落的多样性和数量并保持其生物活性，进而提高微生物对有机物的降解能力，提高产气效率和气体品质。
进一步的，本发明提供的改性生物炭作为微生物载体材料，易于与发酵液分离、可再生，也便于微生物菌剂的储存、运输和使用，因此有望高效应用于厌氧发酵系统中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明所述改性生物炭的制备工艺及应用流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种改性生物炭，制备所述改性生物炭的方法包括以下步骤：
1）将生物炭和改性剂溶液混合，加热3~5h，静置12~24h后过滤；
2）将过滤所得生物炭清洗至滤液呈中性，得到所述改性生物炭；
所述改性剂溶液包括HCl溶液、NaOH溶液和K2CO3溶液中的一种或两种以上溶液；
当改性剂为两种以上溶液时，所述步骤1）为：
11）生物炭与其中一种改性剂溶液混合，加热3~5h，静置12~24h后过滤；
12）更换改性剂溶液的种类，将所述步骤11）过滤后的固体重复步骤11）直至所有改性剂溶液处理完全。
本发明所述生物炭的制备原料优选包括农作物秸秆，进一步优选包括小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、花生秸秆、棉花秸秆和蔬菜秸秆中的一种或多种，更优选为小麦秸秆、玉米秸秆或水稻秸秆。
在本发明中，所述生物炭的制备原料的粒径优选为2~20mm，进一步优选为2~10mm或(10，20]mm，更优选为2mm、5mm、10mm、15mm或20mm，其中(10，20]mm为大于10mm且小于等于20mm。
本发明所述2~10mm的农作物秸秆制备的生物炭具有很高的比表面积，可作为微生物的载体材料，优选用于强化微生物厌氧发酵体系，进一步优选用于强化连续搅拌发酵体系，更优选用于强化CSTR厌氧发酵体系；所述CSTR为连续搅拌反应器系统或称全混合厌氧反应器。而颗粒小于2mm的原料制备的生物炭沉降性能较差，不利于与CSTR中的底物混合，颗粒大于10mm的原料制备的生物炭影响CSTR中物质的转移和传递。
本发明所述(10，20]mm的农作物秸秆制备的生物炭优选用于强化微生物厌氧发酵体系，进一步优选用于强化上流式厌氧发酵体系，更优选作为UASB反应器，即上流式厌氧污泥床反应器的固定床材料，可以为微生物提供生长空间，易于与发酵液分离，可根据反应器的大小调整颗粒生物炭的填充量。而粒径小于10mm的原料制备的生物炭不易回收利用，粒径大于20mm的原料制备的生物炭不便于填充操作，反应器中易发生沟流现象。
本发明所述生物炭的制备方法优选包括水热炭化或热解炭化。
当采用水热炭化的方法制备生物炭时，所述水热炭化的温度优选为180~200℃，进一步优选为180~185℃或190~195℃或196~200℃。在本发明的实施例中，可以为180℃、190℃或200℃。在本发明中，所述水热炭化的炭化时间优选为1~3h，进一步优选为1h、2h或3h；
当采用热解炭化的方法制备生物炭时，所述热解炭化的温度优选为600~1000℃，进一步优选为600~650℃、700~750℃、800~850℃、900~950℃或960~1000℃。在本发明的实施例中，可以为600℃、700℃、800℃、900℃或1000℃。在本发明中，所述热解炭化的炭化时间优选为0.5~2h，进一步优选为1~2h，更优选为1h或2h。
本发明通过适宜的水热炭化方法，制备得到的生物炭表面官能团结构较为丰富，适宜用于强化厌氧发酵；通过适宜的热解炭化方法，制备所得生物炭炭化程度较为完全，具有较为丰富的孔隙结构，可作为厌氧发酵中微生物良好的载体材料使用。
得到生物炭后，本发明将生物炭和改性剂混合，加热3h，静置24h后过滤。
在本发明中，所述改性剂包括HCl溶液、NaOH溶液和K2CO3溶液中的一种或两种以上溶液；所述HCl溶液、NaOH溶液和K2CO3溶液的浓度分别优选为1~3mol/L，优选为3mol/L。
