生物甲烷生产的方法和组合物技术

提供了处理城市固体废物(MSW)的方法，其中同时酶促水解和微生物发酵废物导致可降解组分的液化以及微生物代谢产物的积聚。然后将液化的可降解组分与不可降解的固体分离以产生包含大百分比的溶解固体的生物液体，所述溶解固体的大部分包含乙酸盐、乙醇、丁酸盐、乳酸盐、甲酸盐或丙酸盐的一些组合。该生物液体本身是新型生物甲烷底物组合物，其允许非常快速地转化为生物甲烷。进一步提供使用该生物液体以及采用其他通过同时酶促水解和微生物发酵有机材料而产生的生物甲烷底物组合物来生产生物甲烷的方法。生物甲烷的方法。

【技术实现步骤摘要】
生物甲烷生产的方法和组合物
[0001]专利技术人：Jacob Wagner Jensen,Georg和Sebastian Buch Antonsen
[0002]本申请是申请日为2013年6月12日、申请号为201380030920.1、 专利技术名称为“生物甲烷生产的方法和组合物”的专利技术专利申请的分案 申请。
[0003]城市固体废物(MSW)，尤其包括家庭日常废物、来自饭店和 食品加工厂的废物和来自办公楼的废物，含有大量可被进一步加工 成能源、燃料和其他有用产品的有机材料组分。目前，只有小部分 的可用MSW被回收，而绝大部分被扔到垃圾填埋场。
[0004]发展高效而环境友好的处理固体废物的方法来最大限度地回收 其固有能量潜力，以及回收可回收材料已经引起了非常大的兴趣。
ꢀ“
废物到能源”加工中一个重大的挑战是MSW的异质性。固体废物 通常包含大量混入了塑料、玻璃、金属和其他不可降解材料的有机 可降解材料的组分。未分类废物可直接焚烧，就像在依赖于区域供 热系统的国家如丹麦和瑞典广泛应用(Strehlik 2009)。然而，焚烧方 法与负面环境后果相关，也不能完成原材料的有效回收。清洁和高 效地利用MSW的可降解组分与回收组合通常需要一些分类法将可 降解的材料和不可降解的材料分开。
[0005]MSW中的可降解组分可采用热化学和生物方法用于“废物到能 源”加工中利用。MSW可以经历高温分解或其他方式的热化学气化。 有机废物在极高温下的热分解会产生挥发性组分，例如焦油和甲烷 以及与直接焚烧相比，燃烧产生较低毒性后果的固体残留或“焦炭”。 或者，有机废物可以热转化为包含一氧化碳、二氧化碳和氢气的“合 成气”，其可以进一步被转化为合成燃料。参见例如Malkow 2004 综述。
[0006]用于转化MSW中可降解组分的生物方法包括发酵，以生产特定 有用的终产物例如乙醇。参见例如WO2009/150455；WO2009/095693； WO2007/036795；Ballestero s等，2010；Li等，2007。
[0007]或者，生物转化也可以通过厌氧消化生成生物甲烷或“沼气
”ꢀ
实现。参见例如Hartmann and Ahring 2006综述。预分类的MSW有 机成分可以直接转化为生物甲烷，参见例如US2004/0191755，或涉 及在添加水的存在下的切碎的相对简单的“制浆”过程之后，参见 例如US2008/0020456。
[0008]然而，预分类MSW而获得的有机组分通常是昂贵、低效或无用 的。源分类需要庞大的基础设施和运营费用以及废物收集所在社区 的积极参与和支持，这在现代都市社会已被证明难以实现。机械分 类是典型的资金密集型，且与有机材料的大量损失有关，大约至少 30％且通常更高。参见例如Connsonni 2005。
[0009]有关分拣系统的这些问题中的一些已经通过将未分拣废物中有 机可降解组分进行液化而成功避免。液化后的有机材料可轻易与不 可降解材料分离。一旦被液化为可泵浆料，有机组分可以容易地用 于热化学或生物转化过程。通过高压高温的“压热器”法液化可降 解组分已经被广泛报道。参见例如US2013/0029394；US2012/006089； US20110008865；WO2009/150455；WO2009/108761；WO2008/081028； US2005/0166812；US2004/0041301；US 5427650；US 5190226。
[0010]一种完全不同的液化可降解有机组分的方法是其可采用生物过 程，尤其是通过酶促水解来实现。参见Jensen等，2010；Jensen等， 2011；Tonini and Astrup 2012；WO2007/036795；WO2010/032557。
[0011]与“压热器”法相比，酶促水解在液化可降解有机组分方面提 供独特的优势。采用酶促液化，MSW加工可以以连续的方式进行， 使用相对廉价的设备可以在相对较低的温度下运行非加压反应。相 比之下，“压热器”过程则必须以批处理模式进行，而且通常涉及 更高的资本成本。
