一種秸稈糞便聯(lián)合發(fā)酵制甲烷的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種秸稈糞便聯(lián)合發(fā)酵制甲烷的方法。本發(fā)明提供了一種甲烷發(fā)酵的方法，包括如下步驟：用菌劑發(fā)酵原料，實現(xiàn)甲烷發(fā)酵；所述原料由秸稈、動物糞便和水組成；所述秸稈中的C原子和所述動物糞便的N原子的質(zhì)量比為20?35：1。本發(fā)明的實驗證明，本發(fā)明克服現(xiàn)有的以秸稈為原料的沼氣工程養(yǎng)分配比不合理，缺乏構(gòu)建高效分解微生物群，以及秸稈分解工藝不合理等問題，提供一種農(nóng)作物秸稈和動物糞便聯(lián)合發(fā)酵制備甲烷的方法。該方法實現(xiàn)高效分解酸化，再轉(zhuǎn)入?yún)捬醢l(fā)酵實現(xiàn)高效產(chǎn)沼氣。
【專利說明】
一種秸稈糞便聯(lián)合發(fā)酵制甲烷的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及生物技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種秸桿糞便聯(lián)合發(fā)酵制甲烷的方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]甲烷發(fā)酵是有機物質(zhì)在厭氧條件下分解成小分子的有機酸后，再產(chǎn)生甲烷的過程。人類將這一過程加以控制和工程化形成“甲烷發(fā)酵工程”，或稱“沼氣發(fā)酵工程”。甲烷發(fā)酵工程可以處理由于有機廢棄物帶來的環(huán)境污染的同時，可以獲得清潔能源一沼氣。沼氣的主要成分為甲烷、C02、硫化氫。沼氣經(jīng)過去除C02和硫化氫的提純過程可以轉(zhuǎn)化為甲烷含量達到一定標準的“生物天然氣”。
[0003]甲烷發(fā)酵微生物主要利用的是較小分子的水溶性有機物。因此傳統(tǒng)的甲烷發(fā)酵原料主要包括含有機物的各種廢水、動物糞尿、有機物加工廢渣等。隨著“生物天然氣”提純技術(shù)的成熟，甲烷發(fā)酵工程的目的從以環(huán)境治理為主轉(zhuǎn)移為以能源生產(chǎn)為主。隨之，傳統(tǒng)的甲烷發(fā)酵原料遠遠不能滿足工程發(fā)展的需求。從而秸桿、牧草、甘蔗渣等含纖維素的原料引起人們關(guān)注，出現(xiàn)了多種利用秸桿的沼氣發(fā)酵技術(shù)。但甲烷發(fā)酵微生物不能直接分解利用含纖維素原料，含纖維素原料的轉(zhuǎn)化率和設(shè)備容積產(chǎn)甲烷效率極其不穩(wěn)定。其主要問題在于:
[0004]①秸桿養(yǎng)分單調(diào)，養(yǎng)分配比不合理。微生物分解利用作物秸桿，需要合理的養(yǎng)分配比，尤其C和N的比例以20?35為合理，并且還需要一定的磷元素和微量元素。作物秸桿主成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，這些成分是高碳化合物，秸桿中缺乏氮、磷、及各種微量元素。因此沒有配比合理的營養(yǎng)元素的情況下，無論采用怎樣的發(fā)酵工藝，都得不到較高的秸桿轉(zhuǎn)化率和沼氣產(chǎn)量。
[0005]②缺乏構(gòu)建秸桿高效分解微生物群。秸桿分解不僅要配比合理的養(yǎng)分比例，工程中還需要構(gòu)建高效的分解微生物群，并且需要滿足該群微生物的生長條件。但已有的利用秸桿的沼氣發(fā)酵技術(shù)，在工程中缺乏構(gòu)建高效分解微生物群，因此難以實現(xiàn)秸桿原料的高效分解轉(zhuǎn)化率和高效產(chǎn)氣率。
[0006]③秸桿分解工藝不合理。要達到秸桿高效分解，除了合理的養(yǎng)分配比和高效微生物群，還要滿足適合高效分解微生物群生長的環(huán)境條件和發(fā)酵工藝過程。但已有的秸桿沼氣發(fā)酵工程缺乏能夠最大限度發(fā)揮分解微生物群的優(yōu)化條件和工藝過程。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的一個目的是提供一種甲烷發(fā)酵的方法。
[0008]本發(fā)明提供的方法，包括如下步驟:用菌劑發(fā)酵原料，實現(xiàn)甲烷發(fā)酵；
[0009]所述原料由秸桿、動物糞便和水組成；
[0010]所述原料的c元素和N元素的質(zhì)量比為20-35:1;[0〇11]所述菌劑的活性成分為解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)、解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)、假單胞菌(Pseudomonas sp ?)和枯草芽抱桿菌(Bacillus subtilis)。
[0012]上述方法中，所述原料的C元素和N元素的質(zhì)量比為20:1、25:1或30:1。
[0013] 上述方法中，所述秸桿、所述動物糞便和所述水的質(zhì)量比為1:0.5-1:8-8.5。
[0014] 上述方法中，所述秸桿、所述動物糞便和所述水的質(zhì)量比為1:1:8或1:0.5:8.5。 [〇〇15]上述方法中，所述秸桿為玉米秸桿、小麥秸桿或水稻秸桿。
