本发明涉及生物工程领域，尤其涉及一种用于秸秆沼气发酵厌氧菌群的培养方法。
背景技术：
目前，秸秆沼气发酵厌氧菌群是一个复杂的菌系，沼气的产生是多种菌群协作共生的产物，包括水解发酵菌、产氢产乙酸菌和产甲烷菌等，厌氧菌的分离、培养操作需要严苛的条件，从分离到制备菌剂需要经历菌种鉴定、生理生化试验、特定底物降解试验、扩增试验、复壮与保存等多个步骤，制备周期长且制备过程比较复杂。所采用的分离纯培养技术手段决定了该方法仅仅能够获得现有技术条件下可纯培养的厌氧菌，不能获得以共生、共代谢等方式存在于厌氧环境中的厌氧微生物，而这部分微生物在环境中占大多数。菌剂的微生物构成比较简单，往往只有一种或几种厌氧菌，难以适应成分复杂的发酵原料的生化处理，不能适应环境多变特点和规模化应用需要。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于秸秆沼气发酵厌氧菌群的培养方法，具有操作简便，易于实现，便于工业化生产的特点。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种用于秸秆沼气发酵厌氧菌群的培养方法，包括以下步骤：
(1)预处理秸秆：将秸秆粉碎后添加秸秆降解菌剂进行降解，在碳氮比为25-30:1，温度28-30℃，含水量65-70％的环境下处理1-3天；
(2)制备厌氧培养基：取上述步骤(1)中预处理后的秸秆8.0-10.0g/L，乙酸钠2.0-4.0g/L，葡萄糖2.0-4.0g/L，NH4Cl 1.0-2.0g/L，MgCl2 0.1-0.2g/L，K2HPO4 0.4-0.6g/L，KH2PO4 0.2-0.3g/L，酵母膏1.0-2.0g/L，半胱氨酸0.2-0.5g/L，生物炭3.0-5.0g/L配制成厌氧培养基；
(3)将沼渣作为菌种接入厌氧发酵系统，加入上述步骤(2)制备的培养基，在35±2℃或53±2℃温度下进行培养，每天监测甲烷产量，分批次进料使得发酵系统高效稳定产气，进料量与出料量保持平衡，培养时间15-20天，获得含有厌氧菌群的菌泥。
进一步地，上述步骤(1)中秸秆降解菌剂的用量为秸秆干基的1-2％。
进一步地，上述步骤(1)中通过添加氮素调整碳氮比，所用氮素为尿素、硫酸铵、氯化铵、硝酸铵中的一种。
进一步地，上述步骤(3)中沼渣为秸秆与消化污泥厌氧联合消化后的底物或秸秆与畜禽粪便厌氧联合消化后的底物。
进一步地，上述步骤(3)中所述沼渣的加入量为厌氧发酵系统有效容积的30-50％。
进一步地，上述步骤(3)中培养基加入量为厌氧发酵系统有效容积的20-30％。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明提供一种用于秸秆沼气发酵厌氧菌群的培养方法，根据秸秆沼气发酵厌氧菌群的生长代谢特征和有机物降解特征，通过预处理的秸秆及采用其配制的培养基模拟和强化秸秆沼气发酵厌氧菌群的生存环境特点，培养基中预处理的秸秆为厌氧水解发酵菌提供碳源，葡萄糖为产氢产乙酸菌群提供碳源，乙酸钠为产甲烷菌群提供碳源，生物炭提供微碱环境并具有富集微生物的能力，将沼渣作为菌种接入厌氧发酵系统，实现沼渣的二次利用，直接通过混合培养的方式，构建一个由不同种类、不同功能的厌氧微生物种群构成的复合微生物生态系统，使得那些不能通过分离纯培养的微生物也能够生长繁殖而获得富集培养，从而增加沼气发酵系统中的厌氧微生物数量，增强微生物代谢活动，改善沼气发酵系统，能够保持系统的产气稳定性，提高沼气产量。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例1
一种用于秸秆沼气发酵厌氧菌群的培养方法，包括以下步骤：
(1)预处理秸秆：将秸秆粉碎至小于等于3cm后添加秸秆降解菌剂进行降解，秸秆降解菌剂的用量为秸秆干基的1％，向上述处理系统内添加尿素调整碳氮比为25:1，在温度28℃，含水量65％的环境下处理3天；
(2)制备厌氧培养基：取上述步骤(1)中预处理后的秸秆8.0g/L，乙酸钠2.0g/L，葡萄糖2.0g/L，NH4Cl 1.0g/L，MgCl2 0.1g/L，K2HPO4 0.4g/L，KH2PO40.2g/L，酵母膏1.0g/L，半胱氨酸0.2g/L，生物炭3.0g/L配制成厌氧培养基；
