[发明专利]高有机负荷高温沼气发酵复合菌剂、其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种高有机负荷高温沼气发酵复合菌剂及其制备方法和用途，属于生物发酵技术领域。

背景技术

沼气发酵已被广泛用于处理各种有机废弃物，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，获得较为清洁的沼气能源以及沼渣、沼液等有机肥。据相关部门统计，我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。其中，大部分沼气工程至今无法盈利运行。

德国沼气工程的容积有机负荷较高，一般在2.5-5.0kgVS/(m³.d)，对应的池容产气率为1.3-2.5m³/(m³.d)；而我国沼气工程的容积有机负荷相对较低，一般在1.2-1.5kgVS/(m³.d)，对应的池容产气率仅为0.5-0.6m³/(m³.d)。当日处理原料量相同时，我国的沼气工程规模是德国沼气工程规模的2～3倍；当沼气工程规模相同时，我国沼气工程的日产气量仅为德国沼气工程日产气量的1/4～1/2。

现有沼气工程一般在低有机负荷条件下运行，虽然能够保证沼气发酵系统的稳定，但无法兼顾效率，造成反应器体积资源的浪费，使得工程整体经济性较差。而高有机负荷厌氧发酵系统容易超过系统微生物的最大承受能力，导致大量的微生物停止生长或死亡，从而使系统崩溃、酸化，造成沼气发酵失败，尤其对于果蔬垃圾、农产品加工废弃物、餐厨垃圾等易腐原料的发酵系统。

发明人以餐厨垃圾为原料考察不同有机负荷条件下对沼气发酵池容产气率和稳定性的影响，结果表明，有机负荷升高到5.588kgVS/(m³.d)时，池容产气率最高可达4.41m³/(m³.d)，然而，当有机负荷继续升高时(6.0～8.4kgVS/(m³.d))，沼气发酵系统产生大量挥发性有机脂肪酸，包括乙酸、丙酸、正丁酸、异丁酸、正戊酸、异戊酸，由于遭受严重的挥发性有机酸抑制，尤其是丙酸抑制，池容产气率逐渐显著下降。其中挥发性脂肪酸和丙酸浓度分别最高达到8738mg/L和2864mg/L[Dong Li,Yongming Sun,Yanfeng Guo,Zhenhong Yuan,Yao Wang,Feng Zhen.Continuous anaerobic digestion of food waste and design of digester with lipid removal,Environmental Technology,2013,34:13-14,2135-2143]。在众多挥发性脂肪酸中，乙酸是产甲烷的直接底物，丙酸、正丁酸、异丁酸、正戊酸、异戊酸、2-甲基丁酸需要先氧化为乙酸+CO₂+H₂，才能够被氢营养型产甲烷菌(利用CO₂+H₂产甲烷)和乙酸营养型产甲烷菌(利用乙酸产甲烷)产生甲烷。因此，丙酸、正丁酸、异丁酸、正戊酸、异戊酸、2-甲基丁酸等的氧化降解往往成为高有机负荷沼气发酵过程的限速步骤。因此，提供一种可氧化降解挥发性脂肪酸的菌剂，从而提高高温沼气发酵系统在高有机负荷条件下运行的稳定性是当前研究的热点。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中大量挥发性有机脂肪酸难于被降解，从而影响高温沼气发酵系统在高有机负荷条件下运行的稳定性的问题，提供一种高有机负荷高温沼气发酵复合菌剂，该复合菌剂主要用于强化高温沼气发酵系统中的挥发性脂肪酸(丙酸、正丁酸、异丁酸、正戊酸、异戊酸、2-甲基丁酸等)氧化降解为乙酸+CO₂+H₂，避免挥发性脂肪酸抑制，提高高温沼气发酵系统在高有机负荷条件下运行的稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现。