一種應用厭氧幹發酵技術處理水稻秸稈製取生物絮凝劑的方法

2023-11-05 14:19:57

專利名稱：一種應用厭氧幹發酵技術處理水稻秸稈製取生物絮凝劑的方法
技術領域：
本發明涉及農業廢棄物資源化利用，是一種應用厭氧幹發酵技術處理水稻秸杆製取生物絮凝劑的方法，其以水稻秸杆為底物，應用厭氧幹發酵技術進行降解，利用產酸發酵液製取生物絮凝劑，開發利用廉價底物製取生物絮凝劑的新技術。
背景技術：
生物絮凝劑是一類具有生物降解功能的聚合物，由具有這類特殊功能的微生物所分泌的包含多糖、脂類及蛋白質等。由於其對環境的安全及無汙染性，因此受到國內外眾多科研工作者的重視。目前，已廣泛用於處理各類有機廢水及一些特徵化學物質、金屬元素的去除研究。由於製取生物絮凝劑所需要的一些底物，如蔗糖、葡萄糖和果糖等成本過高，導致難於規模化應用及產業化。然而，以往研究者們都研究集中於分離高效的、具有製取絮凝劑功能的微生物，優化培養馴化條件及解析其絮凝機理和化學結構的研究。忽視了尋找新型廉價的替代原料作為製取生物絮凝劑的底物也是有效解決應用這一難題的有效途徑之
O近年來，有一些關於利用其他廉價替代底物替代傳統的培養基生產絮凝劑的報導，如利用作物秸杆、有機廢水及釀酒廢水等作為底物替代碳源製取絮凝劑。但應用厭氧發酵過程生產甲烷的發酵液以及沼液為底物製取生物絮凝劑的研究還未見有報導。對於應用厭氧發酵液製取絮凝劑的研究不僅能深化廢棄物綜合利用的尺度，而且避免沼液無法有效回收導致環境二次汙染，同時也為農業廢棄物綜合資源化利用開闢新的技術途徑。為將來從工藝上調控發酵體系高效產甲烷同時使沼液理化特性適合高效生產生物絮凝劑提供參考。

發明內容
本發明的目的是針對應用厭氧幹發酵技術處理水稻秸杆製取生物絮凝劑。本發明特點是應用厭氧幹發酵技術，以水稻秸杆為底物、濃度為20%進行產酸發酵降解，實現了以廉價底物製取生物絮凝劑的新途徑。本發明是這樣實施的一種應用厭氧幹發酵技術處理水稻秸杆製取生物絮凝劑的方法，其特徵在於步驟為
1)將水稻秸杆處理為3飛釐米段，以初始乾物質濃度(TS)為20%厭氧發酵；
2)在厭氧反氧器內先通入高純氮氣15min以上，驅除厭氧反應器內的溶解氧使體系內氧化還原電位(ORP)低於-250 mV ；
3)採集正常產氣沼氣池的產酸菌群進行富集馴化，以30%的接種量30°C啟動運行厭氧反應器，連續運行80-120天；
4)取厭氧反應器內的發酵液離心10min以上，高溫高壓滅菌後與傳統產絮培養基以體積比I: I混合獲得複合培養基，所述傳統產絮培養基IL中包含葡萄糖10 g、酵母提取物O. 5 g、尿素 O. 5 g、K2HP04 5 g、KH2P04 2 g、MgS04 0. 2 g、NaCl 0. I g、調節 pH7. 0 7. 2 ;
5)在複合培養基中接種產絮菌F+後獲得生物絮凝劑，所述的產絮菌F+是用黑龍江省環境生物技術重點實驗室分離的產絮菌F2 (Rhizobium radiobacter)和F6(Bacillussphaericus)等體積比1:1混合形成的複合產絮菌F+,接種量為8%。本方法中，複合培養基中採用連續運行100天的發酵液，能獲得最佳的產絮效果。本發明利用的降解產酸菌群為穩定運行的半連續發酵沼氣池內沼液，產絮菌為F2+F6以體積比1:1等量混合形成的複合產絮菌F+，此方法可高效利用水稻秸杆發酵液製取生物絮凝劑，實現了廉價底物製取生物絮凝劑，具有廣闊的應用前景，為將來大規模生物絮凝劑的生產應用，實現廢棄物的高值能源轉化提供重要技術參考。



