[發明專利]木聚糖酶預處理有機生活垃圾進行厭氧發酵的方法

有效

• 申請號: 201110320149.4
• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號: CN102367456A
• 公開（公告）日: 2012-03-07
• 發明（設計）人: 孫可偉;李如燕;何娟;李建昌
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C12P5/02
• 分類號: C12P5/02;C12P19/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種木聚糖酶預處理有機生活垃圾進行厭氧發酵的方法，屬于廢棄物處理和再利用技術領域。

背景技術

有機生活垃圾目前同其他生活垃圾一樣有填埋、焚燒、堆肥、資源化四種方式，經過多年的實踐經驗可知，資源化（厭氧發酵）明顯優于其他方式。因此若能做好生活垃圾的源頭分類，則將富含有機質的生活垃圾采用資源化技術處理將是一個良好的發展方向。

有機生活垃圾中纖維素類物質含量非常豐富，主要包括纖維素、半纖維素和木質素三大類。其中半纖維素又包括木聚糖、甘露聚糖和半乳聚糖等。木聚糖是植物纖維中半纖維素的主要成分，由木糖經β-1，4糖苷鍵連接而成，含有85～89%的D-木糖殘基，少量L-阿拉伯糖殘基及微量的葡萄糖醛酸殘基。半纖維素像一種填充在纖維素框架中的填充料，存在在纖維素之間，由于半纖維素和纖維素交雜在一起，所以只有當纖維素也被水解時，半纖維素才能全部水解。而纖維素分子具有牢固的結晶構造，酶分子和水分子難以侵入到內部中。因而纖維素類物質的降解難度較大。

有研究表明水解酸化階段是纖維素類物質含量高的一類有機廢物厭氧發酵的限速階段。而木聚糖酶包括催化區（CD）、纖維素結合區（CBD）、木聚糖結合區（XBD）、熱穩定區和纖維素小體聯合區等。CBD不僅存在于纖維素酶分子中，也存在于木聚糖酶分子中，而且兩者的功能和氨基酸組成上相似。孫君社（酶與酶工程及其應用[M].北京：化學工業出版社，2006.4）指出在沼氣生產中加入具有水解作用的酶，可將沼氣的產量提高25%。Rowena?T等（Rowena?T.Romano,Ruihong?Zhang,Sarah?Teter,et?al.The?effect?of?enzyme?addition?on?anaerobic?digestion?of?Jose?Toll?Wheat?Grass[J].Bioresource?Technology,2009,100:4564-4571）在麥稈厭氧發酵過程中添加纖維素酶、半纖維素酶和β-葡萄糖苷酶，結果表明：沼氣產率從0.35L/gVS增加到0.53L/gVS，甲烷產率也從0.15L/gVS增加到了0.29L/gVS。李建昌（申請號：200810058257.7）淀粉酶前處理應用于豬糞沼氣發酵的方法，指出淀粉酶在豬糞沼氣發酵前處理后，豬糞的TS，VS降解率、最大容積產氣率、累積產氣量及原料產氣潛力與對照組相比有明顯提高。但是目前對木聚糖酶的研究只停留在對木聚糖水解機理的研究，或在發酵過程中添加水解酶的方法上。而傳統有機生活垃圾厭氧發酵也并沒有利用酶對其進行預處理而是直接密封發酵，存在原料利用率低，發酵周期滯后等問題。因而若將木聚糖酶作為添加劑用于有機生活垃圾厭氧發酵的預處理中，將能有效促進纖維素類有機物的分解，消除水解酸化對整個發酵過程的限制，提高原料利用率等。

發明內容

本發明的目的在于利用木聚糖酶預處理有機生活垃圾后再用于厭氧發酵的方法，揚棄現有技術中在厭氧發酵過程中添加水解酶的方法，而是結合木聚糖酶的最佳水解條件，提出一種木聚糖酶預處理應用于有機生活垃圾厭氧發酵的方法。

本發明通過下列技術方案實現：一種木聚糖酶預處理有機生活垃圾進行厭氧發酵的方法，經過下列各步驟：

（1）取有機生活垃圾；

（2）向步驟（1）的有機生活垃圾中加入水解液，使其揮發性固體質量濃度為10～14%；按每克有機生活垃圾的揮發性固體量加入15～20萬U木聚糖酶的添加量，再加入木聚糖酶于有機生活垃圾中，并于50～70℃下恒溫預處理8～20h；

（3）按有機生活垃圾與接種物的揮發性固體含量的比為2～2.5︰1，在步驟（2）所得預處理后的有機生活垃圾中加入接種物，同時加入水或者沼液，使其成為發酵濃度為4～8%的混合物，再將其密封，置于34～36℃下進行厭氧發酵，即可收集沼氣。

所述有機生活垃圾為生活垃圾經人工分選后再經烘干后粉碎的有機垃圾。

所述步驟（2）中的水解液是：當pH為3.6～5.8時，是由醋酸-醋酸鈉配制而成的緩沖溶液；當pH為5.8～8.0時，是由磷酸氫二鈉-磷酸二氫鈉配制而成的緩沖溶液；或者，當pH為7時，以蒸餾水作為水解液。

所述水解液優選pH為5.6和7的水解液。

所述步驟（3）中的有機生活垃圾與接種物的揮發性固體含量的比優選2.5︰1。

所述步驟（3）中的發酵濃度是指有機生活垃圾和接種物的揮發性固體占混合物的質量百分比。

所述發酵濃度優選6%。

所述步驟（3）中的接種物為厭氧活性污泥。