本发明属于生物质沼气发酵，具体涉及一种电营养型复合菌群与稀土氧化物修饰生物炭协同提高甲烷产量的方法。
背景技术：
1、绿色可再生能源的利用减少了对化石燃料的依赖和温室气体排放并产生经济效益，这正刺激从可持续的非粮食生物质、残留物、副产品和废物中生产能源、产品的举措。沼气发酵技术可将秸秆、畜禽粪便、餐厨垃圾、芒萁等生物质废弃物，经过厌氧消化过程转化为甲烷等清洁能源，是一种成熟的生物质废弃物能源化处理技术。然而，在沼气发酵过程中，由于生物质中有机物含量高导致有机负荷较高时会因挥发酸的积累而酸化，从而抑制产甲烷过程，影响甲烷产量。
2、针对当前沼气发酵酸化抑制以及水解抑制的技术瓶颈，研究人员开发了各种技术，主要在优化沼气工艺参数(如共发酵、水力停留时间、有机负荷等)和改进沼气发酵反应装置方面，存在成本高、工艺不稳定等弊端，并不能从根本上解决酸化抑制问题。此外，在投加功能菌、铁氧化物、生物炭等材料等强化沼气发酵过程方面，由于铁氧化物存在易聚集、结构不稳定、比表面积小，形成的导电网络电子传输不稳定；生物炭存在导电性差、比表面积小等弊端，功能菌群存在稳定性差、活性低等缺点，因而，上述解决方案应用受限。
3、因此，针对上述技术现状，本发明通过制备生物炭功能化技术，提高稀土氧化物氧空位含量和微生物电子传递能力，从而提升生物炭电子储存能力和传输能力，进而增强沼气发酵过程中微生物菌群间的电子传递速率。在沼气发酵过程中，以电营养型复合菌群为接种物，投加稀土氧化物修饰的生物炭，降低秸秆、畜禽粪便、餐厨垃圾、芒萁等废弃生物质沼气发酵挥发酸累积抑制，促进挥发酸快速转化为甲烷，最终提高甲烷产率。本发明可有效解决酸化技术瓶颈，加速有机废弃物的甲烷化速率和保障沼气发酵反应器高效稳定运行。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种电营养型复合菌群与稀土氧化物修饰生物炭协同提高甲烷产量的方法，通过稀土氧化物修饰的生物炭作为电子导线，提高电营养型复合菌群的电子传递效率，加速有机废弃生物质快速降解和转化，从而提高沼气发酵过程的产甲烷速率和甲烷产量。
2、本发明的技术方案如下：
3、本发明的目的在于提供一种电营养型复合菌群与稀土氧化物修饰生物炭协同提高甲烷产量的方法，以有机固体废弃物为原料，以人工构建的电营养型复合菌群为接种物，添加稀土氧化物修饰生物炭进行沼气发酵生成甲烷。
4、进一步地，所述有机固体废弃物为秸秆、畜禽粪便、餐厨垃圾、芒萁中任意一种或多种组合。
5、进一步地，所述电营养型复合菌群以互营杆菌syntrophobacter、地杆菌geobacter、互营菌syntrophus、陶厄氏菌thauera和甲烷鬓毛菌methanosaeta为核心菌种构建而来，其中每个菌种含量为10-30％。
6、进一步地，所述电营养型复合菌群由如下步骤构建而成：
7、在35℃恒温条件下，定期以秸秆、畜禽粪便、餐厨垃圾或芒萁的原料提取物作为碳源，以成分磷酸二氢钾1g/l,磷酸氢二钾0.5g/l和氯化铵0.1g/l作为培养基，置于厌氧发酵罐内培养7d，离心浓缩后保存，制得所述电营养型复合菌群。
8、进一步地，所述电营养型复合菌群构建过程调节ph为7。
9、进一步地，所述稀土氧化物修饰生物炭中含有等量的氧化镧、氧化铈、氧化钕、氧化镨和氧化钇，质量比皆为0.5-20％。
10、进一步地，所述的稀土氧化物修饰生物炭由如下步骤制备而成：
11、将有机固体废弃物经过粉碎、筛分后，取粒径为70-120目的样品2-5g，放入水热反应器中，用水调至固含量为10-20％，经160-200℃反应5-8h后获得的水热炭，经水、乙醇洗涤后冻干备用；
12、取等质量的硝酸镧、硝酸铈、硝酸钕、硝酸镨和硝酸钇，溶于乙醇后，加入所述水热炭，超声1h后烘干，然后在无氧条件下300-1000℃焙烧1-4h，经过水和乙醇洗涤后，冻干保存，制得所述稀土氧化物修饰生物炭。
13、进一步地，所述沼气发酵工艺如下：
