[发明专利]用于制备沼气的煎盘梭菌

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过使用煎盘梭菌(Clostridium sartagoformum)微生物由生物质制备沼气的方法。

背景技术

沼气装置通过有机物质的微生物分解过程制备甲烷。在此，在多级发酵或消化过程中，通过厌氧(也就是说，排除空气)微生物的活性产生沼气。

从化学层面讲，作为发酵基质使用的有机材料具有高分子量组成，所述高分子量组成在沼气装置的每个方法步骤中通过微生物的代谢活动分解为低分子量组成。截至目前，还未充分表征对有机发酵基质的发酵过程具有活性的微生物种群。

根据现有技术，存在四种不同的先后、并行以及相互交错的生化代谢过程：水解、酸化、乙酸化和产甲烷，这些代谢过程使得有机发酵基质可以分解为终产物甲烷和二氧化碳。

在水解过程中，通常单独存在的高分子有机化合物通过发酵细菌的胞外酶(例如纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶)转化为可溶的分解产物。由此分解脂肪，例如脂肪酸，，碳水化合物，例如多糖、低聚糖和单糖，蛋白质、寡肽或氨基酸。此外，产生的气态产物主要由二氧化碳组成。

在酸化过程中，通常与水解细菌相同，兼性和专性厌氧细菌将水解产物(例如单糖、二糖、二肽、寡肽、氨基酸、甘油、长链脂肪酸)在细胞内代谢为短链脂肪酸或碳酸，例如丁酸、丙酸和乙酸，代谢为短链醇，例如乙醇，代谢为气态产物氢气和二氧化碳。

在随后的乙酸化过程中，在酸化过程中形成的短链脂肪酸和碳酸以及短链醇被产乙酸菌消化，并且在β-氧化之后作为乙酸再次排出。乙酸化的副产物为CO₂和氢气(H₂)分子。

在专性厌氧的产甲烷过程中，乙酸化过程的产物例如乙酸以及其他基质例如乙醇和甲酸酯通过产甲烷的有机体转化为甲烷和CO₂。此处产生的CO₂以及其他工艺步骤(例如水解)中形成的CO₂也可以与积累的H₂通过微生物再次转化为甲烷。

制备沼气与每个化学转化过程一样，提高定量原料形成的最终产物产量是过程控制的主要目的。对于由生物质制备沼气而言，即为由一定量的有机发酵基质中形成尽可能多的甲烷。

此外，应该达到尽可能高的发酵罐容积负荷。发酵罐容积负荷指的是引入发酵罐中的基质量，该量以千克有机干物质每立方米发酵罐容积每天计。产生的沼气量极大地取决于发酵罐容积负荷，更高的容积负荷产生更多的沼气。高容积负荷使得沼气形成过程更为经济可行，但是另一方面却增加了生物发酵过程的不稳定性。

因此，需要一种制备沼气的方法，所述方法相对于现有技术可以使容积负荷升高。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备沼气的方法，其相对于现有技术可以使发酵反应器的容积负荷升高。

通过根据权利要求1所述的制备沼气的方法解决本发明的目的。从属权利要求、说明书和实施例描述了本发明进一步优选的细节、方面和具体实施方案。

本发明提供一种在发酵反应器中由生物质制备沼气的方法。向生物质中添加煎盘梭菌微生物。

出人意料的，通过向发酵基质中添加煎盘梭菌微生物不仅能够升高发酵罐容积负荷，还显著增加了形成的沼气量。正如在实验中所表明的，添加煎盘梭菌微生物使得发酵罐容积负荷升高超过50％，却不会影响发酵过程的稳定性。在升高容积负荷的同时，形成的沼气量也增加一倍以上。此外，由于与不添加煎盘梭菌微生物的情况相比，更多的有机干物质被分解，因此沼气比产量(spezifische Ausbeute)也升高。在使用改良的基质时，通过升高的分解度可以获得显著升高的气体比产量。此外，在一定的气体产量下，通过添加煎盘梭菌微生物可以显著缩短发酵基质在发酵罐中的停留时间，由此可以升高容积负荷。因此，使用煎盘梭菌微生物显著改善了沼气装置的效率和生产率。

发酵在本发明中包括通过微生物作用产生沼气的厌氧和微氧代谢过程。术语“发酵”的解释以关键词“发酵”记载于由Georg Thieme出版社出版的第9版化学词典的第1306页，在此以引用的方式并入本文。