用于制备沼气的煎盘梭菌制造技术

本发明专利技术涉及一种在发酵反应器中由生物质制备沼气的方法，其中向生物质中添加煎盘梭菌微生物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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专利技术的目的。从属权利要求、 说明书和实施例描述了本专利技术进一步优选的细节、方面和具体实施方案。本专利技术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。发酵在本专利技术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R5mpp化学词典 的第1306页，在此以引用的方式并入本文。通过将产生的沼气量除以有机干物质量计算产生的沼气的比产量。对于沼气制备 是否在给定发酵罐中的给定条件下以满意的质量进行这种问题，不仅仅根据产生的沼气量 判定。当然，产生的沼气量极大地取决于供应的基质量，也取决于以千克有机干物质计的有 机干物质的量。当发酵过程不稳定时，气体比产量下降。根据本专利技术添加煎盘梭菌微生物 时，容积负荷可以升高至甚至高于通常的数值，由此产生显著增加的气体量。通过升高的分 解程度，可以在更好的基质使用情况下显著升高气体比产量。术语“微生物的种”在本专利技术中指的是生物分类学的相应的基本分类。按照其DNA 序列鉴定并区分微生物的种。特定的种不仅包括具有完全确定的DNA序列的微生物，还包 括其一定数量的遗传性变型。本领域技术人员公知哪些微生物菌株落入术语“煎盘梭菌” 的范围。现有技术中公知例如从婴儿粪便中分离煎盘梭菌微生物(Stark，P.L. ；Lee, Α.； J. Pediatr. 1982 ； 100(3)，S. 362-365)。煎盘梭菌微生物与通过发酵有机基质制备沼气的结 合并不为人们所知。根据本专利技术优选的具体实施方案，以微生物培养物的形式添加煎盘梭菌微生物， 所述微生物培养物主要由煎盘梭菌微生物组成。在沼气装置的发酵基质中，煎盘梭菌微生 物可以仅占存在的微生物总量的小于10-4%的痕量。对于添加微生物来说，由于通过其天 然形式(nattolichen Vorkommen)分离的微生物量不够，因此通常以培养物的形式进行增 殖。实践表明，以微生物培养物的形式向发酵罐的发酵基质中添加微生物最为简单直接。可以以培养物悬浮液的形式，以干燥、冻干或潮湿菌体的形式或者以孢子悬浮液、 孢子制剂或干燥、冻干、潮湿的孢子的形式添加煎盘梭菌的培养物。由于上述发酵过程的各种积极效果与煎盘梭菌微生物相关，待添加的培养物中应 该存在超过天然形式的量的该微生物。当然，可以添加任意组成的混合培养物。唯一的要 求是，存在与天然形式相比更多量的煎盘梭菌微生物。确定混合培养物中不同微生物的含量对于本领域技术人员来说不成问题。因此，6可以例如借助荧光标记的寡核苷酸探针具体确定混合物中煎盘梭菌微生物的含量。正如已 提到的，优选以微生物培养物的形式向发酵基质中添加煎盘梭菌微生物，其中所述微生物 培养物主要由煎盘梭菌微生物组成。如果除了确定了煎盘梭菌微生物的数量之外还确定了 微生物的总量，可以以百分比表示培养物中煎盘梭菌微生物的含量。当煎盘梭菌微生物占 混合培养物中存在的不同微生物的最高百分比时，煎盘梭菌微生物是混合培养物中主要存 在的微生物。根据本专利技术优选的具体实施方案，煎盘梭菌微生物占添加至发酵基质中的培养物 中存在的微生物总量的至少10_4%。特别优选的，煎盘梭菌微生物占培养物中存在的微生 物总量的至少10_2%，更特别优选的，煎盘梭菌微生物占培养物中存在的微生物总量的至少1%。根据另一优选的具体实施方案，煎盘梭菌微生物占培养物中存在的微生物总量的 至少10%，特别优选的，煎盘梭菌微生物占培养物中存在的微生物总量的至少50%，更特 别优选的，煎盘梭菌微生物占培养物中存在的微生物总量的至少90%。根据特别优选的具体实施方案，添加煎盘梭菌微生物的纯培养物。微生物的纯培 养物包括单个细胞的子代，通过多级过程从不同微生物的混合物中分离出该单个细胞。所 述多级机制以从细胞种群中分离出单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在发酵反应器中由生物质制备沼气的方法，其特征在于，向生物质中添加煎盘梭菌微生物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M罗伊特，V杜霍，D法特，
申请(专利权)人：史马克沼气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE