一种沼气工程菌剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于沼气、甲烷等清洁能源应用领域，特别涉及到沼气工程菌剂的制备方法。
【背景技术】
[0002]沼气(生物天然气)是微生物发酵产生的一种以甲烷为主的可燃混合气体。作为清洁能源的重要组成部分，沼气兼具化石能源(特别是天然气)和可再生能源优越性，在美国、英国、德国、法国、瑞典、瑞士等国家实现了商品化和产业化，作为天然气的补充和部分替代。
[0003]目前，中国农村户用沼气池的建设规模和使用量居全球之首，成为中国利用技术最成熟、推广规模最大、效益最突出的可再生能源开发领域之一。而以沼气为纽带的各种类型能源生态模式和工程技术得到了各级政府的大力支持，大中小型沼气工程迅猛发展。沼气工程可以将畜禽粪便、秸杆等各种生物质原料经过厌氧发酵转化为沼气进行供热、发电或提纯为生物天然气，既消除了环境污染又可获得宝贵的可再生能源，减少现代工业对于化石燃料的依赖，因而世界各国对沼气工程建设极为重视。
[0004]目前，全国沼气用户已达到4300万户，规模化沼气工程已发展到10万处。国内沼气工程普遍以畜禽粪便为原料，约占目前沼气生产原料的90%以上，部分解决了规模化养殖场在发展规模化、集约化、标准化养殖过程中大量畜禽粪尿集中处置的难题。
[0005]中国的沼气产业已经初具规模，但在运行中存在以下问题:
(I)许多沼气工程受经济条件的限制，采用的是常温的发酵工艺，冬季也未作任何保温或者增温措施，导致产气率不高，特别是冬季产气量急剧降低，而冬季正是用气量大的时候，对沼气工程声誉造成了负面影响，工程运行效率有待提高。
[0006](2)原料来源单一，绝大部分都是畜禽粪便和农作物秸杆，厌氧发酵速度慢，发酵周期较长，不能满足沼气发电或车用生物天然气等大规模的能源化利用的需求。
[0007]上述问题在很大程度上影响了沼气工程的效益，已成为制约沼气工程健康和可持续发展的因素。
[0008]厌氧发酵过程是一个多种微生物协同参与的生化反应，微生物的菌群结构及代谢类型决定有机物的降解途径及产甲烷效率。功能微生物发酵菌剂的投加可以有针对性、有方向性的引导厌氧反应沿着高效稳定的途径进行。
[0009]专利(201110088983.5)公开了一种东北低温产沼气混合微生物菌剂及其制备方法，由绿色木霉1.4-1.8份，枯草芽孢杆菌1.8-2.3份，恶臭假单胞菌4.1-6.5份，地衣芽孢杆菌1.1-1.5份，产碱杆菌0.1-0.2份的发酵菌液混合而成。
[0010]专利(201110413022.7)公开了一种适用于低温沼气发酵的复合微生物菌剂及其制备方法，由假单胞菌kPseudomorms sp.) CGMCC N0.4764、成团泛菌kPantoeaagglomerans) CGMCC N0.4765 和成团泛菌 ^Pantoea agglomerans)三种菌的发酵液按重量比计，将三种菌分别发酵后的发酵液按1:1:1比例混匀，即为液体剂型。
[0011]专利(201210021688.2)公开了一种沼气干发酵复合菌剂的制备方法，将纤维素分解细菌、蛋白分解细菌、脂肪分解细菌、产氢产乙酸细菌、硫酸盐还原菌和产甲烷古菌组成的复合菌作为接种物，将接种物与发酵底物混合，并调节混合料的水分含量至70~80%，pH值7.0，在35°C ±2°C条件下进行厌氧发酵，发酵60~90天后，获得沼气干发酵复合菌剂。
[0012]专利(201310234786.9)公开了一种低温沼气发酵剂及其制备方法，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组成；混合微生物重量份数组成如下??马氏甲烷球菌DSM10132 5-10份，地下甲烷杆菌DSM11074 6-8份，寒冷产甲烷菌DSM1645810-20份，嗜酸甲烷八叠球菌DSM2834 5_9份，西西里甲烷八叠球菌DSM11916 6-10份，竹节状甲烷鬃菌DSM-17206 8-14份；所述抗氧化剂由下列成分配比而成:半胱氨酸盐酸盐0.1 %?I %，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 %，余量为秸杆粉碎物。