在本发明中，当改性剂为两种以上溶液时，所述步骤1）为：
11）生物炭与其中一种改性剂溶液混合，加热3~5h，静置12~24h后过滤；
12）更换改性剂溶液的种类，将所述步骤11）过滤后的固体重复步骤11）直至所有改性剂溶液处理完全。
本发明对不同溶液先后的处理顺序没有特殊要求，以改性剂为HCl溶液、NaOH溶液和K2CO3溶液三种独立分装的溶液为例进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定：将HCl溶液和生物炭混合，加热搅拌3~5h，静置12~24h后过滤，得到第一生物炭；将第一生物炭和NaOH溶液混合，加热搅拌3~5h，静置12~24h后过滤，得到第二生物炭；将第二生物炭和K2CO3溶液混合，加热搅拌3~5h，静置12~24h后过滤，得到第三生物炭，将第三生物炭作为过滤得到的生物炭。
在本发明中，所述加热的时间为3~5h，优选为3h；所述静置的时间优选为12~24h，更优选为24h；所述加热过程中还包括搅拌，所述搅拌的转速优选为120~200rpm，更优选为160rpm。在本发明中，所述加热时优选进行搅拌处理。本发明对所述搅拌处理的方法没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的搅拌方法即可。本发明通过加热处理可以加快活性炭活化改性，通过静置适宜的时间可以使混合液熟化（即改性更加充分）。
在本发明中，所述生物炭和任意一种改性剂的质量比优选为1：5，当改性剂为两种以上溶液时，所述生物炭和改性剂中的任意一种溶液的质量比分别优选为1：5。
得到过滤得到的生物炭后，本发明将过滤得到生物炭清洗至滤液呈中性。在本发明中，所述清洗的溶剂优选包括纯水。
清洗至滤液呈中性后，本发明优选将清洗后的生物炭烘干至恒重，得到所述改性生物炭。在本发明中，所述烘干的温度优选为80~100℃，更优选为80℃。
本发明通过适宜的方法制备得到的改性生物炭，可以提高生物炭的比表面积和孔隙度，从而使改性后的生物炭更有利于微生物的繁殖和栖息，还可以增加微生物群落的多样性和数量并保持其生物活性，进而提高微生物对有机物的降解能力，提高产气效率和气体品质。
本发明还提供了一种改性生物炭负载微生物的复合体，包括改性生物炭和复合菌液；所述改性生物炭包括上述方案所述的改性生物炭。
本发明所述改性生物炭和复合菌液的质量比为（5~15）：1，优选为5：1、10：1或15：1。
本发明所述复合菌液包括产乙酸嗜蛋白质菌和多形拟杆菌的混合菌液，或驯化得到的混合菌液；所述产乙酸嗜蛋白质菌和多形拟杆菌的混合菌液中产乙酸嗜蛋白质菌和多形拟杆菌的活菌数比优选为1：1。
本发明所述乙酸嗜蛋白质菌优选购自BioVector NTCC质粒载体菌种细胞蛋白抗体基因保藏中心，货号为AS 1.5024，活菌浓度为108个/mL；所述多形拟杆菌优选购自上海瑞楚生物科技有限公司，货号为ATCC 29741，活菌浓度为108个/mL。本发明提供的复合菌液可以加快厌氧发酵的进行。
本发明所述驯化的方法包括：
以农作物秸秆为底物，接种厌氧发酵体系中的沼液，38℃厌氧发酵30d，得到驯化后的混合菌液；
所述厌氧发酵体系包括稳定运行的厌氧发酵体系。
本发明所述稳定运行的厌氧发酵体系优选为稳定产甲烷的厌氧发酵体系或正常产甲烷的厌氧发酵体系。
在本发明中，所述农作物秸秆优选包括玉米秸秆，所述沼液的接种量优选为15%，即沼液与底物的体积比为15：100；接种沼液后所述厌氧发酵优选为每隔一天补充一次底物，即加料，同时取出部分发酵体系中的底物，即出料；加料的体积和出料的体积相同，加料的总固体浓度TS优选为6%。
本发明所提供的复合体，通过适宜用量的改性生物炭和复合菌液复配，耦合了生物炭强化和微生物强化双重优势，在厌氧发酵性能提升的同时也可增强厌氧发酵体系对不良环境的抗冲击能力。
本发明还提供了上述改性生物炭负载微生物的复合体的制备方法，包括以下步骤：
将改性生物炭、复合菌液和营养液在35~37℃下，扩繁1~3d，得到所述改性生物炭负载微生物的复合体；
或者
