本發(fā)明涉及微生物發(fā)酵，具體涉及一種合成氣凈化尾氣制單細胞蛋白的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有技術(shù)中粗合成氣大多以煤為原料，采用多元料漿氣化工藝制備獲得，粗合成氣再經(jīng)耐硫?qū)挏刈儞Q、低溫甲醇洗及液氮洗凈化，脫除的酸性氣體采用超優(yōu)克勞斯工藝生成硫磺，經(jīng)過上述工序獲得的凈化后的合成氣在帶內(nèi)換熱器的三床層合成塔中合成氨。

2、但在上述工程中，有大量排放的廢氣，如：1)?煤儲運工段除塵尾氣；2)?煤漿制備工段除塵尾氣；3)?氣化工段的氣化爐開工及事故排放尾氣、抽引廢氣、燒嘴冷卻器氣液分離器排放廢氣、合成氣分析放空氣、氣化爐測壓口放空氣；4)?渣水處理工段的高壓分離罐頂廢氣、高壓閃蒸罐安全閥放空氣、真空泵后分離罐放空氣；5)?變換工段放空氣；6)?低溫甲醇洗工段的氨冷器放空氣、尾氣洗滌塔排放的尾氣以及含?h2s?酸性氣體；7)?硫回收裝置排放廢氣；8)?氨合成工段合成回路放空氣；9)?空分裝置排放的污氮氣。

3、以上的工業(yè)廢氣中含有大量的二氧化碳、一氧化碳、氫氣、氮氣以及少量的二硫化碳、硫化氫、氧硫化碳、甲烷、甲醇、氮氧化物及煤粉塵、石灰石粉塵等。上述各種污染物如果直接排放，可能對人體造成嚴峻后果；如果采用除塵和送火炬燃燒后排入大氣的處理方式，既浪費了其中的有效氣體一氧化碳、氫氣等資源，又增加了大氣中二氧化碳含量，存在污染環(huán)境的風(fēng)險。

4、面對工業(yè)廢氣難以處理這一問題，目前，工業(yè)廢氣轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟產(chǎn)物成為比較熱門的研究方向。一方面，工業(yè)廢氣中的一碳化合物（co2、co、甲烷、甲醇、甲酸等）含量高，是較為理想的新一代生物制造原料；另一方面，自然界中存在多種能夠利用一碳化合物的微生物，對大腸桿菌、釀酒酵母等模式微生物進行改造，也能構(gòu)建合成型一碳利用微生物，并實現(xiàn)一碳資源到多種產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化，如制備可用于魚類飼料的單細胞蛋白。

5、因此，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的合成氣凈化工段直接放空尾氣大量排放或者焚燒對環(huán)境的嚴重污染，開發(fā)出一種以合成氣系統(tǒng)凈化工段放空尾氣為原料，通過細胞代謝技術(shù)將含h2、co、co2的工業(yè)尾氣轉(zhuǎn)化為飼用單細胞蛋白的工藝技術(shù)具有重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種合成氣凈化尾氣制單細胞蛋白的系統(tǒng)和方法，解決現(xiàn)有合成氣凈化工段放空尾氣直接排放或者焚燒嚴重污染環(huán)境，以及現(xiàn)有單細胞制備方法存在的粗蛋白含量低的問題。

2、本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種合成氣凈化尾氣制單細胞蛋白的系統(tǒng)，包括氣體緩沖罐、培養(yǎng)基罐、厭氧發(fā)酵裝置、曝氣器、好氧發(fā)酵裝置和發(fā)酵物料收集處理裝置；

4、所述氣體緩沖罐用于儲存合成氣凈化尾氣，所述氣體緩沖罐還與厭氧發(fā)酵裝置和好氧發(fā)酵裝置連通；

5、所述厭氧發(fā)酵裝置包括依次連接的一級厭氧種子罐、二級厭氧種子罐和厭氧發(fā)酵罐，所述厭氧發(fā)酵罐和培養(yǎng)基罐通過管道連通；

6、所述好氧發(fā)酵裝置包括依次連接的一級好氧種子罐、二級好氧種子罐和好氧發(fā)酵罐，所述好氧發(fā)酵罐的底部和發(fā)酵物料收集處理裝置連通；所述厭氧發(fā)酵罐與好氧發(fā)酵罐連通的管道上設(shè)有厭氧出料泵和曝氣器；

