一種促進固體有機廢棄物厭氧發酵產揮發性短鏈有機酸的方法技術

一種促進固體有機廢棄物厭氧發酵產揮發性短鏈有機酸的方法，屬于固體有機廢棄物資源化領域。本發明專利技術以剩余污泥為模式底物采用NaOH預處理后，離心取上清液作為反應器進水，接入產酸種泥進行厭氧產酸反應，在發酵初期通過添加微量水合金屬化合物促進產酸菌群的生長及活性，添加量在1～300mg/L或1～3,000mg/L之間，揮發性短鏈有機酸的最高產率可達0.32g揮發性短鏈有機酸/g有機質，比未添加的對照實例酸產率提高12％～58.0％。本發明專利技術促使廢棄物中有機質高效生物轉化成具有高附加值的產品；促進有機廢棄物的減量化，緩解有機廢棄物造成環境污染的問題；水合金屬化合物添加量極其微量，發酵過程所需的設備簡單，操作簡便，具有成本低、轉化率高、發酵周期短等特點。

【技術實現步驟摘要】
一種促進固體有機廢棄物厭氧發酵產揮發性短鏈有機酸的方法
本專利技術涉及一種促進固體有機廢棄物厭氧發酵產揮發性短鏈有機酸的方法，屬于固體有機廢棄物資源化領域，涉及一種通過在厭氧反應器中添加產酸菌群必需的微量水合金屬化合物將廢棄生物質最大限度轉化為以乙酸為主的目標產物揮發性短鏈有機酸的方法。技術背景乙酸、丙酸等揮發性短鏈有機酸不僅具有較高的附加值，而且用途也較為廣泛。這些有機酸可直接作為發酵工業的生產原料被微生物進一步利用來獲得如生物可降解塑料等高附加值的生物化學產品。此外，它們亦可用于合成其它的化學品。如，乙酸可用來化學合成醋酸乙烯，其是合成工業塑料的單體。再如，乙酸化學合成為醋酸纖維素后，再進一步通過化學手段轉化為阿斯匹林、乳膠涂料、色素、原料等。因此，采用厭氧發酵產酸技術將廢棄物中的有機質轉化為乙酸等揮發性短鏈有機酸是實現有機廢棄物資源開發的一條具有廣闊應用前景的途徑。這條途徑具有較大的社會、環境和經濟意義。因此，本領域一直期望不斷提高揮發性短鏈有機酸的產率。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種用于固體有機廢棄物厭氧發酵提高揮發性短鏈有機酸的方法。本專利技術人發現，在厭氧發酵產酸過程中，產酸菌群不僅需要營養元素，還需要Fe、Mn、Co、Zn和Cu等微量金屬元素。這些元素一方面可促進產酸微生物細胞的合成，另一方面可促使與產酸代謝途徑相關的酶的合成及激活酶在生化反應中的催化作用。因此，向厭氧生物反應器中投加適量的金屬元素不僅可以增強整個反應器的運行效果和提高反應器的運行穩定性，而且可以大幅度提高反應器的處理效率和揮發性短鏈有機酸的產率。本方法是通過向厭氧產酸反應器中投加能夠改善厭氧產酸菌群活性的微量水合金屬化合物，促使廢棄物中的有機質最大限度地以揮發性短鏈有機酸的形式回收，從而在消除有機廢棄物對環境污染的同時，實現高附加值生物化學品的生產，為固體有機廢棄物提供一條更有價值的資源化之路。本專利技術的技術方案為：一種促進固體有機廢棄物厭氧發酵產揮發性短鏈有機酸的方法，其包括以下步驟：用剩余污泥作為有機廢棄物的模式底物，在經過NaOH預處理后，離心取上清液，并將上清液作為厭氧產酸反應器的進水，進水水質如下：COD濃度為9,000～22,500mg/L，VS濃度為13,000～25,000mg/L，接入污泥濃度為10～12gVSS/L的厭氧產酸種泥，然后發酵獲得揮發性短鏈有機酸，其特征在于，在發酵初期添加微量水合金屬化合物。優選地，發酵時初始pH值為9.5～10.0，溫度為35℃，發酵時間為6～10天。優選地，添加的微量水合金屬化合物為FeSO4·7H2O，添加量為1～3,000mg/L；或所述添加的微量水合金屬化合物為MnCl2·4H2O，添加量為1～3,000mg/L；或所述添加的微量水合金屬化合物為CoCl2·7H2O，添加量為1～300mg/L；或所述添加的微量水合金屬化合物為ZnSO4·7H2O，添加量為1～300mg/L；或所述添加的微量水合金屬化合物為CuCl2·2H2O，添加量為1～300mg/L。本專利技術的有益效果：利用固體有機廢棄物作為原料，通過添加水解產酸菌所必需的微量水合金屬化合物促進菌群的新陳代謝及生長，增強產酸微生物的細胞活性與酶的反應速率，從而提高廢棄物中有機質的轉化率，產生以乙酸為主的揮發性短鏈有機酸目標產品。