[发明专利]一种耐氨氮丙酸产甲烷菌系的驯化方法

说明书

本发明公开了一种耐氨氮丙酸产甲烷菌系的驯化方法，所述耐氨氮丙酸产甲烷菌系包括丙酸氧化细菌群、互营丙酸氧化菌群、乙酸裂解产甲烷菌群、氢营养型产甲烷菌群及硝化与反硝化菌群，该方法以沼气发酵液为接种物，以丙酸为碳源，以尿素或NH₄Cl为氨氮来源，通过交替提高丙酸浓度及氨氮浓度的方法驯化沼气发酵液得到的耐氨氮丙酸产甲烷菌系，该菌系可长期稳定地在氨氮浓度大于3.0g/L、丙酸浓度大于2.0g/L条件下稳定产气，其产气率大于理论产量的60％，丙酸及乙酸的利用率均大于90％；具有耐冲击性强，生物强化作用稳定性高等优点，可用于解除沼气发酵过程中的氨氮及丙酸的综合抑制，提高沼气发酵性能。

技术领域：

本发明涉及微生物技术领域，具体涉及一种耐氨氮丙酸产甲烷菌系的驯化方法。

背景技术：

在能源短缺及环境污染的双重压力下，既能处理废弃物又能产生可再生能源的沼气产业得到了较快发展，从小规模的户用沼气走向了规模化生产。据统计，全国沼气用户约4300万户，全国规模化沼气工程约10万处，然而，多数沼气池由于无法长期稳定运行而处于闲置状态，大部分沼气工程至今无法盈利。由挥发性有机酸累积导致的酸抑制问题是制约沼气发酵稳定性及经济性的因素之一。

酸抑制或酸败现象在餐厨垃圾、农林废弃物、城市有机垃圾、能源作物等为原料的厌氧发酵过程中常发生。酸抑制是由于厌氧发酵系统上游产酸过程与下游产甲烷过程失衡，中间产物挥发性脂肪酸累积(主要是丙酸，乙酸)，致使发酵系统pH降低，抑制了产甲烷菌的活性，最终导致发酵系统产气能力下降或者发生酸败。氨抑制是由于含氮有机物分解成小分子的氨，其对产甲烷菌具有毒害作用，降低产甲烷菌的活性，最终导致发酵系统产气能力下降。通常的解决方法是宏观上优化运行参数，如降低有机负荷和发酵浓度，使发酵在相对较低的发酵浓度下运行，这就限制了发酵效率。随着生物强化技术在废水处理领域的应用，研究人员开始尝试将其应用到沼气发酵系统中，即人为的添加特定功能的微生物来应对酸抑制或氨抑制，提高发酵系统的稳定性，提高发酵浓度，或恢复酸败系统产气。

虽然，已有关于生物强化技术缓解酸抑制的报道，但是投加功能菌的多为购买的纯培养的针对丙酸降解的互营丙酸氧化细菌，或针对乙酸产甲烷过程的产甲烷古菌，亦或是人为地将几种微生物进行组合制成复合微生物菌剂。这些菌剂的制备技术存在以下问题：第一，厌氧的微生物培养条件苛刻，需要专门厌氧设备及微生物专业技术人员进行培养；第二，纯培养的微生物丙酸氧化细菌或产甲烷菌作为外源投加的菌种很难适应厌氧发酵系统中的复杂环境条件，如低pH，高氨氮浓度等；第三，单一类型的微生物作为生物强化菌剂投加到厌氧发酵体系后很难抵抗土著微生物的竞争并长期地保持生物持有量以发挥强化作用。此外，鉴于氨抑制导致产甲烷菌活性减低，甚至失活，乙酸不能及时被转化成甲烷并发生累积，而丙酸的降解又会受到乙酸的产物抑制，从而导致丙酸累积。因此，为应对氨抑制和酸累积的双重压力，有必要提出一种有效地驯化耐氨氮丙酸产甲烷菌系的方法。

发明内容：

本发明的目的是提供一种耐氨氮丙酸产甲烷菌系的驯化方法，得到的耐氨氮丙酸产甲烷菌系主要包括丙酸氧化细菌群、互营丙酸氧化菌群、乙酸裂解产甲烷菌群、氢营养型产甲烷菌群及硝化与反硝化菌群等，具有耐冲击性强，生物强化作用稳定性高等优点，用于提高沼气发酵性能，解决了厌氧发酵过程中的氨抑制和酸抑制问题。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：