本发明属于农业废弃物资源化利用，具体涉及一种生物炭-功能菌剂复合物、生物炭-功能菌剂复合体和强化厌氧发酵的方法。
背景技术：
1、秸秆厌氧发酵的过程即微生物利用秸秆中的复杂有机化合物（如碳水化合物、蛋白质、类脂类）作为底物，将其水解为简单有机化合物（如糖、氨基酸、长链脂肪酸），再发酵产酸（脂肪酸、醇类），产氢产乙酸，最终产甲烷的过程。厌氧发酵是处理秸秆同时生产沼气的常用技术之一，沼气经过提纯后制备的生物天然气甲烷浓度达97%以上（gb 17820-2018），可以并入天然气管网，满足天然气的供应要求。因此，将秸秆高效转化为生物天然气，成为可以替代传统化石燃料的清洁能源，具有保护环境和固碳减排的多重意义。
2、但是，由于厌氧发酵过程中产生的中间产物如有机酸对厌氧发酵过程易产生抑制，降低了厌氧发酵的沼气产量和甲烷的产量，且可能造成系统失稳，导致反应体系崩溃，影响秸秆转化效率，增加成本支出，因此，找到一种可强化厌氧发酵的方法成为迫切需求。
技术实现思路
1、本发明提供了一种生物炭-功能菌剂复合物、生物炭-功能菌剂复合体和强化厌氧发酵的方法，可以提高沼气的产量和沼气中甲烷的含量。
2、为了解决上述问题，本发明提供了以下技术方案：
3、本发明提供了一种生物炭-功能菌剂复合物，包括生物炭和所述生物炭负载的功能菌剂；所述功能菌剂包括嗜氢产甲烷菌；所述嗜氢产甲烷菌包括产甲烷短杆菌（ methanobrevibacter）、产甲烷杆菌（ methanobacterium）、产甲烷螺菌（ methanospirillum）、产甲烷球菌（ methanococcus）、产甲烷尾菌（ methanopyrus）和嗜热产甲烷杆菌（ methanothermobacter）中的一种或几种。
4、优选的，所述产甲烷短杆菌（ methanobrevibacter）包括史密斯产甲烷短杆菌（ methanobrevibacter smithii）；所述产甲烷杆菌（ methanobacterium）包括甲酸甲烷杆菌（ methanobacterium formicicum）；所述产甲烷螺菌（ methanospirillum）包括亨氏甲烷螺菌（ methanospirillum hungatei）。
5、优选的，所述生物炭由秸秆生物质原料采用水热炭化方法制备得到。
6、本发明提供了上述技术方案所述生物炭-功能菌剂复合物的制备方法，包括：
7、将所述嗜氢产甲烷菌在培养基中进行培养，得到功能菌剂；
8、将所述功能菌剂与生物炭进行浸渍，得到生物炭-功能菌剂复合物。
9、优选的，所述生物炭与功能菌剂的质量比为1:（1~5）。
10、本发明提供了一种生物炭-功能菌剂复合体，包括上述技术方案所述的生物炭-功能菌剂复合物或上述技术方案所述的制备方法制备得到的生物炭-功能菌剂复合物和包埋剂；所述包埋剂包括明胶、树脂和壳聚糖中的一种或两种以上。
11、优选的，包括：将所述包埋剂与乙酸溶液混合得到包埋溶液；利用所述包埋溶液包埋生物炭-功能菌剂复合物，得到生物炭-功能菌剂复合体。
12、优选的，所述包埋剂和乙酸溶液的质量体积比为1g：（1~5）ml；所述生物炭-功能菌剂混合物和所述包埋剂的质量比为1:（1~10）。
13、本发明提供了一种上述技术方案所述利用生物炭-功能菌剂复合体强化厌氧发酵的方法，包括：
14、将所述生物炭-功能菌剂复合体添加至厌氧发酵反应器中促进厌氧发酵。
15、优选的，所述生物炭-功能菌剂复合体的添加量为厌氧发酵反应器使用容积的1%~10%。
16、本发明的有益效果：本发明提供了一种生物炭-功能菌剂复合物，包括生物炭和所述生物炭负载的功能菌剂；所述功能菌剂包括嗜氢产甲烷菌；所述嗜氢产甲烷菌包括产甲烷短杆菌（ methanobrevibacter）、产甲烷杆菌（ methanobacterium）、产甲烷螺菌（ methanospirillum）、产甲烷球菌（ methanococcus）、产甲烷尾菌（ methanopyrus）和嗜热产甲烷杆菌（ methanothermobacter）中的一种或几种。
