本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源與資源技術(shù)領(lǐng)域，具體的是涉及一種木糖渣高效厭氧制沼氣的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

木糖渣是生產(chǎn)木糖/木糖醇剩余的酸性固體廢棄物，含有較高濃度的硫酸根離子和水分，極易污染大氣和水源，對生態(tài)環(huán)境造成巨大壓力，同時限制了木糖產(chǎn)業(yè)的健康、持續(xù)發(fā)展。目前，木糖渣主要被利用于進(jìn)行食用菌栽培或直接做燃料，現(xiàn)有技術(shù)中很少有應(yīng)用木糖渣生產(chǎn)沼氣。木糖渣主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，由于含有大量的纖維素資源，其具有應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)生物能源的潛力。

纖維素酶是能夠水解纖維素的一類酶的總稱。利用纖維素酶處理木糖渣，可將木糖渣中的纖維素水解成還原糖等小分子，將處理后的酶解液利用厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣。由于大量使用纖維素酶進(jìn)行酶解，會增加生產(chǎn)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種提高木糖渣厭氧發(fā)酵制沼氣效率、且能降低成本的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種木糖渣高效厭氧制沼氣的方法，包括如下步驟：

(1)預(yù)處理步驟：將木糖渣粉碎后與水按比例加入預(yù)處理反應(yīng)器中，在45-55℃溫度下進(jìn)行攪拌反應(yīng)處理，完成對木糖渣的預(yù)處理；

(2)酶解步驟：將步驟(1)中預(yù)處理后的木糖渣輸入到酶解反應(yīng)器中，加入ph緩沖液調(diào)節(jié)ph，加入表面活性劑、纖維素酶、輔助酶及促進(jìn)劑進(jìn)行酶解；

(3)發(fā)酵步驟：將步驟(2)中的酶解液和污泥按比例輸入到厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中，持續(xù)攪拌發(fā)酵；

(4)沼氣收集步驟：隨著發(fā)酵的進(jìn)行，收集步驟(3)中產(chǎn)生的沼氣。

更進(jìn)一步的，預(yù)處理步驟中，粉碎后的木糖渣與水按1:8-1:15加入到預(yù)處理反應(yīng)器中，在45-55℃的溫度下，攪拌處理30-60分鐘。

更進(jìn)一步的，酶解步驟中，加入0.1-0.2ml/g的表面活性劑、10-40u/g的纖維素酶、1-5u/g的輔助酶、0.05-1mmol/l的促進(jìn)劑，在45-50℃的溫度下，酶解12-48小時。

更進(jìn)一步的，酶解步驟中，通過酸堿調(diào)節(jié)ph，使ph保持在4.5-4.8。

更進(jìn)一步的，纖維素酶可以是內(nèi)切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、β-葡聚糖苷酶的一種或多種。

更進(jìn)一步的，輔助酶可以是果膠酶、半纖維素酶的一種或多種。

更進(jìn)一步的，促進(jìn)劑可以是微量元素、l-抗壞血酸的一種或多種。

更進(jìn)一步的，發(fā)酵步驟中，污泥與酶解液的比例為2:5-3:5，在55-60℃的溫度下，以100-150r/min速度持續(xù)攪拌，發(fā)酵5-15天。

更進(jìn)一步的，發(fā)酵步驟中，通過酸堿調(diào)節(jié)ph，使ph保持在7.3-7.8。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1、本發(fā)明中步驟(1)中所利用的木糖渣是生產(chǎn)木糖/木糖醇剩余的酸性固體廢棄物，里面還殘留有較多的硫酸，本發(fā)明將粉碎后的木糖渣與水按1:8-1:15加入到預(yù)處理反應(yīng)器中，攪拌反應(yīng)一段時間后再進(jìn)入下一步的調(diào)ph和酶解工序，可以充分利用木糖渣原料中帶來的酸性和酶解需要的較高溫度45-55℃。對木糖渣進(jìn)行預(yù)處理，處理后不僅木糖渣中的半纖維素有一部分可以轉(zhuǎn)化為五碳糖，而且通過對木糖渣預(yù)處理之后，使原料更易于酶解，可以減少后續(xù)步驟(2)中纖維素酶的用量，達(dá)到節(jié)約成本的目的，同時還能加快沼氣發(fā)酵產(chǎn)氣率和縮短發(fā)酵周期；

