耐熱微生物的快速分離及用于產(chǎn)熱供熱的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬應(yīng)用微生物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及從自然界中篩選分離獲取耐熱微生物類(lèi)的方法和利用耐熱微生物發(fā)酵產(chǎn)熱供熱的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熱能是一類(lèi)重要能源，熱能除了用于發(fā)電、給機(jī)器提供動(dòng)力外，還在農(nóng)業(yè)、人類(lèi)御寒生活中發(fā)揮重要作用，例如，進(jìn)入寒冷的冬季和早春溫室大棚，需要供熱來(lái)維持蔬菜的生長(zhǎng)溫度，地球較高瑋度的地區(qū)進(jìn)入冬季室內(nèi)需要供暖來(lái)保障正常的生活和工作。為獲取熱能保障正常的生產(chǎn)和生活，人類(lèi)目前獲取熱能的主要方式是燃燒煤炭、木材、柴草等，該取暖方式存在溫室氣體二氧化碳排放量大、毒性粉塵顆粒排放量大，被證明是造成霧霾天氣的主要源頭；其次，用空調(diào)、電暖氣等電器將電能轉(zhuǎn)化為熱能，該方式雖然沒(méi)有污染物排放，但存在消耗電能過(guò)大的缺點(diǎn)。為適應(yīng)低排量、低污染的低碳環(huán)保需求，人類(lèi)研發(fā)了太陽(yáng)能熱水器將清潔的光能轉(zhuǎn)化為熱能。面臨著非可再生能源的大量開(kāi)采而逐漸枯竭，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，人類(lèi)迫切需要更多的新能源，需要節(jié)能、綠色、環(huán)保的熱力來(lái)源。
[0003]本發(fā)明利用微生物代謝發(fā)酵產(chǎn)熱的原理，從自然界簡(jiǎn)便、快速地分離到多種類(lèi)型的耐熱微生物，將現(xiàn)代深層液態(tài)發(fā)酵技術(shù)和傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵技術(shù)巧妙結(jié)合，利用耐熱微生物發(fā)酵廉價(jià)易得的工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物進(jìn)行持續(xù)性產(chǎn)熱，并用一套技術(shù)方案將微生物發(fā)酵產(chǎn)生的熱能高效收集并輸出，從而為人類(lèi)生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種耐熱微生物的快速分離及用于產(chǎn)熱供熱的方法，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了從自然界快速、簡(jiǎn)便、低成本獲取多種類(lèi)型的耐熱微生物，利用廉價(jià)易得的工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物作為培養(yǎng)基進(jìn)行生物發(fā)酵而大量持續(xù)性產(chǎn)熱，再收集利用廉價(jià)的微生物發(fā)酵熱能給人類(lèi)生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)供熱，產(chǎn)熱供熱方式綠色環(huán)保。
[0005]一種耐熱微生物的快速分離及用于產(chǎn)熱供熱的方法，其具體的實(shí)現(xiàn)步驟如下: 步驟1、耐熱微生物的分離:從4種地域環(huán)境采集樣本200g置于密封袋中，從上述4
種樣本中各稱(chēng)取I份質(zhì)量的上述樣本分別放入三角瓶，加入5份質(zhì)量的滅菌生理鹽水，加膠塞封口后振蕩混合lmin，置于60°C環(huán)境熱處理45~60 min，吸取上述樣本中間層懸液
0.2-0.6mL，滴于相應(yīng)分離瓊脂培養(yǎng)基平板或斜面上，涂布均勻后，放入密封袋內(nèi)，對(duì)上述4種地域環(huán)境樣本微生物所對(duì)應(yīng)的密封袋內(nèi)分別充入氧氣后密封、充入氧氣后密封、抽除大部分空氣后密封、抽除盡空氣或充入氮?dú)夂竺芊猓糜?2°C培養(yǎng)12~14h，后置于26~30°C培養(yǎng)6~8h，然后再置于54°C培養(yǎng)8~10h，后置于26~30°C培養(yǎng)6~8h，再置于56°C培養(yǎng)3~4h，得耐熱微生物的菌落；所述的4種地域環(huán)境采集的樣本分別為熱帶或亞熱帶低海拔地區(qū)向陽(yáng)坡面林地地表下面5~15cm深度的腐殖質(zhì)性土壤、家畜發(fā)酵床表層下面15~35cm深度的墊料、含嗜熱乳酸鏈球菌的酸乳或奶酪制品、常年使用狀態(tài)中的沼氣池中間層發(fā)酵填料；
