專(zhuān)利名稱(chēng):一種利用含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)氣體燃料及副產(chǎn)纖維素酶的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及將生物質(zhì)厭氧發(fā)酵生產(chǎn)可燃?xì)怏w， 還可同時(shí)副產(chǎn)包括纖維素酶在內(nèi)的各種水解酶的方法。
技術(shù)背景
利用生物質(zhì)厭氧發(fā)酵生產(chǎn)酒精或沼氣(又稱(chēng)厭氧消化)是解決能源短缺，同時(shí)減少 有機(jī)垃圾的公知方法。含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)是地球上可再生的主要物質(zhì)之一，是由 植物光合作用產(chǎn)生的。含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)可來(lái)源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的作物秸稈，城 市生活垃圾，污水處理廠產(chǎn)生的污泥，水生或陸生植物，含木質(zhì)纖維素的廢渣，還包括 廢棄的食品等。
含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣包括生物大分子水解，酸化和產(chǎn)曱烷等 過(guò)程。根據(jù)厭氧發(fā)酵生物過(guò)程原理，人們發(fā)展了單相和兩相厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣工藝。單 相厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣工藝是在一個(gè)發(fā)酵容器中完成生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為曱烷的所有過(guò)程。兩相 厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣工藝，如美國(guó)專(zhuān)利US patent 4318993采用在兩個(gè)不同反應(yīng)器分別依 次完成有機(jī)物厭氧水解和酸化，厭氧發(fā)酵生產(chǎn)曱烷過(guò)程。目前含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì) 厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣技術(shù)存在轉(zhuǎn)化速率低的缺點(diǎn)，其主要原因是木質(zhì)纖維素水解速率低。 木質(zhì)纖維素的主要成分是纖維素，半纖維素和木質(zhì)素。通常木質(zhì)素難以被厭氧微生物降 解，纖維素和半纖維素能夠被厭氧微生物分泌的水解酶水解。由于木質(zhì)素與纖維素和半 纖維素形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，使木質(zhì)纖維素中纖維素和半纖維素水解速率低。因此，含有木 質(zhì)纖維素的生物質(zhì)水解比較緩慢，導(dǎo)致含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)厭氧發(fā)酵通常比較緩慢。 美國(guó)專(zhuān)利US patent 6905600介紹了采用高溫和一定壓力、在堿性條件下進(jìn)行水解，替 代生物水解，能夠高速水解，但是能耗較高，后處理復(fù)雜；在酸性條件下進(jìn)行水解，是 含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)利用的常規(guī)技術(shù)，也存在同樣問(wèn)題，難以用于轉(zhuǎn)化生物質(zhì)生產(chǎn) 沼氣。釆用汽爆等方法預(yù)處理生物質(zhì)來(lái)提高木質(zhì)纖維素在厭氧條件下的水解速率，從而 改進(jìn)厭氧發(fā)酵速率，也有很多報(bào)道，如中國(guó)專(zhuān)利CN01130972. 5,同樣存在能耗較高的問(wèn) 題。
美國(guó)專(zhuān)利US PATENT 5529692, Hack和Br inkmann等報(bào)道的厭氧工藝(New Process for High Performance Digestion, International Symposium on Anaerobic Digestion of Solid Waste, Venice 14-17.4.92),則通過(guò)回流增加固體有機(jī)物在水解池內(nèi)的停留 時(shí)間，提高水解轉(zhuǎn)化率，但對(duì)提高水解速率的貢獻(xiàn)很少。中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN1656043A介紹了采用氨吸收沼氣中C02形成的緩沖液回流到厭氧發(fā)酵池，減小pH值變化對(duì)有機(jī)物水 解過(guò)程的影響，這種方法工藝復(fù)雜，改進(jìn)很少。中國(guó)專(zhuān)利200610088107. 1提出的水解-消化兩相工藝，通過(guò)優(yōu)化水解工藝條件，包括減少水解反應(yīng)器內(nèi)水解發(fā)酵產(chǎn)物，降低它 們對(duì)水解的阻礙作用，對(duì)提高水解速率有一定作用；該方法中，還包括向發(fā)酵容器添加 纖維素酶提高水解速率的方法，由于纖維素酶需要復(fù)雜工藝生產(chǎn)，成本高，而且厭氧消 化研究發(fā)現(xiàn)，在消化反應(yīng)器內(nèi)，90%水解過(guò)程是由附著在微生物表面的纖維素酶催化的， 離開(kāi)孩i:生物的纖維素酶的水解作用較小(Confer, D. ， Logan， BE (1998). "Location of protein and polysaccharide hydrolytic activity in suspended and biof ilm waster." Water Research 32: 31-38.),因此，采用酶法水解，通常需要專(zhuān)交多的纖維素酶，制約 了其大規(guī)模應(yīng)用。
生物質(zhì)中通常含有可生物水解的生物大分子包括纖維素、半纖維素、蛋白質(zhì)、脂肪 等，微生物分泌各種水解酶，包括纖維素酶，半纖維素酶，蛋白酶和脂肪酶等水解這些 大分子，其中纖維素的厭氧水解，是含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)厭氧發(fā)酵速率控制過(guò)程， 通常是由產(chǎn)纖維素酶的微生物分泌產(chǎn)生的纖維素酶催化。纖維素的厭氧水解速率主要與 微生物分泌的纖維素酶的酶活相關(guān)。在現(xiàn)有的生物質(zhì)厭氧發(fā)酵技術(shù)中，由于生物質(zhì)未經(jīng) 滅菌，進(jìn)入發(fā)酵容器時(shí)帶來(lái)各種微生物，由于很多厭氧發(fā)酵微生物生長(zhǎng)速率快，而產(chǎn)纖 維素酶微生物生長(zhǎng)速率較低，在厭氧發(fā)酵容器中數(shù)量較少，導(dǎo)致分泌的纖維素酶較少， 一些研究報(bào)道厭氧發(fā)酵容器中每克消化液所含纖維素水解酶活性?xún)H為0. 001含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)厭氧發(fā)酵生產(chǎn)燃料酒精的過(guò)程包括生物大分子中碳水化 合物水解為單糖，單糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精過(guò)程。其中水解過(guò)程與厭氧發(fā)酵生產(chǎn)曱烷相同，主 要水解方法的缺點(diǎn)相類(lèi)似，如前所述。直接釆用微生物水解木質(zhì)纖維素產(chǎn)生單糖是難以實(shí)現(xiàn)的，這是由于產(chǎn)纖維素酶微生 物利用水解產(chǎn)物發(fā)酵獲得能量從而繁殖生長(zhǎng)，木質(zhì)纖維素水解過(guò)程比較緩慢，而產(chǎn)纖維 素酶微生物發(fā)酵速度較快，在發(fā)酵容器中水解產(chǎn)物，如單糖很快被產(chǎn)纖維素酶微生物發(fā) 酵，難以獲得單糖等水解產(chǎn)物，而發(fā)酵產(chǎn)物復(fù)雜，常常形成很多副產(chǎn)物，它們難以用來(lái) 發(fā)酵生產(chǎn)酒精或其他發(fā)酵產(chǎn)品，因此，采用微生物完成木質(zhì)纖維素水解，難以高產(chǎn)率獲 得單糖或其他發(fā)酵原料生產(chǎn)酒精或其他發(fā)酵產(chǎn)品。
采用同時(shí)接種產(chǎn)纖維素酶微生物和發(fā)酵微生物進(jìn)行水解和發(fā)酵，生產(chǎn)酒精，是正在 開(kāi)發(fā)的技術(shù)，主要缺點(diǎn)包括產(chǎn)纖維素酶微生物較多時(shí)，產(chǎn)纖維素酶微生物發(fā)酵帶來(lái)過(guò)多 副產(chǎn)物，較少時(shí)，水解速率慢；另一方面，生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)酒精需要在發(fā)酵容器中獲得 高濃度酒精，降低酒精分離純化的能耗，而高濃度酒精對(duì)微生物細(xì)胞造成了很大損傷， 導(dǎo)致微生物活性下降，使水解發(fā)酵轉(zhuǎn)化速率難以提高，也導(dǎo)致難以開(kāi)發(fā)一種同時(shí)具有高 活性水解和發(fā)酵作用的微生物。
此外，由于生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)酒精只能利用碳7jC化合物，不能利用蛋白質(zhì)，脂肪大分 子及非糖小分子，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為酒精的能量轉(zhuǎn)化率低，而且將發(fā)酵液中酒精純化生產(chǎn)燃 料還要消耗很多能量，因此，將生物質(zhì)發(fā)酵轉(zhuǎn)化生產(chǎn)酒精燃料獲得的燃料能量比產(chǎn)沼氣 獲得的燃料能量低得多。
通常纖維素酶是由好氧微生物發(fā)酵基質(zhì)生產(chǎn)的，這時(shí)基質(zhì)被氧化為二氧化碳，需要 消耗大量發(fā)酵基質(zhì)(包括基質(zhì)所含生物能量)，同時(shí)還耗能電能供氧，從能源角度來(lái)看， 是很不經(jīng)濟(jì)的。很多厭氧微生物也能夠利用基質(zhì)生長(zhǎng)，產(chǎn)生纖維素酶，但是，產(chǎn)生纖維 素酶微生物生長(zhǎng)速率慢，產(chǎn)酶速率低，難以同好氧微生物竟?fàn)帯?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種利用含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)氣體燃料及副產(chǎn)纖 維素酶的方法，提高生物質(zhì)中大分子，特別是纖維素的水解速率，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在 的發(fā)酵速率慢，產(chǎn)氣不穩(wěn)定的缺陷，達(dá)到提高厭氧消化速率和穩(wěn)定性的技術(shù)目的，同時(shí) 還可副產(chǎn)纖維素酶。
本發(fā)明的技術(shù)方案為
一種利用含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)氣體燃料的方法，其特征在于包括以下 步驟(1) 、向發(fā)酵容器中加入經(jīng)滅菌處理后的含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)，作為發(fā)酵培養(yǎng)基；
接種一種或多種能夠在厭氧條件下產(chǎn)纖維素酶的微生物厭氧培養(yǎng)，使得發(fā)酵容器內(nèi)纖維
素酶的活性大于1IU/克；
(2) 、從發(fā)酵容器中抽出水解發(fā)酵后的物質(zhì)進(jìn)入消化容器，接種含有一種或多種產(chǎn)曱烷 微生物及一種或多種產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的微生物種群厭氧培養(yǎng)；
