耐熱微生物的快速分離及用于產熱供熱的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬應用微生物技術領域，具體涉及從自然界中篩選分離獲取耐熱微生物類的方法和利用耐熱微生物發酵產熱供熱的方法。
【背景技術】
[0002]熱能是一類重要能源，熱能除了用于發電、給機器提供動力外，還在農業、人類御寒生活中發揮重要作用，例如，進入寒冷的冬季和早春溫室大棚，需要供熱來維持蔬菜的生長溫度，地球較高瑋度的地區進入冬季室內需要供暖來保障正常的生活和工作。為獲取熱能保障正常的生產和生活，人類目前獲取熱能的主要方式是燃燒煤炭、木材、柴草等，該取暖方式存在溫室氣體二氧化碳排放量大、毒性粉塵顆粒排放量大，被證明是造成霧霾天氣的主要源頭；其次，用空調、電暖氣等電器將電能轉化為熱能，該方式雖然沒有污染物排放，但存在消耗電能過大的缺點。為適應低排量、低污染的低碳環保需求，人類研發了太陽能熱水器將清潔的光能轉化為熱能。面臨著非可再生能源的大量開采而逐漸枯竭，環境污染日益嚴重，人類迫切需要更多的新能源，需要節能、綠色、環保的熱力來源。
[0003]本發明利用微生物代謝發酵產熱的原理，從自然界簡便、快速地分離到多種類型的耐熱微生物，將現代深層液態發酵技術和傳統固態發酵技術巧妙結合，利用耐熱微生物發酵廉價易得的工農業副產物進行持續性產熱，并用一套技術方案將微生物發酵產生的熱能高效收集并輸出，從而為人類生活和農業生產服務。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于提供一種耐熱微生物的快速分離及用于產熱供熱的方法，本發明實現了從自然界快速、簡便、低成本獲取多種類型的耐熱微生物，利用廉價易得的工農業副產物作為培養基進行生物發酵而大量持續性產熱，再收集利用廉價的微生物發酵熱能給人類生活和農業生產供熱，產熱供熱方式綠色環保。
[0005]一種耐熱微生物的快速分離及用于產熱供熱的方法，其具體的實現步驟如下: 步驟1、耐熱微生物的分離:從4種地域環境采集樣本200g置于密封袋中，從上述4
種樣本中各稱取I份質量的上述樣本分別放入三角瓶，加入5份質量的滅菌生理鹽水，加膠塞封口后振蕩混合lmin，置于60°C環境熱處理45~60 min，吸取上述樣本中間層懸液
0.2-0.6mL，滴于相應分離瓊脂培養基平板或斜面上，涂布均勻后，放入密封袋內，對上述4種地域環境樣本微生物所對應的密封袋內分別充入氧氣后密封、充入氧氣后密封、抽除大部分空氣后密封、抽除盡空氣或充入氮氣后密封，置于52°C培養12~14h，后置于26~30°C培養6~8h，然后再置于54°C培養8~10h，后置于26~30°C培養6~8h，再置于56°C培養3~4h，得耐熱微生物的菌落；所述的4種地域環境采集的樣本分別為熱帶或亞熱帶低海拔地區向陽坡面林地地表下面5~15cm深度的腐殖質性土壤、家畜發酵床表層下面15~35cm深度的墊料、含嗜熱乳酸鏈球菌的酸乳或奶酪制品、常年使用狀態中的沼氣池中間層發酵填料；
步驟2、耐熱微生物的深層液態發酵增殖培養:用10~20mL的滅菌生理鹽水分別洗脫下上述步驟I分離培養的所有菌落形成菌懸液，將菌懸液接種于相應的液體增殖培養基，用深層液體發酵罐在50~52°c下進行發酵培養；發酵培養所用培養基、發酵過程溶氧控制和發酵終點菌體濃度根據上述4種不同地域環境所分離的微生物而不同，對于從熱帶或亞熱帶低海拔地區向陽坡面林地地表下面5~15cm深度的腐殖質性土壤標本分離的微生物采用芽孢桿菌-放線菌液態培養基、強通氣式好氧發酵培養，當菌體濃度達(4~8) X 19Cfu/mL時作為發酵終點，得到芽孢桿菌-放線菌發酵菌懸液；從家畜發酵床表層下面15~35cm深度的墊料標本分離的微生物采用放線菌液態培養基、通氣式好氧發酵培養，當菌體濃度達(3~5) X109cfu/mL時作為發酵終點，得到放線菌發酵菌懸液；從含嗜熱乳酸鏈球菌的酸乳或奶酪制品標本分離的乳酸菌培養基、間歇通氣式微好氧發酵培養，當菌體濃度達(1~3) X 109cfu/mL時作為發酵終點，得到乳酸菌發酵菌懸液；從常年使用狀態中的沼氣池中間層發酵填料標本分離的微生物采用沼氣細菌液態培養基、不通氣厭氧式發酵培養，當菌體濃度達(6~9) X108cfu/mL時作為發酵終點，得到沼氣細菌發酵菌懸液；
