[发明专利]一种提高厌氧产甲烷效率的方法

说明书

本发明公开了一种提高厌氧产甲烷效率的方法，厌氧培养体系中在以碳原子数为2～5的短链脂肪酸作为电子供体、以纳米二氧化钛作为电子穿梭体，其中，上述短链脂肪酸在培养基中的终浓度为8～35mM，上述纳米二氧化钛为锐钛矿型且亲水的纳米二氧化钛，且其在培养基中的终浓度为4～6g/L。本发明通过添加廉价的纳米二氧化钛，充分利用其所提供的微生物附着面和导电性，强化种间直接电子传递过程，相比种间H₂传递和种间甲酸传递过程，效率更高；同时也节约了用于生长微生物纳米导线的碳元素，从而将更大比例的碳素流向甲烷，提高了底物经济性。

技术领域

本发明属于甲烷生物生产技术领域，具体涉及一种提高厌氧产甲烷效率的方法。

背景技术

环境与能源一直是人类生存和发展的两大难题，随着化石能源的大量消耗以及由此引发的一系列环境问题，使得研究者将注意力转向厌氧产甲烷过程。在对生物资源的利用和废弃物的处理方面，厌氧产甲烷过程可以使得有机废水、畜禽废水、餐厨垃圾等得到充分利用与降解，最终产生可被利用的气体燃料，沼液和沼渣还是很好的有机肥料。在当前传统能源短缺、我国经济转型阶段，厌氧产甲烷技术具有巨大的发展潜力。

厌氧生物处理是一个多种群微生物协同作用的结果，从复杂有机物的水解酸化到产氢产乙酸过程，再到最终产物甲烷，涉及物质与能量的流动、氧化还原反应及物种间的电子传递过程。而其中互营菌与产甲烷菌之间的电子传递过程被认为是整个过程的关键环节，该过程若进行不畅，将会导致有机酸积累，导致发酵过程缓慢和产甲烷效率低下，严重时甚至导致整个反应系统不可逆的崩溃。因此，平衡好互营菌与产甲烷的相互作用关系是决定厌氧产甲烷过程高效稳定运行的核心。

最新的研究表明，互营菌和产甲烷菌能够通过种间直接电子传递的方式进行，该方式能够克服较早发现的种间H₂传递和种间甲酸传递易受扩散速率限制和搅拌影响的缺陷，同时可以借助纳米导线/细胞色素等进行长程的电子传递。基于此，可以通过外源添加纳米材料行驶纳米导线/细胞色素的作用，从而介导种间直接电子传递过程，最终取得人为影响微生物厌氧产甲烷过程的效果。这将会改善目前厌氧产甲烷过程速率缓慢，厌氧发酵周期过长的弊端，从而实现厌氧消化的高效和快速运行。

综上所述，迫切需要开发一种通过影响种间电子传递过程，最终实现产甲烷效率提高的技术，无论是对于工业生产应用还是科学研究，都具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种提高厌氧产甲烷效率的方法。

本发明的技术方案如下：

一种提高厌氧产甲烷效率的方法，厌氧培养体系中在以碳原子数为2～5的短链脂肪酸作为电子供体、以纳米二氧化钛作为电子穿梭体，其中，上述短链脂肪酸在培养基中的终浓度为8～35mM，上述纳米二氧化钛为锐钛矿型且亲水的纳米二氧化钛，且其在培养基中的终浓度为4～6g/L。

在本方发明的一个优选实施方案中，所述短链脂肪酸为乙酸。

进一步优选的，所述短链脂肪酸在培养基中的浓度为25～35mM。

在本方发明的一个优选实施方案中，所述短链脂肪酸为丁酸。

进一步优选的，所述短链脂肪酸在培养基中的浓度为8～15mM。

在本方发明的一个优选实施方案中，所述纳米二氧化钛的粒径为80～120nm。

在本方发明的一个优选实施方案中，所述厌氧培养体系在33℃下避光静置培养。

本发明的有益效果是：