申请日2018.10.09
公开(公告)日2019.02.05
IPC分类号C12P7/54; C12P7/52; C12P7/40
摘要
本发明要解决剩余污泥厌氧发酵产率低及蘑菇渣处理难的问题，具体涉及有机固体废弃物资源化技术领域，是一种剩余污泥与平菇蘑菇渣共发酵生产挥发性脂肪酸(VFA)的方法。其制备方法包括：蘑菇渣样品制备、剩余污泥样品制备、接种污泥预处理活化及共发酵过程。本发明通过向剩余污泥中添加高纤维素含量的平菇蘑菇渣，调节发酵底物碳氮比，同时较少的引入木质素，增加了发酵底物水解程度，为产酸微生物提供更多的底物，提高VFA产率。此外，该发明中的共发酵体系具有较高的碱度，在发酵过程中无需pH调节，为蘑菇渣的资源化处理提供了一种新思路。该工艺操作简单、厌氧发酵条件易于操作、经济成本低廉，具有良好的应用前景。
权利要求书
1.一种蘑菇渣和剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
(1)平菇蘑菇渣样品制备：在60℃烘箱内烘干48h至恒重后切至0.5-1cm长，得到蘑菇渣样本;
(2)剩余污泥样品制备：剩余污泥在室温下静置24-36h，弃去上清液，得到污泥样本;
(3)接种污泥预处理：厌氧发酵前24-36h，将保存于4℃冰箱的接种污泥至于室温，活化;
(4)共发酵：将步骤(1)中蘑菇渣样品和步骤(2)中剩余污泥样品按照总固体浓度(TS)1：1-2比例混合后，加入厌氧发酵罐中，接种污泥与发酵底物按挥发性有机物(VS)质量比2:1投加，调节发酵初始TS为5%-8%，充氮气3-5min，发酵温度为35-37℃，搅拌速度为150-160r/min，搅拌3min后间歇60s，实验前向各反应瓶中投加19mmol/L的2-溴乙基磺酸钠，确保发酵过程产甲烷菌活性受到抑制，厌氧发酵过程持续15-18d;
(5)发酵酸化液提取：采用离心机将步骤(4)中蘑菇渣发酵后的混合液离心分离，离心速度为12000r/min，离心20-30min后的上清液即VFA发酵液。
2.根据权利1所述的方法，其特征在于，当平菇蘑菇渣中采用的Pleurotus ostreatus(ATCC 56270)，将剩余污泥与平菇蘑菇渣按TS比1：1混合，发酵系统总固体浓度5%时，无需pH控制，37℃下中温发酵18d，发酵液中VFA产率达到约596mgCOD/gVSadded，较单独剩余污泥和蘑菇渣发酵的VFA产率，分别提升15.6%和36.8%。
3.根据权利1所述的方法，其特征在于，共发酵发酵液中VFA主要由乙酸和丙酸组成，乙酸和丙酸的含量占总挥发性脂肪酸的60%-67%。
说明书
一种蘑菇渣和剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法
技术领域
本发明涉及有机固体废弃物资源化技术领域，具体涉及一种采用蘑菇渣和剩余污泥共发酵促进挥发性脂肪酸生产的方法。
背景技术
挥发性脂肪酸(VFA)，其主要成分为乙酸、丙酸、丁酸等短链脂肪酸。这些有机酸是工业产品合成的前驱体，被广泛应用于化学品生产、生物能源生产及城市污水脱氮除磷过程。如丙酸是一种基本化工原料及重要的精细化工产品,广泛应用于食品、塑料、饲料、油漆、涂料、农药、医药等领域。目前VFA的大规模生产主要采用化学合成的方法，但是，这些方法消耗了大量石油资源，并且对环境产生污染，因此随着环境保护要求的日趋严格，开发以非石油产品为原料、采用环境友好的技术生产VFA，受到世界各国越来越多的重视。因此，通过生物发酵方法生产VFA具有广阔的发展前景。