2、利用纖維素酶預(yù)處理木糖渣，能大幅度提高木糖渣發(fā)酵產(chǎn)沼氣的能力，能夠縮短木糖渣發(fā)酵產(chǎn)沼氣的周期，有助于木糖渣生產(chǎn)沼氣工業(yè)化；

3、木糖渣作為工業(yè)廢棄物可以通過厭氧消化技術(shù)轉(zhuǎn)化為高效清潔的生物質(zhì)能源，解決能源短缺問題及改善環(huán)境問題。

一種運(yùn)行本發(fā)明木糖渣高效厭氧制沼氣方法的系統(tǒng)，包括依次相連的預(yù)處理反應(yīng)器、預(yù)處理液儲罐、酶解反應(yīng)器、酶解液儲罐、至少一個厭氧發(fā)酵反應(yīng)器、沼氣提質(zhì)器、儲氣柜，其中：

預(yù)處理反應(yīng)器與預(yù)處理液儲罐之間、預(yù)處理液儲罐與酶解反應(yīng)器之間、酶解反應(yīng)器與酶解液儲罐之間、酶解液儲罐與厭氧發(fā)酵反應(yīng)器之間均設(shè)置有抽液泵；

酶解反應(yīng)器、厭氧發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)均設(shè)置有溫度探頭和ph探頭；

酶解反應(yīng)器、酶解液儲罐中設(shè)置有過濾裝置；

預(yù)處理反應(yīng)器、厭氧發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)均設(shè)置有攪拌器。

更進(jìn)一步的，該系統(tǒng)還包括酸調(diào)節(jié)罐、堿調(diào)節(jié)罐，并且通過管路分別與酶解反應(yīng)器、厭氧發(fā)酵反應(yīng)器連接；其中，管路上設(shè)置有閥門。

更進(jìn)一步的，該系統(tǒng)還包括中央控制系統(tǒng)，溫度探頭和ph探頭將檢測到的溫度值和ph值傳給中央控制系統(tǒng)，中央控制系統(tǒng)控制抽液泵和閥門的開閉。

更進(jìn)一步的，該系統(tǒng)還包括變性污泥收集罐，并且通過管路與厭氧發(fā)酵反應(yīng)器連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1、本發(fā)明通過設(shè)置酶解反應(yīng)器和厭氧發(fā)酵反應(yīng)器，將纖維素酶解和沼氣發(fā)酵分開，實(shí)現(xiàn)兩步反應(yīng)分離，分別處在最佳條件，提高反應(yīng)效率，同時還能解除沼氣發(fā)酵環(huán)境對纖維素酶的抑制；

2、本發(fā)明設(shè)置的酶解反應(yīng)器和厭氧發(fā)酵反應(yīng)器能夠分別控制溫度和ph，保證兩步反應(yīng)都能高效進(jìn)行；

3、本發(fā)明通過設(shè)置酸堿調(diào)節(jié)罐，可實(shí)時對酶解反應(yīng)器和厭氧發(fā)酵反應(yīng)器調(diào)節(jié)ph；

4、本發(fā)明通過設(shè)置預(yù)處理液儲罐和酶解液儲罐，可進(jìn)行連續(xù)進(jìn)料，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)沼氣；

5、本發(fā)明將工業(yè)廢料用于生產(chǎn)沼氣，實(shí)現(xiàn)廢物的高效利用，有利于環(huán)保和節(jié)約資源。

附圖說明

為了更清楚的說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見的，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例木糖渣高效厭氧制沼氣方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例木糖渣高效厭氧制沼氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例不同酶量條件下反應(yīng)液中還原糖濃度變化圖；