步驟2、耐熱微生物的深層液態(tài)發(fā)酵增殖培養(yǎng):用10~20mL的滅菌生理鹽水分別洗脫下上述步驟I分離培養(yǎng)的所有菌落形成菌懸液，將菌懸液接種于相應(yīng)的液體增殖培養(yǎng)基，用深層液體發(fā)酵罐在50~52°c下進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)；發(fā)酵培養(yǎng)所用培養(yǎng)基、發(fā)酵過(guò)程溶氧控制和發(fā)酵終點(diǎn)菌體濃度根據(jù)上述4種不同地域環(huán)境所分離的微生物而不同，對(duì)于從熱帶或亞熱帶低海拔地區(qū)向陽(yáng)坡面林地地表下面5~15cm深度的腐殖質(zhì)性土壤標(biāo)本分離的微生物采用芽孢桿菌-放線(xiàn)菌液態(tài)培養(yǎng)基、強(qiáng)通氣式好氧發(fā)酵培養(yǎng)，當(dāng)菌體濃度達(dá)(4~8) X 19Cfu/mL時(shí)作為發(fā)酵終點(diǎn)，得到芽孢桿菌-放線(xiàn)菌發(fā)酵菌懸液；從家畜發(fā)酵床表層下面15~35cm深度的墊料標(biāo)本分離的微生物采用放線(xiàn)菌液態(tài)培養(yǎng)基、通氣式好氧發(fā)酵培養(yǎng)，當(dāng)菌體濃度達(dá)(3~5) X109cfu/mL時(shí)作為發(fā)酵終點(diǎn)，得到放線(xiàn)菌發(fā)酵菌懸液；從含嗜熱乳酸鏈球菌的酸乳或奶酪制品標(biāo)本分離的乳酸菌培養(yǎng)基、間歇通氣式微好氧發(fā)酵培養(yǎng)，當(dāng)菌體濃度達(dá)(1~3) X 109cfu/mL時(shí)作為發(fā)酵終點(diǎn)，得到乳酸菌發(fā)酵菌懸液；從常年使用狀態(tài)中的沼氣池中間層發(fā)酵填料標(biāo)本分離的微生物采用沼氣細(xì)菌液態(tài)培養(yǎng)基、不通氣厭氧式發(fā)酵培養(yǎng)，當(dāng)菌體濃度達(dá)(6~9) X108cfu/mL時(shí)作為發(fā)酵終點(diǎn)，得到沼氣細(xì)菌發(fā)酵菌懸液；
步驟3、固態(tài)發(fā)酵制熱裝置的建造:首先建造固態(tài)發(fā)酵池，發(fā)酵池可建于地面之上也可建于地面之下，建于地面之上的發(fā)酵池其四壁宜采用防水保溫材料圍砌；發(fā)酵池的底部設(shè)置2條十字交叉的排水溝，上述排水溝的作用是及時(shí)導(dǎo)出滲入發(fā)酵池底部的積水；發(fā)酵池形狀和大小根據(jù)實(shí)際需要可靈活調(diào)整，形狀以圓形為佳，發(fā)酵池深度以100~240cm為宜；發(fā)酵池的中心部位設(shè)置4根空心柱，分別標(biāo)號(hào)為A柱、B柱、C柱、D柱，空心柱的下口端封死，空心柱的上口端設(shè)置活結(jié)和輸液管，在上述每根空心柱上適當(dāng)高度位置處設(shè)置I組軟管接口，所述的軟管接口與空心柱的空腔相通，每組軟管接口的數(shù)量以8~16個(gè)為宜，在每個(gè)軟管接口上安裝空心軟管，所述的空心軟管上開(kāi)有大量滴漏小孔，所述的空心軟管的作用是向發(fā)酵池內(nèi)固態(tài)培養(yǎng)基輸送耐熱微生物發(fā)酵菌懸液或營(yíng)養(yǎng)液或空氣或水蒸氣。依次向發(fā)酵池內(nèi)填入4種固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基，并且在填料過(guò)程中不斷鋪設(shè)導(dǎo)熱管，導(dǎo)熱管的鋪設(shè)方式以同心圓漸開(kāi)式、盤(pán)旋式由下向上交疊鋪設(shè)，上述導(dǎo)熱管的下端管口部分從發(fā)酵池的底部側(cè)壁通過(guò)孔道引出，上述導(dǎo)熱管的上端管口部分從發(fā)酵池的頂部引出，上述導(dǎo)熱管的作用是通過(guò)循環(huán)注入導(dǎo)熱液將發(fā)酵池內(nèi)耐熱微生物發(fā)酵產(chǎn)生的熱能收集并導(dǎo)出供人類(lèi)生活和生產(chǎn)使用；上述導(dǎo)熱管與散熱器相連，散熱器安放在需要加熱升溫的地方；在每層固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)料的中心部位可設(shè)置溫度傳感器，上述溫度傳感器的作用是隨時(shí)監(jiān)控顯示各層固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基內(nèi)的溫度，傳感器可與導(dǎo)熱管的控制閥門(mén)電控關(guān)聯(lián)，通過(guò)設(shè)置發(fā)酵制熱溫度的上限和下限調(diào)控導(dǎo)熱管中導(dǎo)熱液的流動(dòng)狀態(tài)；
