[发明专利]酸化沼气发酵系统恢复产气的复合生物制剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物发酵技术领域，涉及一种酸化沼气发酵系统恢复产气的复合生物制剂及其制备方法，复合生物制剂主要用于因酸化导致的产气减少或停止产气的各种类型沼气发酵系统，可使沼气发酵系统恢复正常产气。

背景技术

沼气发酵系统已经被广泛用于处理各种有机废弃物，并获得较为清洁的沼气能源，最后还可以得到沼渣沼液等有机肥。沼气发酵的原料包括农作物秸秆、畜禽养殖废弃物、轻工业废水废渣、生活有机垃圾、污水污泥等。据相关部门统计，全国累计建成户用沼气池4500万个、大中型沼气工程2.26万处、养殖小区和联户沼气工程1.99万处、秸秆沼气示范工程50处。

然而，据调查，产气不稳定“问题池”或完全停止产气的“报废池”占总户用沼气池或沼气工程的比例较高。这些“问题池”和“报废池”，一部分是因为设计缺陷导致进出料不畅、浮渣结壳、搅拌不正常等；一部分是因为施工和验收不规范导致漏水、漏气等；还有一部分是因为运行管理不科学，导致沼气发酵系统酸化，产气量降低，严重的甚至停止产气。沼气发酵系统酸化的原因较多，例如：（1）进料过多导致有机负荷过高，这种情况多见于餐厨垃圾、果蔬废弃物等易腐性原料的沼气发酵系统；（2）温度骤变导致产甲烷菌失活，当沼气工程的温度控制器出现故障的时候容易出现这种情况；（3）原料中混入有毒物质，这种情况可能发生于城市生活有机垃圾、工业废弃物和污泥等原料的沼气发酵系统。

以上所述造成沼气发酵系统酸化的三种原因，归根结底是水解产酸和产甲烷之间的失衡。大部分生境中的产甲烷菌的生长pH值在近中性范围（6.7～8.0），例如，甲酸甲烷杆菌生长pH值为6.6～7.8，史氏甲烷短杆菌生长pH值为6.9～7.4，巴氏甲烷八叠球菌生长pH值为6.7～7.2，索氏甲烷丝菌生长pH值为7.4～7.8。而且，大部分生境中的产甲烷菌对环境温度的急剧变化较为敏感，容易受到高浓度有机酸、氨氮、长链脂肪酸、硫化物、重金属等物质的抑制。相反，大部分水解产酸菌能够在较低的pH值条件下生长代谢，且对温度变化和抑制物具有较强的耐受能力。因此，当沼气发酵系统进料过多、温度骤变或混入有毒物质时，产甲烷菌受到抑制，沼气发酵系统内的水解产酸产物（H₂、CO₂、乙酸等）不能得到及时消耗，水解产酸和产甲烷之间失衡，从而造成有机酸积累（通常说的酸化），降低pH值，进一步抑制产甲烷菌，最终表现为产气率下降甚至停止产气。

对于酸化的沼气发酵系统，通常的做法是添加大量的石灰、氢氧化钠、氢氧化钾等碱性物质调节pH值以恢复沼气发酵系统产气，但是这些碱性物质的添加会影响发酵剩余物作为肥料的利用。更为重要的是，通常用来监测沼气发酵系统的pH值和产气速率这两个指标，由于具有不可靠性和滞后性，无法作为一种早期预警指标，因此当操作人员发现pH值和产气速率出现显著变化并采取措施前，沼气发酵系统可能已经出现严重的酸化（失稳）。此时，即使添加石灰、氢氧化钠、氢氧化钾等碱性物质调节pH值至中性也不能恢复产气，只能出料或大换料重新接种启动。然而，重新启动不仅需要大量的人力、物力，而且重新启动需要较长时间的驯化才能开始正常产气，这对于需要连续供气的用户来说无疑是很大的损失。因此，有必要开发一种能够快速有效恢复酸化沼气发酵系统产气的恢复剂。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，本发明首先提供一种酸化沼气发酵系统恢复产气的复合生物制剂，复合生物制剂主要用于因酸化导致的产气减少或停止产气的各种类型沼气发酵系统。

另外,本发明还提供一种酸化沼气发酵系统恢复产气复合生物制剂的制备方法，依据本方法分别制作得到液态复合生物制剂和固态复合生物制剂，复合生物制剂主要用于因酸化导致的产气减少或停止产气的各种类型沼气发酵系统，可使已经酸化的沼气发酵系统快速恢复正常产气，无需添加大量的碱性物质或大出料大换料，保证沼气发酵系统的连续稳定产气。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现。

本发明第一，提供一种酸化沼气发酵系统恢复产气的液态复合生物制剂，该制剂含有嗜酸耐酸产甲烷菌、互营乙酸氧化菌和微量元素。

其中，所述的嗜酸耐酸产甲烷菌为Methanobacterium espanolae、Methanobrevibacter acididurans、Methanoregula boonei和Methanosphaerula palustris，四种菌的细胞数量比为（0.5～2）∶（0.5～2）∶（2～4）∶（1～3）。四种菌的基本特征如表1所示。