采用高压喷涂的方法，将所述复合菌液喷涂在改性生物炭上。
在本发明中，所述营养液优选包括厌氧培养液；所述厌氧培养液优选购自北京沃凯生物科技有限公司公司，货号为F10823；所述改性生物炭、复合菌液和营养液的质量比优选为5：1：100、10：1：100或15：1：100。
在本发明中，所述扩繁优选包括在厌氧反应器中扩繁，更优选为直接在CSTR反应器中进行扩繁；所述扩繁的时间为1~3d，优选为1d、2d或3d。
在本发明中，所述喷涂的压力为0.5~1.5Mpa，优选为0.5、1或1.5Mpa；所述高压喷涂的改性生物炭，优选为粒径为(10，20]mm的改性生物炭；高压喷涂法制备的改性生物炭负载微生物的复合体优选用于UASB反应器中。
本发明还提供了上述改性生物炭或上述改性生物炭负载微生物的复合体或利用上述制备方法制备得到的改性生物炭负载微生物的复合体在强化厌氧发酵中的应用。
在本发明中，包括提升甲烷产气性能和/或甲烷气体品质；所述甲烷产气性能包括产甲烷率；所述甲烷气体品质包括甲烷含量。
在本发明中，所述厌氧发酵优选包括CSTR厌氧发酵或UASB厌氧发酵；所述CSTR厌氧发酵时，改性生物炭的粒径优选为2~10mm，所述UASB厌氧发酵时，改性生物炭的粒径优选为(10，20]mm。
本发明对不同的厌氧发酵体系提供不同粒径的改性生物炭或改性生物炭负载微生物的复合体可以显著提高产甲烷率和甲烷含量。
为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明提供的改性生物炭负载微生物的复合体及其在强化厌氧发酵中的应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种改性生物炭，由以下方法制备得到：
1）将玉米秸秆作为原料，采用水热炭化工艺制备2mm颗粒生物炭，其中炭化温度为180℃，炭化时间为1.0h；
2）将步骤1）中的颗粒生物炭与3mol/L的HCl溶液混合，加热搅拌3h，静置24h后过滤；所述颗粒生物炭与HCl溶液的质量比为1：5；
3）将步骤2）过滤得到的颗粒生物炭与3mol/L的NaOH溶液混合，加热搅拌3h，静置24h后过滤；所述颗粒生物炭与NaOH溶液的质量比为1：5；
4）采用纯水将步骤3）过滤得到的颗粒生物炭清洗至，滤液呈中性，80℃烘干至恒重，得到所述改性生物炭。
实施例2
一种改性生物炭，由以下方法制备得到：
1）将小麦秸秆作为原料，采用水热炭化工艺制备10mm颗粒生物炭，其中炭化温度为200℃，炭化时间为3.0h；
2）将步骤1）中的颗粒生物炭与3mol/L的HCl溶液混合，加热搅拌3h，静置24h后过滤；所述颗粒生物炭与HCl溶液的质量比为1：5；
3）将步骤2）过滤得到的颗粒生物炭与3mol/L的K2CO3溶液混合，加热搅拌3h，静置24h后过滤；所述颗粒生物炭与K2CO3溶液的质量比为1：5；
4）采用纯水将步骤3）过滤得到的颗粒生物炭清洗至，滤液呈中性，80℃烘干至恒重，得到所述改性生物炭。
实施例3
一种改性生物炭，由以下方法制备得到：
1）将水稻秸秆作为原料，采用热解炭化工艺制备15mm颗粒生物炭，其中炭化温度为600℃，炭化时间为1.0h；
2）将步骤1）中的颗粒生物炭与3mol/L的NaOH溶液混合，加热搅拌3h，静置24h后过滤；所述颗粒生物炭与NaOH溶液的质量比为1：5；
3）将步骤2）过滤得到的颗粒生物炭与3mol/L的K2CO3溶液混合，加热搅拌3h，静置24h后过滤；所述颗粒生物炭与K2CO3溶液的质量比为1：5；
4）采用纯水将步骤3）过滤得到的颗粒生物炭清洗至，滤液呈中性，80℃烘干至恒重，得到所述改性生物炭。
实施例4
一种改性生物炭，由以下方法制备得到：
1）将小麦秸秆作为原料，采用热解炭化工艺制备15mm颗粒生物炭，其中炭化温度为1000℃，炭化时间为2.0h；
2）将步骤1）中的颗粒生物炭与3mol/L的HCl溶液混合，加热搅拌3h，静置24h后过滤；所述颗粒生物炭与HCl溶液的质量比为1：5；