[0016]上述方法中，所述動物糞便為牛糞便、豬糞便或雞糞便。
[0017]上述方法中，所述秸桿為小于lcm的秸桿顆粒。
[0018]上述方法中，所述秸桿、所述動物糞便、所述水和所述菌劑的質(zhì)量比為所1:0.5-1: 8—8.5:0.001〇
[0019]所述秸桿、所述動物糞便、所述水和所述菌劑的質(zhì)量比為所1:1:8:0.001或1:0.5: 8.5:0.001〇[〇〇20] 所述菌劑為將解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)培養(yǎng)液、解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)培養(yǎng)液、假單胞菌(Pseudomonas sp?)培養(yǎng)液、枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)培養(yǎng)液混勻，得到混合菌液，再將所述混合菌液吸附到載體上，得到菌劑。[〇〇21 ] 所述菌劑中，所述解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)、所述解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)、所述假單胞菌(Pseudomonas sp.)、所述枯草芽抱桿菌(Bacillus subtilis)和所述載體的配比為(25_35)cfu: (25-30)cfu: (20-30) cfu: (15_20)cfu: 1 X 10—4-1 X 10—3g;
[0022] 或，所述解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)、所述解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)、所述假單胞菌(Pseudomonas sp ?)、所述枯草芽抱桿菌(Bacillus subtilis)和所述載體的配比為(25-35)cfu: (25_30)cfu: (20_30)cfu: 20cfu:5X10-4g;
[0023] 或，所述解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)在所述菌劑中的含量為 50000-70000cfu/g；
[0024] 所述解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)在所述菌劑中的含量為 50000-60000cfu/g;
[0025]所述假單胞菌(Pseudomonas sp.)在所述菌劑中的含量為40000-60000cfu/g;
[0026] 所述枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)在所述菌劑中的含量為40000cfu/g。
[0027]上述載體為干稻桿粉碎后過0.4mm的篩子得到的碎草。
[0028]上述菌劑中，所述混合菌液和所述載體的質(zhì)量比為1:10;[〇〇29] 所述混合菌液中各菌的菌落形成單位比為(25-35): (25-30): (20-30): (15-20)。 [〇〇3〇] 或所述混合菌液中各菌的菌落形成單位比為(25-35): (25-30): (20-30): 20。[〇〇31]上述方法中，所述秸桿為玉米秸桿、小麥秸桿或水稻秸桿；[〇〇32]和/或，所述秸桿具體為小于lcm的秸桿顆粒。
[0033]上述方法中，所述動物糞便為牛糞便、豬糞便或雞糞便。
[0034]上述方法中，所述發(fā)酵包括如下步驟:
[0035] 1)將所述菌劑和所述原料混勻，攪拌發(fā)酵，得到分解發(fā)酵體系；[〇〇36]所述攪拌發(fā)酵的條件為攪拌轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分、每小時中攪拌10分鐘后停止50分鐘， 攪拌發(fā)酵36小時，溫度為30°C ;
[0037]2)將所述分解發(fā)酵體系在厭氧發(fā)酵容器中發(fā)酵，實現(xiàn)甲烷發(fā)酵；[〇〇38]所述厭氧發(fā)酵的條件為溫度35°C、時間30天。
[0039]上述方法中，所述解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)為解木聚糖梭菌 (Clostridium xylanolyticum)DSM N0.6555;https://www.dsmz.de)〇
[0040]所述解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)為解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)DSM No ? 15894; https: //www.dsmz ? de) 〇
[0041]所述假單胞菌(Pseudomonas sp ?)為假單胞菌(Pseudomonas sp ? )ACCC N0.11691。
[0042]所述枯草芽抱桿菌(Bacillus subtilis)為枯草芽抱桿菌(Bacillus subtilis) ACCC N0.03189。
