蔗渣-糖蜜-薯蓣渣混合原料发酵乙醇联产沼气的方法技术

本发明专利技术公开了一种蔗渣‑糖蜜‑薯蓣渣混合原料发酵乙醇联产沼气的方法，包括如下步骤：S1.甘蔗渣预处理：将甘蔗渣粉碎，加入碱，水洗、干燥，得到预处理后甘蔗渣；S2.混合发酵：取预处理后甘蔗渣、菊叶薯蓣渣和糖蜜，先将菊叶薯蓣渣糖化，再将取预处理后甘蔗渣、糖化后的菊叶薯蓣渣和糖蜜混匀，加入酵母活化液和纤维素酶，进行同步糖化发酵产乙醇；所述预处理后甘蔗渣、菊叶薯蓣渣和糖蜜的质量以固液比为12％～44％称取；S3.厌氧发酵：同步糖化发酵后，移除乙醇，接入厌氧污泥，进行沼气发酵。本发明专利技术提供的以甘蔗渣、菊叶薯蓣渣和废糖蜜为原料联产乙醇和沼气的方法，提高了乙醇的产率、有效利用废液产生沼气，糖蜜和糖化后的菊叶薯蓣渣减小了废液的粘度，菊叶薯蓣渣代替了糖蜜和甘蔗渣生产不平衡问题，多原料混合使发酵后的废液更加适于厌氧发酵产沼气。不仅解决了乙醇发酵产率不高和废液难处理的问题，而且实现了废弃物资源利用化。

Method of CO production of biogas by fermentation of ethanol with bagasse, molasses and Dioscorea