其中，1-預(yù)處理反應(yīng)器，2-預(yù)處理液儲罐，3-酶解反應(yīng)器，4-酶解液儲罐，5-厭氧發(fā)酵反應(yīng)器，6-沼氣提質(zhì)器，7-儲氣柜，8-酸調(diào)節(jié)罐，9-堿調(diào)節(jié)罐，10-變性污泥收集罐，12-第一抽液泵，13-第二抽液泵，14-第三抽液泵，15-第四抽液泵，11-攪拌器，31-溫度探頭，32-ph探頭，33-過濾裝置，41-過濾裝置，51-溫度探頭，52-ph探頭，53-攪拌器。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例通過提供一種木糖渣高效厭氧制沼氣方法及系統(tǒng)，通過對木糖渣高效厭氧制沼氣方法細(xì)節(jié)的研究以及系統(tǒng)設(shè)備的調(diào)整，增加了木糖渣厭氧制沼氣的產(chǎn)量，同時使整體厭氧發(fā)酵時間明顯縮短，對利用木糖渣厭氧發(fā)酵制沼氣產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實(shí)施方式對上述技術(shù)方案做詳細(xì)的說明。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的木糖渣高效厭氧制沼氣方法，包括以下工藝步驟：

(1)預(yù)處理步驟：將木糖渣粉碎后與水按比例加入預(yù)處理反應(yīng)器中，在45-55℃溫度下進(jìn)行攪拌反應(yīng)處理，完成對木糖渣的預(yù)處理；

(2)酶解步驟：將步驟(1)中預(yù)處理后的木糖渣輸入到酶解反應(yīng)器中，加入酸堿緩沖液調(diào)節(jié)ph，加入表面活性劑、纖維素酶、輔助酶及促進(jìn)劑進(jìn)行酶解；

(3)發(fā)酵步驟：將步驟(2)中的酶解液和污泥按比例輸入到厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中，持續(xù)攪拌發(fā)酵；

(4)沼氣收集步驟：隨著發(fā)酵的進(jìn)行，收集步驟(3)中產(chǎn)生的沼氣。

接下來詳細(xì)介紹每一個工藝步驟的詳細(xì)情況以及兩個工藝步驟之間的銜接關(guān)系：

(1)預(yù)處理步驟：

木糖渣是生產(chǎn)木糖/木糖醇剩余的酸性固體廢棄物。粉碎后的木糖渣與水按1:8-1:15加入到預(yù)處理反應(yīng)器中，在45-55℃的溫度下，攪拌處理30-60分鐘，完成對木糖渣預(yù)處理過程，即為木糖渣的第一步預(yù)處理。此時，木糖渣中的半纖維素一部分本轉(zhuǎn)化為五碳糖，并且更易于酶解。

該步驟中所利用的木糖渣是生產(chǎn)木糖/木糖醇剩余的酸性固體廢棄物，將木糖渣粉碎后與水按比例混合，木糖渣本身所帶的酸性相當(dāng)于對木糖渣酸化水解。通過對木糖渣的酸化處理之后，使原料更易于酶解，可以減少后續(xù)步驟(2)中纖維素酶的用量，達(dá)到節(jié)約成本的目的。

(2)酶解步驟：

將步驟(1)中預(yù)處理后的木糖渣輸入到酶解反應(yīng)器中，加入弱酸-弱酸鹽或弱堿-弱堿鹽調(diào)節(jié)ph，加入0.1-0.2ml/g的表面活性劑、10-40u/g的纖維素酶、1-5u/g的輔助酶、0.05-1mmol/l的促進(jìn)劑，在45-50℃的溫度下，酶解12-48小時。

其中，弱酸-弱酸鹽或弱堿-弱堿鹽溶液是用作緩沖液，起到初始調(diào)節(jié)原料ph的作用，調(diào)節(jié)ph在4.5-4.8。優(yōu)選的，可以選用醋酸-醋酸鈉溶液緩沖液。

表面活性劑，用于促進(jìn)酶與底物的接觸，促進(jìn)酶解反應(yīng)，優(yōu)選的，表面活性劑可以選用吐溫80。

優(yōu)選的，纖維素酶可以選用內(nèi)切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、β-葡聚糖苷酶的一種或多種。

優(yōu)選的，輔助酶可以選用果膠酶、半纖維素酶的一種或多種。

促進(jìn)劑，用于穩(wěn)定酶蛋白結(jié)構(gòu)，延長酶的使用壽命。優(yōu)選的，促進(jìn)劑可以選用微量元素、l-抗壞血酸的一種或多種。其中，微量元素選用鐵離子、鈷離子、鎳離子的一種或幾種。