(3 )、發(fā)酵容器和消化容器產(chǎn)生可燃?xì)怏w。
一種利用含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)氣體燃料的方法，其特征在于包括以下 步驟
(1) 、向發(fā)酵容器中加入經(jīng)滅菌處理后的含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)，作為發(fā)酵培養(yǎng)基；
(2) 、接種一種或多種能夠在厭氧條件下產(chǎn)纖維素酶微生物、 一種或多種產(chǎn)甲烷微生物 及一種或多種產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌厭氧培養(yǎng)，使得發(fā)酵容器內(nèi)纖維素酶的活性大于1IU/克；
(3) 、發(fā)酵容器產(chǎn)生可燃?xì)怏w。
所述的一種利用含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)氣體燃料的方法，其特征在于 所述的發(fā)酵容器內(nèi)注入水，發(fā)酵過(guò)程為液態(tài)發(fā)酵，所述的抽出到消化容器的水解發(fā)酵后 的物質(zhì)為液體和含微生物的固體；或者不向發(fā)酵容器內(nèi)注水，所述的生物質(zhì)在發(fā)酵容器 內(nèi)的水解發(fā)酵過(guò)程為固態(tài)發(fā)酵，所述的抽出到消化容器的水解發(fā)酵后的物質(zhì)為固體。
所述的一種利用含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)氣體燃料的方法，其特征在于 在消化容器中還接種有一種或多種厭氧發(fā)酵微生物，或者接種厭氧消化反應(yīng)器內(nèi)活性污 泥。
所述的一種利用含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)氣體燃料的方法，其特征在于 所述生物質(zhì)，指作物秸稈，城市生活垃圾，污水處理廠產(chǎn)生的污泥，水生或陸生植物， 含植物纖維的廢渣，食品，滅菌處理采用高溫滅菌或氣爆滅菌處理。
所述的一種利用含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)氣體燃料的方法，其特征在于 所述從發(fā)酵容器中收集的氣體通入消化容器中，同時(shí)利用通入的氣體攪拌消化容器中物 料。
所述的一種利用含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)氣體燃料的方法，其特征在于 當(dāng)發(fā)酵過(guò)程為固態(tài)發(fā)酵時(shí)，所述發(fā)酵容器內(nèi)的水解發(fā)酵后的物質(zhì)排出后，進(jìn)入消化 容器前，先進(jìn)行菌體破碎，溶劑萃取獲得包括纖維素酶在內(nèi)的多種水解酶，進(jìn)入發(fā)酵容 器，剩余的發(fā)酵物質(zhì)和萃取廢液進(jìn)入消化容器；或水解酶提純成為產(chǎn)品；
當(dāng)發(fā)酵過(guò)程為液態(tài)發(fā)酵時(shí)，所述從發(fā)酵容器抽出的水解發(fā)酵后的物質(zhì)的液體部分，經(jīng)分離得到包括纖維素酶在內(nèi)的多種水解酶，送入發(fā)酵容器，液體進(jìn)入消化容器；或者 水解酶提純成為產(chǎn)品；從發(fā)酵容器抽出的水解發(fā)酵后的物質(zhì)中的固體部分含微生物，先 進(jìn)行菌體破碎，溶劑萃取獲得包括纖維素酶在內(nèi)的多種水解酶，進(jìn)入發(fā)酵容器，剩余的 發(fā)酵物質(zhì)和萃取廢液進(jìn)入消化容器；或水解酶提純成為產(chǎn)品。
所述的一種利用含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)氣體燃料的方法，其特征在于 當(dāng)發(fā)酵過(guò)程為液態(tài)發(fā)酵時(shí)，從消化容器中排出液體，經(jīng)分離除菌或消毒殺菌處理后，回 流至發(fā)酵容器。
所述的一種利用含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)氣體燃料的方法，其特征在于 向所述發(fā)酵容器中添加水解酶，包括纖維素酶、半纖維素酶、蛋白酶、脂肪酶、果膠酶 或其中任意一種。
一種利用含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)氣體燃料副產(chǎn)纖維素酶的方法，其特征 在于包括以下步驟
(1) 、向發(fā)酵容器中加入經(jīng)滅菌處理后的含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)，作為發(fā)酵培養(yǎng) 基；接種能夠在厭氧條件下產(chǎn)纖維素酶的微生物厭氧培養(yǎng)，使得發(fā)酵容器內(nèi)纖維素酶的 活性大于1IU/克;
(2) 當(dāng)發(fā)酵過(guò)程為固態(tài)發(fā)酵時(shí)，所述發(fā)酵容器內(nèi)的水解發(fā)酵后的物質(zhì)排出后，先進(jìn) 行菌體破碎，溶劑萃取獲得包括纖維素酶在內(nèi)的多種水解酶，剩余的發(fā)酵物質(zhì)和萃取廢 液進(jìn)入消化容器，水解酶提純成為產(chǎn)品；
當(dāng)發(fā)酵過(guò)程為液態(tài)發(fā)酵時(shí)，所述從發(fā)酵容器抽出的液體，經(jīng)分離得到包括纖維素酶 在內(nèi)的多種水解酶，液體進(jìn)入消化容器，水解酶提純成為產(chǎn)品；從發(fā)酵容器抽出的含微 生物的固體，先進(jìn)行菌體破碎，溶劑萃取獲得包括纖維素酶在內(nèi)的多種水解酶，剩余的 發(fā)酵物質(zhì)和萃取廢液進(jìn)入消化容器，水解酶提純成為產(chǎn)品；
(3) 、進(jìn)入消化容器的物質(zhì)，接種含有一種或多種產(chǎn)曱烷微生物及一種或多種產(chǎn)氬 產(chǎn)乙酸菌的微生物種群厭氧培養(yǎng)，產(chǎn)生可燃?xì)怏w。
能夠產(chǎn)生纖維素酶的微生物包括好氧、兼氧和厭氧微生物，能夠產(chǎn)生纖維素酶的好 氧微生物包括木霉，青霉。有的微生物同時(shí)產(chǎn)生能夠分解木質(zhì)素的酶，如白腐真菌，褐 腐真菌，軟腐真菌等。
本發(fā)明優(yōu)選的方案是利用能夠產(chǎn)纖維素酶的厭氧或兼氧微生物在厭氧發(fā)酵容器中發(fā) 酵含木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)。能夠在厭氧條件下產(chǎn)生纖維素酶的微生物有很多，可以從很多厭氧環(huán)境中篩選，如 從堆肥、厭氧消化反應(yīng)器內(nèi)污泥、淤泥、瘤胃中篩選。在厭氧條件下產(chǎn)生纖維素酶的微 生物包括真菌和細(xì)菌。優(yōu)選的接種微生物是在厭氧條件下生長(zhǎng)良好能夠產(chǎn)生高活性纖維 素酶的兼氧或厭氧微生物，包括從瘤胃中分離得到的產(chǎn)纖維素酶厭氧菌，或從高溫堆肥 中分離得到的產(chǎn)纖維素酶厭氧嗜熱菌，或從厭氧反應(yīng)器污泥中分離得到的產(chǎn)纖維素酶厭 氧菌，或從高溫?zé)崛蟹蛛x得到的產(chǎn)纖維素酶厭氧嗜熱菌。優(yōu)選的產(chǎn)纖維素酶厭氧菌是 熱纖維梭菌，熱硫化氫梭菌，熱解糖梭菌，產(chǎn)乙醇熱厭氧桿菌，布氏熱厭氧桿菌，乙酰 乙基熱厭氧桿菌，溶纖維乙酸弧菌，粗糙鏈孢霉和具炳畢赤氏酵母也是較好的選擇。
生物質(zhì)在厭氧條件下在產(chǎn)纖維素酶微生物分泌的水解酶作用下厭氧水解時(shí)，還同時(shí) 發(fā)生產(chǎn)纖維素酶^t生物厭氧發(fā)酵過(guò)程，將水解產(chǎn)物葡萄糖，木糖，氨基酸等發(fā)酵轉(zhuǎn)化為 乙酸，酒精，氫氣，二氧化碳等分子。木質(zhì)纖維素含有產(chǎn)纖維素酶微生物生長(zhǎng)所需的碳 源和氮源，還可以增加其他物質(zhì)作為碳源和氮源，例如甘油、葡萄糖、果糖等作為碳源， 尿素、銨鹽、尿素、氨基酸、玉米、蛋白胨作為氮源。此外，在基質(zhì)中添加無(wú)才幾鹽，維 生素等能夠刺激微生物生長(zhǎng)的多種營(yíng)養(yǎng)原料，能夠增加微生物分解纖維素酶，提高水解 速率。向所述發(fā)酵容器中添加水解酶，包括纖維素酶、半纖維素酶、蛋白酶、脂肪酶、 果膠酶或其中任意一種，直接增加生物質(zhì)水解速率。
在消化容器內(nèi)接種含有一種或多種產(chǎn)曱烷微生物及一種或多種產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的微生 物種群厭氧培養(yǎng)，轉(zhuǎn)化發(fā)酵產(chǎn)生的生物小分子，形成可燃?xì)怏w。
在消化容器中接種一種或多種厭氧發(fā)酵微生物，可以繼續(xù)厭氧發(fā)酵轉(zhuǎn)化在發(fā)酵容器 中未發(fā)酵或發(fā)酵未徹底的組分。在消化容器內(nèi)，同時(shí)接種產(chǎn)曱烷和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌微生物， 所有水解發(fā)酵產(chǎn)生的生物小分子，包括單糖，乙酸，酒精，氫氣等被多種厭氧^L生物厭
氧轉(zhuǎn)化形成曱烷和二氧化碳?xì)怏w，氣體中還可能含有少量或微量氫氣?；钚晕勰嘀泻?產(chǎn)曱烷微生物、產(chǎn)氬產(chǎn)乙酸菌的微生物、厭氧發(fā)酵微生物，消化容器接種厭氧活性污泥， 可以達(dá)到同樣目的。厭氧發(fā)酵容器和厭氧消化容器內(nèi)產(chǎn)生的可燃?xì)怏w包括氳氣和曱烷。
本發(fā)明優(yōu)選的工藝實(shí)施方案之一是在發(fā)酵容器和消化容器中，使用較少水分的固態(tài) 發(fā)酵，在發(fā)酵容器中含木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)經(jīng)厭氧水解發(fā)酵后，部分轉(zhuǎn)移到消化容器中，
留下的微生物作為種子用于水解發(fā)酵新添加的生物質(zhì)；或全部轉(zhuǎn)移到消化容器中，發(fā)酵
容器中處理新添加的生物質(zhì)時(shí)，需重新接種能夠在厭氧條件下產(chǎn)生纖維素酶的微生物。 采用連續(xù)發(fā)酵工藝時(shí)，在發(fā)酵容器中微生物活性降低時(shí)，添加能夠在厭氧條件下產(chǎn)生纖
維素酶的微生物；在發(fā)酵容器被雜菌污染時(shí)，排空發(fā)酵容器，經(jīng)滅菌后，重新接種。本發(fā)明優(yōu)選的工藝實(shí)施方案之一是在發(fā)酵容器和消化容器內(nèi)進(jìn)行的厭氧水解、發(fā)酵 和產(chǎn)曱烷過(guò)程在液相進(jìn)行，這時(shí)加入發(fā)酵容器的水溶解帶走生物質(zhì)表面水解發(fā)酵產(chǎn)生的 小分子，將它們轉(zhuǎn)移到消化容器中；其中部分或全部加入發(fā)酵容器的水來(lái)自經(jīng)除菌處理 過(guò)的消化容器排出水，這樣可循環(huán)利用水中各種營(yíng)養(yǎng)物，包括添加的或積累的營(yíng)養(yǎng)鹽等。
本發(fā)明優(yōu)選的工藝實(shí)施方案之一是進(jìn)行生物質(zhì)厭氧水解發(fā)酵的發(fā)酵容器使用滲濾床 反應(yīng)器，含木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)與在厭氧條件下能產(chǎn)纖維素酶的微生物混合或與發(fā)酵容 器排出的含微生物的固體混合后，堆積在反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)成滲濾床，通過(guò)從反應(yīng)器頂部加入 水，從床體滲透溶解帶走生物質(zhì)表面被水解發(fā)酵后的小分子，將它們轉(zhuǎn)移到消化容器中；
生物質(zhì)厭氧水解還可采用完全混合反應(yīng)器或推流式反應(yīng)器。厭氧消化可釆用升流式厭氧 污泥床反應(yīng)器、厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器、推流式反應(yīng)器、完全混合反應(yīng)器或厭氧濾床反應(yīng)器。 以上實(shí)施工藝方案中發(fā)酵容器中產(chǎn)生的小分子中氣體物質(zhì)，含有氫氣，直接抽出作
為燃料；或轉(zhuǎn)移至所述消化容器中，厭氧轉(zhuǎn)化為曱烷，同時(shí)利用通入氣體攪拌消化容器。 以上實(shí)施工藝方案中所述含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)，包括作物秸稈，城市生活垃圾， 污水處理廠產(chǎn)生的污泥，水生或陸生植物，廢水和廢渣，還包括含纖維素的食品等，消 毒處理采用高溫滅菌或氣爆滅菌。以上實(shí)施工藝方案中生物質(zhì)采用加熱和氣爆處理，不 僅能夠殺菌，而且破壞了木質(zhì)纖維素的天然結(jié)構(gòu)，降低了木質(zhì)素對(duì)纖維素和半纖維素的 保護(hù)作用，有利于木質(zhì)纖維素在厭氧條件下的水解。加熱殺菌處理溫度范圍為100-180 。C,最佳溫度為105以上實(shí)施工藝方案中采用液態(tài)發(fā)酵時(shí)，發(fā)酵容器中微生物不斷增加，需要排出剩余菌 體，通過(guò)破碎剩余菌體，溶劑萃取分離獲得包括纖維素酶在內(nèi)的多種水解酶，然后將水 解酶轉(zhuǎn)移進(jìn)入發(fā)酵容器；或水解酶提純成為產(chǎn)品，剩余固體和萃取廢液轉(zhuǎn)移到消化容器 中；另外，從發(fā)酵容器抽出液體，在進(jìn)入消化容器前通過(guò)膜分離等方法得到包括纖維素 酶在內(nèi)的多種水解酶，然后將水解酶轉(zhuǎn)移進(jìn)入發(fā)酵容器；或水解酶可提純成為產(chǎn)品，液 體轉(zhuǎn)移到消化容器中。
以上實(shí)施工藝方案中采用固態(tài)發(fā)酵時(shí)，發(fā)酵容器中排出的發(fā)酵物質(zhì)包括產(chǎn)纖維素酶微 生物，通過(guò)破碎菌體，溶劑如水溶解纖維素酶分離獲得包括纖維素酶在內(nèi)的多種水解酶， 水解酶可提純成為產(chǎn)品，或進(jìn)入發(fā)酵容器，剩余固體和分離酶后的水溶液進(jìn)入?yún)捬跸?容器中轉(zhuǎn)化為曱烷。
本發(fā)明優(yōu)選的工藝實(shí)施方案之一是向發(fā)酵容器中加入經(jīng)滅菌處理后的含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)，作為發(fā)酵培養(yǎng)基；接種一種或多種厭氧產(chǎn)纖維素酶微生物、 一種或多種產(chǎn) 曱烷微生物及一種或多種產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌厭氧培養(yǎng)，使得發(fā)酵容器內(nèi)纖維素酶的活性大于 1IU/克；發(fā)酵容器內(nèi)產(chǎn)生以曱烷為主的可燃?xì)怏w。該方案避免了發(fā)酵容器內(nèi)進(jìn)入不產(chǎn)纖
維素酶的發(fā)酵微生物和其他利用單糖、氨基酸等水解產(chǎn)物的微生物，由于產(chǎn)曱烷微生物 及產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌只能利用發(fā)酵產(chǎn)物，不能利用纖維素、半纖維素和蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物，因 此，產(chǎn)纖維素酶微生物能夠充分利用這些水解產(chǎn)物，產(chǎn)纖維素酶微生物的生長(zhǎng)和纖維素 酶的分泌不受產(chǎn)曱烷微生物及產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌影響，發(fā)酵容器內(nèi)纖維素酶活性高，與現(xiàn)有 厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣技術(shù)相比，提高了生物質(zhì)水解速率及厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷速率。
以上所述用于發(fā)酵容器和消化容器接種的微生物可從現(xiàn)有厭氧消化反應(yīng)器內(nèi)污泥或 其他厭氧環(huán)境中分離培養(yǎng)，主要產(chǎn)纖維素酶微生物包括梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、
真細(xì)菌屬、雙歧桿菌屬和無(wú)芽孢革蘭氏陰性桿菌，例如溶纖維乙酸弧菌、溶纖維丁酸 弧菌、棲瘤胃擬桿菌、熱纖維梭菌、熱硫化氫梭菌，熱解糖梭菌，產(chǎn)乙醇熱厭氧桿菌， 布氏熱厭氧桿菌，乙酰乙基熱厭氧桿菌，粗糙鏈孢霉和具炳畢赤氏酵母。產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌 包括脫硫弧菌、S菌、沃爾夫互營(yíng)單胞菌、沃林互營(yíng)桿菌。產(chǎn)甲烷菌包括甲烷桿菌屬、曱 烷短桿菌屬、曱烷球菌屬、曱烷微菌屬、曱烷烷菌屬、曱烷螺菌屬和曱烷八疊球菌屬， 例如史密斯曱烷短桿菌屬、曱酸甲烷桿菌屬、巴氏曱烷桿菌屬、反芻曱烷短桿菌屬、史 密斯曱烷桿菌屬、嗜熱自養(yǎng)曱烷桿菌、巴氏曱烷八疊球菌、范尼氏曱烷球菌、沃氏曱烷 球菌、馬氏產(chǎn)曱烷球菌、海生產(chǎn)曱烷球菌、227巴氏曱烷八疊球菌、巴氏甲烷八疊球菌、 嗜熱曱烷八疊球菌、索氏曱烷桿菌等。
在發(fā)酵容器內(nèi)接種三類(lèi)厭氧微生物完成生物質(zhì)水解發(fā)酵產(chǎn)曱烷過(guò)程時(shí)，應(yīng)選擇相互 匹配的三類(lèi)厭氧微生物，高速高轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化生物質(zhì)，例如，優(yōu)選的三類(lèi)厭氧微生物是溶 纖維乙酸弧菌、脫硫弧菌、沃爾夫互營(yíng)單胞菌和巴氏曱烷八疊球菌。