[0043]本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于甲烷發(fā)酵的菌劑。
[0044]本發(fā)明提供的用于甲烷發(fā)酵的菌劑，為上述方法中的菌劑。
[0045]本發(fā)明的方法有如下特點:
[0046]①秸桿和動物糞便的優(yōu)化配比:
[0047]秸桿包括玉米秸桿、小麥秸桿、水稻秸桿;糞便包括牛糞、豬糞、雞糞。秸桿粉碎成直徑小于lcm的顆粒，糞便經(jīng)過篩去除直徑大于lcm的大顆粒，經(jīng)過泡水沉淀去除沙粒。秸桿和糞便配比時，將秸桿、糞便和水均勻混合，使原料的干物質(zhì)和水的比例等于1/10,原料的 C/N在20?35范圍。[〇〇48]②高效分解微生物群的構(gòu)建:[〇〇49]在直徑4.2m，深4m，中央設(shè)有垂直的槳葉式攪拌機的水泥池內(nèi)，按上述配比，加入秸桿和糞便制作秸桿分解體系，利用專利“一種秸桿原位腐解菌劑及其應(yīng)用”(專利號:CN 103642721 A)，接種比例為lm3分解體系中加入固體菌劑100g，均勻分撒菌劑，攪拌均勻后， 保持30 °C溫度構(gòu)建以梭狀芽孢桿菌為主體的高效分解微生物群。
[0050]③先兼性厭氧分解，后甲烷發(fā)酵的兩步發(fā)酵工藝[0051 ]將上述分解發(fā)酵體系，溫度控制在30°C，攪拌強度控制在:轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分，在每小時中攪拌10分鐘，停止50分鐘，以提供兼性厭氧條件，以這種條件運行36小時后，將分解發(fā)酵混合液利用螺桿栗打入?yún)捬醢l(fā)酵罐中，發(fā)酵罐溫度保持35°C，液體停留時間為30天，以全混式(CSTR)發(fā)酵工藝進行較晚發(fā)酵。[〇〇52]本發(fā)明的實驗證明，本發(fā)明克服現(xiàn)有的以秸桿為原料的沼氣工程養(yǎng)分配比不合理，缺乏構(gòu)建高效分解微生物群，以及秸桿分解工藝不合理等問題，提供一種農(nóng)作物秸桿和動物糞便聯(lián)合發(fā)酵制備甲烷的方法。該方法將秸桿和動物糞便按最優(yōu)比例配比，利用高效分解微生物群，以兩步發(fā)酵工藝，即將發(fā)酵體系先創(chuàng)造適合菌群分解的兼性厭氧條件進行分解發(fā)酵，實現(xiàn)高效分解酸化，再轉(zhuǎn)入?yún)捬醢l(fā)酵實現(xiàn)高效產(chǎn)沼氣?！揪唧w實施方式】[〇〇53]下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。[〇〇54]下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。[〇〇55]下述實施例中的菌劑制備見公開號為CN 103642721 A專利，活性成分為解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)保藏號DSM No ? 6555(https://www.dsmz ? de)、解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosi lytica)保藏號DSM N0.l5894(https:// www.dsmz ? de)、假單胞菌(Pseudomonas sp ?)保藏號ACCC No ? 11691 (中國農(nóng)業(yè)微生物菌種保藏管理中心(ACCC))、枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)保藏號ACCC N0.03189。[〇〇56] 菌劑為將解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)培養(yǎng)液、解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)、假單胞菌(Pseudomonas sp ?)培養(yǎng)液、枯草芽抱桿菌(Bacillus subtil is)培養(yǎng)液混勾，得到混合菌液，再將所述混合菌液吸附到載體上， 得到菌劑。[〇〇57]實施例1、玉米秸稈和牛糞的聯(lián)合甲烷發(fā)酵 [〇〇58]1、有機物快速腐熟菌劑
[0059]有機物快速腐熟菌劑按照如下方法制備:
[0060]分別培養(yǎng)解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)DSM N0.6555、解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)DSM N0.15894、假單胞菌(Pseudomonas sp.) ACCC N0.11691、枯草芽抱桿菌(Bacillus subtilis)ACCC N0.03189,得到解木聚糖梭菌 (Clostridium xylanolyticum)DSM No? 6555培養(yǎng)液、解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)DSM N0.15894培養(yǎng)液、假單胞菌(Pseudomonas sp.)ACCC N0.11691 培養(yǎng)液和枯草芽抱桿菌(Bacillus subtilis)ACCC N0.03189培養(yǎng)液。[0061 ] 將解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)DSM N0.6555培養(yǎng)液、解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)DSM N0.15894、假單胞菌(Pseudomonas sp.) ACCC N0.11691培養(yǎng)液、枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)ACCC N0.03189培養(yǎng)液混勻，得到混合菌液。