在酶解步驟中，通過酸堿調(diào)節(jié)ph，使ph始終保持在4.5-4.8。

在此條件下酶解得到的酶解液，可將木糖渣中80-90％的纖維素和半纖維素轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿犹穷悺?/p>

(3)發(fā)酵步驟：

將步驟(2)中的污泥和酶解液按照2:5-3:5的比例輸入到厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中，在55-60℃的溫度下，以100-150r/min速度持續(xù)攪拌，發(fā)酵5-15天。

在發(fā)酵步驟中，通過酸堿調(diào)節(jié)ph，使ph保持在7.3-7.8，防止污泥酸化。

(4)沼氣收集步驟：

隨著發(fā)酵的進(jìn)行，收集步驟(3)中產(chǎn)生的沼氣。待酶解液全部發(fā)酵完畢后，輸入新的酶解液，繼續(xù)進(jìn)行厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣。期間檢測沼氣酸化程度，連續(xù)發(fā)酵5-10次以后，將酸化變性的污泥排入變性污泥收集罐進(jìn)行后處理，并加入新的污泥，連續(xù)生產(chǎn)沼氣。

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的木糖渣高效厭氧制沼氣系統(tǒng)，包括依次相連的預(yù)處理反應(yīng)器1、預(yù)處理液儲罐2、酶解反應(yīng)器3、酶解液儲罐4、至少一個厭氧發(fā)酵反應(yīng)器5、沼氣提質(zhì)器6、儲氣柜7，還包括酸調(diào)節(jié)罐8、堿調(diào)節(jié)罐9、變性污泥收集罐10。

結(jié)合本發(fā)明的木糖渣高效厭氧制沼氣的方法，逐項(xiàng)介紹本發(fā)明實(shí)施例的木糖渣高效厭氧制沼氣系統(tǒng)中各組成設(shè)備的結(jié)構(gòu)及功能：

預(yù)處理反應(yīng)器1：木糖渣高效厭氧制沼氣方法中步驟(1)預(yù)處理步驟是在預(yù)處理反應(yīng)器1中進(jìn)行，預(yù)處理反應(yīng)器1上部設(shè)置有進(jìn)料口、進(jìn)水口下部有出料口。預(yù)處理反應(yīng)器1內(nèi)還設(shè)置有攪拌器11，使粉碎后的木糖渣充分與水混合，加快木糖渣的水解。

由于預(yù)處理步驟中預(yù)處理反應(yīng)的溫度在45-55℃，故需要對預(yù)處理反應(yīng)器1進(jìn)行加熱，優(yōu)選的，預(yù)處理反應(yīng)器1內(nèi)可以設(shè)置有加熱盤管。

預(yù)處理液儲罐2：其進(jìn)料口與預(yù)處理反應(yīng)器1連通，且二者之間的管路上設(shè)置有抽液泵12。設(shè)置預(yù)處理液儲罐2的作用，是由于預(yù)處理的時間較短，為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，暫時存儲預(yù)處理后的木糖渣。預(yù)處理液儲罐2上部設(shè)置有進(jìn)料口、下部設(shè)置有出料口。

酶解反應(yīng)器3：其進(jìn)料口與預(yù)處理液儲罐2連通，且二者之間的管路上設(shè)置有抽液泵13，木糖渣高效厭氧制沼氣方法中步驟(2)酶解步驟是在酶解反應(yīng)器3中進(jìn)行。酶解反應(yīng)器3上部設(shè)置有木糖渣進(jìn)料口以及纖維素酶、輔助酶、促進(jìn)劑進(jìn)料口，下部設(shè)置出料口。

酶解反應(yīng)器3內(nèi)部設(shè)置有溫度探頭31和ph探頭32，用于實(shí)時監(jiān)測酶解反應(yīng)器3內(nèi)的溫度和ph，以便隨時調(diào)節(jié)酶解反應(yīng)器3內(nèi)的溫度和ph，使酶解反應(yīng)處于最優(yōu)的條件下進(jìn)行。