14、在沼气发酵罐中加入所述有机固体废弃物以及所述稀土氧化物修饰生物炭，用培养基将原料发酵固含量调至3-15％，然后接种所述电营养型复合菌群，调控ph为7-8，在35℃恒温下进行沼气发酵生成甲烷。
15、进一步地，所述电营养型复合菌群其含量为有机固体废弃物质量的5-15％；所述稀土氧化物修饰生物炭的添加量为有机固体废弃物质量的5-15％。
16、进一步地，所述培养基成分如下：磷酸二氢钾2-4g/l，磷酸氢二钾0.5-1g/l，氯化铵0.5-1g/l。
17、进一步地，沼气发酵过程密封发酵罐，去除残留的氧气，在厌氧环境中沼气发酵20d。
18、相较于现有技术，本发明的有益效果在于：
19、1、本发明利用厌氧发酵技术处理生物质资源，通过添加电营养型复合菌群和稀土氧化物修饰生物炭，解决沼气发酵过程酸化抑制技术瓶颈，实现有机废弃物高效转化，保障沼气工程稳定运行。
20、2、本发明通过将稀土氧化物负载到生物碳上，可以提高稀土氧化物氧空位的含量，增加生物炭表面活性位点，增强生物炭的电子储存能力和传输能力，快速启动微生物电子传递能力。
21、3、本发明通过以syntrophobacter、geobacter、syntrophus、thauera和methanosaeta构建电营养型复合菌群，实现syntrophobacter、geobacter、syntrophus、thauera和methanosaeta之间建立种间电子传递合作关系。利用稀土氧化物修饰生物炭的优异的电子储存能力和传输能力，增强电营养型复合菌群的电子传输能力，减轻有机固体废弃物酸化累积抑制效应。该方法可使甲烷产量提高20％以上，甲烷生成速率提高30％以上。
1.一种电营养型复合菌群与稀土氧化物修饰生物炭协同提高甲烷产量的方法，其特征在于，以有机固体废弃物为原料，以人工构建的电营养型复合菌群为接种物，添加稀土氧化物修饰生物炭进行沼气发酵生成甲烷。
2.根据权利要求1所述的一种电营养型复合菌群与稀土氧化物修饰生物炭协同提高甲烷产量的方法，其特征在于，所述有机固体废弃物为秸秆、畜禽粪便、餐厨垃圾、芒萁中任意一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述的一种电营养型复合菌群与稀土氧化物修饰生物炭协同提高甲烷产量的方法，其特征在于，所述电营养型复合菌群以互营杆菌syntrophobacter、地杆菌geobacter、互营菌syntrophus、陶厄氏菌thauera和甲烷鬓毛菌methanosaeta为核心菌种构建而来，其中每个菌种含量为10-30％。
4.根据权利要求1所述的一种电营养型复合菌群与稀土氧化物修饰生物炭协同提高甲烷产量的方法，其特征在于，所述电营养型复合菌群由如下步骤构建而成：
5.根据权利要求4所述的一种电营养型复合菌群与稀土氧化物修饰生物炭协同提高甲烷产量的方法，其特征在于，所述电营养型复合菌群构建过程调节ph为7。
6.根据权利要求1所述的一种电营养型复合菌群与稀土氧化物修饰生物炭协同提高甲烷产量的方法，其特征在于，所述稀土氧化物修饰生物炭中含有等量的氧化镧、氧化铈、氧化钕、氧化镨和氧化钇，质量比皆为0.5-20％。
7.根据权利要求1所述的一种电营养型复合菌群与稀土氧化物修饰生物炭协同提高甲烷产量的方法，其特征在于，所述的稀土氧化物修饰生物炭由如下步骤制备而成：
8.根据权利要求1所述的一种电营养型复合菌群与稀土氧化物修饰生物炭协同提高甲烷产量的方法，其特征在于，所述沼气发酵工艺如下：
9.根据权利要求8所述的一种电营养型复合菌群与稀土氧化物修饰生物炭协同提高甲烷产量的方法，其特征在于，所述电营养型复合菌群其含量为有机固体废弃物质量的5-15％；所述稀土氧化物修饰生物炭的添加量为有机固体废弃物质量的5-15％。
10.根据权利要求8所述的一种电营养型复合菌群与稀土氧化物修饰生物炭协同提高甲烷产量的方法，其特征在于，所述培养基成分如下：磷酸二氢钾2-4g/l，磷酸氢二钾0.5-1g/l，氯化铵0.5-1g/l。