步驟4、固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基的配制與裝填:在發(fā)酵池的底部鋪一層軟墊層，所述的軟墊層的材料是干麥秸、干稻秸、干玉米秸、干豆秸、干草、闊葉木樹(shù)葉等材料的其中任意一種或多種組合，厚度以10~15cm為宜；
然后在上述軟墊層上鋪設(shè)沼氣細(xì)菌固態(tài)培養(yǎng)基，所述的沼氣細(xì)菌固態(tài)培養(yǎng)基是豬、牛、羊、兔、雞、鴨、鵝等其中一種動(dòng)物或多種動(dòng)物的糞便經(jīng)過(guò)與適量麥糠或稻殼或食用菌菌糠混合后堆積發(fā)酵后的培養(yǎng)基，其厚度以20~50cm為宜，沼氣細(xì)菌固態(tài)培養(yǎng)基鋪設(shè)后該層培養(yǎng)基上表面高于上述A柱上軟管接口部位3~5cm ；
然后在上述沼氣細(xì)菌固態(tài)培養(yǎng)基上鋪設(shè)乳酸菌固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基，所述的乳酸菌固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基是由45%~50%粉碎蔬菜莖葉、25%~30%粉碎玉米秸桿或甘蔗渣、15%~20%麩皮、2%~3%豆粉或豆柏、0.5%~1%魚(yú)粉、1%~1.5%紅糖或白糖、0.5%磷酸二氫鉀組成，加水調(diào)節(jié)含水量至55%左右，其厚度以20~50cm為宜，乳酸菌固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基鋪設(shè)后該層培養(yǎng)基上表面高于上述B柱上軟管接口部位3~5cm ；
然后在上述乳酸菌固態(tài)培養(yǎng)基上鋪設(shè)放線(xiàn)菌固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基，所述的放線(xiàn)菌固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基是由45%~50%木肩或麥糠或稻殼或食用菌菌糠、25%~30%粉碎玉米秸桿或甘蔗渣、15%~20%麩皮、4~6%玉米粉或小麥粉、1%紅糖或白糖或糖蜜、0.5%豆粉、0.5%磷酸二氫鉀、0.5%硫酸鎂、0.5%硝酸鉀組成，加水調(diào)節(jié)含水量至55%左右，其厚度以25~50cm為宜，放線(xiàn)菌固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基鋪設(shè)后該層培養(yǎng)基上表面高于上述C柱上軟管接口部位3~5cm ;
然后在上述放線(xiàn)菌固態(tài)培養(yǎng)基上鋪設(shè)芽孢桿菌-放線(xiàn)菌固態(tài)培養(yǎng)基，所述的芽孢桿菌-放線(xiàn)菌固態(tài)培養(yǎng)基是由35%~40%木肩或麥糠或稻殼或食用菌菌糠、25%~30%粉碎玉米秸桿或甘蔗渣、15°/r20%麩皮、8~10%玉米粉、2%豆粉、2%紅糖或白糖、1%豆粉、1%磷酸二氫鉀、0.5%硫酸鎂、0.5%硝酸鉀組成，加水調(diào)節(jié)含水量至55%左右，其厚度以25~55cm為宜，芽孢桿菌-放線(xiàn)菌固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基鋪設(shè)后該層培養(yǎng)基上表面高于上述D柱上軟管接口部位2~3cm0上述固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基依次裝填完畢后，用帶刻度的竹竿從發(fā)酵池頂端填料表面打孔，孔的間距為80~100cm為宜，孔的深度以孔低端位于乳酸菌固態(tài)培養(yǎng)基層的中部為宜，然后用草簾或雙層黑色無(wú)紡布覆蓋于發(fā)酵池上；
步驟5、發(fā)酵產(chǎn)熱和熱量輸出利用:當(dāng)需要發(fā)酵供熱時(shí)，分別從上述發(fā)酵池中心部位設(shè)置的A柱、B柱、C柱、D柱通入高溫水蒸氣對(duì)發(fā)酵池內(nèi)的固態(tài)培養(yǎng)基進(jìn)行滅菌，滅菌后當(dāng)溫度降低至55°C左右時(shí)，分別從上述發(fā)酵池中心部位設(shè)置的A柱、B柱、C柱、D柱輸入上述步驟2制備的耐熱微生物液體發(fā)酵菌懸液，其中從A柱輸送入沼氣細(xì)菌液體發(fā)酵菌懸液，從B柱輸送入乳酸菌液體發(fā)酵菌懸液，從C柱輸送入放線(xiàn)菌液體發(fā)酵菌懸液，從D柱輸送入芽孢桿菌-放線(xiàn)菌液體發(fā)酵菌懸液。上述各類(lèi)菌懸液分別通過(guò)與空心柱相連接的I組軟管均勻滲漏進(jìn)入各類(lèi)固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基內(nèi)，各類(lèi)耐熱微生物立即成為生長(zhǎng)繁殖和發(fā)酵代謝優(yōu)勢(shì)菌種，各類(lèi)耐熱微生物幾乎同時(shí)進(jìn)行發(fā)酵