[發(fā)明專利]藻渣厭氧消化制備沼氣的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210279524.X
• 申請(qǐng)日: 2012-08-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102757981A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李巖;張曉東;華棟梁;張杰;趙玉曉;許海朋;梁曉輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東省科學(xué)院能源研究所
• 主分類號(hào): C12P5/02
• 分類號(hào): C12P5/02
• 代理公司: 濟(jì)南舜源專利事務(wù)所有限公司 37205
• 代理人: 曲志波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源領(lǐng)域，是一種藻渣厭氧消化制備沼氣的技術(shù)。

背景技術(shù)

近些年，全球能源危機(jī)不斷加劇，人們環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，生物柴油等可再生能源受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。由于生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，油脂含量高的富油微藻的綜合開(kāi)發(fā)和利用已經(jīng)引起了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注，微藻油脂可以解決目前生物柴油原料來(lái)源缺乏及不穩(wěn)定的問(wèn)題，各個(gè)國(guó)家及地區(qū)的科研機(jī)構(gòu)相繼開(kāi)展了微藻培養(yǎng)方面的研究工作，使其逐漸成為許多國(guó)家開(kāi)源節(jié)能、變害為利和保護(hù)環(huán)境的重要手段。

隨著微藻在生物柴油領(lǐng)域的逐步應(yīng)用，在提取微藻油脂的過(guò)程中將同時(shí)產(chǎn)生大量的藻渣，這些副產(chǎn)品中主要成分為蛋白質(zhì)和碳水化合物，蘊(yùn)藏著大量的生物質(zhì)能，具有很高的利用價(jià)值。目前藻渣主要利用途徑為生產(chǎn)動(dòng)物飼料、復(fù)混肥，或者通過(guò)厭氧消化技術(shù)進(jìn)行清潔氣燃料供給。其中，利用比較成熟的厭氧消化工藝將這部分有用物質(zhì)轉(zhuǎn)化成為甲烷等清潔燃?xì)猓瑥亩鴮?shí)現(xiàn)藻渣的能源化利用，并最大限度的從藻渣中回收能源，對(duì)于提高藻類生物質(zhì)的能源轉(zhuǎn)化率具有深遠(yuǎn)意義，并且可提高其附加值，改善微藻生物柴油產(chǎn)業(yè)的效益。

沼氣發(fā)酵主要分為三個(gè)階段，分別為水解、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷。不同性質(zhì)原料在厭氧消化過(guò)程中的限速步驟也存在著差異，藻渣中含有的纖維素和大量的蛋白質(zhì)等成分的水解成為制約產(chǎn)氣速率的重要因素。專利201010198250.2中公開(kāi)了一種提油后藻渣兩相厭氧發(fā)酵制生物燃?xì)獾姆椒ǎㄟ^(guò)對(duì)藻渣的熱堿預(yù)處理后厭氧發(fā)酵獲取氫氣和甲烷，整個(gè)過(guò)程提高了轉(zhuǎn)化效率，縮短了發(fā)酵周期，與本專利擬采用的復(fù)合酶預(yù)先處理藻渣并采用單相厭氧發(fā)酵工藝存在本質(zhì)上的區(qū)別。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：以藻渣作為原料，通過(guò)纖維素酶和中性蛋白酶的有機(jī)結(jié)合，加快厭氧消化過(guò)程中甲烷的產(chǎn)氣速率和產(chǎn)率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的具體操作方法如下：

(1)?藻種的培養(yǎng)：培養(yǎng)基成分為NH₄Cl?400?mg/L,?KH₂PO₄?56?mg/L,K₂HPO_4?108?mg/L，MgSO₄?·7H₂O?100?mg/L，冰醋酸1?mg/L，將藻種經(jīng)無(wú)菌操作接種于滅過(guò)菌的培養(yǎng)基中，然后置于光照培養(yǎng)箱中靜置培養(yǎng)，每天震蕩3－4次，培養(yǎng)溫度為25℃，光照強(qiáng)度為4000?Lux，培養(yǎng)7天。

所述微藻藻種為小球藻（chlorella?vulgaris），曾記載于2009年11月19公開(kāi)的美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)說(shuō)明書(shū)US?20090288223中，還可于美國(guó)德克薩斯藻種保藏中心獲得，其保藏編號(hào)為UTEX?2714。

(2)培養(yǎng)后的微藻靜置沉降24h后去除上清液，收集下層濕藻后經(jīng)高壓均質(zhì)機(jī)進(jìn)行細(xì)胞破碎，于120MPa的均質(zhì)壓力下循環(huán)處理2次，然后加入萃取劑己烷提取所含油脂，結(jié)束后對(duì)其進(jìn)行離心分離，收集上層的有機(jī)溶劑相，并回收藻體在相同的條件下進(jìn)行二次浸提，提取剩余物置于真空干燥箱（操作溫度為40℃，真空度為740pa）中24h，去除殘留溶劑和水分，最終得到藻渣。

(3)藻渣按照底物濃度為1：5（w/w）的比例加入pH為4.8、濃度為50?mmol/L的檸檬酸緩沖液，然后加入纖維素酶，置于50℃的搖床中震蕩反應(yīng)48小時(shí)。所述纖維素酶為商業(yè)化酶Acremonium?cellulase?(于Meiji?Seika?Co.,?Japan（明治制菓株式會(huì)社）購(gòu)得，活力單位為400濾紙酶活/g)。?

(4)用濃度為1mol/l的NaOH溶液將上述反應(yīng)液的pH值調(diào)節(jié)為7.0，繼續(xù)加入中性蛋白酶，攪拌均勻后置于40℃搖床中震蕩反應(yīng)3小時(shí)，所述中性蛋白酶可于北京索萊寶科技有限公司購(gòu)得，采用枯草芽孢桿菌經(jīng)特殊發(fā)酵提煉而成，活力為60000活力單位/g，最適溫度為40℃，ph值7.0－7.8。

(5)在1L的具塞廣口瓶中加入?yún)捬跸勰啵缓蠹尤氩襟E二中所得的酶解產(chǎn)物，補(bǔ)水至0.8L，攪拌均勻后蓋上帶有導(dǎo)管的瓶塞，通入氮?dú)獯祾叩羝恐袣埩艨諝猓瑢?dǎo)管出口連接氣袋用于氣體的收集，廣口瓶放入35℃水浴鍋中開(kāi)始厭氧消化，最終得到甲烷含量大于60％的沼氣。每天用沼氣分析儀對(duì)集氣袋中的氣體成分進(jìn)行檢測(cè)，待產(chǎn)氣結(jié)束后停止反應(yīng)。所述厭氧活性污泥是指用于污水處理厭氧發(fā)酵工藝的微生物菌群。

本發(fā)明具有以下有益效果：