3）将步骤2）中的颗粒生物炭与3mol/L的NaOH溶液混合，加热搅拌3h，静置24h后过滤；所述颗粒生物炭与NaOH溶液的质量比为1：5；
4）将步骤3）过滤得到的颗粒生物炭与3mol/L的K2CO3溶液混合，加热搅拌3h，静置24h后过滤；所述颗粒生物炭与K2CO3溶液的质量比为1：5；
5）采用纯水将步骤4）过滤得到的颗粒生物炭清洗至滤液呈中性，80℃烘干至恒重，得到所述改性生物炭。
实施例5
一种改性生物炭负载微生物的复合体，由以下方法制备得到：
将实施例1制备的改性生物炭、复合菌液和营养液加入CSTR反应器中，在35℃下，扩繁1d，得到所述改性生物炭负载微生物的复合体；其中改性生物炭、复合菌液和营养液的质量比为5：1：100；复合菌液为产乙酸嗜蛋白质菌和多形拟杆菌按1：1的体积比配制的混合菌液，所述乙酸嗜蛋白质菌购自BioVector NTCC质粒载体菌种细胞蛋白抗体基因保藏中心，货号为AS 1.5024，活菌浓度为108个/mL；所述多形拟杆菌购自上海瑞楚生物科技有限公司，货号为ATCC 29741，活菌浓度为108个/mL；营养液购自北京沃凯生物科技有限公司公司，货号为F10823。
实施例6
一种改性生物炭负载微生物的复合体，由以下方法制备得到：
将实施例2制备的改性生物炭、复合菌液和营养液加入CSTR反应器中，在37℃下，扩繁3d，得到所述改性生物炭负载微生物的复合体；其中改性生物炭、复合菌液和营养液的质量比为15：1：100；复合菌液为产乙酸嗜蛋白质菌和多形拟杆菌按1：1的体积比配制的混合菌液，所述乙酸嗜蛋白质菌购自BioVector NTCC质粒载体菌种细胞蛋白抗体基因保藏中心，货号为AS 1.5024，活菌浓度为108个/mL；所述多形拟杆菌购自上海瑞楚生物科技有限公司，货号为ATCC 29741，活菌浓度为108个/mL；营养液购自北京沃凯生物科技有限公司公司，货号为F10823。
实施例7
一种改性生物炭负载微生物的复合体，由以下方法制备得到：
在厌氧生物培养箱中，采用高压喷涂法，将复合菌液喷涂在实施例3制备的改性生物炭上，得到所述改性生物炭负载微生物的复合体；
其中，高压喷涂的压力为0.5MPa；
所述复合菌液由以下方法制备得到：
在5L的厌氧发酵反应器中，接种实验室正在稳定运行的厌氧发酵体系中的沼液，接种量为15%（v/v），以玉米秸秆作为底物，每隔一天出料一次并加料一次，加料浓度TS为6wt.%，水力停留时间（HRT）设置为30d。
实施例8
一种改性生物炭负载微生物的复合体，由以下方法制备得到：
在厌氧生物培养箱中，采用高压喷涂法，将复合菌液喷涂在实施例4制备的改性生物炭上，得到所述改性生物炭负载微生物的复合体；
其中，高压喷涂的压力为1.5MPa；
所述复合菌液的制备方法同实施例7。
对比例1
一种生物炭负载微生物的复合体，所述生物炭负载微生物复合体的制备方法与实施例5相似，唯一区别在于，将实施例1制备的改性生物炭替换为实施例1中步骤1）制备得到的颗粒生物炭。
对比例2
一种生物炭负载微生物的复合体，所述生物炭负载微生物复合体的制备方法与实施例6相似，唯一区别在于，将实施例2制备的改性生物炭替换为实施例2中步骤1）制备得到的颗粒生物炭。
对比例3
一种生物炭负载微生物的复合体，所述生物炭负载微生物复合体的制备方法与实施例7相似，唯一区别在于，将实施例3制备的改性生物炭替换为实施例3中步骤1）制备得到的颗粒生物炭。
对比例4
一种生物炭负载微生物的复合体，所述生物炭负载微生物复合体的制备方法与实施例8相似，唯一区别在于，将实施例4制备的改性生物炭替换为实施例4中步骤1）制备得到的颗粒生物炭。
应用例1
将实施例5、实施例6、对比例1和对比例2制备得到的复合体用于强化CSTR厌氧发酵工艺，具体方法如下：玉米秸秆等农作物秸秆作为CSTR底物，沼液的接种量为15%，总固体浓度TS为6%，水力停留时间为30d，温度为38℃，上述复合体用于强化厌氧发酵，对产气情况进行监测；
将实施例7、实施例8、对比例3和对比例4制备得到的复合体用于强化UASB厌氧发酵工艺，具体方法如下：
