[发明专利]一种利用稻草高效联产甲烷和乙醇的方法

说明书

本发明公开了一种利用稻草高效联产甲烷和乙醇的方法，属于生物技术可再生能源领域。将稻草生物质与瘤胃液及缓冲液混合后进行厌氧产酸发酵，获得挥发性脂肪酸；将厌氧发酵后的混合物固液分离；液体部分进行产甲烷发酵，固体部分烘干至恒重，即为发酵纤维；将发酵纤维再进行预处理，得到预处理后的发酵纤维；将预处理后的发酵纤维进行酶解，再添加酿酒酵母菌发酵产乙醇。本发明不仅能够同时获得甲烷和乙醇两种清洁生物能源，实现了清洁能源的联合生产，提高了纤维素能量转化率，增加了生物能源的产量，而且降低当前由屠宰场废弃物排放及由化石燃料所产生的环境污染，并在一定程度上缓解了能源危机，为清洁能源的合理化生产提供了理论依据。

技术领域

本发明涉及一种利用稻草高效联产甲烷和乙醇的方法，属于生物技术可再生能源领域。

背景技术

由于人口的快速增长及工业化进程的加快，能源问题已成为全世界关注的焦点。化石能源的有限储量和化石燃料使用对环境的危害(温室效应、酸雨、雾霾等)使可再生的生物能源成为当今的研究热点。生物能源的生产通常以甘蔗、玉米、小麦等粮食作物为原料，然而会导致潜在的粮食危机。因此探寻以废弃木质纤维素生物质为原料成为国际社会的共识。

反刍动物内瘤胃微生物能够有效消化木质纤维素生物质材料，每毫升瘤胃液中大约包含10¹⁰个细菌、10⁶个纤毛原生动物以及10⁵个可降解纤维素的真菌，这些微生物相互作用，可实现木质纤维素的高效降解。Nair等研究表明，木质纤维素生物质分解的瘤胃容积产率约为18g COD/L_瘤胃容积·d(以测量的挥发性脂肪酸生产速度表示)，而传统的厌氧沼气池只有6g COD/L_瘤胃容积·d，动物瘤胃消化的固体降解速率几乎是厌氧反应器的三倍。Yue等人通过比较接种瘤胃液和厌氧消化污泥时水生植物芦苇的厌氧消化，产物生成速率分别为207.2mg COD/L·d和120.4mg COD/L·d(以测量的挥发性脂肪酸和甲烷总和的生产速度表示)，瘤胃微生物时产物生成速率更高。上述研究表明瘤胃微生物能够高效降解木质纤维素。同时，瘤胃微生物降解木质纤维素的代谢产物主要为挥发性脂肪酸，容易被转变为甲烷。同时，屠宰场每天产生大量废物，其中很大一部分来自于牛羊的瘤胃内容物，这些废物排放到污水处理厂，不仅增加环境负担，还需要大量的人力物力去处理。

瘤胃微生物发酵后所产生残渣纤维有较高的纤维素含量、较低的半纤维素含量，是生产乙醇的理想原料。以瘤胃微生物发酵残渣纤维为原料生产乙醇，从而构建瘤胃微生物主导厌氧发酵和乙醇生产过程鲜见报道。更重要的是，合理处理剩余发酵残渣能够大大减少环境负担。本专利提出一种利用稻草高效联合生产甲烷和乙醇的方法，提高了以木质纤维素生物质稻草为原料的生物能源转化率，增加了生物能源的产量，节省了反应时间，具有成本低，无污染，效率高的优点。

发明内容

本发明目的在于填补现有相关技术的空白，提供一种利用稻草高效联产甲烷和乙醇的方法。本发明首先进行稻草生物质的瘤胃液厌氧产酸发酵，产生的挥发性脂肪酸进行产甲烷发酵，然后瘤胃液发酵残渣纤维继续进行产乙醇发酵。本发明不仅提高了木质纤维素生物质稻草的能源转化率、增加了生物能源的产量、节省了反应时间、同时具有成本低、无污染、效率高的优点。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种利用稻草高效联产甲烷和乙醇的方法，其特征在于：将稻草生物质与接种瘤胃液和缓冲液混合后进行厌氧产酸发酵，获得挥发性脂肪酸；将厌氧发酵后的混合物进行固液分离；液体部分直接进行产甲烷发酵，固体部分烘干至恒重，即为发酵纤维；将发酵纤维再进行预处理，得到预处理后的发酵纤维；将预处理后的发酵纤维进行酶解，再添加酿酒酵母菌进行发酵产乙醇。

所述瘤胃微生物发酵条件为39℃，产酸发酵系统含固率为2.5-10％(m/v)，接种量为40-60％(v/v)，运行时间为2-5d。