[发明专利]一种低水耗、零排放的纤维素燃料乙醇生产方法

说明书

本发明公开了一种低水耗、零排放的纤维素燃料乙醇生产方法。该纤维素燃料乙醇生产方法，包括如下步骤：(1)收集农作物废弃物的碱预处理液和固体残渣，调节碱预处理液pH至所需范围；(2)将固体残渣I与水混合后调pH为酶解pH，加纤维素酶水解得到含糖水解液；(3)接入驯化的耐毒乙醇发酵菌株到水解液中发酵产乙醇，固液分离获得发酵固体残渣；(4)将pH调整的碱预处理液与栽培培养料均匀拌料，灭菌后即得食用菌栽培培养基，栽培培养料，包括发酵固体残渣、生物质废弃物、麸皮和石膏粉。本方法通过直接加水调pH的方式省略了碱预处理农作物废弃物的洗涤工序，简化了碱预处理的操作工序，减少了耗水量和废水排放量，降低了生产成本。

技术领域：

本发明涉及废弃物资源化利用、环境保护和清洁能源领域，具体涉及一种低水耗、零排放的纤维素燃料乙醇生产方法。

背景技术：

将农作物秸秆、木屑等木质纤维素废弃物转化为能源燃料、生物化学品是近年研究的热点。木质纤维素生化转化技术由于环保、低能耗被认为是比较有工业化应用前景的技术，主要包括预处理、酶水解和发酵等关键步骤。预处理的作用在于打破木质纤维素中纤维素、半纤维素和木质素组分之间的致密连接，使得纤维素和半纤维素更容易受到酶的攻击而降解为葡萄糖、木糖等单糖，有利于后续微生物的发酵。预处理的方法有多种，目前在中试规模中应用较多的有稀酸预处理、高温液态水预处理、SO₂蒸汽爆破预处理、氨纤维爆破预处理和碱预处理。相比于前四种预处理，碱预处理能耗最低，且可高效去除非糖组分木质素，减弱木质素对酶解的不利影响，显著提高后续酶解和发酵的效率，然而该技术会产生大量废液，包括预处理和洗涤过程中产生的废液，其中有机质含量较高，直接排放会造成环境污染。中国专利CN105838756A和CN108048297A分别公布了一种碱预处理木质纤维素酶解产糖的节水工艺和一种应用于碱预处理木质纤维素酶解糖化节水减排工艺的装置，虽然大大降低了预处理残渣的洗涤水用量和废液排放量，但是其过程仍然涉及到洗涤和部分废液的排放。本发明省去了洗涤步骤，并将产生的废液和废渣用于制备食用菌培养基，不仅简化了工序，还实现了废水废渣的零排放。

发明内容：

本发明的目的是针对木质纤维素碱预处理耗水量高、废水排放量大的问题，提供一种低水耗、零排放的纤维素燃料乙醇生产方法，一方面可以简化工序，减少耗水量，降低生产成本，另一方面低成本资源化利用废液废渣，培养出高附加值的食用菌，实现废液废渣零排放并增加收益。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

本发明提出一种低水耗、零排放的纤维素燃料乙醇生产方法，包括如下步骤：

(1)收集农作物废弃物，粉碎至20目以上，洗涤去除粉尘，固液分离后晾干备用；

(2)将洗涤晾干的农作物废弃物与2％～4％(质量体积比)的碱液以固液比1:10～1:20(质量体积比)混合后，在60℃～80℃处理2～4h后固液分离，得到碱预处理液和固体残渣I，分别收集碱预处理液和固体残渣I；

(3)以固体残渣I绝干质量为基准，按照固体残渣I与水的固液比为1:5～1:10(质量体积比)的量向固体残渣I中加水得到固体残渣液，随后加酸调整固体残渣液的pH至4.8～5.5，以20～40FPU/g纤维素的量向固体残渣液中加入纤维素酶，在50℃、100～150rpm条件下酶解48～72h后，降温至30℃～35℃，向酶解后的固体残渣液中添加营养物质，所述的营养物质以酶解后的固体残渣液的体积为准，以质量体积比计，包括0.25％～0.5％酵母粉、0.25％～0.5％蛋白胨、0.25％～0.5％KH₂PO₄、0.01％～0.02％(NH₄)₂SO₄和0.02％～0.04％MgSO₄·7H₂O后，接入驯化的耐毒乙醇发酵菌，在100～150rpm条件下发酵24～48h后固液分离，得到液体和固体残渣II，液体经蒸馏获得乙醇，蒸馏残液用于生产沼气或者制备食用菌培养基；