7、所述發(fā)酵物料收集處理裝置包括依次相連的離心機和滾筒刮板干燥機；

8、所述合成氣凈化尾氣制單細胞蛋白的系統(tǒng)還包括以合成氣凈化尾氣為碳源和氮源的微生物菌種。

9、進一步地，所述厭氧發(fā)酵罐的上部與堿罐通過管道連通，所述厭氧發(fā)酵罐與堿罐連通的管道上設(shè)有堿泵；

10、所述好氧發(fā)酵罐的頂部與酸罐通過管道連通，所述好氧發(fā)酵罐與酸罐連通的管道上設(shè)有閥門，氧氣和凈化尾氣與厭氧發(fā)酵罐排出的物料經(jīng)過曝氣器后進入好氧發(fā)酵罐。

11、進一步地，所述微生物菌株包括熱帶假絲酵母和多粘類芽胞桿菌。

12、一種合成氣凈化尾氣制單細胞蛋白的方法，所述方法是利用上述合成單細胞蛋白的系統(tǒng)合成單細胞蛋白。

13、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，合成單細胞蛋白的方法包括如下步驟：

14、（a）熱帶假絲酵母在厭氧發(fā)酵裝置中經(jīng)過二級種子活化和厭氧發(fā)酵后，完成厭氧發(fā)酵，厭氧發(fā)酵后的物料與氧氣和凈化尾氣混合后，通過曝氣器進入好氧發(fā)酵罐，二級種子活化和厭氧發(fā)酵過程中的碳源和氮源由合成氣凈化尾氣提供；

15、這里的二級種子活化的目的是為了使熱帶假絲酵母長的更強壯。

16、（b）多粘類芽胞桿菌在好氧發(fā)酵裝置中經(jīng)過二級種子活化，活化后的種子液和厭氧發(fā)酵罐中的物料同時進入好氧發(fā)酵罐進行好氧發(fā)酵，二級種子活化和好氧發(fā)酵過程中的碳源和氮源由合成氣凈化尾氣提供；

17、厭氧發(fā)酵罐排出的物料作為好氧發(fā)酵罐的培養(yǎng)基被再次利用，厭氧發(fā)酵罐排出的物料與氧氣和凈化尾氣混合后通過曝氣器進入好氧發(fā)酵罐；

18、這里的二級種子活化的目的是為了使多粘類芽胞桿菌和熱帶假絲酵母在好氧體系中以均衡的狀態(tài)生長，避免出現(xiàn)兩者中的一種菌過量生長。

19、此外，厭氧發(fā)酵罐中的物料除了厭氧發(fā)酵液，還有熱帶假絲酵母，熱帶假絲酵母可以在進入到好氧發(fā)酵罐中繼續(xù)進行有氧發(fā)酵，以此，結(jié)合二級種子活化后的多粘類芽胞桿菌能夠增加最終獲得的單細胞蛋白的產(chǎn)量。

20、（c）完成好氧發(fā)酵后的物料從好氧發(fā)酵罐的底部流出，經(jīng)過離心、蒸發(fā)濃縮干燥后獲得顆粒狀成品。

21、進一步地，步驟（a）中的二級種子活化分別在一級厭氧種子罐、二級厭氧種子罐進行，一級厭氧種子罐和二級厭氧種子罐的發(fā)酵時間為1小時，發(fā)酵溫度為20~30℃；

22、正式厭氧發(fā)酵在厭氧發(fā)酵罐中進行，厭氧發(fā)酵罐中的發(fā)酵時間為3小時，發(fā)酵溫度為20~30℃，通過堿罐控制厭氧發(fā)酵罐中培養(yǎng)液的ph在4.0~6.0。

23、二級活化過程中，氣體緩沖罐中的合成氣凈化尾氣進入一級厭氧種子罐、二級厭氧種子罐的通氣量為30?l/min；厭氧發(fā)酵過程中，氣體緩沖罐中的合成氣凈化尾氣進入?yún)捬醢l(fā)酵罐的通氣量為60l/min。

24、厭氧發(fā)酵罐中通入的培養(yǎng)基來自培養(yǎng)基罐，培養(yǎng)基罐中培養(yǎng)基組分為：1.59g/l(nh4)2so4，1.05?g/l?nacl，0.54g/l?mgso4·7h2o，0.96g/l?feso4·7h20，0.73?g/l?cacl2·2h2o，0.09?g/l?cuso4·5h20，0.07?g/l?znso4·7h20，4.81?g/l?kh2po4，0.12?g/l?75%h3po4，5.47?g/l?k2hpo4，0.1?g/l微量元素，溶劑為去離子水，ph為5.0，培養(yǎng)基組分經(jīng)過高溫滅菌后使用。

