[发明专利]一种同时生产生物气和脂肪酸的方法及其反应系统

说明书

技术领域

本发明涉及微生物发酵技术领域，具体涉及一种同时生产生物燃料和重要化工产品的方法及其反应系统。

背景技术

能源是维持人类生活和促进社会经济发展的重要基础之一。采用可再生能源取代化石能源是解决化石能源枯竭、环境恶化等全球性问题的重要途径之一，也是当前关注和研究的热点。混合菌群厌氧发酵技术具有能够利用多种有机底物、操作简单、运行成本低等优点，同时能够生产多种重要的生物燃料和工业化学品。所以，混合菌群厌氧发酵技术是解决当前能源和环境等问题的潜在路径之一。

通过降低反应器污泥停留时间，厌氧发酵可以用于生产氢气。但是在该运行模式下，液相产物为混合的脂肪酸，需要消耗大量的能量才能实现其分离和纯化。氢气分压是控制液相产物的重要因素，降低氢气分压可以使得液相产物仅为单一的脂肪酸——乙酸。在产甲烷反应器中，嗜氢产甲烷菌能够降氢气分压，不过液相中的脂肪酸同时也被嗜乙酸产甲烷菌转化为甲烷，所以产物几乎全部是甲烷。脂肪酸是重要的工业化学品，也可以作为化工原料进一步生产多种产品和生物燃料。所以，以有机污染物为底物利用厌氧发酵同时生产甲烷和脂肪酸，兼具生产生物燃料和工业化学品的优点，是一项潜在的新型生物技术，同时也具有广阔的应用前景。

通过纯菌复配技术可以实现上述目的——同时生产甲烷和单一的脂肪酸，不过纯菌发酵过程具有运行成本高、底物需要灭菌处理、等缺点，并不适合大规模应用。但是，由于在混合菌群中选择性富集嗜氢产甲烷菌同时抑制嗜乙酸产甲烷菌活性非常困难，目前还没有通过混合菌群厌氧发酵同时生产甲烷和脂肪酸的研究报道。

发明内容

为了解决在混合菌群中选择性富集嗜氢产甲烷菌同时抑制嗜乙酸产甲烷菌活性的问题，本发明目的在于提供一种通过环境条件控制混合菌群组成用以同时生产生物气和脂肪酸的方法。

本发明的另一目的是提供一种同时生产生物气和脂肪酸的反应系统。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

首先，本发明提供了一种同时生产生物气和脂肪酸的方法，具体包括如下步骤：

（1）发酵初始，将厌氧微生物和培养基加入到发酵体系中，控制发酵体系的转速为300-450转/分钟，pH值为6.5-7.5，控制发酵体系的初始温度为20-55℃；

（2）发酵初期，按照序批模式向发酵体系中加入有机底物，使有机底物的浓度维持在0.05至2.0g/L之间，逐步升高反应体系的温度，直至发酵体系的温度升至临界温度，该过程时间为20-40天；

（3）待发酵体系的温度升至临界温度时，维持该温度恒定，继续按照序批模式向发酵体系中加入有机底物，使有机底物的浓度维持在0.05至5.0g/L之间，该过程时间为8-15天；

（4）发酵稳定期，按照连续流模式向发酵体系中加入有机底物，进水中有机底物浓度为0.5-50.0g/L，反应器的水力学停留时间（HRT）为2-30天。

优选的，所述微生物包括耐高温的细菌和嗜氢产甲烷古菌，如Thermoanaerobacter tengcongensis（耐高温细菌）和Methanothermobacter thermautotrophicus（耐高温古菌）。

优选的，步骤(2)中所述临界温度为65-75℃，升温速度为0.3-5℃/天；其中，所述临界温度是指能富集嗜氢产甲烷菌同时抑制嗜乙酸产甲烷菌活性的最适温度。