CN102321723A - 一种利用活性污泥生产燃料乙醇的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用活性污泥生产燃料乙醇的方法，利用活性污泥生产燃料乙醇属于生物技术领域，旨在减少活性污泥对环境造成的污染，同时变废为宝，将活性污泥进行资源化利用生产燃料乙醇。本技术方法利用活性污泥含有丰富的淀粉、纤维素、脂肪、蛋白质等物质，通过生物菌液及酶制剂对活性污泥进行综合处理。生物菌液包含如下成分：地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种、酿酒酵母和发酵毕赤酵母。所述混合酶制剂由淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶、蛋白酶、果胶酶和糖化酶组成。最后入发酵罐25-32℃保温发酵48-80小时，将发酵好的缪液进行蒸馏，精馏，即得燃料乙醇。

Description

一种利用活性污泥生产燃料乙醇的方法

技术领域：

本发明属于生物技术领域，具体涉及利用生物技术的方法即生物菌液及酶制剂共同处理活性污泥，生产燃料乙醇。

背景技术：

目前，随着工业、农业经济的快速发展，在生产活动中产生了大量的活性污泥，这些活性污泥产生的难闻气体污染了周边的环境并且浪费了大量的资源。由于活性污泥富含蛋白质类、淀粉类、脂肪类和纤维素类等物质，这些都是天然的有机物，将其作为废弃物处理实在可惜。基于我国经济可持续发展的需要，亟待找到一种合理的处理活性污泥的方法。本发明将活性污泥通过生物技术的手段降解后，经微生物的发酵处理，最后将发酵好的缪液进行蒸馏、精馏处理，可以得到燃料乙醇。运用该法对活性污泥进行处理，既实现了资源化利用，又能缓解对环境的污染，同时也净化了环境，具有重大的经济、社会和环境效益。

一种名称为利用剩余污泥乙醇型发酵补充反硝化碳源的方法的中国发明专利申请，申请号为CN201010104852.7，公开日为2010.11.10，该发明公开了一种利用剩余污泥乙醇型发酵补充反硝化碳源的方法，即经热水解预处理后的剩余污泥进入发酵反应器，以污泥为基质培养驯化乙醇型发酵菌，将发酵反应控制在乙醇型发酵阶段，之后将产物回流至热水解段并控制热水解温度在120℃-130℃之间，使沸点低于120℃的乙醇、乙酸等物质以气态形式存在，并通过冷凝回收的方式收集以乙醇、乙酸为主的优质有机碳源。本发明具有以下特点：乙醇、乙酸为主的反硝化碳源有效提高了反硝化效率，特殊的碳源提取方式避免了厌氧消化后的污泥直接作为外加碳源造成的系统磷积累问题；整个流程控制条件简单、可操作性强、运行成本也较低。

本发明是通过生物技术的方法即利用生物菌液及酶制剂共同处理活性污泥，入固态发酵罐固态发酵来生产燃料乙醇，具有生产成本低、操作简便，无二次污染等优点，且遵循了无害化、资源化、减量化的处理原则，同时又能缓解活性污泥对环境造成的污染并净化了环境，有利于实现我国工业和农业的高效、清洁生产，应用前景广泛。

发明内容：

本发明解决的技术问题是提供一种利用活性污泥生产燃料乙醇的方法。

利用活性污泥生产燃料乙醇的方法如下：

在活性污泥中添加质量比为2％-5％的生物菌液，所述生物菌液组成为地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种、酿酒酵母和发酵毕赤酵母菌液；添加质量比为0.1％-0.6％的混合酶制剂，将添加有生物菌液和混合酶制剂的活性污泥加入发酵罐25℃-32℃封闭发酵48至80小时，发酵结束后缪液入蒸馏塔中蒸馏提取酒精。

所述生物菌液中各菌菌体浓度均在4×10⁸个/ml至8×10⁸个/ml。

所述混合酶制剂由淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶、蛋白酶、果胶酶和糖化酶组成。

所述混合酶制剂中的质量比例为淀粉酶∶纤维素酶∶脂肪酶∶蛋白酶∶果胶酶∶糖化酶为0.8-1.2∶1.0-1.2∶0.8-1.0∶1.0-1.4∶0.6-0.8∶1.0-1.4。

所述地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种、酿酒酵母和发酵毕赤酵母菌采用常规菌株培养方法经斜面、一二级摇瓶培养获得；各菌菌体浓度在4×10⁸个/ml至8×10⁸个/ml。