為優(yōu)化本工藝的產(chǎn)量，可以在整個(gè)工藝的每一個(gè)步驟中應(yīng)用多于一個(gè)發(fā)酵容器來(lái)進(jìn) 行發(fā)酵。例如，進(jìn)行生物質(zhì)水解發(fā)酵的發(fā)酵容器和/或轉(zhuǎn)化水解發(fā)酵后物質(zhì)為氣體燃料的 消化容器可以在兩個(gè)或更多的以連續(xù)或平行的順序排列的發(fā)酵容器中進(jìn)行。在這種方式 運(yùn)作下，可以利用部分只有產(chǎn)纖維素酶微生物，無(wú)其他雜菌的發(fā)酵容器(通過(guò)滅菌所有 進(jìn)入發(fā)酵容器的物質(zhì)并接種產(chǎn)纖維素酶微生物達(dá)到)產(chǎn)生的含微生物的剩余固體和/或從 中分離得到的水解酶供應(yīng)另外一部分發(fā)酵容器，保證后一部分發(fā)酵容器纖維素酶酶活大 于lIU/克，使進(jìn)入后一部分發(fā)酵容器的生物質(zhì)不經(jīng)滅菌處理，達(dá)到同樣的水解目的。因 為在加入較多產(chǎn)纖維素酶微生物和/或水解酶條件下，可以保證纖維素酶活性大于1IU/克，從而確保生物質(zhì)水解速率。
以上實(shí)施工藝方案中，為了保持發(fā)酵容器和消化容器內(nèi)良好的厭氧環(huán)境，還在發(fā)酵容 器內(nèi)添加能產(chǎn)纖維素酶的兼性厭氧微生物，在消化容器內(nèi)添加兼性厭氧微生物，以除去 發(fā)酵容器和消化容器內(nèi)氧。產(chǎn)纖維素酶的兼性厭氧微生物如熱葡糖苷酶地芽孢桿菌 (Geobacillus thermoglucosidasius ) SH2， Serratia JF-1116,兼性厭氧芽孑包桿菌XX -0 1,產(chǎn)黃纖維單胞菌(cellulomonas f lavigena，中科院微生物所保藏)。
本發(fā)明將進(jìn)入發(fā)酵容器中所有物質(zhì)，包括生物質(zhì)，滅菌后，再進(jìn)入發(fā)酵容器，通過(guò) 發(fā)酵容器中接種的;f效生物分泌的纖維素酶等各種水解酶水解生物質(zhì)，防止了發(fā)酵容器中
進(jìn)入其他微生物，使發(fā)酵容器中生長(zhǎng)的微生物是以厭氧條件下能夠產(chǎn)高活性纖維素酶的 厭氧或兼氧微生物，從而增加了發(fā)酵容器內(nèi)纖維素酶的濃度和活性，提高了生物質(zhì)水解 速率和水解穩(wěn)定性；在液態(tài)發(fā)酵時(shí)，通過(guò)循環(huán)水帶走發(fā)酵容器中水解發(fā)酵產(chǎn)物，降低它 們對(duì)水解過(guò)程的阻礙作用，它們進(jìn)入消化容器，通過(guò)厭氧微生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)生曱烷和二氧化 碳為主要成分的沼氣。
本發(fā)明通過(guò)以上措施提高了厭氧轉(zhuǎn)化生物質(zhì)生產(chǎn)可燃?xì)怏w的速率。根據(jù)實(shí)際工藝觀 察，本項(xiàng)發(fā)明中進(jìn)行水解的發(fā)酵容器只有能夠產(chǎn)生纖維素酶的微生物，使發(fā)酵容器內(nèi)纖 維素酶活性達(dá)到1 IU/克以上，優(yōu)化條件為纖維素酶活性達(dá)到5IU/克以上，纖維素酶活力 最大可超過(guò)IOO IU/克，通常情況下，發(fā)酵容器內(nèi)纖維素酶活性達(dá)到l-100IU/克，大大加 快了纖維素水解速率。本發(fā)明發(fā)酵容器中纖維素酶活力高，活性明顯大于外加的纖維素 酶。由于外加的纖維素酶活性牟i低，通常的酶法纖維素水解，需要^f吏用相當(dāng)于纖維素重 量1-10%的纖維素酶，用量巨大，在生產(chǎn)纖維素酶時(shí)，還需要添加各種營(yíng)養(yǎng)物作培養(yǎng) 基，分離酶時(shí)，常需要破碎微生物細(xì)胞，需要不斷培養(yǎng)、篩選微生物，準(zhǔn)備發(fā)酵容器中 需要的微生物種子，流程復(fù)雜，成本高。本發(fā)明采用微生物在發(fā)酵容器內(nèi)自行產(chǎn)生，不 需要破碎微生物分離纖維素酶，利用微生物分泌的水解酶，同樣質(zhì)量的水解酶活性大大 高于分離純化的水解酶，基質(zhì)中不需要補(bǔ)充各種添加劑增加產(chǎn)酶量和酶活性，可以采用 連續(xù)生產(chǎn)或間歇生產(chǎn)，流程簡(jiǎn)單，優(yōu)勢(shì)明顯。本方法在發(fā)酵容器中通過(guò)微生物發(fā)酵水解 產(chǎn)物產(chǎn)生的各種小分子有機(jī)物，如乙酸，甘油和酒精等，轉(zhuǎn)化為曱烷的能量轉(zhuǎn)化率在90 %以上，因此，本發(fā)明所提供的方法轉(zhuǎn)化生物質(zhì)為氣體燃料，轉(zhuǎn)化率高，而且能耗低， 是生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料的良好技術(shù)。
本方法采用能夠高效分泌胞外纖維素酶的微生物作為發(fā)酵容器接種微生物，在完成 水解纖維素同時(shí)，還不斷積累纖維素酶等水解酶，從發(fā)酵容器排出的發(fā)酵物中可提取發(fā)酵產(chǎn)生的各種水解酶，不影響可燃?xì)怏w生產(chǎn)，因此，本發(fā)明能夠同時(shí)低成本副產(chǎn)包括纖 維素酶在內(nèi)的各種水解酶。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l:
水生植物水葫,經(jīng)破碎成20mm左右長(zhǎng)度，裝入到加熱罐內(nèi)，通入高溫高壓蒸汽，使 溫度達(dá)到攝氏120度，維持30min,消毒，然后，將消毒后水葫,與厭氧消化容器內(nèi)排出 的上清液經(jīng)膜過(guò)濾除菌處理后一起送入到厭氧發(fā)酵容器，厭氧發(fā)酵容器內(nèi)接種有能夠在 厭氧環(huán)境下生長(zhǎng)和產(chǎn)纖維素酶的微生物，將厭氧消化容器排出的上清液經(jīng)消毒回流到發(fā) 酵容器內(nèi)，使發(fā)酵容器內(nèi)水葫,水解發(fā)酵形成的小分子溶解，從發(fā)酵容器內(nèi)排出的液體， 經(jīng)膜過(guò)濾分離獲得包括纖維素酶在內(nèi)的水解酶產(chǎn)品，然后，剩余的液體泵送到厭氧消化 容器內(nèi)接種微生物培養(yǎng)，形成可燃?xì)怏w。發(fā)酵容器內(nèi)產(chǎn)生的氣體進(jìn)入到消化容器內(nèi)，攪 拌消化容器，同時(shí)通過(guò)消化容器內(nèi)微生物轉(zhuǎn)化氣體中的氫氣和二氧化碳為曱烷。其中水 葫,在厭氧發(fā)酵容器內(nèi)停留時(shí)間控制在2實(shí)施例2:
將稻草破碎成5mm左右長(zhǎng)度，裝入到連續(xù)汽爆機(jī)內(nèi)，汽爆機(jī)通入高溫高壓蒸汽，保持 180度，通過(guò)控制加料量，維持稻草在汽爆機(jī)內(nèi)停留時(shí)間為3min，爆出端連續(xù)得到汽爆處 理的稻草。將汽爆后的稻草與無(wú)菌水一起送入到厭氧發(fā)酵容器，厭氧發(fā)酵容器內(nèi)不斷回 流厭氧消化容器內(nèi)排出的經(jīng)沉淀膜過(guò)濾除菌處理的上清液，將厭氧發(fā)酵容器內(nèi)水解形成 的小分子溶解，從發(fā)酵容器內(nèi)排出的液體，然后泵送到厭氧消化反應(yīng)器內(nèi)，接種微生物 培養(yǎng)，形成可燃?xì)怏w。其中汽爆處理后的稻草在厭氧發(fā)酵容器內(nèi)停留時(shí)間控制在4-5天， 在消化容器內(nèi)停留時(shí)間控制在l天，稻草所含有機(jī)物在系統(tǒng)中分解率達(dá)到70%以上。發(fā)酵 容器內(nèi)接種微生物采用從高溫堆肥中分離培養(yǎng)的產(chǎn)纖維素酶厭氧嗜熱菌及兼性厭氧產(chǎn)黃 纖維單胞菌，消化容器內(nèi)接種微生物為厭氧消化反應(yīng)器內(nèi)活性污泥。經(jīng)測(cè)定，發(fā)酵容器 中纖維素酶的活性達(dá)到2-5 IU/克。發(fā)酵容器采用葉輪攪拌完全混合反應(yīng)器，消化容器采用升流式厭氧污泥床反應(yīng)器。 實(shí)施例3:
將生活垃圾有機(jī)部分破碎成20mm左右粒徑，裝入到連續(xù)汽爆機(jī)內(nèi)，汽爆機(jī)通入高溫 高壓蒸汽，保持120度，通過(guò)控制加料量，維持有機(jī)垃圾在汽爆機(jī)內(nèi)停留時(shí)間為15min， 爆出端連續(xù)得到汽爆處理的有機(jī)垃圾。連續(xù)將汽爆后的有機(jī)垃圾輸入到厭氧發(fā)酵容器， 同時(shí)輸出發(fā)酵容器內(nèi)發(fā)酵物，先進(jìn)行菌體破碎，水萃取獲得包括纖維素酶在內(nèi)的多種水 解酶，部分水解酶轉(zhuǎn)移到發(fā)酵容器中，剩余水解酶提純成為產(chǎn)品，剩余的發(fā)酵物質(zhì)和萃 取廢液進(jìn)入消化容器內(nèi)，接種微生物發(fā)酵培養(yǎng)，形成可燃?xì)怏w。其中汽爆處理后的有機(jī) 垃圾在厭氧發(fā)酵容器內(nèi)停留時(shí)間控制在l實(shí)施例4:
水生植物水葫,經(jīng)破碎成20mm左右長(zhǎng)度，裝入到加熱罐內(nèi)，通入高溫高壓蒸汽，使 溫度達(dá)到攝氏120度，維持30min，消毒，然后，將消毒后水葫,加入發(fā)酵容器中，接種 由兼性厭氧產(chǎn)黃纖維單胞菌、溶纖維乙酸弧菌、脫硫弧菌、沃爾夫互營(yíng)單胞菌和巴氏甲 烷八疊球菌組成的厭氧微生物菌群厭氧培養(yǎng)，形成可燃?xì)怏w。其中水葫,在發(fā)酵容器內(nèi) 停留時(shí)間控制在3權(quán)利要求
1、一種利用含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)氣體燃料的方法，其特征在于包括以下步驟(1)、向發(fā)酵容器中加入經(jīng)滅菌處理后的含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)，作為發(fā)酵培養(yǎng)基；接種一種或多種能夠在厭氧條件下產(chǎn)纖維素酶的微生物厭氧培養(yǎng)，使得發(fā)酵容器內(nèi)纖維素酶的活性大于1IU/克；(2)、從發(fā)酵容器中抽出水解發(fā)酵后的物質(zhì)進(jìn)入消化容器，接種含有一種或多種產(chǎn)甲烷微生物及一種或多種產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的微生物種群厭氧培養(yǎng)；(3)、發(fā)酵容器和消化容器產(chǎn)生可燃?xì)怏w。
2、 一種利用含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)氣體燃料的方法，其特征在于包括以 下步驟(1) 、向發(fā)酵容器中加入經(jīng)滅菌處理后的含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)，作為發(fā)酵培 養(yǎng)基；(2) 、接種一種或多種能夠在厭氧條件下產(chǎn)纖維素酶微生物、 一種或多種產(chǎn)甲烷 微生物及一種或多種產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌厭氧培養(yǎng)，使得發(fā)酵容器內(nèi)纖維素酶的活性大于 1IU/克；(3) 、發(fā)酵容器產(chǎn)生可燃?xì)怏w。
3、 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種利用含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)氣體燃料的方 法，其特征在于所述的發(fā)酵容器內(nèi)注入水，發(fā)酵過(guò)程為液態(tài)發(fā)酵，所述的抽出到 消化容器的水解發(fā)酵后的物質(zhì)為液體和含微生物的固體；或者不向發(fā)酵容器內(nèi)注水， 所述的生物質(zhì)在發(fā)酵容器內(nèi)的水解發(fā)酵過(guò)程為固態(tài)發(fā)酵，所述的抽出到消化容器的 水解發(fā)酵后的物質(zhì)為固體。
4、 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種利用含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)氣體燃料的方 法，其特征在于在消化容器中還接種有一種或多種厭氧發(fā)酵微生物，或者接種厭 氧消化反應(yīng)器內(nèi)活性污泥。
5、 根據(jù)權(quán)利要求