[0062]將干稻稈粉碎后過0.4_的篩子得到的碎草作為載體。[〇〇63]再在100Kg碎草中，邊攪拌邊噴入占碎草質(zhì)量百分含量為10%的混合菌液，將混合菌液吸附到載體上，得到有機物快速腐熟菌劑。
[0064]上述菌劑中，解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)、解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)、假單胞菌(Pseudomonas sp ?)、枯草芽抱桿菌 (8&。;111118 8111^;[118)和載體的配比為25。:[>11:25。:[>11:20。:[>11:20。:[>11:5\10—48;
[0065]其中，解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)在菌劑中的含量為50000cfu/ g;
[0066]解纖維素木聚糖單胞菌(乂71&11；[11101^8〇611111〇8；[17七；^3)在菌劑中的含量為 50000cfu/g；
[0067]假單胞菌(Pseudomonas sp.)在菌劑中的含量為40000cfu/g;
[0068]枯草芽抱桿菌(Bacillus subtil is)在菌劑中的含量為40000cfu/g。[〇〇69] 2、玉米秸稈和牛糞的聯(lián)合甲烷發(fā)酵[〇〇7〇]實施地點:涿州市中國農(nóng)業(yè)大學(xué)科技園產(chǎn)業(yè)沼氣工程平臺60m3全混式；
[0071]發(fā)酵所需組分:玉米秸稈(含水量15%)，牛糞(含水量85%)、上述一獲得的有機物快速腐熟菌劑；[〇〇72]實施方法:分解發(fā)酵池有效容積為50m3，全混式厭氧發(fā)酵罐有效容積為60m3。[〇〇73] 原料配比:5噸玉米秸稈、5噸牛糞和40噸水混勻，得到原料；原料的C和N的比例為 25:1;再向50噸原料中加入5kg上述一獲得的有機物快速腐熟菌劑；
[0074]將秸桿粉碎成直徑小于lcm的顆粒，糞便經(jīng)過篩去除直徑大于lcm的大顆粒，按上述比例將玉米秸桿、牛糞、水和菌劑全部加到有效容積50m3的分解發(fā)酵池中以50轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速(旋轉(zhuǎn)半徑2m)攪拌30分鐘混合均勻后，溫度控制在30 °C，攪拌強度控制在:轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/ 分，在每小時中攪拌10分鐘，停止50分鐘，以提供兼性厭氧條件，以這種條件運行36小時后， 分解發(fā)酵體系的40 %干物質(zhì)變成水溶性，60 %干物質(zhì)保持懸浮狀態(tài)，得到分解發(fā)酵混合液。 [〇〇75]將上述分解發(fā)酵混合液利用螺桿栗打入60m3厭氧發(fā)酵罐中，發(fā)酵罐溫度保持35 °C，液體停留時間為30天，以全混式(CSTR)發(fā)酵工藝進行甲烷發(fā)酵，得到發(fā)酵產(chǎn)物。[〇〇76]以干物質(zhì)損失法(詳見文獻:袁旭峰，高瑞芳，李培培等。復(fù)合菌系MCI預(yù)處理對玉米秸桿厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷效率的提高，2011，9(27): 266-270)檢測發(fā)酵產(chǎn)物1L中剩余干物質(zhì)， 計算轉(zhuǎn)化率=(發(fā)酵前1L中干物質(zhì)量-發(fā)酵后1L中干物質(zhì)量)/發(fā)酵前1L中干物質(zhì)量)X 100%〇[〇〇77]結(jié)果秸桿+牛糞干物質(zhì)轉(zhuǎn)化率大于50%，每日產(chǎn)沼氣量達到90m3以上。
[0078]實施例2、小麥秸桿和豬糞的聯(lián)合甲烷發(fā)酵[〇〇79]1、有機物快速腐熟菌劑[〇〇8〇]有機物快速腐熟菌劑按照如下方法制備:[0081 ] 分別培養(yǎng)解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)DSM N0.6555、解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)DSM N0.15894、假單胞菌(Pseudomonas sp.) ACCC N0.11691、枯草芽抱桿菌(Bacillus subtilis)ACCC N0.03189,得到解木聚糖梭菌 (Clostridium xylanolyticum)DSM No? 6555培養(yǎng)液、解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)DSM N0.15894培養(yǎng)液、假單胞菌(Pseudomonas sp.)ACCC N0.11691 培養(yǎng)液和枯草芽抱桿菌(Bacillus subtilis)ACCC N0.03189培養(yǎng)液。
