【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有机废物资源化处理。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。
技术介绍
1、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(ch4)和二氧化碳(co2)组成的可燃沼气。然而，在ad过程产生的沼气中含有高含量的co2(15～60％)，限制了其应用的效率和可持续性。为了利用沼气，需要进行沼气净化以去除co2。目前的沼气净化技术可能会造成0.1～8％的ch4损失，并使沼气生产成本增加20～72％。此外，在吸附介质的再生过程中，co2通常会释放到大气中，加剧了温室气体排放和全球气候变暖。因此，开发基于ad工艺的原位co2利用和ch4增产技术至关重要。
2、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ch4。厌氧消化微生物代谢底物的过程中伴随着能量的产生，其中还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nadh，还原型辅酶i)是一种重要的储能分子。nadh在厌氧消化过程中大量产生，但在传统的厌氧消化过程中往往不能被充分利用。
3、由于碳减排和碳中和的化学原料的重要性，co2转化为甲酸盐受到越来越多的关注。到目前为止，已经合成了各种类型的均相和非均相催化剂，以开发用于从co2和nadh催化生成甲酸。专利cn 111172203a
技术实现思路
1、本专利技术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，本专利技术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co2占比进而提高ch4纯度，同时减少对环境的负面影响。
2、本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
3、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hco3-/co2和微生物代谢过程产生的nadh作为底物，在nadh脱氢酶表达菌的作用下产生大量甲酸，再进一步通过嗜甲酸型古菌转化为ch4，所述方法具体包括以下步骤：
4、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hco3-/co2溶液，孵育3～5天，得到含甲酸的水解酸化浆料；
5、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ch4和co2混合气；
6、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。
7、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、nh4cl 5g/l、k2hpo4 5g/l。
8、优选地，s2步骤中，所述ch4和co2混合气加水洗去ch4中的co2，得到ch4气体和hco3-/co2溶液，并将hco3-/co2溶液加入s1步骤中，循环利用。
9、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。
10、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。
11、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。
12、本专利技术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ch4产量潜力的菌株作为接种菌。通过调节消化底物原料的配比和反应条件，提高了微生物产生nadh的机会。此外，引入了一种剥削nadh的策略，通过调节反应器中的温度、压力和ph，促进nadh与hco3-/co2产生甲酸，nadh减少，然后反馈调节微生物继续产生nadh，实现了对nadh的高效利用剥削。剥削nadh的策略旨在最大程度地利用这一能量储存分子，通过甲酸型产甲烷途径代谢甲酸促进产生ch4(见公式1、2、3、4)，这有助于促进厌氧消化过程中的能源回收，并减少co2的排放。
13、
14、hcooh→hcoo-+h+ (2)
15、hcoo-+h++h2o→ch3oh+co2+h2o (3)
16、ch3oh+辅酶m+辅酶b→ch4+辅酶m-s-s-辅酶b+h2o (4)
17、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。
18、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。
19、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。
20、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。
21、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％。
22、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％。
23、优选地，s1步骤中，所述hco3-/co2溶液每天按照最终浓度5.45～7.26g/l hco3-进行添加；更优选地，所述hco3-/co2溶液每天按照最终浓度7.26g/l hco3-进行添加。
24、本专利技术具有以下有益效果：
25、(1)本专利技术提供了一种创新的方法，利用hco3-/co2和微生物代谢过程产生的nadh作为底物，在nadh脱氢酶表达菌的作用下产生大量甲酸，nadh减少，然后反馈调节微生物继续产生nadh，从而达到消化种群nadh最大程度的剥削。
26、(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。
27、(3)通过甲酸营养型产甲烷途径提高了最终发酵产气中ch4的纯度并本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种剥削NADH提高厌氧消化系统产甲烷效率的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2步骤中，所述CH4和CO2混合气加水吸收CH4中的CO2，得到CH4气体和HCO3-/CO2溶液，并将HCO3-/CO2溶液加入S1步骤中，循环利用。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1步骤中，所述孵育的温度为35～39℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1步骤中，所述孵育的压力＜2kPa。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1步骤中，所述孵育的pH为6.5～7.2。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2步骤中，所述产甲烷古菌为嗜甲酸型古菌或嗜乙酸型古菌中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1步骤中，所述菌液中的细菌选自梭状芽胞杆菌、乳酸杆菌、拟杆菌和假单胞菌中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1步骤中，所述有机底物与菌液的体积比为4～1：1。
9.根据
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1步骤中，所述HCO3-/CO2溶液每天按照最终浓度5.45～7.26g/L HCO3-进行添加。
...【技术特征摘要】
1.一种剥削nadh提高厌氧消化系统产甲烷效率的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s2步骤中，所述ch4和co2混合气加水吸收ch4中的co2，得到ch4气体和hco3-/co2溶液，并将hco3-/co2溶液加入s1步骤中，循环利用。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s1步骤中，所述孵育的温度为35～39℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s1步骤中，所述孵育的压力＜2kpa。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s1步骤中，所述孵育的ph为6.5～7.2。
6.根据权利要...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。