酶解反應(yīng)器3內(nèi)還設(shè)置有過濾裝置33，將酶解反應(yīng)器3內(nèi)的大塊固體物質(zhì)分離，防止大塊固態(tài)物質(zhì)堵塞酶解反應(yīng)器3與酶解液儲罐4之間管路上設(shè)置的抽液泵14。

由于酶解步驟中酶解反應(yīng)的溫度在45-50℃，故需要對酶解反應(yīng)器3進(jìn)行加熱，優(yōu)選的，酶解反應(yīng)器3內(nèi)可以設(shè)置有加熱盤管。

酶解液儲罐4：其進(jìn)料口與酶解反應(yīng)器3連通，且二者之間的管路上設(shè)置有抽液泵14，用于暫時存儲酶解液，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)沼氣。酶解液儲罐4上部設(shè)置有進(jìn)料口、下部設(shè)置有出料口。

厭氧發(fā)酵反應(yīng)器5：其進(jìn)料口與酶解液儲罐4連接，木糖渣高效厭氧制沼氣方法中步驟(3)發(fā)酵步驟在厭氧發(fā)酵反應(yīng)器5中進(jìn)行，為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，設(shè)置至少一個厭氧發(fā)酵反應(yīng)器5。

厭氧發(fā)酵反應(yīng)器5內(nèi)部設(shè)置有溫度探頭51和ph探頭52，用于實(shí)時監(jiān)測厭氧發(fā)酵反應(yīng)器5內(nèi)的溫度和ph，以便隨時調(diào)節(jié)厭氧發(fā)酵反應(yīng)器5內(nèi)的溫度和ph，使厭氧發(fā)酵反應(yīng)處于最優(yōu)的條件下進(jìn)行。

厭氧發(fā)酵反應(yīng)器5內(nèi)還設(shè)置有攪拌器，用于持續(xù)給發(fā)酵攪拌，加快反應(yīng)速率。

由于厭氧發(fā)酵步驟中的發(fā)酵溫度高于酶解步驟中酶解的溫度，故需要對厭氧發(fā)酵反應(yīng)器5進(jìn)行加熱，優(yōu)選的，厭氧發(fā)酵反應(yīng)器5內(nèi)可以設(shè)置有加熱盤管。

沼氣提質(zhì)器6：其進(jìn)氣口與厭氧發(fā)酵反應(yīng)器5連接，木糖渣高效厭氧制沼氣方法中步驟(4)沼氣收集步驟中沼氣先經(jīng)過提質(zhì)器6，提高沼氣的純度。

儲氣柜7：其進(jìn)氣口與沼氣提質(zhì)器6連接，木糖渣高效厭氧制沼氣方法中步驟(4)沼氣收集步驟中的收集。

酸調(diào)節(jié)罐8、堿調(diào)節(jié)罐9：通過管路分別與酶解反應(yīng)器3、厭氧發(fā)酵反應(yīng)器5連接，用于調(diào)節(jié)酶解反應(yīng)器3、厭氧發(fā)酵反應(yīng)器5內(nèi)的ph，保持在最適宜條件下進(jìn)行反應(yīng)。且在主管路和支路管路上均設(shè)置有閥門，便于分開調(diào)節(jié)每個反應(yīng)器。

變性污泥收集罐10：其進(jìn)料口與厭氧發(fā)酵反應(yīng)器5連接，用于收集并處理厭氧發(fā)酵反應(yīng)器5發(fā)酵后的變性污泥，防止直接排放污染環(huán)境。

更進(jìn)一步的，該系統(tǒng)還包括中央控制系統(tǒng)(圖中未示)，溫度探頭和ph探監(jiān)測到的溫度值和ph值傳給中央控制系統(tǒng)，中央控制系統(tǒng)控制抽液泵和閥門的開閉?？梢詫?shí)現(xiàn)工業(yè)化的連續(xù)生產(chǎn)。

為了便于本發(fā)明技術(shù)方案的理解，下面結(jié)合若干實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明：