[0013]专利(201310744961.9)公开了一种沼气发酵用功能性生物催化剂及利用催化剂发酵的方法，催化剂包括微生物复合菌剂1-3份；水解酶促进剂100份；矿质养分促进剂61-329份。矿质养分促进剂为微晶化磷矿粉、微晶化沸石粉、微晶化碳酸钙粉、尿素、磷酸盐、膨润土或活性炭中的一种或两种以上。
[0014]专利(201410257058.4)公开了一种稻杆与粪便沼气发酵预处理微生物菌剂，由以下菌种共同组成:灰绿青霉2~8X101Qcfu/g，米根霉2~8X101Qcfu/g，黄孢原毛平革菌2~8X10lclcfu/g，黄曲霉 2~8X10lclcfu/g，螺孢菌 2~8 X 101Qcfu/g。。
[0015]专利(200510077792.3)公开了一种复合菌剂预处理秸杆的沼气发酵方法。所述符合菌剂是由保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的登记入册编号为CGMCC N0.1364的高温单胞菌(，登记入册编号为CGMCC N0.1365的枯草芽孢杆菌(Bacillus sub tilis)，登记入册编号为CGMCC N0.1366的木霉菌(Trichoderma)和中国普通微生物菌种保藏中心1997年版的菌种目录中公开的菌种编号为1.813的地衣芽孢杆菌(ifeci77w5.7icAe/7i/br?i5.)混配而成，所述各组分的重量比为高温单胞菌:枯草芽孢杆菌:木霉菌:地衣芽孢杆菌=9~13: 2-4: 3-4: 2-3 ο
[0016]专利(200810140400.7)公开了一种沼气池用复合微生物菌剂及其制备方法。它是由荧光假单胞菌液0.06-0.15份，蜡质芽孢杆菌液0.04-0.08份，枯草芽孢杆菌液0.06-0.10份和环状芽孢杆菌0.05-0.08份4种微生物发酵液按比例混合而成。
[0017]专利(200810158002.8 )公开了秸杆分解和低温产沼气双功能复合菌剂的应用。所述稻杆分解和低温产沼气双功能复合菌剂，是由焚光假单胞菌iPseudotnonas
錯质芽抱杆菌{Bacillus枯草芽抱杆菌{Bacillus subtil is)和环状芽孢杆菌四种菌的发酵液按如下重量份组成:荧光假单胞菌液6-15份，蜡质芽孢杆菌液4-8份，枯草芽孢杆菌液6-10份，环状芽孢杆菌液5-8份；四种菌的发酵液中有效活菌数分别都在10亿个/毫升以上。
[0018]专利(200910013635.4)公开了一种直接分解农作物秸杆发酵产沼气的专用微生物复合菌剂制备及其应用方法。此专用微生物复合菌剂为液态或固态，由蜡状芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌、环状芽孢杆菌、球状芽孢杆菌、产芽孢梭菌、丙酮丁酸梭菌、巴氏梭菌、拜氏梭菌、热纤梭菌、绿色木霉、瑞氏木霉、黑曲霉中的一株或几株，经发酵培养后，组合复配而成。
[0019]专利(201010178304.9)公开了一种复合微生物菌剂及其应用。该复合微生物菌剂由地衣芽抱杆菌{Bacillus、恶臭假单胞菌iPsoudomorms putidd)、嫩沟肠杆菌CfeieroAacier c/oacae)和粗状假丝酵母valida) 4种菌的发酵液组成。
[0020]专利(201010178313.8)公开了一种复合菌剂及其应用，它是由大肠杆菌{Escherichia, coli)发酵液 I ?3 份，木霉 ijrichoderma virens)发酵液 2 ?3 份，焚光假单胞菌iPseudomorms fluorescens)发酵液I?4份，枯草芽抱杆菌(Bacillussubtil is)发酵液4?6份混合而成。