(3)将秸秆与消化污泥厌氧联合消化后的底物作为沼渣接入厌氧发酵系统，加入量为厌氧发酵系统有效容积的30％，加入上述步骤(2)制备的培养基，培养基加入量为厌氧发酵系统有效容积的20％，在35±2℃温度下进行培养，培养时间15-20天，分批次进料使得发酵系统高效稳定产气，进料量与出料量保持平衡，培养过程中需要定期检测产气量、产气中甲烷含量等指标，得到含有厌氧菌群的菌泥。
实施例2
(1)预处理秸秆：将秸秆粉碎至小于等于3cm后添加秸秆降解菌剂进行降解，秸秆降解菌剂的用量为秸秆干基的2％，向上述处理系统内添加尿素调整碳氮比为28:1，在温度29℃，含水量68％的环境下处理2天；
(2)制备厌氧培养基：取上述步骤(1)中预处理后的秸秆9.0g/L，乙酸钠3.0g/L，葡萄糖3.0g/L，NH4Cl 2.0g/L，MgCl2 0.2g/L，K2HPO4 0.5g/L，KH2PO40.3g/L，酵母膏2.0g/L，半胱氨酸0.3g/L，生物炭4g/L配制成厌氧培养基；
(3)将秸秆与畜禽粪便厌氧联合消化后的底物作为沼渣接入厌氧发酵系统，加入量为厌氧发酵系统有效容积的40％，加入上述步骤(2)制备的培养基，培养基加入量为厌氧发酵系统有效容积的25％，在53±2℃温度下进行培养，培养时间18天，分批次进料使得发酵系统高效稳定产气，进料量与出料量保持平衡，培养过程中需要定期检测产气量、产气中甲烷含量等指标，得到含有厌氧菌群的菌泥。
实施例3
(1)预处理秸秆：将秸秆粉碎至小于等于3cm后添加秸秆降解菌剂进行降解，秸秆降解菌剂的用量为秸秆干基的2％，向上述处理系统内添加尿素调整碳氮比为30:1，在温度30℃，含水量70％的环境下处理3天；
(2)制备厌氧培养基：取上述步骤(1)中预处理后的秸秆10.0g/L，乙酸钠4.0g/L，葡萄糖4.0g/L，NH4Cl 2.0g/L，MgCl2 0.2g/L，K2HPO4 0.6g/L，KH2PO40.3g/L，酵母膏2.0g/L，半胱氨酸0.5g/L，生物炭5g/L配制成厌氧培养基；
(3)将秸秆与消化污泥厌氧联合消化后的底物作为沼渣接入厌氧发酵系统，加入量为厌氧发酵系统有效容积的50％，加入上述步骤(2)制备的培养基，培养基加入量为厌氧发酵系统有效容积的30％，在35±2℃温度下进行培养，培养时间20天，分批次进料使得发酵系统高效稳定产气，进料量与出料量保持平衡。培养过程中需要定期检测产气量、产气中甲烷含量等指标，得到含有厌氧菌群的菌泥。
试验例
小试实验：在对照组和实验组的厌氧发酵过程中分别接种50％秸秆与消化污泥厌氧联合消化后的底物和上述实施例1得到的含有厌氧菌群的菌泥，厌氧发酵原料总固体浓度为(TS)12％，在37℃±1℃下厌氧发酵21天，试验过程中，每天定时测系统的产气量和甲烷含量，实施例1的厌氧菌群能快速适应厌氧发酵新环境，累积产气量较对照组高出28.39％。
中试实验：在100L中试厌氧发酵罐中，采用分批式半连续发酵模式，厌氧发酵原料总固体浓度为(TS)12％，装料量为罐体的80％，37℃±1℃下恒温发酵。试验时长为30天，10天为一个反应阶段，每隔10天出旧料，补入同等量的新料，第二阶段的发酵原料配比与第一阶段相同，接种物均为秸秆与消化污泥厌氧联合消化后的底物，第三阶段的发酵原料中接种物的50％替换为实施例1得到的含有厌氧菌群的菌泥，每天定时测系统的产气量和甲烷含量。第三个阶段的沼气池容产气率平均达到1.1L/L/d，累积产气量较前两个阶段的平均值高出32.46％。
由小试和中试实验可以看出，本发明提供的培养方法获得的厌氧菌群和未经培养的秸秆与消化污泥厌氧联合消化后的底物相比可显著提高产气量，这是因为本发明构建的厌氧菌群由不同种类、不同功能的厌氧微生物种群构成的复合微生物生态系统，使得那些不能通过分离纯培养的微生物也能够生长繁殖而获得富集培养，从而增加沼气发酵系统中的厌氧微生物数量，增强微生物代谢活动，改善沼气发酵系统，能够保持系统的产气稳定性，提高沼气产量。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。