[發明專利]一種利用含有木質纖維素的生物質發酵生產氣體燃料及副產纖維素酶的方法

無效

• 申請號: 200810020173.4
• 申請日: 2008-03-25
• 公開（公告）號: CN101544990A
• 公開（公告）日: 2009-09-30
• 發明（設計）人: 黃衛東;夏維東
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C12P5/02
• 分類號: C12P5/02;C12P3/00;C12N9/42;C02F11/04;C12R1/01
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明屬于生物質能源轉化技術領域，特別涉及將生物質厭氧發酵生產可燃氣體，還可同時副產包括纖維素酶在內的各種水解酶的方法。

背景技術

利用生物質厭氧發酵生產酒精或沼氣(又稱厭氧消化)是解決能源短缺，同時減少有機垃圾的公知方法。含有木質纖維素的生物質是地球上可再生的主要物質之一，是由植物光合作用產生的。含有木質纖維素的生物質可來源于農業生產產生的作物秸稈，城市生活垃圾，污水處理廠產生的污泥，水生或陸生植物，含木質纖維素的廢渣，還包括廢棄的食品等。

含有木質纖維素的生物質厭氧發酵生產沼氣包括生物大分子水解，酸化和產甲烷等過程。根據厭氧發酵生物過程原理，人們發展了單相和兩相厭氧發酵生產沼氣工藝。單相厭氧發酵生產沼氣工藝是在一個發酵容器中完成生物質轉化為甲烷的所有過程。兩相厭氧發酵生產沼氣工藝，如美國專利US?patent?4318993采用在兩個不同反應器分別依次完成有機物厭氧水解和酸化，厭氧發酵生產甲烷過程。目前含有木質纖維素的生物質厭氧發酵生產沼氣技術存在轉化速率低的缺點，其主要原因是木質纖維素水解速率低。木質纖維素的主要成分是纖維素，半纖維素和木質素。通常木質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。由于木質素與纖維素和半纖維素形成復雜的結構，使木質纖維素中纖維素和半纖維素水解速率低。因此，含有木質纖維素的生物質水解比較緩慢，導致含有木質纖維素的生物質厭氧發酵通常比較緩慢。美國專利US?patent?6905600介紹了采用高溫和一定壓力、在堿性條件下進行水解，替代生物水解，能夠高速水解，但是能耗較高，后處理復雜；在酸性條件下進行水解，是含有木質纖維素的生物質利用的常規技術，也存在同樣問題，難以用于轉化生物質生產沼氣。采用汽爆等方法預處理生物質來提高木質纖維素在厭氧條件下的水解速率，從而改進厭氧發酵速率，也有很多報道，如中國專利CN01130972.5，同樣存在能耗較高的問題。

美國專利US?PATENT?5529692，Hack和Brinkmann等報道的厭氧工藝(New?Processfor?High?Performance?Digestion，International?Symposium?on?Anaerobic?Digestionof?Solid?Waste，Venice?14-17.4.92)，則通過回流增加固體有機物在水解池內的停留時間，提高水解轉化率，但對提高水解速率的貢獻很少。中國專利公開號CN1656043A介紹了采用氨吸收沼氣中CO₂形成的緩沖液回流到厭氧發酵池，減小pH值變化對有機物水解過程的影響，這種方法工藝復雜，改進很少。中國專利200610088107.1提出的水解-消化兩相工藝，通過優化水解工藝條件，包括減少水解反應器內水解發酵產物，降低它們對水解的阻礙作用，對提高水解速率有一定作用；該方法中，還包括向發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雜工藝生產，成本高，而且厭氧消化研究發現，在消化反應器內，90％水解過程是由附著在微生物表面的纖維素酶催化的，離開微生物的纖維素酶的水解作用較小(Confer，D.，Logan，BE(1998).＂Location?ofprotein?and?polysaccharide?hydrolytic?activity?in?suspended?and?biofilm?waster.＂Water?Research?32：31-38.)，因此，采用酶法水解，通常需要較多的纖維素酶，制約了其大規模應用。