[0082] 將解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)DSM N0.6555培養(yǎng)液、解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)DSM N0.15894、假單胞菌(Pseudomonas sp.) ACCC N0.11691培養(yǎng)液、枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)ACCC N0.03189培養(yǎng)液混勻，得到混合菌液。[〇〇83]將干稻桿粉碎后過0.4mm的篩子得到的碎草作為載體。[〇〇84]再在100Kg碎草中，邊攪拌邊噴入占碎草質(zhì)量百分含量為10%的混合菌液，將混合菌液吸附到載體上，得到有機物快速腐熟菌劑。
[0085]上述菌劑中，解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)、解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)、假單胞菌(Pseudomonas sp.)、枯草芽抱桿菌 (13已。;[11118 811131:;[118)和載體的配比為35。;1^1:30。;1^1:30。;1^1:20。;1^1:5\10—4區(qū)；
[0086]其中，解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)在菌劑中的含量為70000cfu/ g;
[0087]解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)在菌劑中的含量為 60000cfu/g；
[0088]假單胞菌(Pseudomonas sp.)在菌劑中的含量為60000cfu/g;
[0089]枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)在菌劑中的含量為40000cfu/g。
[0090]2、小麥秸桿和豬糞的聯(lián)合甲烷發(fā)酵
[0091]實施地點:涿州市中國農(nóng)業(yè)大學(xué)科技園產(chǎn)業(yè)沼氣工程平臺60m3全混式
[0092]發(fā)酵所需組分:小麥秸桿(含水量12%)，豬糞(含水量88%)，上述1制備的有機物快速腐熟菌劑；[〇〇93]實施方法:分解發(fā)酵池有效容積為50m3，全混式厭氧發(fā)酵罐有效容積為60m3。[〇〇94] 原料配比:5噸小麥秸桿、5噸豬糞和40噸水混勻，得到原料；原料的C和N的比例為 30:1；[〇〇95]再向50噸原料中加入5kg上述1制備的有機物快速腐熟菌劑；
[0096]將秸桿粉碎成直徑小于lcm的顆粒，糞便經(jīng)過篩去除直徑大于lcm的大顆粒，按上述比例將玉米秸桿、牛糞、水和菌劑全部加到有效容積50m3的分解發(fā)酵池中以50轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌30分鐘混合均勻后，溫度控制在30°C，攪拌強度控制在:轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分，在每小時中攪拌10分鐘，停止50分鐘，以提供兼性厭氧條件，以這種條件運行36小時后，分解發(fā)酵體系的40 %干物質(zhì)變成水溶性，60 %干物質(zhì)保持懸浮狀態(tài)，得到分解發(fā)酵混合液。[〇〇97]將上述分解發(fā)酵混合液利用螺桿栗打入60m3厭氧發(fā)酵罐中，發(fā)酵罐溫度保持35 °C，液體停留時間為30天，以全混式(CSTR)發(fā)酵工藝進行甲烷發(fā)酵，得到發(fā)酵產(chǎn)物。
[0098]以干物質(zhì)損失法檢測發(fā)酵產(chǎn)物1L中剩余干物質(zhì)，計算轉(zhuǎn)化率=(發(fā)酵前1L中干物質(zhì)量-發(fā)酵后1L中干物質(zhì)量)/發(fā)酵前1L中干物質(zhì)量)X 100%。[〇〇99]結(jié)果秸桿+豬糞干物質(zhì)轉(zhuǎn)化率大于45%，每日產(chǎn)沼氣量達到80m3以上。
[0100]實施例3、水稻秸桿和雞糞的聯(lián)合甲烷發(fā)酵
[0101]1、有機物快速腐熟菌劑
[0102]有機物快速腐熟菌劑按照如下方法制備:
[0103]分別培養(yǎng)解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)DSM N0.6555、解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)DSM N0.15894、假單胞菌(Pseudomonas sp.) ACCC N0.11691、枯草芽抱桿菌(Bacillus subtilis)ACCC N0.03189,得到解木聚糖梭菌 (Clostridium xylanolyticum)DSM No? 6555培養(yǎng)液、解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)DSM N0.15894培養(yǎng)液、假單胞菌(Pseudomonas sp.)ACCC N0.11691 培養(yǎng)液和枯草芽抱桿菌(Bacillus subtilis)ACCC N0.03189培養(yǎng)液。
[0104]將解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)DSM N0.6555培養(yǎng)液、解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)DSM N0.15894、假單胞菌(Pseudomonas sp.) ACCC N0.11691培養(yǎng)液、枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)ACCC N0.03189培養(yǎng)液混勻，得到混合菌液。
[0105]將干稻桿粉碎后過0.4_的篩子得到的碎草作為載體。
[0106]再在100Kg碎草中，邊攪拌邊噴入占碎草質(zhì)量百分含量為10%的混合菌液，將混合菌液吸附到載體上，得到有機物快速腐熟菌劑。[〇1〇7] 上述菌劑中，解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)、解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)、假單胞菌(Pseudomonas sp.)、枯草芽抱桿菌 (13已。;[11118 811131:;[118)和載體的配比為25。;1^1:30。;1^1:30。;1^1:20。;1^1:5\10—4區(qū)；
[0108] 其中，解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)在菌劑中的含量為50000cfu/ g;[〇1〇9] 解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)在菌劑中的含量為 60000cfu/g；[〇110] 假單胞菌(Pseudomonas sp.)在菌劑中的含量為60000cfu/g;
[0111]枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)在菌劑中的含量為40000cfu/g。
[0112]2、水稻秸桿和雞糞的聯(lián)合甲烷發(fā)酵
[0113]實施地點:涿州市中國農(nóng)業(yè)大學(xué)科技園產(chǎn)業(yè)沼氣工程平臺60m3全混式
[0114]發(fā)酵所需組分:水稻秸桿(含水量12%)，雞糞(含水量78%)，上述1制備的有機物快速腐熟菌劑；
[0115]實施方法:分解發(fā)酵池有效容積為50m3，全混式厭氧發(fā)酵罐有效容積為60m3。
[0116]原料配比:5.06噸水稻秸桿、2.5噸雞糞和42.5噸水混勻，得到原料;原料的C和N的比例為20:1;
[0117]再向50.06噸原料中加入5kg上述1制備的有機物快速腐熟菌劑；
[0118]將秸桿粉碎成直徑小于lcm的顆粒，糞便經(jīng)過篩去除直徑大于lcm的大顆粒，按上述比例將玉米秸桿、牛糞、水和菌劑全部加到有效容積50m3的分解發(fā)酵池中以50轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌30分鐘混合均勻后，溫度控制在30°C，攪拌強度控制在:轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分，在每小時中攪拌10分鐘，停止50分鐘，以提供兼性厭氧條件，以這種條件運行36小時后，分解發(fā)酵體系的40 %干物質(zhì)變成水溶性，60 %干物質(zhì)保持懸浮狀態(tài)，得到分解發(fā)酵混合液。
[0119]將上述分解發(fā)酵混合液利用螺桿栗打入60m3厭氧發(fā)酵罐中，發(fā)酵罐溫度保持35 °C，液體停留時間為30天，以全混式(CSTR)發(fā)酵工藝進行甲烷發(fā)酵，得到發(fā)酵產(chǎn)物。
[0120]以干物質(zhì)損失法檢測發(fā)酵產(chǎn)物1L中剩余干物質(zhì)，計算轉(zhuǎn)化率=(發(fā)酵前1L中干物質(zhì)量-發(fā)酵后1L中干物質(zhì)量)/發(fā)酵前1L中干物質(zhì)量)X 100%，結(jié)果秸桿+雞糞干物質(zhì)轉(zhuǎn)化率大于50%，每日產(chǎn)沼氣量達到90m3以上。
[0121]本發(fā)明也可以按照原料比中的含固率10%，C/N等于35的原則配比，運行條件與上述3個實例相同。
【主權(quán)項】