以污水处理厂好氧池中的絮状活性污泥为材料，由于活性污泥富含淀粉、纤维素、脂肪、蛋白质等有机物质，所以运用生物技术的方法能够有效处理富含有机物质的活性污泥，最终实现发酵产酒精的目的。

有益效果：

本发明充分利用了已对环境造成严重污染的活性污泥，根据活性污泥富含淀粉、脂肪、纤维素、蛋白质类等特点，利用添加生物菌液和酶制剂的生物技术方法处理活性污泥。利用酵母菌株能够利用被降解成小分子的营养物质，迅速生长繁殖，在厌氧条件下，在自身产生的酒化酶作用下，将糖转化成乙醇和二氧化碳，来生产燃料乙醇。将发酵后的缪液进行蒸馏和精馏，制得燃料乙醇的酒精度可达4.1°以上，经换算，每100克活性污泥能够产生100ML 1°及以上的酒精，据相关统计，在我国，每人每天会产生50g活性污泥来计算，我国每天会产生8万吨的活性污泥，而按照传统的利用玉米生产燃料乙醇，每3吨玉米可以生产1吨燃料乙醇来计算，每天利用产生的活性污泥制备燃料可以节省吨4800吨玉米，这对这对缓解和节约我国粮食危机及环境保护方面具有重大的意义。

运用生物技术方法对活性污泥进行处理，符合无害化、资源化、减量化的处理原则，既减少了对环境的污染，同时又变废为宝，将活性污泥资源化利用，提出了一项制备能源的新技术。该法与传统的利用玉米来生产燃料乙醇的方法相比，既降低了生产成本，也有利于缓解能源危机，同时又很好的解决了活性污泥对环境造成的污染等问题，具有重大的经济、社会和环境效益，具有广泛的应用前景，是一项切实可行的新技术。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限制性的，不能以此限定本发明的保护范围。

实施例1

向4千克活性污泥中加入生物菌液和酶制剂。生物菌液，其包含如下成分：地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种、酿酒酵母和发酵毕赤酵母菌液，其添加的质量比例各为0.25％，总共添加2％。其中，地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种的菌体浓度在4×10⁸个/ml至8×10⁸个/ml；酿酒酵母和发酵毕赤酵母菌液的菌体浓度在6×10⁸个/ml至7×10⁸个/ml。添加质量比为0.1％的混合酶制剂，酶制剂的组成为：淀粉酶(200000u/g)，纤维素酶(200000u/g)，脂肪酶(100000u/g)，蛋白酶(100000u/g)，脂肪酶(100000u/g)，果胶酶(100000u/g)，糖化酶(200000u/g)。

酶制剂的组成质量比例为淀粉酶∶纤维素酶∶脂肪酶∶蛋白酶∶果胶酶∶糖化酶为1.0∶1.1∶0.9∶1.3∶0.7∶1.2。然后将加入生物菌液及酶制剂的料液入发酵罐相对封闭28℃保温发酵48小时。最后将发酵好的缪液入蒸馏塔中进行蒸馏，制得粗乙醇液体，经精馏塔和分子筛塔的处理，即得成品燃料乙醇。经酒精计测定后查阅温度和酒精度换算表可知，制得的燃料乙醇的酒精度可达4.1°，经换算，每100克活性污泥能够产生100ML 1°的酒精。

本例中地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、巨大芽孢杆菌(Paenibacillus larvael)、纳豆芽孢杆菌(Bacillus natto)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum)和德氏乳杆菌保加利亚亚种(Lactobacillus delbrucckii subsp.bulgaricus)、酿酒酵母(saccharomyces cerevisiae)和发酵毕赤酵母菌种(pichia fermentans)，购于中国普通微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址位于北京市朝阳区北辰西路1号院3号，邮编100101，保藏编号分别为CGMCC No1.106，No1.941，No1.1086，No1.1630，No 1.124，No1.1482，No2.2081，No2.1838。

1.生物菌株一级种子和二级种子培养

一级种子培养：肉汤培养基固态斜面活化地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌，植物乳杆菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种六株菌，37℃培养24小时。YEPD培养基固态斜面活化酿酒酵母和发酵毕赤酵母，28℃培养24小时。

