專利名稱：一種微生物法轉(zhuǎn)化秸稈為甲烷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境生物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用微生物將秸稈轉(zhuǎn)化為甲烷的方法。
背景技術(shù)：
我國生物質(zhì)資源非常豐富、每年可產(chǎn)生各種農(nóng)作物秸稈6億多噸，開發(fā)潛力巨大。 目前我國秸稈資源的利用和處理主要包括將秸稈用作造紙工業(yè)原料、飼料、燃料、直接還田等，但是利用率僅占總量的50%，有一半的秸稈被焚燒和棄置亂堆，其中每年焚燒秸稈產(chǎn)生的熱值相當(dāng)于燃燒5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，不但白白浪費了秸稈資源，還對環(huán)境造成了嚴(yán)重危害。對秸稈資源進行合理有效、環(huán)境友好、多途徑的利用，直接關(guān)系到我國農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。通過微生物代謝將秸稈中的碳水化合物轉(zhuǎn)化為醇類、可燃?xì)怏w等物質(zhì)是近年來國內(nèi)外進行秸稈利用的熱門途徑。然而，目前報道的轉(zhuǎn)化途徑一般都需要進行物理或化學(xué)預(yù)處理，需要消耗能源及產(chǎn)生化學(xué)試劑的二次污染。本發(fā)明涉及的生物轉(zhuǎn)化途徑，不需要對秸稈進行物理或化學(xué)的預(yù)處理，采用純生物的方法進行轉(zhuǎn)化，更加節(jié)能環(huán)保。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用微生物將秸稈轉(zhuǎn)化為甲烷的方法。一種微生物法轉(zhuǎn)化秸稈為甲烷的方法，其特征在于，按照如下步驟進行(1)選取成熟前、成熟期和收獲后的水稻秸稈，粉碎成稻草粉；(2)向培養(yǎng)液中加入稻草粉，混勻，調(diào)節(jié)pH值為5.0，滅菌，接入易脆毛霉菌菌絲， 放入搖床培養(yǎng)，搖床轉(zhuǎn)速為120rpm，溫度為^°C，培養(yǎng)2_3天，得到含丙三醇的發(fā)酵液；(3)將含丙三醇的發(fā)酵液接到含有活性污泥的培養(yǎng)基中，裝入玻璃瓶，在搖床上培養(yǎng)，玻璃瓶的另一端用輸液器連接史式發(fā)酵管，所有的管口都用膠密封，搖床轉(zhuǎn)速140rpm， 溫度35°C，培養(yǎng)池后注意觀察液面變化，通過觀察計算史式發(fā)酵管中液面的變化計算出產(chǎn)生的甲烷的體積。所述培養(yǎng)液的組分為KH2PO4 3g/L、(NH4)2SO4 0. MgSO4 3. lg/L、酒石酸銨 5g/ L、NaCl lg/L、FeSO4 0. lg/L、CoCl2 0. lg/L, ZnSO4 0. lg/L、CuCl2O. lg/L、AlK (S04) 2 IOmg/ L、H3BO4 10mg/L、Na2MO4 10mg/Lo所述含有活性污泥的培養(yǎng)基組分為發(fā)酵基質(zhì)、微量元素溶液、產(chǎn)甲烷活性污泥。
所述微量元素溶液的組分為 CO (NH2) 2 0. 44g/L、KH2PO4 0. 2g/L、NaC14mg/L, Na2MO4 4mg/L、FeCl2 1. lmg/L、MnSO4 1. 2mg/L、MgSO4 0. 4g/L、CaCl24mg/L。 本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過微生物代謝將秸稈中的碳水化合物轉(zhuǎn)化為甲烷， 實現(xiàn)了對秸稈資源進行合理有效、環(huán)境友好、多途徑的利用，有利于農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。本發(fā)明的方法對設(shè)備要求低，操作簡單，具有工業(yè)化應(yīng)用前景。
具體實施例方式下面以具體實施例對本發(fā)明做進一步說明實施例1易脆毛霉對水稻秸稈的液態(tài)發(fā)酵選取成熟前、成熟期和收獲后的水稻秸稈，粉碎成稻草粉；配制培養(yǎng)液，組分為 KH2PO4 3g/L、(NH4)2SO4 0.1%, MgSO4 3. lg/L、酒石酸銨 5g/L、NaCllg/L、FeSO4 0. lg/L、 CoCl2 0. lg/L, ZnSO4 0. lg/L、CuCl2 0. lg/L、AlK (SO4) 210mg/L、H3BO4 10mg/L、Na2MO4 IOmg/ L;向培養(yǎng)液中加入稻草粉5g/L，調(diào)節(jié)pH 5.0，在121°C、0. IMPa下滅菌20min，制成液態(tài)培養(yǎng)基。將易脆毛霉菌絲接種在PDA培養(yǎng)基上，在溫度為下，培養(yǎng)2天。然后，用直徑 5mm打孔器從菌落邊緣打取生長良好的菌絲塊，接到裝有IOOmL液態(tài)培養(yǎng)基的三角瓶中，在溫度為、轉(zhuǎn)速為120rpm的搖床上培養(yǎng)2_3天，抽濾除去菌絲和秸稈，所得液體即為含丙三醇的發(fā)酵液。