25、進一步地，步驟（b）中的二級種子活化分別在一級好氧種子罐、二級好氧種子罐進行，一級好氧種子罐和二級好氧種子罐的發(fā)酵時間為2小時，發(fā)酵溫度為30℃；

26、正式好氧發(fā)酵在好氧發(fā)酵罐中進行，好氧發(fā)酵前向好氧發(fā)酵罐中加入體積分數(shù)為2%的聚二甲基硅氧烷，同時加入終濃度為1.5g/l的維生素h，此處的終濃度是指維生素h加入到好氧發(fā)酵罐中發(fā)酵液里的濃度，好氧發(fā)酵罐中的發(fā)酵時間為5小時，發(fā)酵溫度為20~40℃，通過酸罐控制好氧發(fā)酵罐中培養(yǎng)液的ph為6.0±0.5。

27、多粘類芽胞桿菌種子按照菌種總質(zhì)量為培養(yǎng)基質(zhì)量的2%接種至一級好氧種子罐中，厭氧發(fā)酵中的熱帶假絲酵母種子和好氧發(fā)酵中的多粘類芽胞桿菌種子的質(zhì)量比為2~4:8~6；

28、二級活化過程中，合成氣凈化尾氣和氧氣進入一級好氧種子罐和二級好氧種子罐的通氣量為40?l/min；合成氣凈化尾氣和氧氣進入好氧發(fā)酵罐的通氣量為100l/min，經(jīng)過曝氣器后的厭氧發(fā)酵物料與合成氣凈化尾氣和氧氣混合后形成小于50微米的氣泡。

29、進一步地，離心、蒸發(fā)濃縮干燥的操作具體為：好氧發(fā)酵罐排出的發(fā)酵物料在高速離心機中進行脫水，濃縮到干物質(zhì)濃度?60%時，送入滾筒刮板干燥機；

30、在滾筒刮板干燥機中將離心后的物料經(jīng)過蒸汽的加熱，大部分水在此蒸發(fā)掉，蒸發(fā)后的產(chǎn)品為潮濕的粘性很小的絮團；

31、絮團經(jīng)過進一步干燥，使剩余物料濕度低于5%，并同時造粒。

32、根據(jù)上述合成氣凈化尾氣制單細胞蛋白的方法獲得的單細胞蛋白，以及該單細胞蛋白在魚類飼料中的應(yīng)用。

33、本發(fā)明的有益效果為：

34、1、本發(fā)明提供的一種合成氣凈化尾氣制單細胞蛋白的系統(tǒng)和方法，微生物菌種與工藝廢氣經(jīng)過厭氧-好氧兩步串聯(lián)發(fā)酵過程得到單細胞蛋白，且厭氧發(fā)酵的物料作為好氧發(fā)酵的發(fā)酵液，且熱帶假絲酵母為兼性厭氧特性，可以繼續(xù)在好氧發(fā)酵系統(tǒng)中進行再次發(fā)酵，進而提高最終單細胞的產(chǎn)量；此外，在厭氧發(fā)酵的物料進入好氧發(fā)酵罐前，通過曝氣器的設(shè)置，使得合成氣凈化尾氣和氧氣以氣泡的形式在好氧發(fā)酵罐中進行后續(xù)的發(fā)酵，提高了發(fā)酵效率，縮短了發(fā)酵時間。

35、2、本發(fā)明提供的一種合成氣凈化尾氣制單細胞蛋白的系統(tǒng)和方法，通過熱帶假絲酵母的厭氧發(fā)酵，以及后續(xù)熱帶假絲酵母繼續(xù)和多粘類芽胞桿菌的好氧發(fā)酵，整個發(fā)酵過程中能耐較高的溫度，且發(fā)酵工藝易于操作，發(fā)酵時間短，且通過在好氧發(fā)酵過程中添加維生素h，提高了最終單細胞蛋白的粗蛋白含量，能夠作為部分魚類飼料來應(yīng)用。

36、3、本發(fā)明提供的一種合成氣凈化尾氣制單細胞蛋白的系統(tǒng)和方法，厭氧發(fā)酵和好氧發(fā)酵完成后，通過滾筒刮板干燥機，能夠很好的保留單細胞蛋白內(nèi)的營養(yǎng)組分，避免了高溫處理等干燥操作造成營養(yǎng)流失的問題。