1.一種甲烷發(fā)酵的方法，包括如下步驟:用菌劑發(fā)酵原料，實現(xiàn)甲烷發(fā)酵；所述原料由秸桿、動物糞便和水組成；所述原料的C元素和N元素的質(zhì)量比為20-35:1;所述菌劑的活性成分為解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)、解纖維素木聚 糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)、假單胞菌(Pseudomonas sp ?)和枯草芽抱桿菌 (Bacillus subtilis)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述原料的C元素和N元素的質(zhì)量比為20: 1、25:1或30:1。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述秸桿、所述動物糞便和所述水的質(zhì) 量比為 1:0.5-1:8-8.5;和/或，所述秸桿、所述動物糞便和所述水的質(zhì)量比具體為1:1:8或1:0.5:8.5。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于:所述秸桿、所述動物糞便、所述水 和所述菌劑的質(zhì)量比為1:0.5-1:8-8.5:0.001;或，所述秸桿、所述動物糞便、所述水和所述菌劑的質(zhì)量比為1:1:8:0.001或1:0.5: 8.5:0.001;或，所述菌劑為將解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)培養(yǎng)液、解纖維素木聚 糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)培養(yǎng)液、假單胞菌(Pseudomonas sp.)培養(yǎng)液、 枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)培養(yǎng)液混勻，得到混合菌液，再將所述混合菌液吸附到 載體上，得到菌劑。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:所述菌劑中，所述解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)、所述解纖維素木聚糖 單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)、所述假單胞菌(Pseudomonas sp.)、所述枯草芽 抱桿菌(Bacillus subtil is)和所述載體的配比為(25_35)cfu: (25-30) cfu: (20_30)cfu: (15_20)cfu: 1 X 10—4-1 X 10—3g;或，所述菌劑中，所述解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)、所述解纖維素木 聚糖單胞菌(Xylanimonas cellulosilytica)、所述假單胞菌(Pseudomonas sp.)、所述枯 草芽抱桿菌(Bacillus subtilis)和所述載體的配比為(25_35)cfu: (25-30)cfu: (20-30) cfu: 20cfu: 5 X 10—4g;或，所述菌劑中，所述解木聚糖梭菌(Clostridium xylanolyticum)在所述菌劑中的含 量為 50000-70000cfu/g;所述解纖維素木聚糖單胞菌(Xylanimonas 〇611111〇8；1171:;[〇3)在所述菌劑中的含量為 50000-60000cfu/g；所述假單胞菌(Pseudomonas sp.)在所述菌劑中的含量為40000-60000cfu/g;所述枯草芽孢桿菌(Bacillus subtil is)在所述菌劑中的含量為40000cfu/g。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于:所述秸桿為玉米秸桿、小麥秸桿 或水稻秸桿；和/或，所述秸桿具體為小于lcm的秸桿顆粒。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的方法，其特征在于:所述動物糞便為牛糞便、豬糞便或雞糞便。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一所述的方法，其特征在于:所述發(fā)酵包括如下步驟:1)將所述菌劑和所述原料混勻，攪拌發(fā)酵，得到分解發(fā)酵體系；2)將所述分解發(fā)酵體系在厭氧發(fā)酵容器中發(fā)酵，實現(xiàn)甲烷發(fā)酵。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:所述攪拌發(fā)酵的條件為攪拌轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分、每小時中攪拌10分鐘后停止50分鐘，攪拌 發(fā)酵36小時，溫度為30 °C;所述厭氧發(fā)酵的條件為溫度35°C、時間30天。10.—種用于甲烷發(fā)酵的菌劑，為權(quán)利要求1-9中任一所述方法中的菌劑。
【文檔編號】C12P39/00GK105969835SQ201610460822
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】崔宗均, 袁旭峰, 朱萬斌, 朱金波, 師力民, 姚建明
【申請人】中農(nóng)綠能（北京）科技有限公司