[0012]“灭菌”以减少MSW引起的可能的健康风险—伯恩病原微生物 的认知性需求已经成为支持“压热器”液化法占优势的流行观点。 参见例如WO2009/150455；WO2000/072987；Li等，2012；Ballesteros 等，2010；Li等，2007。类似地，之前据信酶促液化需要热预处理到 相对较高的至少90
‑
95℃的温度。这样的高温被认为是必需的，一部 分是为了实现未分拣MSW的“灭菌”，也能使可降解有机组分软化 和纸张产品的“浆化”。参见Jensen等，2010；Jensen等，2011；Tonini 和Astrup 2012。
[0013]我们发现，未分拣MSW的安全的酶促液化可以不通过高温预处 理而实现。事实上，与期望相反，高温预处理不仅不是必需的，而 且是非常有害的，因为这会杀死在废物中生长旺盛的环境微生物。 促进微生物发酵的同时，在>45℃的嗜热条件下，酶促水解采用“环 境”微生物或采用选择性“接种”的生物来促进“有机捕获”。也 就是说，同时进行的嗜热微生物发酵安全地增加“生物液体”(通 过酶促水解获得的液化的可降解组分)的有机产量。在这些情况下， 通常在MSW中存在的病原微生物无法生长。参见例如Hartmann和 Ahring 2006；Deportes等，1998；Carrington等，1998；Bendixen等， 1994；Kubler等，1994；Six和De Baerre等，1992。在这些情况下， 典型的MSW
‑
伯恩病原体很容易被普遍存在的乳酸菌和其他安全的 生物战胜。
[0014]除了从酶促水解促进“有机捕获”，用乳酸菌或能产生醋酸盐、 乙醇、甲酸盐、丁酸盐、乳酸盐、戊酸盐或己酸盐的微生物的任意 组合进行的同时存在的微生物发酵，能“预处理”生物液体使其更 有效的成为生物甲烷生产的底物。与单独的酶促液化产生的生物液 体相比，微生物发酵产生的生物液体中溶解物的比例相对于悬浮固 体通常增加。由于微生物的“预处理”，高链多糖通常降解得更充 分。微生物发酵和酶促水解的同时进行将生物聚合物降解为随时可 用的底物，而且，使初始底物通过代谢转化为短链羧酸和/或乙醇。 由此产生的包含高比例的微生物代谢产物的生物液体提供了一种有 效避免限速“水解”步骤的生物甲烷底物，参见例如Delgenes等2000；Angelidaki等，2006；Cysneiros等，2011，而且为甲烷生产提供进一 步的优势，尤其是采用非常快速“固定过滤”厌氧消化系统。
[0015]概述
附图说明
[0016]图1.干物质转化率，以上清液中回收的干物质占通过接种来自 实施例5的EC12B生物液体刺激的同时进行的酶促水解和微生物发 酵中总干物质的百分比来表示。
[0017本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.处理城市固体废物(MSW)或未分拣MSW的方法，包括以下步骤：(i)提供MSW，(ii)在适于酶促水解的温度下采用纤维素酶活性酶促水解同时微生物发酵MSW的可生物降解部分，使得废物的可生物降解部分液化且微生物代谢产物积聚，然后(iii)分拣废物中液化的可生物降解部分与不可降解固体，以产生生物液体，其中至少25或40重量％的非水含量以溶解的挥发性固体存在，所述溶解的挥发性固体包含至少25重量％的乙酸盐、丁酸盐、乙醇、甲酸盐、乳酸盐和/或丙酸盐的任意组合；任选地，然后(iv)厌氧消化所述生物液体以产生生物甲烷，其中，同时进行的微生物发酵通过MSW中天然存在的细菌来实现。2.根据权利要求1所述的方法，其中同时进行的微生物发酵通过一种或多种选自乳酸菌、产乙酸盐菌、产乙醇菌、产丙酸盐菌或产丁酸盐菌的菌种来实现。3.根据权利要求1所述的方法，其中分拣所述废物中液化的可生物降解部分与不可降解固体通过采用至少两步足以提供具有至少0.10kg挥发性固体/kg处理的MSW的生物液体的分离操作来实现。4.生产生物甲烷的方法，包括以下步骤：(i)提供通过过微生物发酵预处理的有机液体生物甲烷底物，使得至少40重量％的非水含量以溶解的挥发性固体存在，所述溶解的挥发性固体包含至少25重量％的乙酸盐、丁酸盐、乙醇、甲酸盐、乳酸盐和/或丙酸盐的任意组合，(ii)将该液体底物转移到厌氧消化系统中，然后(iii)进行该液体底物的厌氧消化以产生生物甲烷。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述微生物发酵在pH小于5.5的条件下进行。6.根据权利要求4所述的方法，其中所述有机液体生物甲烷底物通过同时酶促水解和微生物发酵未分拣MSW而产生。7.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：雷内科学有限公司，
类型：发明
国别省市：