剩余污泥是活性污泥法污水处理过程中的副产物，其处理成本能够占到污水厂全部成本的50%以上。由于执行更严格环保标准，需要新建污水处理厂或对已建污水处理厂进行升级改造，预计中国的污泥产量在2020年将达到6000万吨/年。厌氧消化是目前城市污水处理厂中较为主流的污泥稳定化技术，在水解酸化菌的作用下，将大量剩余污泥转化为VFA，替代传统低价值的甲烷，是污泥处理处置的一种新思路。剩余污泥具有较高的碱度，但是剩余污泥中缺乏足够的碳水化合物，碳氮比偏低，导致污泥厌氧发酵效率通常不高。采用共发酵的方法能够增加有机物含量，稀释发酵抑制物或毒性物质，调节底物C/N，提高发酵系统的碱度等。蘑菇渣是蘑菇生产过程中的副产物，碳氮比高，含有丰富的有机质及微量元素。由于缺乏良好的处理处置方法，大量蘑菇渣被随意丢弃，容易引发环境污染。采用高纤维素含量的平菇蘑菇渣与剩余污泥混合，可以有效提高发酵底物C/N比，同时保持较高的碱度，促进厌氧发酵过程VFA产生。该方法无需额外化学品投加，属于“绿色”、环境友好的预处理方法。
本发明为解决单独剩余污泥厌氧发酵产酸效率低，和剩余污泥及平菇蘑菇渣的处理处置问题，提出剩余污泥与平菇蘑菇渣按一定比例共发酵生产挥发性脂肪酸的方法。该方法生产工艺简单，无需投加额外化学品，具有良好的经济、社会和环境的效益。
发明内容
1.发明目的
本发明的目的在于提供一种以蘑菇渣为原料生产挥发性脂肪酸的方法，促进挥发性脂肪酸产率，实现剩余污泥和平菇蘑菇渣废物的减量化、稳定化、资源化。通过本发明的方法生产的挥发性脂肪酸具有广阔的应用前景。
2.技术方案
剩余污泥与平菇蘑菇渣共发酵的具体方法包括以下步骤：
(1)平菇蘑菇渣样品制备：在60℃烘箱内烘干48h至恒重后切至0.5-1cm长，得到样本。
(2)剩余污泥样品制备:剩余污泥在室温下静置24-36h，弃去上清液，得到污泥样本。
(3)接种污泥预处理：厌氧发酵前24-36h，将保存于4℃冰箱的接种污泥至于室温，活化;
(4)共发酵：将步骤(1)中蘑菇渣样品和步骤(2)中剩余污泥样品按照总固体浓度(TS)1：1-2比例混合后，加入厌氧发酵罐中。接种污泥与发酵底物按挥发性有机物(VS)质量比2:1投加。加入自来水调节发酵初始TS为5%-8%，充氮气3-5min，发酵温度为35-37℃，搅拌速度为150-160r/min，搅拌3min后间歇60s。实验前向各反应瓶中投加19mmol/L的2-溴乙基磺酸钠，确保发酵过程产甲烷菌活性受到抑制，厌氧发酵过程持续15-18d。
(5)发酵酸化液提取：采用离心机将步骤(4)中蘑菇渣发酵后的混合液离心分离，离心速度为12000r/min，离心20-30min后的上清液即VFA发酵液。
本发明使用的平菇蘑菇渣中采用的Pleurotus ostreatus，菌号ATCC 56270，购买自荷兰DSM生物公司。
3.本发明的有益效果
本发明的有益效果在于添加高纤维素含量的平菇蘑菇渣，在提高发酵底物C/N同时，较少的引入木质素，增加了发酵底物水解程度，为产酸微生物提供更多的底物，提高VFA产率。共发酵体系具有较高的碱度，在发酵过程中无需pH调节;同时为剩余污泥与蘑菇渣的处理处置提供了新方法。当剩余污泥和平菇蘑菇渣按总固体比1：1混合，发酵TS为5%时，中温发酵后的VFA产率最高达596mgCOD/gVSadded，较单独剩余污泥和蘑菇渣发酵的VFA产率，分别提升15.6%和36.8%。水解酸化液上清液中乙酸和丙酸的含量为60%-67%。本发明工艺操作简单、厌氧发酵条件易于控制、经济成本低廉，具有良好的应用前景。