二级种子培养：将地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌，植物乳杆菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种接种至肉汤液体培养基500ml三角瓶中，装液量50ml，在37℃，150r/min条件下摇床中培养18小时，经涂布营养琼脂平板，计算得各菌菌体浓度为4×10⁸个/ml至8×10⁸个/ml；酿酒酵母和发酵毕赤酵母菌液的菌体浓度在6×10⁸个/ml至7×10⁸个/ml。

实施例2

向4千克活性污泥中加入生物菌液和酶制剂。生物菌液，其包含如下成分：地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种、酿酒酵母和发酵毕赤酵母菌，上述菌体添加的质量比例各为0.4％，总共添加3.2％，其中，地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种的菌体浓度在4×10⁸个/ml至8×10⁸个/ml；酿酒酵母和发酵毕赤酵母菌液的菌体浓度在6×10⁸个/ml至7×10⁸个/ml。添加质量比为0.4％的混合酶制剂，酶制剂的组成为：淀粉酶(200000u/g)，纤维素酶(200000u/g)，脂肪酶(100000u/g)，蛋白酶(100000u/g)，脂肪酶(100000u/g)，果胶酶(100000u/g)，糖化酶(200000u/g)。

酶制剂的组成质量比例为淀粉酶∶纤维素酶∶脂肪酶∶蛋白酶∶果胶酶∶糖化酶为1.1∶1.1∶0.9∶1.3∶0.7∶1.2。然后将加入生物菌液及酶制剂的料液入发酵罐相对封闭30℃保温发酵60小时，最后将发酵好的缪液入蒸馏塔中进行蒸馏，制得粗乙醇液体，经精馏塔和分子筛塔的处理，即得成品燃料乙醇。经酒精计测定后查阅温度和酒精度换算表可知，制得的燃料乙醇的酒精度可达4.1°，经换算，每100克活性污泥能够产生100ML 1°的酒精。

实施例3

向4千克活性污泥中加入生物菌液和酶制剂。生物菌液，其包含如下成分：地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种、酿酒酵母和发酵毕赤酵母菌，其添加比例各为0.625％，总共添加5％，其中，地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种的菌体浓度在4×10⁸个/ml至8×10⁸个/ml；酿酒酵母和发酵毕赤酵母菌液的菌体浓度在6×10⁸个/ml至7×10⁸个/ml。。添加质量比为0.6％的混合酶制剂，酶制剂的组成质量比例为淀粉酶∶纤维素酶∶脂肪酶∶蛋白酶∶果胶酶∶糖化酶为1.2∶1.2∶1.0∶1.4∶0.8∶1.4。然后将加入生物菌液及酶制剂的料液入发酵罐相对封闭28℃保温发酵72小时。最后将发酵好的缪液入蒸馏塔中进行蒸馏，制得粗乙醇液体，经精馏塔和分子筛塔的处理，即得成品燃料乙醇。经酒精计测定后查阅温度和酒精度换算表可知，制得的燃料乙醇的酒精度可达6.1°，经换算，每100克活性污泥能够产生100ML2°的酒精。

Claims (4)

1.一种利用活性污泥生产燃料乙醇的方法，包括如下步骤：

在活性污泥中添加质量比为2％-5％的生物菌液，质量比为0.1％-0.6％的混合酶制剂，所述生物菌液组成为地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种、酿酒酵母和发酵毕赤酵母菌液；所述混合酶制剂由淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶、蛋白酶、果胶酶和糖化酶组成；添加有生物菌液和混合酶制剂的活性污泥加入发酵罐25-32℃封闭发酵48-80小时，发酵后缪液入蒸馏塔中蒸馏提取酒精。

2.根据权利要求1所述利用活性污泥生产燃料乙醇的方法，其特征在于所述生物菌液中各菌浓度为4×10⁸个/ml至8×10⁸个/ml。

3.根据权利要求1所述利用活性污泥生产燃料乙醇的方法，其特征在于所述混合酶制剂中酶制剂的质量比例为：淀粉酶∶纤维素酶∶脂肪酶∶蛋白酶∶果胶酶∶糖化酶为0.8-1.2∶1.0-1.2∶0.8-1.0∶1.0-1.4∶0.6-0.8∶1.0-1.4。

4.如权利1或2所述一种利用活性污泥生产燃料乙醇的方法，其特征在于所述混合酶制剂的质量比例为淀粉酶∶纤维素酶∶脂肪酶∶蛋白酶∶果胶酶∶糖化酶为1.0∶1.1∶0.9∶1.3∶0.7∶1.2。