[发明专利]一种氢营养型产甲烷菌群的富集与驯化方法

说明书

本发明涉及一种用于生产甲烷的氢营养型产甲烷菌群的富集与驯化方法。本发明设计在常温常压条件下运行沼气发酵体系，通过外源加入H2和CO2基质并进行气体循环的驯化方法，促进沼气发酵活性污泥中氢营养型产甲烷菌群的生长与富集。本发明可以有效提升氢营养型产甲烷菌群在产甲烷菌中的含量，并能获得富集了氢营养型产甲烷菌群的沼气发酵活性污泥。

技术领域

本发明涉及一种用于生产甲烷的氢营养型产甲烷菌群的富集与驯化方法，属于沼气发酵微生物技术领域。

背景技术

在沼气发酵过程中，有机物在水解和发酵阶段、产氢产乙酸阶段等两个阶段中产生的氢气（H₂）和二氧化碳（CO₂），能被氢营养型产甲烷菌群代谢生成甲烷（CH₄），沼气中CH₄的产生有28%来源于这一途径，即H₂还原CO₂生成CH₄。

沼气中CH₄含量为60%左右，CO₂含量为35%左右，CO₂含量超过CH₄含量的一半，造成沼气高值化利用的瓶颈，同时CO₂没有得到有效利用，浪费了沼气发酵微生物生长所需的碳源；从H₂还原CO₂生成CH₄这一途径得到启发，若将沼气中的CO₂通过H₂来进行微生物还原，必将有效提升沼气中CH₄的含量，开发生物天然气，促进沼气高值化利用；产甲烷菌可分类为乙酸营养型产甲烷菌（代谢基质为乙酸）、氢营养型产甲烷菌（代谢基质为H₂和CO₂）以及甲基营养型产甲烷菌（代谢基质为甲酸、甲醇及甲胺等），而示踪实验表明沼气发酵微生物体系中的产甲烷菌有70%以上是乙酸营养型产甲烷菌，为了在沼气发酵体系中高效实现H₂还原CO₂生成CH₄，有必要采取方法促进微生物体系中氢营养型产甲烷菌群的生长；因此，本实验设计在常温常压条件下运行沼气发酵体系，通过外源加入H₂和CO₂基质的驯化方法，促进沼气发酵活性污泥中氢营养型产甲烷菌群的代谢生长，以期提升氢营养型产甲烷菌群在产甲烷菌中的含量，并获得富集了氢营养型产甲烷菌群的沼气发酵活性污泥。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于生产甲烷的氢营养型产甲烷菌群的富集与驯化方法。

本发明通过以下技术方案完成：

⑴沼气发酵温度、压力：常温、常压

⑵沼气发酵活性污泥用量：沼气发酵活性污泥用量为沼气发酵反应器容积的50%，剩余反应器体积空间由沼液填充。

⑶代谢基质配料：按照H₂还原CO₂生成CH₄的生化方程式4H₂ + CO₂ → CH₄ + 2H₂O，以H₂:CO₂体积比4:1进行配料，并配1体积的N₂作为微生物生长所需的氮源，每组实验混合气体配料3000mL，其中H₂有2000mL、CO₂有500mL、N₂有500mL。

⑷驯化方法：将配好的混合气体通至湿式储气柜中，此时气柜浮罩上升至3000mL的位置，然后利用气体循环泵将混合气体抽至沼气发酵反应器中，在沼气发酵活性污泥床中反应后又回到气柜中，这样反复进行气体循环，随着反应进行，气柜浮罩不断下降，当浮罩不再下降时表明反应结束。

⑸沼气发酵活性污泥样品总DNA的提取、检测及测序