[发明专利]利用异化金属还原菌促进产甲烷菌产甲烷的方法

说明书

 

技术领域

本发明属有机废弃物资源化利用技术领域，涉及一种在处理有机废弃物的同时产甲烷的方法，并且具体地涉及一种利用异化金属还原菌促进产甲烷菌产甲烷的方法。

背景技术

能源、环境与水资源是人类赖以生存的基础。近年来随着化石燃料，特别是石油和天然气使用量的快速增长，触发了全球性的能源危机。此外，化石燃料在使用过程中排放的大量CO₂会引起温室效应，并导致气候变暖。与此同时，化石燃料的开采与使用导致各种生态破坏及环境污染。随着全球气候变化与低碳经济发展的趋势不可避免，开发清洁能源、减少碳排放正成为国际社会各国的新目标，而节能减排也已成为世界经济发展与环境保护的主题之一。

中国作为能源消费大国，新能源的开发利用对国民经济的可持续发展具有重要的意义，随着农村社会经济的迅速发展，农村能源消耗也日益增大。在此背景下，沼气资源作为一项极具应用前景的新能源，其开发利用是解决能源紧张形势下农村能源供应问题的有效举措，其发展日益受到国家的重视。沼气是各种有机物质，在隔绝空气（还原条件），并在适宜的温度、pH值下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。沼气属于二次能源，并且是可再生能源。

在沼气产生过程中：首先由梭菌属、拟杆菌属等细菌将碳水化合物和蛋白质等大分子有机质降解为小分子有机化合物，如葡萄糖、氨基酸等；然后由梭菌属、拟杆菌属及其他细菌（如乳酸菌类、丙酸杆菌属）进一步将水解的产物降解为小分子的醇类、有机酸类、二氧化碳、氢气、氨气等；再然后发酵性细菌把发酵作用所产生的小分子醇类和一些脂肪酸降解为乙酸、甲酸、二氧化碳和氢；最后产甲烷菌利用乙酸、甲酸及二氧化碳和氢产甲烷。在这一过程中，产甲烷菌不能利用小分子有机化合物（如葡萄糖、氨基酸等），也不能利用这类小分子有机化合物在发酵过程中产生的丁酸、丙酸、乳酸及乙醇，从而降低了甲烷的产量及有机物转为甲烷的转化率。

发明内容

为解决产甲烷菌不能利用水解及发酵产生的许多小分子有机化合物（如葡萄糖、氨基酸、丁酸、丙酸、乳酸及乙醇）及现有产甲烷技术中甲烷产量低的技术问题，本发明提出了利用异化还原金属菌催进产甲烷菌产甲烷的方法，它采用如下技术方案：

本发明提供了一种利用异化金属还原菌促进产甲烷菌产甲烷的方法，其特征在于：以厌氧消化污泥、水底沉积物、和/或污水为接种物富集异化金属还原菌；以厌氧消化污泥和/或水底沉积物为接种物筛选富集产甲烷菌；将富集获得的异化金属还原菌离心浓缩，然后与产甲烷菌接种物和厌氧消化污泥按一定的比例混合装入厌氧发酵罐，以有机废弃物为原料发酵产甲烷；

其中异化金属还原菌包括地杆菌属Geobacterspp、希瓦氏菌属Shewanella spp 和Rhodoferax ferrireducens中的一种或多种；

其中离心浓缩的异化金属还原菌的浓度为1×10¹⁰个/mL；

其中离心浓缩的异化金属还原菌、产甲烷菌接种物和厌氧污泥的体积比为3:3:4。

优选地，其中地杆菌属Geobacterspp为Geobacter metallireducens和/或Geobacter sulfurreducens DL1，并且希瓦氏菌属Shewanella spp为Shewanella oneidensis strain MR-1。

优选地，其中以水稻田的沉积污泥为接种物、三氧化二铁为电子受体，乙酸钠为底物富集获得异化金属还原菌。

优选地，其中以海底沉积物为接种物接种微生物燃料电池，乙酸钠为底物富集获得异化金属还原菌。

优选地，其中以厌氧消化污泥为接种物、三氧化二铁为电子受体，乙酸钠为底物富集获得异化金属还原菌。

优选地，其中以厌氧消化污泥为接种物、葡萄糖为底物富集筛选获得产甲烷菌。