圖I水稻秸杆厭氧幹發酵過程中PH變化情況。圖2水稻秸杆厭氧幹發酵過程中VFA變化情況。圖3不同時期1:1複合培養基絮凝效率及還原糖總量比較。圖4產酸高峰期(幹發酵運行第25天發酵液)發酵液優勢微生物種類。
具體實施例方式一種應用厭氧幹發酵技術處理水稻秸杆製取生物絮凝劑的方法，步驟為
1)將水稻秸杆處理為3飛釐米段，以初始乾物質濃度為20%厭氧發酵；
2)在厭氧反氧器內先通入高純氮氣15min以上，驅除厭氧反應器內的溶解氧使體系內氧化還原電位(ORP)低於-250 mV ；
3)採集正常產氣沼氣池的產酸菌群進行富集馴化，以30%的接種量30°C啟動運行厭氧反應器，連續運行80-120天；
4)取反應器內100天的發酵液9000g離心10 min以上，高溫高壓滅菌後與傳統產絮培養基以體積比1:1混合獲得複合培養基，所述傳統產絮培養基IL中包含葡萄糖10 g、酵母提取物 O. 5 8、尿素0.5 g、K2HP04 5 g、KH2P04 2 g、MgS04 0. 2 g、NaCl 0. I g、調節pH7. 0 7· 2 ；
5)在複合培養基中接種產絮菌F+後獲得生物絮凝劑，所述的產絮菌F+是用黑龍江省環境生物技術重點實驗室分離的產絮菌F2 (Rhizobium radiobacter)和F6(Bacillussphaericus)等體積比1:1混合形成的複合產絮菌F+,接種量為8%。複合產絮菌F+與各時期產酸發酵液與產絮傳統培養基形成的複合培養基混合，經24 h測定絮凝效率，圖4所示100天發酵液形成的複合培養基絮凝率最佳，達92. 45%。厭氧發酵過程中監測pH、揮發性有機酸(VFA)及產絮凝劑的發酵液微生物群落分析,參見圖I、圖2、圖3。應用454焦磷酸通量測序進行細菌群落監測，圖4為產酸高峰期，厭氧發酵裝置運行25天時的發酵液細菌群落多樣性，在門的分類水平上以厚壁菌門(Firmicutes)為主要優勢微生物類群。
權利要求
1.一種應用厭氧幹發酵技術處理水稻秸杆製取生物絮凝劑的方法，其特徵在於步驟為 1)將水稻秸杆處理為3飛釐米段，以初始乾物質濃度為20%厭氧發酵； 2)在厭氧反氧器內先通入高純氮氣15min以上，驅除厭氧反應器內的溶解氧使體系內氧化還原電位低於-250 mV ； 3)採集正常產氣沼氣池的產酸菌群進行富集馴化，以30%的接種量30°C啟動運行厭氧反應器，連續運行80-120天； 4)取厭氧反應器內的發酵液離心10min以上，高溫高壓滅菌後與傳統產絮培養基以體積比1:1混合獲得複合培養基，所述傳統產絮培養基IL中包含葡萄糖10 g、酵母提取物 O. 5 g、尿素 O. 5 g、K2HPO4 5 g、KH2PO4 2 g、MgSO4 0.2 g、NaCl 0.1 g、調節 ρΗ7· 0 7· 2 ; 5)在複合培養基中接種產絮菌F+後獲得生物絮凝劑，所述的產絮菌F+是用黑龍江省環境生物技術重點實驗室分離的產絮菌F2 {Rhizobium radiobac ter )和F6{Badllussphaericus)等體積比I: I混合形成的複合產絮菌F+,接種量為8%。
2.根據權利要求I所述的應用厭氧幹發酵技術處理水稻秸杆製取生物絮凝劑的方法，其特徵在於複合培養基中採用連續運行100天的發酵液，獲得最佳的產絮效果。
全文摘要
一種應用厭氧幹發酵技術處理水稻秸稈製取生物絮凝劑的方法，涉及農業廢棄物資源化利用，將水稻秸稈厭氧發酵，採集正常產氣沼氣池的產酸菌群進行富集馴化，以30%的接種量30℃啟動運行厭氧反應器，連續運行80-120天，取反應器內的發酵液離心10min後、高溫高壓滅菌，以體積比1:1與常規的產絮培養基混合，接種8%的產絮菌，獲得生物絮凝劑，此方法可高效利用水稻秸稈發酵液製取生物絮凝劑，實現了廉價底物製取生物絮凝劑，具有廣闊的應用前景，為將來大規模生物絮凝劑的生產應用，實現廢棄物的高值能源轉化提供重要技術參考。
文檔編號C12R1/41GK102978274SQ20121052316
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月9日 優先權日2012年12月9日
發明者馬放, 趙光, 楊基先, 王哲, 龐長瀧, 趙貞 申請人:哈爾濱工業大學宜興環保研究院