實(shí)施例1

木糖渣與水按照1:8的比例加入預(yù)處理反應(yīng)器中，在45℃的溫度下，攪拌處理30分鐘，得預(yù)處理木糖渣。將預(yù)處理后的木糖渣輸入到酶解反應(yīng)器中，加入醋酸-醋酸鈉溶液調(diào)節(jié)ph到4.5，加入0.1ml/g的吐溫80、10u/g的纖維素酶、1u/g的果膠酶、0.05mmol/l的鈷離子，在55℃的溫度下酶解12小時，得酶解液。將污泥和酶解液按照2:5的比例輸入到厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中，在55℃的溫度下，以100r/min速度持續(xù)攪拌，發(fā)酵5天。發(fā)酵過程中，調(diào)節(jié)ph，使ph保持在7.3。隨著發(fā)酵的進(jìn)行，收集產(chǎn)生的沼氣。

產(chǎn)氣結(jié)果：

原料產(chǎn)氣率：659.20ml/g

實(shí)施例2

木糖渣與水按照1:10的比例加入預(yù)處理反應(yīng)器中，在48℃的溫度下，攪拌處理37分鐘，得預(yù)處理木糖渣。將預(yù)處理后的木糖渣輸入到酶解反應(yīng)器中，加入醋酸-醋酸鈉溶液調(diào)節(jié)ph到4.6，加入0.15ml/g的吐溫80、20u/g的纖維素酶、3u/g的果膠酶、0.45mmol/l的l-抗壞血酸，在47℃的溫度下酶解18小時，得酶解液。將污泥和酶解液按照2.4:5的比例輸入到厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中，在56℃的溫度下，以120r/min速度持續(xù)攪拌，發(fā)酵8天。發(fā)酵過程中，調(diào)節(jié)ph，使ph保持在7.5。隨著發(fā)酵的進(jìn)行，收集產(chǎn)生的沼氣。

產(chǎn)氣結(jié)果：

原料產(chǎn)氣率：689.18ml/g

實(shí)施例3

木糖渣與水按照1:12的比例加入預(yù)處理反應(yīng)器中，在50℃的溫度下，攪拌處理42分鐘，得預(yù)處理木糖渣。將預(yù)處理后的木糖渣輸入到酶解反應(yīng)器中，加入醋酸-醋酸鈉溶液調(diào)節(jié)ph到4.7，加入0.18ml/g的吐溫80、30u/g的纖維素酶、4u/g的半纖維素酶、0.75mmol/l的鐵離子和l-抗壞血酸，在48℃的溫度下酶解23小時，得酶解液。將污泥和酶解液按照2.8:5的比例輸入到厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中，在58℃的溫度下，以125r/min速度持續(xù)攪拌，發(fā)酵11天。發(fā)酵過程中，調(diào)節(jié)ph，使ph保持在7.6。隨著發(fā)酵的進(jìn)行，收集產(chǎn)生的沼氣。

產(chǎn)氣結(jié)果：

原料產(chǎn)氣率：670.15ml/g

實(shí)施例4

木糖渣與水按照1:15的比例加入預(yù)處理反應(yīng)器中，在55℃的溫度下，攪拌處理60分鐘，得預(yù)處理木糖渣。將預(yù)處理后的木糖渣輸入到酶解反應(yīng)器中，加入醋酸-醋酸鈉溶液調(diào)節(jié)ph到4.8，加入0.2ml/g的吐溫80、40u/g的纖維素酶、5u/g的果膠酶和半纖維素酶、1mmol/l的鐵離子、鈷離子、鎳離子，在50℃的溫度下酶解48小時，得酶解液。將污泥和酶解液按照3:5的比例輸入到厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中，在60℃的溫度下，以150r/min速度持續(xù)攪拌，發(fā)酵15天。發(fā)酵過程中，調(diào)節(jié)ph，使ph保持在7.8。隨著發(fā)酵的進(jìn)行，收集產(chǎn)生的沼氣。

