[发明专利]一种提高碳链生物延伸产物合成浓度的方法

说明书

本发明涉及一种提高碳链生物延伸产物合成浓度的方法，将低碳链有机酸转化为中长碳链有机酸，该方法包括以下步骤：在厌氧反应器中充填导电性炭基材料；在厌氧反应器中引入污水处理产生的厌氧污泥、垃圾厌氧消化产生的沼渣、水体底泥、石油污染土壤或酿造残渣作为碳链生物延伸的启动菌剂；往上述厌氧反应器中连续通入低碳链有机酸原料和电子供体反应物，在菌剂的作用下，低碳链有机酸被转化为中长碳链有机酸，并连续排出。与现有技术相比，本发明通过在厌氧反应体系中引入能促进碳链生物延伸微生物富集的导电性炭基材料，从而能够提高碳链延伸微生物耐受短碳链和中长碳链有机酸的能力，进而提高了中长碳链有机酸的合成浓度。

技术领域

本发明属于环境保护和资源综合利用领域，尤其是涉及一种提高碳链生物延伸产物合成浓度的方法。

背景技术

生物质废物自然发酵的终端发酵产物主要是低碳链有机酸。由于生物质废物本身组成的混合度高，微生物混合生长，使得低碳链有机酸浓度较低、废物源引入的杂物量高、非目标性中间代谢产物混杂；并且，因短链有机酸的高度亲水性导致可分离性能差，采用过滤、蒸发或蒸馏分离的成本高，不利于通过高温或催化氢化转化为乙醇和丁醇(能量密度分别为20.9和29.2MJ/L)。因此，这些液体发酵产物目前还只能应用于对进料纯度要求不高的场合，如作为废水处理脱氮除磷的碳源【Lee WS,Chua ASM,Yeoh HK,Ngoh GC.2014.Areview of the production and applications of waste-derived volatile fattyacids.Chemical Engineering Journal 235:83-99.】。

为了解决上述问题，可以通过再聚合技术，使其有机物的碳链得到延伸，以合理的成本进一步提升废物发酵产品的资源品级。即将低碳链有机酸转化为碳原子数更高的中、长碳链有机酸，成为混合醇、烷烃、酯等燃料或溶剂的前体原料。而相比于化学延伸技术，采用混合菌的碳链生物延伸技术更具低成本、反应条件温和、无化学品添加的优势【AglerMT,Wrenn BA,Zinder SH,Angenent LT.2011.Waste to bioproduct conversion withundefined mixed cultures:The carboxylate platform.Trends in Biotechnology 29:70-78.】。

但是目前采用碳链生物延伸技术合成的中长碳链产物的浓度较低。根据测算，有机酸浓度若达30g/L以上则其分离成本可大幅降低。但目前已知的混合菌碳链生物延伸体系中己酸合成浓度最高仅可至8.27-12.8g/L【Steinbusch KJJ,Hamelers HVM,Plugge CM,Buisman CJN.2011.Biological formation of caproate and caprylate from acetate:Fuel and chemical production from low grade biomass.EnergyEnvironmentalScience 4:216-224.】【Weimer PJ,Stevenson DM.2011.Isolation,characterization,and quantification of Clostridium kluyveri from the bovine rumen.AppliedMicrobiology and Biotechnology 94:461-466.】。这是因为分子态的碳链延伸产物(中长碳链有机酸)会对微生物造成严重的产物抑制【Vasudevan D,Richter H,AngenentLT.2014.Upgrading dilute ethanol from syngas fermentation to n-caproate withreactor microbiomes.Bioresource Technology 151:378-382.】。而且，高浓度产物输出意味着需要输入高浓度的低碳链有机酸基质，而这也会导致基质抑制。因此，需发展能提高混合菌群抗有机酸抑制的能力，从而提高碳链生物延伸产物的合成浓度的技术方法。