步驟3、固態發酵制熱裝置的建造:首先建造固態發酵池，發酵池可建于地面之上也可建于地面之下，建于地面之上的發酵池其四壁宜采用防水保溫材料圍砌；發酵池的底部設置2條十字交叉的排水溝，上述排水溝的作用是及時導出滲入發酵池底部的積水；發酵池形狀和大小根據實際需要可靈活調整，形狀以圓形為佳，發酵池深度以100~240cm為宜；發酵池的中心部位設置4根空心柱，分別標號為A柱、B柱、C柱、D柱，空心柱的下口端封死，空心柱的上口端設置活結和輸液管，在上述每根空心柱上適當高度位置處設置I組軟管接口，所述的軟管接口與空心柱的空腔相通，每組軟管接口的數量以8~16個為宜，在每個軟管接口上安裝空心軟管，所述的空心軟管上開有大量滴漏小孔，所述的空心軟管的作用是向發酵池內固態培養基輸送耐熱微生物發酵菌懸液或營養液或空氣或水蒸氣。依次向發酵池內填入4種固態發酵培養基，并且在填料過程中不斷鋪設導熱管，導熱管的鋪設方式以同心圓漸開式、盤旋式由下向上交疊鋪設，上述導熱管的下端管口部分從發酵池的底部側壁通過孔道引出，上述導熱管的上端管口部分從發酵池的頂部引出，上述導熱管的作用是通過循環注入導熱液將發酵池內耐熱微生物發酵產生的熱能收集并導出供人類生活和生產使用；上述導熱管與散熱器相連，散熱器安放在需要加熱升溫的地方；在每層固態發酵培養料的中心部位可設置溫度傳感器，上述溫度傳感器的作用是隨時監控顯示各層固態發酵培養基內的溫度，傳感器可與導熱管的控制閥門電控關聯，通過設置發酵制熱溫度的上限和下限調控導熱管中導熱液的流動狀態；
步驟4、固態發酵培養基的配制與裝填:在發酵池的底部鋪一層軟墊層，所述的軟墊層的材料是干麥秸、干稻秸、干玉米秸、干豆秸、干草、闊葉木樹葉等材料的其中任意一種或多種組合，厚度以10~15cm為宜；
然后在上述軟墊層上鋪設沼氣細菌固態培養基，所述的沼氣細菌固態培養基是豬、牛、羊、兔、雞、鴨、鵝等其中一種動物或多種動物的糞便經過與適量麥糠或稻殼或食用菌菌糠混合后堆積發酵后的培養基，其厚度以20~50cm為宜，沼氣細菌固態培養基鋪設后該層培養基上表面高于上述A柱上軟管接口部位3~5cm ；
然后在上述沼氣細菌固態培養基上鋪設乳酸菌固態發酵培養基，所述的乳酸菌固態發酵培養基是由45%~50%粉碎蔬菜莖葉、25%~30%粉碎玉米秸桿或甘蔗渣、15%~20%麩皮、2%~3%豆粉或豆柏、0.5%~1%魚粉、1%~1.5%紅糖或白糖、0.5%磷酸二氫鉀組成，加水調節含水量至55%左右，其厚度以20~50cm為宜，乳酸菌固態發酵培養基鋪設后該層培養基上表面高于上述B柱上軟管接口部位3~5cm ；
然后在上述乳酸菌固態培養基上鋪設放線菌固態發酵培養基，所述的放線菌固態發酵培養基是由45%~50%木肩或麥糠或稻殼或食用菌菌糠、25%~30%粉碎玉米秸桿或甘蔗渣、15%~20%麩皮、4~6%玉米粉或小麥粉、1%紅糖或白糖或糖蜜、0.5%豆粉、0.5%磷酸二氫鉀、0.5%硫酸鎂、0.5%硝酸鉀組成，加水調節含水量至55%左右，其厚度以25~50cm為宜，放線菌固態發酵培養基鋪設后該層培養基上表面高于上述C柱上軟管接口部位3~5cm ;
然后在上述放線菌固態培養基上鋪設芽孢桿菌-放線菌固態培養基，所述的芽孢桿菌-放線菌固態培養基是由35%~40%木肩或麥糠或稻殼或食用菌菌糠、25%~30%粉碎玉米秸桿或甘蔗渣、15°/r20%麩皮、8~10%玉米粉、2%豆粉、2%紅糖或白糖、1%豆粉、1%磷酸二氫鉀、0.5%硫酸鎂、0.5%硝酸鉀組成，加水調節含水量至55%左右，其厚度以25~55cm為宜，芽孢桿菌-放線菌固態發酵培養基鋪設后該層培養基上表面高于上述D柱上軟管接口部位2~3cm0上述固態發酵培養基依次裝填完畢后，用帶刻度的竹竿從發酵池頂端填料表面打孔，孔的間距為80~100cm為宜，孔的深度以孔低端位于乳酸菌固態培養基層的中部為宜，然后用草簾或雙層黑色無紡布覆蓋于發酵池上；
步驟5、發酵產熱和熱量輸出利用:當需要發酵供熱時，分別從上述發酵池中心部位設置的A柱、B柱、C柱、D柱通入高溫水蒸氣對發酵池內的固態培養基進行滅菌，滅菌后當溫度降低至55°C左右時，分別從上述發酵池中心部位設置的A柱、B柱、C柱、D柱輸入上述步驟2制備的耐熱微生物液體發酵菌懸液，其中從A柱輸送入沼氣細菌液體發酵菌懸液，從B柱輸送入乳酸菌液體發酵菌懸液，從C柱輸送入放線菌液體發酵菌懸液，從D柱輸送入芽孢桿菌-放線菌液體發酵菌懸液。上述各類菌懸液分別通過與空心柱相連接的I組軟管均勻滲漏進入各類固態發酵培養基內，各類耐熱微生物立即成為生長繁殖和發酵代謝優勢菌種，各類耐熱微生物幾乎同時進行發酵