該菌株在上述的培養(yǎng)條件下，在72h內(nèi)，發(fā)酵成熟前和成熟期水稻秸稈的丙三醇產(chǎn)量明顯高于其它生長期的水稻秸稈，成熟前水稻秸稈的丙三醇產(chǎn)量為1205ppm/g(秸稈)，成熟期水稻秸稈的丙三醇產(chǎn)量為1119ppm/g (秸稈)。實施例2活性污泥對丙三醇的發(fā)酵配制微量元素溶液，組分為CO(NH2)2 0. 44g/L、KH2PO4 0. 2g/L、NaC14mg/L、Na2MO4 4mg/L、FeCl2 1. lmg/L、MnSO4 1. 2mg/L、MgSO4 0. 4g/L、CaCl24mg/L。將19mL含丙三醇的發(fā)酵液、50mL發(fā)酵基質(zhì)、ImL微量元素溶液、30mL產(chǎn)甲烷活性污泥放入150mL的玻璃瓶中，混勻，在搖床上培養(yǎng)，玻璃瓶的另一端用輸液器連接史式發(fā)酵管，發(fā)酵管的球形部位裝有2M的NaOH的飽和NaCl溶液，所有的管口都用膠密封，搖床轉(zhuǎn)速 140rpm，溫度35°C，培養(yǎng)池后注意觀察液面變化，通過觀察計算發(fā)酵管中液面的變化計算出產(chǎn)生的甲烷的體積。計算產(chǎn)甲烷效率(U)，U = KTO/XVrTl(K-累積產(chǎn)甲烷效率，單位為 mLCH4/h ；TO-標(biāo)態(tài)絕對溫度，273K ；X-污泥濃度，單位為Gvss/L ；Vr-反應(yīng)瓶的容積，單位為 L ；Tl-測試時室溫絕對溫度，單位為K)。實驗結(jié)果表明0. 5g秸稈經(jīng)過易脆毛霉發(fā)酵產(chǎn)生的含丙三醇的發(fā)酵液，經(jīng)過產(chǎn)甲烷活性污泥發(fā)酵產(chǎn)生甲烷的效率為0. 038mL/h · (g污泥)。
權(quán)利要求
1.一種微生物法轉(zhuǎn)化秸稈為甲烷的方法，其特征在于，按照如下步驟進行(1)選取成熟前、成熟期和收獲后的水稻秸稈，粉碎成稻草粉；(2)向培養(yǎng)液中加入稻草粉，混勻，調(diào)節(jié)PH值為5.0，滅菌，接入易脆毛霉菌菌絲，放入搖床培養(yǎng)，搖床轉(zhuǎn)速為120rpm，溫度為，培養(yǎng)2_3天，得到含丙三醇的發(fā)酵液；(3)將含丙三醇的發(fā)酵液接到含有活性污泥的培養(yǎng)基中，裝入玻璃瓶，在搖床上培養(yǎng)， 玻璃瓶的另一端用輸液器連接史式發(fā)酵管，所有的管口都用膠密封，搖床轉(zhuǎn)速140rpm，溫度 35°C，培養(yǎng)池后注意觀察液面變化，通過觀察計算史式發(fā)酵管中液面的變化計算出產(chǎn)生的甲烷的體積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種微生物法轉(zhuǎn)化秸稈為甲烷的方法，其特征在于，所述培養(yǎng)液的組分為 KH2PO4 3g/L、(NH4)2SO4 0. HMgSO4 3. lg/L、酒石酸銨 5g/L、NaCl lg/L,FeSO40.lg/L、CoCl2 0. lg/L、ZnSO4 0. lg/L、CuCl2 0. lg/L、AlK(SO4)2 10mg/L、H3BO4 10mg/L、 Na2MO4 10mg/Lo
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種微生物法轉(zhuǎn)化秸稈為甲烷的方法，其特征在于，所述含有活性污泥的培養(yǎng)基組分為發(fā)酵基質(zhì)、微量元素溶液、產(chǎn)甲烷活性污泥。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種微生物法轉(zhuǎn)化秸稈為甲烷的方法，其特征在于，所述微量元素溶液的組分為 CO(NH2)2 0. 44g/L、KH2PO4 0. 2g/L、NaCl 4mg/L、Na2MO4 4mg/L, FeCl2·1.lmg/L、MnSO4 1. 2mg/L、MgSO4 0. 4g/L、CaCl2 4mg/L。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于環(huán)境生物技術(shù)領(lǐng)域的一種利用微生物將秸稈轉(zhuǎn)化為甲烷的方法。該方法采用易脆毛霉菌株將水稻秸稈轉(zhuǎn)化為以丙三醇為主的發(fā)酵產(chǎn)物，再采用產(chǎn)甲烷活性污泥將丙三醇轉(zhuǎn)化為甲烷。本發(fā)明通過微生物代謝將秸稈中的碳水化合物轉(zhuǎn)化為甲烷，實現(xiàn)了對秸稈資源進行合理有效、環(huán)境友好、多途徑的利用，有利于農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。本發(fā)明的方法對設(shè)備要求低，操作簡單，具有工業(yè)化應(yīng)用前景。
文檔編號C12P7/20GK102154375SQ20111002821
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者文湘華, 樊錦艷 申請人:清華大學(xué)