[0021]专利(201010248279.7)公开了一种用于沼气发酵的复合菌剂。该复合菌剂按重量份数比包括8?15份溶纤维素拟杆菌发酵液、12?20份巴氏芽孢梭菌发酵液、30?45份黑海甲烷袋状菌发酵液及20?50份马氏甲烷八叠球菌发酵液；以上四种菌的发酵液中的有效活菌数均为109个/mL以上。
[0022]以上专利都是分别将各菌种如枯草芽孢杆菌、木霉菌等微生物进行液体放大培养，然后按比例混合，得到菌剂。
[0023]但是，从有机物厌氧发酵到形成甲烷，是非常复杂的过程，不是一种细菌或有限几种微生物所能完成的，是由很多细菌参与联合作用的结果，即需要分解菌群(纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌和脂肪分解菌等梭菌属、拟杆菌属微生物)、产酸菌群(丁酸弧菌属、双岐杆菌属等)、产氢产乙酸菌群(互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆菌属等)和产甲烷菌群(产甲烷八叠球菌、产甲烷丝状菌等)。在厌氧发酵过程中，分解菌群、产酸菌群发酵有机物产h2、co2，4又被甲烷细菌用于还原CO2合成CH4。这些微生物及其所进行的代谢都不是在孤立的环境中单独进行，而是在一个混杂的环境中相互影响。它们之间的互相作用包括有不产甲烷细菌和产甲烷细菌之间的作用，不产甲烷细菌之间的作用和产甲烷菌之间的作用，它们相互依赖，互为对方创造与维持生命活动所需要的良好环境条件，但它们之间又互相制约，在发酵过程中总处于平衡状态。
[0024]此外，国内沼气工程为保证高效产气大多从国外购买商业化的功能微生物菌剂，其价格高昂且存在技术封锁，国内沼气工程正处在快速发展阶段，购买量并不能满足国内逐年增长的需求。而且，国外产品对我国环境中长期的影响，残留菌剂的污水回用对土壤、作物、地下水的影响未经论证。开发适合中国沼气工程厌氧消化特性的功能微生物菌剂对推动我国沼气工程的高效稳定运行意义重大。
【发明内容】
[0025]本发明的目的是提供一种混菌培养，制备出富含分解细菌、产酸细菌和产甲烷菌群的一种沼气工程菌剂及其制备方法。
[0026]本发明的技术方案如下:
一种沼气工程菌剂，主要包括下列微生物..Clostridium beijerincki1、Bacteroidesgraminisol vens > Acetobacterium woodi1.、Kosmo toga olearia、Aminobacteriumcolombiense、Deth1sulfatibacter aminovorans、Methanobrevibacter ruminantium、Methanosaeta harundinacea^ Methanosaeta concili1、Methanolinea tarda。
[0027]本发明还包括-,ClostridiumcelIuloVorans0
[0028]一种沼气工程菌剂的制备方法，其特征是:取一定质量的总固体Ts 0.8%?12%的城市污水处理厂污泥或者沼气工程沼液，在20?35°C或50?55°C下静置培养或20~120rpm震荡培养，添加0.1?3%质量分数的40-200目的白云鄂博铁矿粉，然后每隔I?3天添加质量分数0.4%?1.2%有机废弃物直到培养液pH下降到6.0?6.8，再每隔I?3天添加质量分数1.5%?3.0%有机废弃物，直到培养液辅酶F420荧光分光光度值为20.0?250.0为止，然后所得培养液添加固化剂至水分含量为10%?70%，置于30?50°C干燥I?120小时，即得沼气工程菌剂。
[0029]进一步:加入的有机废弃物为40-100目猪粪、鸡粪、牛粪、餐厨垃圾、剩余污泥、玉米秸杆之一或混合。
[0030]进一步:加入固化剂是20-200目pH调节为7.0的猪粪、鸡粪、牛粪、泥炭、粉煤灰、
聚氨酯泡沫之一或混合。
[0031]进一步:添加的固化剂与所得培养液的质量之比为(I?4):1。
[0032]本发明以污泥或沼液为原料制备沼气工程发酵菌剂，依据厌氧发酵原理和微生物生态学原理，通过培养工艺参数的精确控制，实现污泥或沼液