第一大優點是可實現有機廢棄物資源化的目標，回收高附加值產品揮發性短鏈有機酸；第二大優點是促使廢棄物中的有機質高效轉化為以乙酸為主的揮發性短鏈有機酸，大幅度增強了有機酸的產率，與未添加微量水合金屬化合物的普通厭氧發酵產酸對照實驗相比，揮發性短鏈有機酸的產率提高了12％～58％；第三大優點水合金屬化合物在發酵初期添加，添加量極其微量，操作簡便，具有成本低廉、轉化率高，發酵周期短等特點。附圖說明圖1未投加和投加不同水合金屬化合物后揮發性短鏈有機酸的產率比較。具體實施方式以下結合附圖和實施例進一步描述本專利技術，但不受附圖和實施例的限制。對照實例：處理同類固體有機廢棄物的普通厭氧發酵產生的揮發性短鏈有機酸的產率為0.20g揮發性短鏈有機酸/g有機質。實施例1：底物為剩余污泥NaOH預處理液，VS濃度為16.45g/L，COD濃度約為13,500mg/L，初始污泥濃度為10gVSS/L，初始pH為10.0，FeSO4·7H2O的添加量為1,000mg/L，發酵初期添加，發酵過程溫度維持35℃。在實驗條件和測定方法都一致的條件下，發酵7天后揮發性短鏈有機酸的產率為0.32g揮發性短鏈有機酸/g有機質，比對照實例提高了58％，乙酸在總酸中的質量百分比含量為53％。實施例2：底物為剩余污泥NaOH預處理液，VS濃度為16.45g/L，COD濃度約為13,500mg/L，初始污泥濃度為12gVSS/L，初始pH為10.0，CoCl2·7H2O的添加量為60mg/L，發酵初期添加，發酵過程溫度維持35℃。在實驗條件和測定方法都一致的條件下，發酵7天后揮發性短鏈有機酸的產率為0.29g揮發性短鏈有機酸/g有機質，比對照實例提高了42％，乙酸在總酸中的質量百分比含量為70％。實施例3：底物為剩余污泥NaOH預處理液，VS濃度為16.45g/L，COD濃度約為13,500mg/L，初始污泥濃度為10gVSS/L，初始pH為10.0，ZnSO4·7H2O的添加量為40mg/L，發酵初期添加，發酵過程溫度維持35℃。在實驗條件和測定方法都一致的條件下，發酵7天后揮發性短鏈有機酸的產率為0.22g揮發性短鏈有機酸/g有機質，比對照實例提高了12％，乙酸在總酸中的質量百分比含量為69％。實施例4：底物為剩余污泥NaOH預處理液，VS濃度為16.45g/L，COD濃度約為13,500mg/L，初始污泥濃度為12gVSS/L，初始pH為10.0，CuCl2·2H2O的添加量為20mg/L，發酵初期添加，發酵過程溫度維持35℃。在實驗條件和測定方法都一致的條件下，發酵7天后揮發性短鏈有機酸的產率為0.24g揮發性短鏈有機酸/g有機質，比對照實例提高了18％，乙酸在總酸中的質量百分比含量為61％。實施例5：底物為剩余污泥NaOH預處理液，VS濃度為16.45g/L，COD濃度約為13,500mg/L，初始污泥濃度為10gVSS/L，初始pH為10.0，MnCl2·4H2O的添加量為1,000mg/L，發酵初期添加，發酵過程溫度維持35℃。在實驗條件和測定方法都一致的條件下，發酵7天后揮發性短鏈有機酸的產率為0.26g揮發性短鏈有機酸/g有機質，比對照實例提高了30％，乙酸在總酸中的質量百分比含量為60％。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種促進固體有機廢棄物厭氧發酵產揮發性短鏈有機酸的方法，其包括以下步驟：用剩余污泥作為有機廢棄物的模式底物，在經過NaOH預處理后，離心取上清液，并將上清液為厭氧產酸反應器的進水，進水水質如下：COD濃度為9,000～22,500mg/L，VS濃度為13,000～25,000mg/L，接入污泥濃度為10～12gVSS/L的厭氧產酸種泥，然后發酵獲得揮發性短鏈有機酸，其特征在于，在發酵初期添加微量水合金屬化合物。

【技術特征摘要】
1.一種促進固體有機廢棄物厭氧發酵產揮發性短鏈有機酸的方法，其包括以下步驟：用剩余污泥作為有機廢棄物的模式底物，在經過NaOH預處理后，離心取上清液，并將上清液作為厭氧產酸反應器的進水，進水水質如下：COD濃度為9,000～22,500mg/L，VS濃度為13,000～25,000mg/L，接入污泥濃度為10～12gVSS/L的厭氧產酸種泥，然后發酵獲得揮發性短鏈有機酸，其特征在于，在發酵初期添加微量水合金屬化合...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉曉玲，宋永會，王健，孫晨，王思宇，向連城，田智勇，
申請(專利權)人：中國環境科學研究院，
類型：發明
國別省市：