一种剥削NADH提高厌氧消化系统产甲烷效率的方法

技术领域

本发明属于有机废物资源化处理技术领域。更具体地，涉及一种剥削NADH提高厌氧消化系统产甲烷效率的方法。

背景技术

厌氧消化(anaerobic digestion,AD)是一种可持续和生态友好的用于处理有机废物的方法，在可再生能源生产中起着至关重要的作用。AD包括水解、产酸、产乙酸和产甲烷等过程，可将可生物降解的有机物转化为主要由甲烷(CH

厌氧消化微生物在有机废物降解和沼气生成过程中起着关键作用。水解酸化菌负责将复杂有机废物分解为有机酸等中间产物，产甲烷菌则利用这些中间产物生成CH

由于碳减排和碳中和的化学原料的重要性，CO

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有厌氧消化产甲烷技术中甲烷纯度不足，以及厌氧消化微生物代谢过程中产生的NADH未被充分利用的缺陷和不足，提供一种剥削NADH提高厌氧消化系统产甲烷效率的方法，本发明通过一种剥削策略提高NADH利用率，实现更高效的有机废物处理和能源回收，减少发酵气中CO

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种剥削NADH提高厌氧消化系统产甲烷效率的方法，主要是利用HCO

S1.将含有高产NADH和/或高表达NADH脱氢酶细菌的菌液，与有机底物混合，厌氧发酵产生NADH，并加入HCO

S2.将S1步骤所得含甲酸的水解酸化浆料与产甲烷古菌在厌氧条件下混合孵育，产生CH

其中，所述菌液为按照5～10％的细菌量接种到液体培养基进行扩大培养，在35～37℃恒温条件下，厌氧条件下密封培养1～3天，检测微生物生长曲线，当体系微生物生长达到稳定器，即得。

更进一步地，所述液体培养基包括以下浓度的成分：葡萄糖5g/L、胰蛋白胨10g/L、酵母提取物5g/L、NH

优选地，S2步骤中，所述CH

优选地，S1步骤中，所述有机底物为餐厨垃圾、畜禽粪便或农林秸秆等。

进一步地，S1步骤中，所述孵育的温度为35～39℃，压力＜2kPa，pH 6.5～7.2；优选地，所述孵育的温度为37℃，pH为6.8。

优选地，S2步骤中，所述含产甲烷古菌为嗜甲酸型古菌和/或嗜乙酸型古菌，还可以是含有产甲烷古菌的混合物，如来自厌氧消化池的嗜温消化污泥。

本发明优化了厌氧消化微生物的选择，选择具有高NADH产生能力、高NADH脱氢酶表达力和CH

HCOOH→HCOO

HCOO

CH

进一步地，步骤S1中，将有机底物与菌液混合后，充入氮气以保证厌氧环境。

优选地，所述菌液中的细菌包括梭状芽胞杆菌、乳酸杆菌、拟杆菌和假单胞菌中的一种或多种；更优选地，梭状芽胞杆菌：乳酸杆菌：拟杆菌：假单胞菌＝1：1：1：1(w/w)，其中，NADH脱氢酶表达菌为梭状芽胞杆菌、乳酸杆菌。

进一步地，S1步骤中，所述有机底物与菌液的体积比为4～1：1；优选地，所述有机底物与菌液的体积比为4：1。

优选地，S1步骤中，所述有机底物的碳氮比C/N为25～30：1；优选地，所述有机底物的碳氮比C/N为30:1。

优选地，S1步骤中，所述有机底物的总固体含量为2～20％；优选地，所述有机底物的总固体含量为5％。

S2步骤中，所述含产甲烷菌的厌氧污泥总固体含量为20～30％；优选地，所述含产甲烷菌的厌氧污泥中固体含量为25％。

优选地，S1步骤中，所述HCO

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供了一种创新的方法，利用HCO

(2)通过NADH产甲酸避免了部分VFAs产乙酸的需求，从而绕开共生产乙酸菌，提高系统耐酸冲击能力，最终改善厌氧消化系统稳定性和效率。

(3)通过甲酸营养型产甲烷途径提高了最终发酵产气中CH

附图说明

图1为本发明的操作流程示意图，其中1-预处理单元，2-水解酸化反应器，3-厌氧消化反应器，4-发酵气净化单元。

图2为挥发性脂肪酸(VFAs)产量图；(A)为未进行NADH剥削策略产生的挥发性脂肪酸(VFAs)；B为进行NADH剥削策略产生的挥发性脂肪酸(VFAs)。

图3为未进行和进行NADH剥削策略的NADH产量图。

图4为未进行和进行NADH剥削策略的CH

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

以下实施例中的原料来源：

餐厨垃圾取自某大学校园内的食堂，收集的餐厨垃圾的主要成分是淀粉、纤维素和蛋白质等。在使用前，使用破碎机均质化；然后，将预处理的餐厨垃圾在-80℃下储存在自密封袋中，并在使用前在4℃下解冻1天。餐厨垃圾的pH值为5.42±0.24；总固体含量(TS)分别为27.67±1.22％；挥发性固体(VS，以TS计)为90.38±2.11％；C/N为30.56±1.84。