17、生物炭因其特殊的多孔结构和表面官能团，具有促进甲烷生成、减轻丙酸抑制、稳定体系的作用，可以减少厌氧发酵过程中中间产物的抑制，加速产甲烷菌的积累，提升厌氧发酵性能。生物炭作为一种生物相容的导电多孔吸附材料，有利于微生物的繁殖和栖息，增加微生物的数量以及活性，同时，由于其拥有大量的醌、氢醌等含氧官能团，能够充当电子穿梭体进而促进微生物的种间电子传递，加快厌氧发酵体系的进行。此外，由于产甲烷菌生长繁殖倍增时间较长，如甲烷丝菌的繁殖倍增时间为4~9d，甲烷八叠球菌的繁殖倍增时间为1d，因此产甲烷阶段是厌氧发酵的关键限速步骤，降低了甲烷的产量，添加特定的嗜氢产甲烷菌可实现强化厌氧发酵产气的目的。
18、本发明的生物炭-功能菌剂复合物耦合生物炭的吸附特性和功能菌剂的生物催化作用，在厌氧发酵过程中促进甲烷产生，提高了甲烷产量和产率，最终提高了沼气产量和沼气中的甲烷含量。
19、本发明还提供了一种生物炭-功能菌剂复合体，将生物炭与培养得到的功能菌剂通过浸渍方法接触和结合，将功能微生物定殖于生物炭上，再通过包埋方法处理，使其固化成形，形成生物炭-功能菌剂复合体。实施例结果表明：本发明制备的生物炭-功能菌剂复合体，提高了甲烷产量和产率。
1.一种生物炭-功能菌剂复合物，其特征在于，包括生物炭和所述生物炭负载的功能菌剂；所述功能菌剂包括嗜氢产甲烷菌；所述嗜氢产甲烷菌包括产甲烷短杆菌（methanobrevibacter）、产甲烷杆菌（methanobacterium）、产甲烷螺菌（methanospirillum）、产甲烷球菌（methanococcus）、产甲烷尾菌（methanopyrus）和嗜热产甲烷杆菌（methanothermobacter）中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的生物炭-功能菌剂复合物，其特征在于，所述产甲烷短杆菌（methanobrevibacter）包括史密斯产甲烷短杆菌（methanobrevibacter smithii）；所述产甲烷杆菌（methanobacterium）包括甲酸甲烷杆菌（methanobacterium formicicum）；所述产甲烷螺菌（methanospirillum）包括亨氏甲烷螺菌（methanospirillum hungatei）。
3.根据权利要求1所述的生物炭-功能菌剂复合物，其特征在于，所述生物炭由秸秆生物质原料采用水热炭化方法制备得到。
4.权利要求1~3任一项所述生物炭-功能菌剂复合物的制备方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述生物炭与功能菌剂的质量比为1:（1~5）。
6.一种生物炭-功能菌剂复合体，其特征在于，包括权利要求1~3任一项所述的生物炭-功能菌剂复合物或权利要求4或5所述的制备方法制备得到的生物炭-功能菌剂复合物和包埋剂；所述包埋剂包括明胶、树脂和壳聚糖中的一种或两种以上。
7.权利要求6所述的生物炭-功能菌剂复合体的制备方法，其特征在于，包括：将所述包埋剂与乙酸溶液混合得到包埋溶液；利用所述包埋溶液包埋生物炭-功能菌剂复合物，得到生物炭-功能菌剂复合体。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述包埋剂和乙酸溶液的质量体积比为1g：（1~5）ml；所述生物炭-功能菌剂混合物和所述包埋剂的质量比为1:（1~10）。
9.一种利用权利要求6所述生物炭-功能菌剂复合体或者权利要求7或8所述制备方法制备得到的生物炭-功能菌剂复合体强化厌氧发酵的方法，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述生物炭-功能菌剂复合体的添加量为厌氧发酵反应器使用容积的1%~10%。