[发明专利]一种强化二氧化碳利用发酵分离耦合集成提高生物天然气发酵产甲烷的方法

权利要求书

1.一种强化二氧化碳利用发酵分离耦合集成提高生物天然气发酵产甲烷的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

步骤一、构建发酵循环系统

所述的发酵循环系统包括发酵反应器(1)和气体分离膜系统，其中，所述的发酵循环系统通过与发酵反应器(1)耦合连接的气体分离膜系统，分离提纯甲烷并使二氧化碳循环回流至发酵反应器(1)；

步骤二、秸秆物料预处理

按秸秆物料固液比1:6～1:10添加里氏木霉发酵菌酶液，预处理秸秆3-5天后，再与畜禽粪便、农产品加工废弃物、餐厨垃圾和市政有机废弃物中的一种或多种混合，获得秸秆混合固体废弃物；

步骤三、生物天然气发酵

按秸秆混合固体废弃物质量的5％-20％添加能利用二氧化碳的厌氧菌株的发酵菌液到发酵反应器中，形成混菌发酵系统，发酵产生的气体通过气体分离膜系统分离提纯甲烷，同时将二氧化碳循环回流至发酵反应器(1)，实现二氧化碳在发酵过程中的固定利用和生物转化，减少排放并促进甲烷合成，实现原位固定二氧化碳提高生物天然气发酵甲烷含量和产量。

2.根据权利要求1所述的强化二氧化碳利用发酵分离耦合集成提高生物天然气发酵产甲烷的方法，其特征在于，在步骤一中所述的发酵循环系统还包括蠕动泵(2)，所述的气体分离膜系统包括第一分离膜(3)、第二分离膜(4)及第三分离膜(5)；其中，

所述的发酵反应器(1)的顶部通过管路与第一分离膜(3)相连接，发酵反应器(1)与第一分离膜(3)之间的管路上设置蠕动泵(2)，第一分离膜(3)通过一管路与第二分离膜(4)连接，第一分离膜(3)通过另一管路与第三分离膜(5)连接，第三分离膜(5)通过管路与发酵反应器(1)的底部连接；

发酵产生的气体产物经由发酵反应器(1)的顶部管路、蠕动泵(2)、第一分离膜(3)后，甲烷得到初步分离提纯，由一管路流向第二分离膜(4)，最终获得纯化后的生物天然气；同时，余下的二氧化碳气体由另一管路流向第三分离膜(5)，并最终由发酵反应器(1)底部回流至发酵体系中，作为能利用二氧化碳的厌氧菌株的气体碳源。

3.根据权利要求2所述的强化二氧化碳利用发酵分离耦合集成提高生物天然气发酵产甲烷的方法，其特征在于，所述的第一分离膜(3)、第二分离膜(4)和第三分离膜(5)为螺旋卷式膜，膜材料为聚酰胺类和聚二甲基硅氧烷的多层复合膜，在膜中定向生长碳纳米管，或添加分子筛纳米颗粒制备获得复合膜。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的强化二氧化碳利用发酵分离耦合集成提高生物天然气发酵产甲烷的方法，其特征在于，在步骤二中：

所述的里氏木霉发酵菌为里氏木霉(Trichoderma reesei)Rut C30或者高产纤维素酶和β-葡萄糖苷酶的重组里氏木霉(Trichoderma reesei)。

5.根据权利要求4中所述的强化二氧化碳利用发酵分离耦合集成提高生物天然气发酵产甲烷的方法，其特征在于，在步骤二中：

所述的里氏木霉发酵菌酶液通过以下方法制备：将孢子含量为10⁶-10⁷个/mL的里氏木霉孢子液按体积比10％接种于用于制备里氏木霉发酵菌酶液的培养基中，于28℃，200-600rpm，控制pH4.2，控制溶氧20％，控制葡萄糖浓度在0.3～0.8g/L，培养5-7天，即得里氏木霉发酵菌酶液；所述的用于制备里氏木霉发酵菌酶液的培养基包括：10g/L葡萄糖，20g/L麦麸，1g/L蛋白胨，0.3g/L尿素，2.8g/L(NH₄)₂SO₄，4g/L KH₂PO₄，0.6g/L MgSO₄·7H₂O，0.8g/L CaCl₂，0.01g/L FeSO₄·7H₂O，0.004g/L MnSO₄·H₂O，0.03g/L ZnSO₄·7H₂O，0.005g/LCoCl₂，0.2mL/L吐温80。