產(chǎn)氣結(jié)果：

原料產(chǎn)氣率：719.25ml/g

實(shí)施例5

木糖渣加入到酶解反應(yīng)器中，加入醋酸-醋酸鈉溶液調(diào)節(jié)ph到4.5，加入0.1ml/g的吐溫80、10u/g的纖維素酶、1u/g的果膠酶、0.05mmol/l的鐵離子，在45℃的溫度下酶解12小時，得酶解液。將污泥和酶解液按照2:5的比例輸入到厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中，在55℃的溫度下，以100r/min速度持續(xù)攪拌，發(fā)酵5天。發(fā)酵過程中，調(diào)節(jié)ph，使ph保持在7.3。隨著發(fā)酵的進(jìn)行，收集產(chǎn)生的沼氣。

產(chǎn)氣結(jié)果：

原料產(chǎn)氣率：426.48ml/g

實(shí)施例6

木糖渣與水按照1:8的比例加入預(yù)處理反應(yīng)器中，在45℃的溫度下，攪拌處理30分鐘，得預(yù)處理木糖渣。將預(yù)處理后的木糖渣輸入到酶解反應(yīng)器中，加入醋酸-醋酸鈉溶液調(diào)節(jié)ph到7.5，加入0.1ml/g的吐溫80、10u/g的纖維素酶、1u/g的果膠酶、0.05mmol/l的鐵離子，在45℃的溫度下酶解12小時，得酶解液。將污泥和酶解液按照2:5的比例輸入到厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中，在55℃的溫度下，以100r/min速度持續(xù)攪拌，發(fā)酵5天。發(fā)酵過程中，調(diào)節(jié)ph，使ph保持在7.3。隨著發(fā)酵的進(jìn)行，收集產(chǎn)生的沼氣。

產(chǎn)氣結(jié)果：

原料產(chǎn)氣率：100.64ml/g

實(shí)施例7

木糖渣與水按照1:15的比例加入預(yù)處理反應(yīng)器中，在55℃的溫度下，攪拌處理60分鐘，得預(yù)處理木糖渣。將預(yù)處理后的木糖渣輸入到酶解反應(yīng)器中，加入醋酸-醋酸鈉溶液調(diào)節(jié)ph到4.8，加入0.2ml/g的吐溫80、45u/g的纖維素酶、5u/g的果膠酶和半纖維素酶、1mmol/l的鐵離子、鈷離子、鋅離子，在50℃的溫度下酶解48小時，得酶解液。將污泥和酶解液按照3:5的比例輸入到厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中，在60℃的溫度下，以150r/min速度持續(xù)攪拌，發(fā)酵15天。發(fā)酵過程中，調(diào)節(jié)ph，使ph保持在7.8。隨著發(fā)酵的進(jìn)行，收集產(chǎn)生的沼氣。

產(chǎn)氣結(jié)果：

原料產(chǎn)氣率：707.63ml/g

對比例1

木糖渣與水按照1:8的比例加入預(yù)處理反應(yīng)器中，在45℃的溫度下，攪拌處理30分鐘，得預(yù)處理木糖渣。將污泥和預(yù)處理木糖渣按照2:5的比例輸入到厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中，在55℃的溫度下，以100r/min速度持續(xù)攪拌，發(fā)酵5天。發(fā)酵過程中，調(diào)節(jié)ph，使ph保持在7.3。隨著發(fā)酵的進(jìn)行，收集產(chǎn)生的沼氣。

產(chǎn)氣結(jié)果：

原料產(chǎn)氣率：527.53ml/g

對比分析：

1、本發(fā)明中所利用的木糖渣是生產(chǎn)木糖/木糖醇剩余的酸性固體廢棄物，將木糖渣粉碎后與水按比例混合，在45-55℃的溫度下，攪拌處理30-60分鐘，得預(yù)處理木糖渣。處理后木糖渣中的半纖維素一部分轉(zhuǎn)化為五碳糖。在后續(xù)酶解反應(yīng)中，不僅可以提高產(chǎn)氣率，還可以減少纖維素酶的用量，降低了生產(chǎn)成本。

實(shí)施例5和實(shí)施例1的區(qū)別在于有沒有對木糖渣進(jìn)行酸解預(yù)處理，從實(shí)施例5和實(shí)施例1產(chǎn)氣結(jié)果對比可知，對木糖渣進(jìn)行酸化水解的預(yù)處理可以提高產(chǎn)氣率，加快反應(yīng)速率，減少纖維素酶用量。

2、木糖渣的可利用成分主要是纖維素和半纖維素，在沼氣發(fā)酵過程中，微生物對纖維素的分解較慢，將纖維素轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿舆€原糖，則能更快的被微生物消化利用，利用纖維素酶使木糖渣充分水解，可以提高木糖渣的利用率。

由圖3可知，不添加纖維素酶和添加纖維素酶產(chǎn)生還原糖的量有很大差別，所以添加纖維素酶能大幅度提高木糖渣發(fā)酵產(chǎn)沼氣的能力，能夠縮短木糖渣發(fā)酵沼氣的周期。但是，并不是添加的纖維素酶量越多越有益于纖維素的分解，從圖3可知，當(dāng)纖維素酶的用量超過40u/g時，產(chǎn)生的還原糖的量較纖維素酶的用量為40u/g時并沒有很明顯的增加，所以纖維素酶達(dá)到40u/g時，酶解效率達(dá)到最大值。

對比例1和實(shí)施例1的區(qū)別在于在有沒有對木糖渣進(jìn)行酶解反應(yīng)，從對比例1和實(shí)施例1產(chǎn)氣結(jié)果對比可知，添加纖維素酶后，可以提高木糖渣的利用率，加快反應(yīng)速率。

實(shí)施例7和實(shí)施例4進(jìn)行比較，實(shí)施例7中使用的纖維素酶為45u/g，從實(shí)施例7和實(shí)施例4產(chǎn)氣結(jié)果對比可知，實(shí)施例7中的產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣率較實(shí)施例4并沒有顯著的提高，反而有所下降，原因是過多的纖維素酶殘留在木糖渣中會造成污泥酸化，反而不利于產(chǎn)氣，所以當(dāng)添加纖維素酶達(dá)到40u/g時，酶解效率達(dá)到最大值，原料產(chǎn)氣率也達(dá)到最大值。

3、纖維素酶的最適反應(yīng)條件為45-50℃，ph值為4.5-4.8。當(dāng)ph值為7.5時，酶活性幾乎全部喪失。因此，在溫度為55℃、ph4.5的條件下，對木糖渣水溶液中添加纖維素酶進(jìn)行酶解。故設(shè)置了酸堿調(diào)節(jié)罐對酶解步驟中進(jìn)行調(diào)節(jié)ph，使其保證在最適宜的ph范圍內(nèi)進(jìn)行酶解。

實(shí)施例6中將酶解反應(yīng)中的ph調(diào)節(jié)在7.5，而實(shí)施例1～實(shí)施例4中酶解反應(yīng)中的ph調(diào)節(jié)在4.5-4.8，從產(chǎn)氣結(jié)果對比可知，酶解反應(yīng)中ph值為4.5-4.8，產(chǎn)氣效率高。

4、實(shí)施例1～4和對比例1的ts(總固形固含量)、vs(揮發(fā)性固形物含量)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化見表1。從表1中數(shù)據(jù)可知，實(shí)施例4發(fā)酵液含有總固體50.89g，總揮發(fā)性固體37.73g，發(fā)酵結(jié)束后，實(shí)施例4總固體和總揮發(fā)性固體分別減少20.09g和16.42g，實(shí)施例4原料ts利用率為39.79％，vs利用率為43.52％；對比例1的ts和vs利用率分別為20.32％和21.30％。說明添加纖維素酶能有效提高木糖渣利用率，有利于沼氣發(fā)酵。

表1

5、現(xiàn)有技術(shù)中大都是用秸稈、棉桿等生物質(zhì)原料制備沼氣，而木糖渣作為工業(yè)廢棄物如不妥善處理，極易污染大氣和水源，對生態(tài)環(huán)境造成巨大壓力。同時，木糖渣主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，由于含有大量的纖維素資源，其具有應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)生物能源的潛力。故本發(fā)明以木糖渣為原料制備沼氣，首先，木糖渣本身是工業(yè)廢棄物，以木糖渣作為原料節(jié)省了成本；其次，處理了工業(yè)廢棄物，改善了環(huán)境問題；最后，通過木糖渣生產(chǎn)的沼氣，可以用于制備化工產(chǎn)品的原料，還能解決能源短缺的問題。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。