生活废水、啤酒废水等各类废水作为UASB底物，沼液的接种量为15%，总固体浓度TS为6%，水力停留时间为30d，温度为38℃，上述复合体用于强化厌氧发酵，对产气情况进行监测；
将实施例5~8和对比例1~4制备的复合体，按上述方法用于强化CSTR厌氧发酵工艺或UASB厌氧发酵工艺，每种复合体按上述方法重复3次，借助气体流量计和气相色谱仪，测定实施例5~8和对比例1~4制备的复合体强化厌氧发酵体系后的最大产甲烷率和甲烷含量，每种复合体的测定结果取平均值，测定结果见表1。
表1 不同复合体的强化效果
组别 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
最大产甲烷率（L/L/d） 1.72 1.56 1.69 1.41 1.23 1.30 1.37 1.25
甲烷含量增长率（%） 15.79 9.21 10.36 8.53 5.48 8.12 8.49 5.71
注：表1中的“L/L/d”为每天每升反应器所产的甲烷体积。
综上所述，本发明提供的改性生物炭可以强化厌氧发酵，提高产气效率和气体品质。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种改性生物炭，其特征在于，制备所述改性生物炭的方法包括以下步骤：
1）将生物炭和改性剂溶液混合，加热3~5h，静置12~24h后过滤；
2）将过滤所得生物炭清洗至滤液呈中性，得到所述改性生物炭；
所述改性剂溶液包括HCl溶液、NaOH溶液和K2CO3溶液中的一种或两种以上溶液；
当改性剂为两种以上溶液时，所述步骤1）为：
11）生物炭与其中一种改性剂溶液混合，加热3~5h，静置12~24h后过滤；
12）更换改性剂溶液的种类，将所述步骤11）过滤后的固体重复步骤11）直至所有改性剂溶液处理完全。
2.根据权利要求1所述的改性生物炭，其特征在于，所述HCl溶液、NaOH溶液和K2CO3溶液的浓度分别为1~3mol/L。
3.根据权利要求2所述的改性生物炭，其特征在于，所述生物炭和任意一种改性剂的质量比为1：5。
4.根据权利要求1或3所述的改性生物炭，其特征在于，所述生物炭的制备原料包括农作物秸秆。
5.根据权利要求1或3所述的改性生物炭，其特征在于，所述生物炭的制备方法包括水热炭化或热解炭化；
所述水热炭化的温度为180~200℃，炭化时间为1~3h；
所述热解炭化的温度为600~1000℃，炭化时间为0.5~2h。
6.根据权利要求1或3所述的改性生物炭，其特征在于，所述生物炭的制备原料的粒径为2~20mm。
7.一种改性生物炭负载微生物的复合体，其特征在于，包括改性生物炭和复合菌液；所述改性生物炭包括权利要求1~6任一项所述改性生物炭；
所述改性生物炭和复合菌液的质量比为（5~15）：1；
所述复合菌液包括产乙酸嗜蛋白质菌和多形拟杆菌的混合菌液，或驯化得到的混合菌液；
所述产乙酸嗜蛋白质菌和多形拟杆菌的活菌数比为1：1；
所述驯化的方法包括：
以农作物秸秆为底物，接种厌氧发酵体系中的沼液，38℃厌氧发酵30d，得到驯化后的混合菌液；
所述厌氧发酵体系包括稳定运行的厌氧发酵体系。
8.根据权利要求7所述的复合体，其特征在于，所述乙酸嗜蛋白质菌的活菌浓度为108个/mL；所述多形拟杆菌的活菌浓度为108个/mL。
9.权利要求7或8所述复合体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将改性生物炭、复合菌液和营养液在35~37℃，扩繁1~3d，得到所述复合体；
或者
采用高压喷涂的方法，将所述复合菌液喷涂在改性生物炭上，得到所述复合体；所述喷涂的压力为0.5~1.5Mpa。
10.权利要求1~6任一项所述的改性生物炭或权利要求7或8所述的复合体或利用权利要求9所述制备方法制备得到的复合体在强化厌氧发酵中的应用，包括提升甲烷产气性能和/或甲烷气体品质。
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