【技术实现步骤摘要】
蔗渣-糖蜜-薯蓣渣混合原料发酵乙醇联产沼气的方法
本专利技术涉及生物质能源领域，更具体地，涉及一种利用蔗渣、糖蜜和薯蓣渣作为混合原料联合产乙醇和沼气的方法。
技术介绍
生物乙醇作为汽油的一种添加剂或替代品，是一种非常可观的再生能源。沼气是一种理想的清洁生物燃料，用沼气代替传统化石燃料有效避免环境污染问题。生物乙醇和沼气可以用作汽车燃料、电力或热能，以取代化石燃料。目前常用于生产生物乙醇的方法主要是以木质纤维素生物质为原料，通过与玉米粉或小麦粉等淀粉类物质混合发酵，来提高乙醇的浓度和产率。在这个过程中，会用到人类赖以生存的粮食类物质。甘蔗渣和废糖蜜都属于制糖工业的副产品。甘蔗渣是甘蔗经破碎压榨提取蔗汁后的甘蔗茎的纤维性残渣，属于农业固体废弃物，甘蔗渣中含有大量的纤维素、半纤维素和木质素等。糖蜜含有大量可发酵糖，是很好的发酵原料。单独使用甘蔗渣等木质纤维素发酵时，随着底物浓度的增加，会出现质量转移的限制，造成搅拌上的困难，使得乙醇产率不高，且发酵后的废液粘度较大，无法利用后续的废液发酵产沼气，实现废弃物资源利用化。另外，高负荷发酵提升乙醇浓度的同时也带来了一些技术挑战，如搅拌和混合困难、传质受限、发酵时间延长等。因此，需要寻求一种提高乙醇产率，有效利用发酵后废液产生沼气且在发酵原料的高负荷状态下依然可以高效产乙醇的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有单独使用甘蔗渣发酵产乙醇时乙醇产率不高、废液难处理其高负荷状态下难以高效产乙醇的缺陷，提供一种以蔗渣、糖蜜和薯蓣渣作为混合原料联合产乙醇和沼气的方法，该方法提高了乙醇的产率，有效利用废液产生沼气，并且实现了废弃物资源利用化。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种蔗渣-糖蜜-薯蓣渣混合原料发酵乙醇联产沼气的方法，包括如下步骤：S1.甘蔗渣预处理：将甘蔗渣粉碎，加入碱溶液，水洗、干燥，得到预处理后甘蔗渣；S2.混合发酵：取预处理后甘蔗渣、菊叶薯蓣渣和糖蜜，先将菊叶薯蓣渣糖化，再将预处理后甘蔗渣、糖化后的菊叶薯蓣渣和糖蜜混匀，加入酵母活化液和纤维素酶，进行同步糖化发酵产乙醇；所述预处理后甘蔗渣、菊叶薯蓣渣和糖蜜的质量以固液比为12％～44％称取；S3.厌氧发酵：同步糖化发酵后，移除乙醇，接入厌氧污泥，进行沼气发酵。本专利技术提出了将甘蔗渣、菊叶薯蓣渣和糖蜜混合利用，联产生物燃料乙醇和沼气的方法。甘蔗渣酶解液中，除了糖分及少量的无机盐，成分较为单一；而糖蜜中含有丰富的氮、磷及维生素等营养成分，能为酵母发酵提供足够的营养源，且糖蜜以及糖化后的菊叶薯蓣渣改善了体系的流动性，提高了乙醇的产率，减小了废液的粘度，同时菊叶薯蓣渣代替了糖蜜和甘蔗渣生产不平衡问题，多原料混合使发酵后的废液更加适于厌氧发酵产沼气。将混合发酵废液中的乙醇回收后，发酵浓糟继续进行厌氧发酵产沼气，不仅解决了废液难处理的问题，而且实现了废弃物资源利用化。此外，糖蜜发酵不需要预处理和预糖化，减少了混合发酵产乙醇的工艺流程，降低了生产成本。优选地，步骤S2中所述预处理后甘蔗渣、菊叶薯蓣渣和糖蜜的质量以固液比为12％～36％称取；例如12％～24％，24％～36％。更优选地，步骤S2中所述预处理后甘蔗渣和糖蜜的质量以固液比为12％称取。优选地，步骤S2中所述预处理后甘蔗渣、菊叶薯蓣渣和糖蜜的质量比为(1～5)：(0.5～0.9)：(0.1～0.5)；例如：(1～5)：0.5：0.5、1：0.5：05。优选地，步骤S2为将预处理后甘蔗渣、糖化后的菊叶薯蓣渣和糖蜜采用分批补料方式进行混合发酵。利用分批补料可以很好的解决高负荷发酵产乙醇时搅拌和混合困难、传质受限、发酵时间延长等问题；通过提高发酵体系的流动性，提高乙醇的浓度和产率。优选地，所述分批补料方式为在反应初始将1/3预处理后甘蔗渣、菊叶薯蓣渣和1/2水加入发酵容器中；在反应12h时，将1/3预处理后甘蔗渣加入到发酵容器中；在反应24h时，将1/3预处理后甘蔗渣、糖蜜及和1/2水加入到发酵容器中。更优选地，在反应初始补料时，同时加入占预处理后甘蔗渣、菊叶薯蓣渣和糖蜜总质量10％的tween80。在高负荷下进行分批补料，由于物料在不同时间段分批次加入，使得体系的流动性增加，且加入tween80后增加了纤维素酶与物料的接触，乙醇的浓度和产率都相应增加。优选地，当采用分批补料时，步骤S2中所述预处理后甘蔗渣、菊叶薯蓣渣和糖蜜的质量以固液比为36％～44％称取。优选地，步骤S2中述糖蜜为制糖工业的废糖蜜。优选地，步骤S2中所述酵母活化液为酿酒酵母活化液。优选地，步骤S2中所述酿酒酵母活化液的酵母浓度为2.5～5g/L。更优选地，步骤S2中所述酿酒酵母活化液的酵母浓度为3.3g/L。优选地，步骤S2中所述纤维素酶为10～30FPU/g预处理后甘蔗渣。更优选地，步骤S2中所述纤维素酶为15FPU/g预处理后甘蔗渣。优选地，步骤S2中所述同步糖化发酵的温度为30～38℃，转速为100～200rpm，时间为48～144h。更优选地，步骤S2中所述同步糖化发酵的温度为34℃，转速为120rpm，时间为120h。优选地，步骤S3中所述预处理后甘蔗渣和糖蜜的质量以固液比为12％～44％称取。更优选地，步骤S3中所述预处理后甘蔗渣、菊叶薯蓣渣和糖蜜的质量比1：0.5:0.5称取。优选地，步骤S4中所述预处理后甘蔗渣和糖蜜的质量以固液比为36％～44％称取。更优选地，步骤S3中所述预处理后甘蔗渣、菊叶薯蓣渣和糖蜜的质量比1：0.5:0.5称取。优选地，步骤S5中所述厌氧发酵是在高负荷同步糖化发酵后进行。优选地，步骤S5中所述厌氧污泥是按照接种物与底物中挥发性固体的比值为(1～2)∶1接入。更优选地，步骤S5中所述厌氧污泥是按照接种物与底物中挥发性固体的比值为1∶1接入。优选地，步骤S1中所述水洗为水洗至中性。优选地，步骤S1中所述干燥为干燥至恒重。优选地，步骤S2中所述糖蜜为废糖蜜。优选地，步骤S1中所述碱溶液为NaOH溶液。优选地，步骤S1中所述NaOH溶液的浓度为2％。优选地，步骤S1中所述NaOH溶液是按照固液比1∶20添加。优选地，步骤S1中所述NaOH溶液加入后，置于80℃中2h。优选地，步骤S1中所述粉粹是将甘蔗渣粉粹至40～60目。上述联产乙醇和沼气的方法的具体步骤如下：(1)蔗渣原料预处理：称取绝干的甘蔗渣原料，按照固液比1∶20添加2％的NaOH溶液，80℃下处理2h，然后用水洗涤至中性，得到预处理后甘蔗渣；(2)混合发酵：按照固液比12％～44％(W/V)，以(1～5)：(0.5～0.9)：(0.1～0.5)的比例称取预处理后甘蔗渣、菊叶薯蓣渣、和废糖蜜；将菊叶薯蓣渣放入高压灭菌锅中121℃灭菌20min，在超净工作台上，按250g/L接入去离子水，N本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蔗渣-糖蜜-薯蓣渣混合原料发酵乙醇联产沼气的方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1.甘蔗渣预处理：将甘蔗渣粉碎，加入碱溶液，水洗、干燥，得到预处理后甘蔗渣；/nS2.混合发酵：取预处理后甘蔗渣、菊叶薯蓣渣和糖蜜，先将菊叶薯蓣渣糖化，再将预处理后甘蔗渣、糖化后的菊叶薯蓣渣和糖蜜混匀，加入酵母活化液和纤维素酶，进行同步糖化发酵产乙醇；所述预处理后甘蔗渣、菊叶薯蓣渣和糖蜜的质量以固液比为12％～44％称取；/nS3.厌氧发酵：同步糖化发酵后，移除乙醇，接入厌氧污泥，进行沼气发酵。/n

【技术特征摘要】
1.一种蔗渣-糖蜜-薯蓣渣混合原料发酵乙醇联产沼气的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.甘蔗渣预处理：将甘蔗渣粉碎，加入碱溶液，水洗、干燥，得到预处理后甘蔗渣；
S2.混合发酵：取预处理后甘蔗渣、菊叶薯蓣渣和糖蜜，先将菊叶薯蓣渣糖化，再将预处理后甘蔗渣、糖化后的菊叶薯蓣渣和糖蜜混匀，加入酵母活化液和纤维素酶，进行同步糖化发酵产乙醇；所述预处理后甘蔗渣、菊叶薯蓣渣和糖蜜的质量以固液比为12％～44％称取；
S3.厌氧发酵：同步糖化发酵后，移除乙醇，接入厌氧污泥，进行沼气发酵。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预处理后甘蔗渣、菊叶薯蓣渣和糖蜜的质量以固液比为12％～36％称取。


3.根据权利要求1所述的联产乙醇和沼气的方法，其特征在于，步骤S2为将预处理后甘蔗渣、糖化后的菊叶薯蓣渣和糖蜜采用分批补料方式进行混合发酵。


4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述预处理后甘蔗渣、菊叶薯蓣渣和糖蜜的质量比为(1～5)：(0.5～0.9)：(0.1～0.5)。
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【专利技术属性】
技术研发人员：谢君，樊美杉，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44