快速解除丙酸积累的复合菌及其制备方法和应用 |
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| 申请号 | CN201610725109.0 | 申请日 | 2016-08-25 | 公开(公告)号 | CN106085926A | 公开(公告)日 | 2016-11-09 |
| 申请人 | 农业部沼气科学研究所; | 发明人 | 马诗淳; 黄艳; 凡慧; 邓宇; 施国中; 张敏; 王春芳; 尹小波; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了提供快速解除丙酸积累的复合菌的制备方法，该方法包括如下步骤：1)以右旋糖酐 废 水 厌 氧 消化 器出水为原始接种物，以丙酸钠作为 碳 源，进行接种培养至培养物中丙酸降解率达到50‑80％，甲烷含量为30‑50％；2)将步骤1)所得物转移到新鲜培养基培养，并按每ml步骤1)所得物中的培养液，加入如下细菌：Pelotomaculum schinkii 2.5‑5×107个、Pelotomaculum propionicicum1‑2.5×107个、Syntrophobacter wolinii 1‑3×106个、Methanospirillum hungatei 0.4‑1.4×107个、Methanoculleus palmolei 0.5‑1.4×107个、Methanoculleus bourgensis 0.5‑1.4×107个、Methanosarcina barkeri0.5‑2.5×107个、Methanosarcina mazei 1‑3×107个；将步骤2)所得物进行密封培养，即得所述快速解除丙酸积累的复合菌。本发明还提供了上述复合菌在厌氧消化技术中，特别在沼气 发酵 的应用。本发明所得复合菌能快速高效的解除丙酸的积累，大幅提升厌氧消化的效率和 稳定性 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.快速解除丙酸积累的复合菌的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤： |
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| 说明书全文 | 快速解除丙酸积累的复合菌及其制备方法和应用技术领域背景技术[0002] 厌氧消化技术常用于处理有机废物(如城市污水、工业废水和农业废料)。在厌氧消化技术中，有机酸(丙酸、丁酸和乙酸)积累常常导致有机负荷过高和酸化现象，造成厌氧消化工艺运行效率低、稳定性差，严重影响了该技术的广泛应用。 [0003] 丙酸是有机废弃物厌氧转化过程中的一种重要中间产物。丙酸比其它挥发性脂肪酸更加难以降解，原因在于丙酸的降解需要更多的能量和更低的氢分压。这使得丙酸的降解成为影响厌氧消化的效率和稳定性至关重要的问题。因此，获得高效水解丙酸的菌系，快速解除丙酸积累，对提高厌氧消化运行效率和稳定性具有重要的意义。 [0004] 然而，目前所知具有丙酸氧化能力的细菌只有为数不多几类，如Pelotomaculum和Methanospirillum。然而，现有技术中，对丙酸实现完全水解通常需要三个月以上，即使在2013年实现了对水解周期的缩短，但对高浓度丙酸却无法实现很好的水解。 [0005] 因此，亟待寻找能够快速且高效水解丙酸的菌系。 发明内容[0006] 针对现有技术的缺点，本发明的目的之一在于提供快速解除丙酸积累的复合菌的制备方法，该方法包括如下步骤： [0008] 2)将步骤1)所得物转移到新鲜培养基培养，并按每ml步骤1)所得物中的细胞，加入如下细菌： [0009] [0010] 3)将步骤2)所得物进行密封培养，即得所述快速解除丙酸积累的复合菌。 [0011] 丙酸的厌氧氧化反应是一个吸热反应(吉布斯自由能ΔG>0)，不能自发发生。但是，当其与氢营养型的产甲烷菌共培养时，氢营养型产甲烷菌将其产生的氢气转化为甲烷，降低反应体系中的氢分压，此时ΔG<0，丙酸的厌氧氧化过程可以自发进行，这一过程也可称为丙酸的互营氧化。 [0012] 然而，虽然研究人员对上述原理已然知晓，但如何稳定而高效的解除丙酸积累，是一直尚未攻克的难题。 [0013] 本发明的发明人经过大量实验的摸索发现，当将上述细菌进行互配时，可以显著的促进丙酸的积累的解除。如本发明的一个实施例所示，由本发明制备方法所得复合菌可以在启动后11天内便可完全的水解浓度高达15000mg/L的丙酸钠。原因可能在于本发明复合菌系对包含丁酸和乙酸在内的有机酸均有较好的水解功能，从而维持了厌氧发酵的正常运行。但尽管有如此推测，本发明所得的效果依然令人惊讶。 [0014] 优选的，在步骤1)接种时，接种量为1-20％，培养条件为于25-55℃、pH＝6.0-9.0下密封培养。 [0015] 本发明的发明人通过大量的生理生化实验发现，在上述培养条件下所得的效果较好。 [0016] 优选的，步骤1)中，丙酸钠的添加量为1000-15000mg/L。 [0017] 优选的，步骤1)和步骤2)中所用培养基，按每升培养基计，包括1g NH4Cl，1g酵母粉，1g胰蛋白胨，0.5g半胱氨酸盐酸盐，50ml大量元素溶液，10ml微量元素溶液，10ml维生素141，10mg刃天青；所述大量元素每升包括6g KH2PO4，12g NaCl，2g MgCl2·6H2O，1.6g CaCl2·2H2O；所述微量元素溶液每升包括12.8g氨基三乙酸，1.35g FeCl3·6H2O，0.1g MnCl2·4H2O，0.1g CoCl2·6H2O，0.1g ZnCl2，0.025g CuCl2·2H2O，0.01g H3BO3，0.024g Na2MoO4·2H2O，1g NaCl，0.12g NiCl2·6H2O，0.026g Na2SeO3·5H2O。 [0018] 优选的，步骤3)中培养条件为：培养温度为25-55℃，pH为6.0-9.0。 [0019] 本发明的另一个目的在于提供上述方法制备得到的复合菌。 [0020] 本发明的另一个目的在于提供上述复合菌在厌氧消化上的应用，特别是在沼气发酵上的应用。 [0021] 本发明的有益效果：本发明所得复合菌能快速高效的解除丙酸的积累，可以在8天内完全水解浓度为3000mg/L的丙酸钠，对于浓度高达15000mg/L的丙酸钠也可以在11天内完全水解；本发明所得复合菌解除了发酵酸化带来的不利影响，使得厌氧消化的效率和稳定性大为提升。附图说明 [0022] 图1为本发明复合菌对丙酸的水解能力图； [0023] 图2为复合菌群对pH的适应能力图； [0024] 图3为复合菌群对丙酸钠的代谢能力图。 具体实施方式[0025] 下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只是用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。 [0026] 下述实施例中所用的BCTY培养基的配方为：按每升培养基计，由1g NH4Cl，1g酵母粉，1g胰蛋白胨，0.5g半胱氨酸盐酸盐，50ml大量元素溶液，10ml微量元素溶液，10ml维生素141，10mg刃天青；所述大量元素每升包括6g KH2PO4，12g NaCl，2g MgCl2·6H2O，1.6g CaCl2·2H2O；所述微量元素溶液每升包括12.8g氨基三乙酸，1.35g FeCl3·6H2O，0.1g MnCl2·4H2O，0.1g CoCl2·6H2O，0.1g ZnCl2，0.025g CuCl2·2H2O，0.01g H3BO3，0.024g Na2MoO4·2H2O，1g NaCl，0.12g NiCl2·6H2O，0.026g Na2SeO3·5H2O组成。 [0027] 实施例1 [0028] 配制厌氧的BCTY培养液，加入终浓度为3000mg/L的丙酸钠，分装150ml于250ml厌氧瓶中，接种10％(V/V)右旋糖酐废水厌氧消化器出水，密封，40℃静止培养。待丙酸降解率达到80％，甲烷含量为50％左右，按照以下三种方案添加功能菌株(个细胞/ml培养液)： [0029] 方案一：Pelotomaculum schinkii 2.5×107，Pelotomaculum propionicicum 1×107，Syntrophobacter wolinii 1×106，Methanospirillum hungatei 4×106，Methanoculleuspalmolei 5×106，Methanoculleus bourgensis 5×106，Methanosarcina barkeri 5×106，Methanosarcina mazei 1×107。 [0030] 方案二：Pelotomaculum schinkii 4×107，Pelotomaculum propionicicum 1.5×107，Syntrophobacter wolinii 3×106，Methanospirillum hungatei 1.4×107，Methanoculleuspalmolei 1×107，Methanoculleus bourgensis 1×107，Methanosarcina 7 7 barkeri 1.5×10，Methanosarcina mazei 2×10。 [0031] 方案三：Pelotomaculum schinkii 5×107，Pelotomaculum propionicicum 2.5×107，Syntrophobacter wolinii 3×106，Methanospirillum hungatei 1.4×107，Methanoculleuspalmolei 1.4×107，Methanoculleus bourgensis 1.4×107，7 7 Methanosarcina barkeri 2.5×10，Methanosarcina mazei 3×10； [0032] 密封，40℃静止培养，监测丙酸降浓度和甲烷产量，结果见图1。实施例2复合菌群对pH的适应能力 [0033] 配制厌氧的BCTY培养液，加入终浓度为3000mg/L的丙酸钠，分装150ml于250ml厌氧瓶中，接种20％(V/V)右旋糖酐废水厌氧消化器出水，密封，20℃静止培养。待丙酸降解率达到70％，甲烷含量为40％左右，按照以下方案添加功能菌株(个细胞/ml培养液)：Pelotomaculum schinkii 5×107，Pelotomaculumpropionicicum 2.5×107，Syntrophobacter wolinii 3×106，Methanospirillum hungatei 1.4×107，Methanoculleuspalmolei 1.4×107，Methanoculleus bourgensis 1.4×107，Methanosarcina barkeri 2.5×107，Methanosarcina mazei 3×107。 [0034] 密封，20℃静止培养，获得水解丙酸产甲烷复合菌群。将获得的菌群分别接种于pH 6.0，pH 7.0，pH 8.0，pH 9.0的新鲜BCTY培养基中，接种量20％(V/V)，丙酸终浓度为 3000mg/L，监测丙酸浓度和甲烷产量，结果见图2。 [0035] 实施例3复合菌群对丙酸钠的代谢能力 [0036] 配制厌氧的BCTY培养液，加入终浓度为10000mg/L的丙酸钠，分装150ml于250ml厌氧瓶中，接种1％(V/V)右旋糖酐废水厌氧消化器出水，密封，55℃静止培养。待丙酸降解率达到50％，甲烷含量为30％左右，按照以下方案添加功能菌株(个细胞/ml培养液)：Pelotomaculum schinkii 5×107，Pelotomaculumpropionicicum 2.5×107， 6 7 Syntrophobacter wolinii 3×10 ，Methanospirillum hungatei 1.4×10 ，Methanoculleuspalmolei 1.4×107，Methanoculleus bourgensis 1.4×107，Methanosarcina barkeri 2.5×107，Methanosarcina mazei 3×107。 [0037] 密封，55℃静止培养，获得水解丙酸产甲烷复合菌群。将获得的菌群接种于pH 7.0的新鲜BCTY培养基中，接种量1％(V/V)，丙酸终浓度分别为1g/L，3g/L，5g/L，7g/L，10g/L，15g/L，20g/L，30g/L，密封，40℃静止培养，监测培养液中的丙酸相对含量，结果见图3。 [0038] 丙酸相对含量＝监测时发酵液中的丙酸浓度(mg/L)/培养液中的初始丙酸浓度(mg/L)×100％。 |
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