嗜温消化污泥取自广州市某污水处理厂的厌氧消化池。首先通过离心浓缩，然后调节至最终浓度为27g/L总悬浮固体(TSS)。使用前，所有样品均在4℃下储存。剩余活性污泥的主要特征总结如下：pH为6.82±0.18；TS为26.89±1.37％；VS/TS为0.53±0.06％。C/N为：6.57±1.28。

实施例1NADH剥削策略促进甲酸的生成

餐厨垃圾经破碎后作为水解酸化反应器的消化底物；高NADH产生能力和高NADH脱氢酶表达力的细菌，由梭状芽胞杆菌：乳酸杆菌：拟杆菌：假单胞菌组成，按照梭状芽胞杆菌：乳酸杆菌：拟杆菌：假单胞菌＝1：1：1：1(w/w)的菌量接种到液体培养基里，接种量为5％，得到本申请所述菌液。

混匀80％的餐厨垃圾和20％的菌液，加入水解酸化反应器中，每天按照最终浓度7.26g/L HCO

检测水解酸化浆料中挥发性脂肪酸含量，实验结果表明，本发明对促进餐厨垃圾厌氧消化中甲酸产量的效果显著，甲酸产量占总挥发性脂肪酸的35.27±8.14％(见图2(B))。

实施例2 NADH剥削策略促进NADH的充分利用

高NADH产生能力和高NADH脱氢酶表达力的细菌，由梭状芽胞杆菌：乳酸杆菌：拟杆菌：假单胞菌组成，按照梭状芽胞杆菌：乳酸杆菌：拟杆菌：假单胞菌＝1：1：1：1(w/w)的菌量接种到液体培养基里，接种量为5％，得到本申请所述菌液。

混匀80％的餐厨垃圾和20％的菌液，加入水解酸化反应器中，每天按照最终浓度7.26g/L HCO

检测水解酸化浆料中NADH含量，实验结果表明，本发明对促进餐厨垃圾厌氧消化中NADH产量的效果显著，NADH产量达11.43±2.36uM/L，是未添加HCO

实施例3 NADH剥削策略促进CH

本实施例按照图1的操作流程示意图进行操作。首先，需要进行消化处理的餐厨垃圾先在1(预处理单元)使用破碎机均质化，然后将预处理后的餐厨垃圾加入2-水解酸化反应器，并同时加入接种菌(高NADH产生能力和高NADH脱氢酶表达力细菌)和HCO

具体操作如下：

S1.将80％的餐厨垃圾和20％的菌液的混合物，加入水解酸化反应器中，每天按照最终浓度7.26g/L HCO

S2.将S1中50％的水解酸化浆料和50％的嗜温消化污泥的混合物，加入厌氧消化反应器中，停留时间20天，于37℃，120r/min孵育，得CH

S3.将S2得到的CH

检测CH

对比例1

餐厨垃圾经破碎后作为水解酸化反应器的消化底物；高NADH产生能力和高NADH脱氢酶表达力的细菌，由梭状芽胞杆菌：乳酸杆菌：拟杆菌：假单胞菌组成，按照梭状芽胞杆菌：乳酸杆菌：拟杆菌：假单胞菌＝1：1：1：1(w/w)的菌量接种到液体培养基里，接种量为5％，得到本申请所述菌液。

混匀80％的餐厨垃圾和20％的菌液，加入水解酸化反应器中，停留时间3天，于37℃，120r/min孵育，得水解酸化浆料。

检测水解酸化浆料中挥发性脂肪酸含量，与实施例1相比，对比例1不加HCO

对比例2

餐厨垃圾经破碎后作为水解酸化反应器的消化底物；高NADH产生能力和高NADH脱氢酶表达力细菌，由梭状芽胞杆菌：乳酸杆菌：拟杆菌：假单胞菌组成，按照梭状芽胞杆菌：乳酸杆菌：拟杆菌：假单胞菌＝1：1：1：1(w/w)的菌量接种到液体培养基里，接种量为5％，得到本申请所述菌液。

混匀80％的餐厨垃圾和20％的菌液，加入水解酸化反应器中，停留时间3天，于37℃，120r/min孵育，得水解酸化浆料。

检测水解酸化浆料中NADH含量，与实施例2相比，对比例2不加HCO

对比例3

餐厨垃圾经破碎后作为水解酸化反应器的消化底物；高NADH产生能力和高NADH脱氢酶表达力的细菌，由梭状芽胞杆菌：乳酸杆菌：拟杆菌：假单胞菌组成，按照梭状芽胞杆菌：乳酸杆菌：拟杆菌：假单胞菌＝1：1：1：1(w/w)的菌量接种到液体培养基里，接种量为5％，得到本申请所述菌液。

S1.以80％的餐厨垃圾和20％的菌液的混合物启动中的水解酸化反应器，每天按照最终浓度7.26g/L HCO

S2.将S1中50％的水解酸化浆料和50％的嗜温消化污泥的混合物，加入厌氧消化反应器中，停留时间20天，于37℃，120r/min孵育，得CH

S3.将S2得到的CH

检测CH

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。