l、 3或4所述的一種利用含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)氣體 燃料的方法，其特征在于所述生物質(zhì)，指作物秸稈，城市生活垃圾，污水處理廠 產(chǎn)生的污泥，水生或陸生植物，含植物纖維的廢渣，食品，滅菌處理采用高溫滅菌 或氣爆滅菌處理。
6、 根據(jù)權(quán)利要求
l、 3或4所述的一種利用含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)氣體燃料的方法，其特征在于所述從發(fā)酵容器中收集的氣體通入消化容器中，同時(shí)利 用通入的氣體攪拌消化容器中物料。
7、 根據(jù)權(quán)利要求
1、 3或4所述的一種利用含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)氣體 燃料的方法，其特征在于當(dāng)發(fā)酵過(guò)程為固態(tài)發(fā)酵時(shí)，所述發(fā)酵容器內(nèi)的水解發(fā)酵后的物質(zhì)排出后，進(jìn)入 消化容器前，先進(jìn)行菌體破碎，溶劑萃取獲得包括纖維素酶在內(nèi)的多種水解酶，進(jìn) 入發(fā)酵容器，剩余的發(fā)酵物質(zhì)和萃取廢液進(jìn)入消化容器；或水解酶提純成為產(chǎn)品；當(dāng)發(fā)酵過(guò)程為液態(tài)發(fā)酵時(shí)，所述從發(fā)酵容器抽出的水解發(fā)酵后的物質(zhì)的液體部 分，經(jīng)分離得到包括纖維素酶在內(nèi)的多種水解酶，送入發(fā)酵容器，液體進(jìn)入消化容 器；或者水解酶提純成為產(chǎn)品；從發(fā)酵容器抽出的水解發(fā)酵后的物質(zhì)中的固體部分 含微生物，先進(jìn)行菌體破碎，溶劑萃取獲得包括纖維素酶在內(nèi)的多種水解酶，進(jìn)入 發(fā)酵容器，剩余的發(fā)酵物質(zhì)和萃取廢液進(jìn)入消化容器；或水解酶提純成為產(chǎn)品。
8、 根據(jù)權(quán)利要求
1、 3或4所述的一種利用含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)氣體 燃料的方法，其特征在于當(dāng)發(fā)酵過(guò)程為液態(tài)發(fā)酵時(shí)，從消化容器中排出液體，經(jīng) 分離除菌或消毒殺菌處理后，回流至發(fā)酵容器。
9、 根據(jù)權(quán)利要求
1、 3或4所述的一種利用含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)氣體 燃料的方法，其特征在于向所述發(fā)酵容器中添加水解酶，包括纖維素酶、半纖維 素酶、蛋白酶、脂肪酶、果膠酶或其中任意一種。
10、 一種利用含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)氣體燃料副產(chǎn)纖維素酶的方法，其 特征在于包括以下步驟(1) 、向發(fā)酵容器中加入經(jīng)滅菌處理后的含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)，作為發(fā)酵 培養(yǎng)基；接種能夠在厭氧條件下產(chǎn)纖維素酶的微生物厭氧培養(yǎng)，使得發(fā)酵容器內(nèi)纖 維素酶的活性大于1IU/克；(2) 當(dāng)發(fā)酵過(guò)程為固態(tài)發(fā)酵時(shí)，所述發(fā)酵容器內(nèi)的水解發(fā)酵后的物質(zhì)排出后， 先進(jìn)行菌體破碎，溶劑萃取獲得包括纖維素酶在內(nèi)的多種水解酶，剩余的發(fā)酵物質(zhì) 和萃取廢液進(jìn)入消化容器，水解酶提純成為產(chǎn)品；當(dāng)發(fā)酵過(guò)程為液態(tài)發(fā)酵時(shí)，所述從發(fā)酵容器抽出的液體，經(jīng)分離得到包括纖維素 酶在內(nèi)的多種水解酶，液體進(jìn)入消化容器，水解酶提純成為產(chǎn)品；從發(fā)酵容器抽出 的含微生物的固體，先進(jìn)行菌體破碎，溶劑萃取獲得包括纖維素酶在內(nèi)的多種水解酶，剩余的發(fā)酵物質(zhì)和萃取廢液進(jìn)入消化容器，水解酶提純成為產(chǎn)品；(3)、進(jìn)入消化容器的物質(zhì)，接種含有一種或多種產(chǎn)曱烷微生物及一種或多種產(chǎn)氫 產(chǎn)乙酸菌的微生物種群厭氧培養(yǎng)，產(chǎn)生可燃?xì)怏w。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)氣體燃料及副產(chǎn)纖維素酶的方法，包括向發(fā)酵容器中加入經(jīng)滅菌處理后的含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)，作為發(fā)酵培養(yǎng)基；接種能夠在厭氧條件下產(chǎn)纖維素酶的微生物厭氧培養(yǎng)，使得發(fā)酵容器內(nèi)纖維素酶的活性大于1IU/克；水解發(fā)酵后的物質(zhì)進(jìn)入消化容器，接種產(chǎn)甲烷微生物及產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的微生物種群厭氧培養(yǎng)；發(fā)酵容器和消化容器產(chǎn)生可燃?xì)怏w。本發(fā)明在發(fā)酵容器中通過(guò)微生物發(fā)酵水解產(chǎn)物產(chǎn)生的各種小分子有機(jī)物，如乙酸，甘油和酒精等，在消化容器中轉(zhuǎn)化為甲烷的能量轉(zhuǎn)化率在90％以上，因此，本發(fā)明所提供的方法轉(zhuǎn)化生物質(zhì)為氣體燃料，轉(zhuǎn)化率高，而且能耗低，是生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料的良好技術(shù)。
文檔編號(hào)C12N9/42GKCN101544990SQ200810020173
公開(kāi)日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2008年3月25日
發(fā)明者夏維東, 黃衛(wèi)東 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan