專利名稱：一種提高間歇發(fā)酵產(chǎn)酸液中丙酸含量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種提高間歇發(fā)酵產(chǎn)酸液中丙酸含量的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，水體富營養(yǎng)化日益嚴重，控制污水中的氮和磷的量是國際上防止水體富營養(yǎng)化的一個重要策略。應(yīng)用生物除磷脫氮技術(shù)可有效降低污水中的磷和氮的含量，而廢水中的揮發(fā)性脂肪酸可為生物除磷脫氮提供所需碳源，有報道(見Water Science andTechnology, 1992，25，185-194)稱生物法處理Img磷需要6 9mg短鏈脂肪酸(SCFAs)。但是，我國許多南方城市污水廠的進水中溶解性COD (包含SCFAs，特別是乙酸和丙酸)含量不足，難以滿足高效生物除磷脫氮的需要。為此，一些研究者研究了在間歇反應(yīng)器中對污水廠產(chǎn)生的污泥(包括初沉污泥和剩余污泥)進行厭氧發(fā)酵制備短鏈脂肪酸的研究(見中國發(fā)明專利 200510110451. I !Environmental Science and Technology,2006，40:2025-2029)。另據(jù)文獻報道(見Water Research, 2004, 38:27-36 ；Bioresource Technology,2008，99:4400-4407),在保持污水總COD濃度不變的前提下，增加污水進水的丙酸/乙酸比從，可以顯著提高氮和磷的去除效果。這表明，增加污水的丙酸含量比增加乙酸的濃度更有利于污水生物除磷脫氮效果的提高。在以往的研究過程中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過向污泥發(fā)酵產(chǎn)酸系統(tǒng)中加入碳水化合物或廚余垃圾，可以提高污泥產(chǎn)酸液中的丙酸含量(中國發(fā)明專利200810035585. 5 ；Environmental Science and Technology, 2009，43 (12) : 4373-4380)。但是，丙酸的含量較低，只有不到50%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種提高間歇發(fā)酵產(chǎn)酸液中丙酸含量的方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種提高間歇發(fā)酵產(chǎn)酸液中丙酸含量的方法，包含以下步驟(I)預(yù)發(fā)酵濃縮污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發(fā)酵)；將廚余垃圾、濃縮污泥混合，加入到厭氧水解發(fā)酵罐中厭氧發(fā)酵，然后將混合物離心分離，取出上清液待用；(2)激活并富集丙酸桿菌種子液；(3)利用丙酸桿菌種子液發(fā)酵上清液產(chǎn)丙酸(第二階段發(fā)酵)；將步驟(I)得到的上清液滅菌，接入步驟(2)得到的丙酸桿菌種子液中，在厭氧發(fā)酵罐中發(fā)酵產(chǎn)丙酸；(4)發(fā)酵結(jié)束后，將發(fā)酵混合物離心，得到富含丙酸的發(fā)酵上清液。
所述的步驟(I)中，濃縮污泥的含水率為98%_99%，總懸浮固體濃度(TS)為10-20g/L(VS/TS=0. 71 ±0. 08)，優(yōu)選為15g/L (其中VS是有機物質(zhì)，TS是總懸浮物質(zhì)，VS/TS是表征混合物的有機含量)。所述的廚余垃圾為剔除筷子、碎骨、塑料、紙片、碎片等廢物后，經(jīng)粉碎、過10目篩，獲得C/N為16-20的濃縮廚余垃圾；加入自來水使含水率為80% ;廚余垃圾主要組分為米飯，肉類、油類為輔，蔬菜類較少(可忽略)，其中，米飯、肉類、油類的干重比為(3 10):(O. 5^5) : ((Γ2);優(yōu)選米飯，肉類、油類的干重比為7:2:1。所述的步驟(I)中，濃縮污泥與廚余垃圾按干重比(O. 3、. 08) :1進行混合，加入自來水稀釋后的總化學(xué)需氧量(TCOD)為20-40g C0D/L，優(yōu)選濃縮污泥與廚余垃圾按干重比 為 O.18:1。所述的步驟(I)中，厭氧發(fā)酵的溫度為10 65°C,攪拌速度為60-250rpm,用Ca(OH)2控制發(fā)酵的pH為5-12，發(fā)酵時間為2_5天；優(yōu)選發(fā)酵溫度為25°C，發(fā)酵的pH為7，發(fā)酵時間為4天。所述的步驟(I)中，離心分離的轉(zhuǎn)速為2000-4000rpm，離心時間為4_6min。所述的步驟(2)中，將丙酸桿菌(SICC1.256)從斜面上激活后富集并儲存于10%-30%的甘油管儲存培養(yǎng)基中(培養(yǎng)基配方見表1)，保存環(huán)境為-50至-80°C ;每次按照接種量5-15%接種至富集培養(yǎng)基(培養(yǎng)基配方見表2)，在培養(yǎng)瓶中充入N2,于溫度30°C富集2-4天后待用，優(yōu)選富集3天。所述的步驟(3)中，將步驟(I)得到的上清液移在110 130°C、0. 06 O. 16MPa下滅菌10 40min ;冷卻至室溫,調(diào)節(jié)pH 6-8后加入到厭氧產(chǎn)酸發(fā)酵罐中，按5% 15%接種量在上清液中接入丙酸桿菌進行攪拌厭氧發(fā)酵，該厭氧發(fā)酵的時間為:Γ5天，維持ρΗ=5· 5 8. 5 (Ca(OH)2 調(diào)節(jié))、溫度 25 35。。。所述的步驟(4)中，離心的轉(zhuǎn)速為500-2000rpm，離心時間2_4min。所述的步驟(4)中，發(fā)酵上清液中丙酸含量為3. 56、.95gC0D/L。廚余垃圾的種類有很多，對發(fā)酵的效果也有影響，米飯的碳水化合物較多，更容易被轉(zhuǎn)化為丙酸，而蛋白質(zhì)和脂肪的組成也有利于微生物的代謝生長，根據(jù)實驗結(jié)果，這個比例下對產(chǎn)丙酸更有利本發(fā)明的有益效果是(I)污泥與廚余垃圾在弱堿性條件下進行第一階段發(fā)酵，有利于微生物胞外酶水解糖、蛋白質(zhì)、脂肪等大分子有機物。(2)第二階段發(fā)酵產(chǎn)生的丙酸含量為總酸的61. 2%-74. 6% (發(fā)酵上清液中丙酸含量為上清液中總酸的3. 56、. 95gC0D/L),比文獻報道的丙酸含量高很多。


圖I是本發(fā)明實施例中純菌提高污泥與廚余垃圾混合發(fā)酵液丙酸含量的技術(shù)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖進一步說明本發(fā)明。下列實施例中的廚余垃圾為剔除筷子、碎骨、塑料、紙片、碎片等廢物后，經(jīng)粉碎、過10目篩，獲得C/N為16-20的濃縮廚余垃圾。其中米飯、肉類、油類的干重比為(3 10):(O. 5^5) : ((Γ2);優(yōu)選米飯，肉類、油類的干重比為7:2:1。實施例I如圖I所示(I)預(yù)發(fā)酵污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發(fā)酵)；取經(jīng)粉碎過篩的廚余垃圾(剔除筷子、碎骨、塑料、紙片、碎片等本實施例中廚余垃圾為剔除筷子、碎骨、塑料、紙片、碎片等廢物后，經(jīng)粉碎、過10目篩，獲得C/N為16-20的濃縮廚余垃圾；加入自來水使含水率為80% ;廚余垃圾主要組分為米飯，肉類、油類為輔,米飯，肉類、油類最佳干重比為7:2:1。)0.411^，與0.46L濃縮剩余污泥(TSS 20g/L、VSS 14g/L、含水率為98%、pH=6. 84)混合(污泥與廚余垃圾干重比為O. 18:1)，加I. 63L自來水，注入到3L厭氧發(fā)酵罐(TC0D為25g COD/L)；于室溫下(25°C)發(fā)酵2. 5天，攪拌速度為120rpm并使用Ca(OH)2控制pH為8. 5 ;取出發(fā)酵混合物在3000rpm離心5min,獲得的2L離心上清液。(2)激活及富集丙酸桿菌；將丙酸桿菌(SICC1. 256)從斜面上激活后富集并儲存于20%的甘油管儲存培養(yǎng)基中(培養(yǎng)基配方見表1)，保存環(huán)境為-80°C ;使用前將20ml甘油管按照接種量10%接種至200ml富集培養(yǎng)基(培養(yǎng)基配方見表2)，在培養(yǎng)瓶中充入N2，于溫度30°C富集3天后，獲得丙酸桿菌種子液。(3)利用丙酸桿菌種子液發(fā)酵上清液產(chǎn)丙酸(第二階段發(fā)酵)；將步驟(I)的到的上清液在高壓滅菌鍋121°C、0. IlOMPa下滅菌20min，冷卻至室 溫，注入2. 5L厭氧發(fā)酵罐中，用Ca(OH)2將pH調(diào)至7，并接入步驟(2)獲得的丙酸桿菌種子液(接種量10%)，厭氧攪拌發(fā)酵4天，維持pH=7 (Ca(OH)2調(diào)節(jié))、溫度30°C。(4)發(fā)酵結(jié)束后，將混合物在IOOOrmp離心2min，得到上清液中的丙酸量為
9.95gC0D/L (占總短鏈脂肪酸的74. 6%)。實施例2(I)預(yù)發(fā)酵污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發(fā)酵)；取經(jīng)粉碎過篩的廚余垃圾(剔除筷子、碎骨、塑料、紙片、碎片等)O. 37L，與O. 7L濃縮剩余污泥(TSS 20g/L、VSS 14g/L、含水率為98%、pH=6. 84)混合(污泥與廚余垃圾干重比為O. 3:1)，加1.43L自來水，注入到3L厭氧發(fā)酵罐(TC0D為25g COD/L)；于室溫下(250C )發(fā)酵2. 5天，攪拌速度為250rpm，并使用Ca (OH) 2控制pH為8 ;取出發(fā)酵混合物在3000rpm離心5min,獲得的2L離心上清液。(2)激活及富集丙酸桿菌；將丙酸桿菌(SICC1. 256)從斜面上激活后富集并儲存于10%的甘油管儲存培養(yǎng)基中(培養(yǎng)基配方見表1)，保存環(huán)境為-80°C ;使用前將IOml甘油管按照接種量10%接種至IOOml富集培養(yǎng)基(培養(yǎng)基配方見表2)，在培養(yǎng)瓶中充入N2,于溫度30°C富集4天后，獲得丙酸桿菌種子液。(3)利用丙酸桿菌種子液發(fā)酵上清液產(chǎn)丙酸(第二階段發(fā)酵)；將步驟(I)的到的上清液在高壓滅菌鍋121°C、0. IlOMPa下滅菌20min，冷卻至室溫，注入2. 5L厭氧發(fā)酵罐中，用Ca (OH) 2將pH調(diào)至7，并接入步驟(2)獲得的丙酸桿菌種子液(接種量10%)，厭氧攪拌發(fā)酵4天，維持pH=7 (Ca(OH)2調(diào)節(jié))、溫度30°C。(4)發(fā)酵結(jié)束后，將混合物在IOOOrmp離心2min，得到上清液中的丙酸量為
6.10gC0D/L (占總短鏈脂肪酸的68. 2%)。實施例3(I)預(yù)發(fā)酵污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發(fā)酵)；取經(jīng)粉碎過篩的廚余垃圾(剔除筷子、碎骨、塑料、紙片、碎片等)0. 45L，與O. 22L濃縮剩余污泥(TSS 20g/L、VSS 14g/L、含水率為98%、pH=6. 84)混合(污泥與廚余垃圾干重比為O. 08:1)，加1.83L自來水，注入到3L厭氧發(fā)酵罐(TC0D為25g COD/L)；于室溫下(25°C)發(fā)酵2. 5天，攪拌速度為60rpm，并使用Ca(OH)2控制pH為8 ;取 出發(fā)酵混合物在3000rpm離心5min,獲得的2L離心上清液。(2)激活及富集丙酸桿菌；將丙酸桿菌(SICC1. 256)從斜面上激活后富集并儲存于15%的甘油管儲存培養(yǎng)基中(培養(yǎng)基配方見表1)，保存環(huán)境為-80°C ;使用前將30ml甘油管按照接種量15%接種至200ml富集培養(yǎng)基(培養(yǎng)基配方見表2)，在培養(yǎng)瓶中充入N2，于溫度30°C富集2天后，獲得丙酸桿菌種子液。(3)利用丙酸桿菌種子液發(fā)酵上清液產(chǎn)丙酸(第二階段發(fā)酵)；將步驟(I)的到的上清液在高壓滅菌鍋121°C、0. IlOMPa下滅菌20min，冷卻至室溫，注入2. 5L厭氧發(fā)酵罐中，用Ca (OH) 2將pH調(diào)至7，并接入步驟(2)獲得的丙酸桿菌種子液(接種量10%)，厭氧攪拌發(fā)酵4天，維持pH=7 (Ca(OH)2調(diào)節(jié))、溫度30°C。(4)發(fā)酵結(jié)束后，將混合物在IOOOrmp離心2min，得到上清液中的丙酸量為
8.70gC0D/L (占總短鏈脂肪酸的63. 9%)。實施例4(I)預(yù)發(fā)酵污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發(fā)酵)；取經(jīng)粉碎過篩的廚余垃圾(剔除筷子、碎骨、塑料、紙片、碎片等)0. 41L，與O. 46L濃縮剩余污泥(TSS 20g/L、VSS 14g/L、含水率為98%、pH=6. 84)混合(污泥與廚余垃圾干重比為O. 18:1)，加1.63L自來水，注入到3L厭氧發(fā)酵罐(TC0D為25g COD/L)；于室溫下(25°C)發(fā)酵2· 5天，攪拌速度為120rpm，并使用Ca (OH) 2控制pH為5 ;取出發(fā)酵混合物在2000rpm離心3min,獲得的2L離心上清液。(2)激活及富集丙酸桿菌；將丙酸桿菌(SICC1. 256)從斜面上激活后富集并儲存于30%的甘油管儲存培養(yǎng)基中(培養(yǎng)基配方見表1)，保存環(huán)境為-80°C ;使用前將20ml甘油管按照接種量10%接種至200ml富集培養(yǎng)基(培養(yǎng)基配方見表2)，在培養(yǎng)瓶中充入N2，于溫度30°C富集3天后，獲得丙酸桿菌種子液。(3)利用丙酸桿菌種子液發(fā)酵上清液產(chǎn)丙酸(第二階段發(fā)酵)；將步驟(I)的到的上清液在高壓滅菌鍋121°C、0. IlOMPa下滅菌20min，冷卻至室溫，注入2. 5L厭氧發(fā)酵罐中，用Ca (OH) 2將pH調(diào)至7，并接入步驟(2)獲得的丙酸桿菌種子液(接種量10%)，厭氧攪拌發(fā)酵4天，維持pH=7 (0&(0!1)2調(diào)節(jié))、溫度301。(4)發(fā)酵結(jié)束后，將混合物在500rmp離心2min，得到上清液中的丙酸量為
3.56gC0D/L (占總短鏈脂肪酸的61. 2%)。
實施例5(I)預(yù)發(fā)酵污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發(fā)酵)；取經(jīng)粉碎過篩的廚余垃圾(剔除筷子、碎骨、塑料、紙片、碎片等)0. 41L，與O. 46L濃縮剩余污泥(TSS 20g/L、VSS 14g/L、含水率為98%、pH=6. 84)混合(污泥與廚余垃圾干重比為O. 18:1)，加1.63L自來水，注入到3L厭氧發(fā)酵罐(TC0D為25g COD/L)；于室溫下(25°C)發(fā)酵2. 5天，攪拌速度為120rpm，并使用Ca(OH)2控制pH為12 ;取出發(fā)酵混合物在4000rpm離心6min，獲得的2L離心上清液。(2)激活及富集丙酸桿菌；將丙酸桿菌(SICC1. 256)從斜面上激活后富集并儲存于20%的甘油管儲存培養(yǎng)基中(培養(yǎng)基配方見表1)，保存環(huán)境為-80°C ;使用前將20ml甘油管按照接種量10%接種至200ml富集培養(yǎng)基(培養(yǎng)基配方見表2)，在培養(yǎng)瓶中充入N2，于溫度30°C富集3天后，獲得丙酸桿菌種子液。(3)利用丙酸桿菌種子液發(fā)酵上清液產(chǎn)丙酸(第二階段發(fā)酵)；將步驟(I)的到的上清液在高壓滅菌鍋121°C、0. IlOMPa下滅菌20min，冷卻至室溫，注入2. 5L厭氧發(fā)酵罐中，用Ca(OH)2將pH調(diào)至7，并接入步驟(2)獲得的丙酸桿菌種子液(接種量10%)，厭氧攪拌發(fā)酵5天，維持pH=7 (Ca(OH)2調(diào)節(jié))、溫度30°C。(4)發(fā)酵結(jié)束后，將混合物在1500rmp離心4min，得到上清液中的丙酸量為
7.50gC0D/L (占總短鏈脂肪酸的68. 9%)。實施例6(I)預(yù)發(fā)酵污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發(fā)酵)；取經(jīng)粉碎過篩的廚余垃圾(剔除筷子、碎骨、塑料、紙片、碎片等)0. 41L，與O. 46L濃縮剩余污泥(TSS 20g/L、VSS 14g/L、含水率為98%、pH=6. 84)混合(污泥與廚余垃圾干重比為O. 18:1)，加1.63L自來水，注入到3L厭氧發(fā)酵罐(TC0D為25g COD/L)；于室溫下(25°C)發(fā)酵I. 5天，攪拌速度為120印!11，并使用0&(0!1)2控制？!1為8;取出發(fā)酵混合物在3000rpm離心5min,獲得的2L離心上清液。(2)激活及富集丙酸桿菌；將丙酸桿菌(SICC1. 256)從斜面上激活后富集并儲存于20%的甘油管儲存培養(yǎng)基中(培養(yǎng)基配方見表1)，保存環(huán)境為-80°C ;使用前將30ml甘油管按照接種量10%接種至300ml富集培養(yǎng)基(培養(yǎng)基配方見表2)，在培養(yǎng)瓶中充入N2，于溫度30°C富集3天后，獲得丙酸桿菌種子液。(3)利用丙酸桿菌種子液發(fā)酵上清液產(chǎn)丙酸(第二階段發(fā)酵)；將步驟(I)的到的上清液在高壓滅菌鍋110°C、0. 06MPa下滅菌40min，冷卻至室溫，注入2. 5L厭氧發(fā)酵罐中，用Ca (OH) 2將pH調(diào)至7，并接入步驟(2)獲得的丙酸桿菌種子液(接種量15%)，厭氧攪拌發(fā)酵4天，維持pH=7 (Ca(OH)2調(diào)節(jié))、溫度30°C。(4)發(fā)酵結(jié)束后，將混合物在IOOOrmp離心3min，得到上清液中的丙酸量為
5.70gC0D/L (占總短鏈脂肪酸的69. 2%)。實施例7(I)預(yù)發(fā)酵污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發(fā)酵)；取經(jīng)粉碎過篩的廚余垃圾(剔除筷子、碎骨、塑料、紙片、碎片等)0. 41L，與O. 46L濃縮剩余污泥(TSS 20g/L、VSS 14g/L、含水率為98%、pH=6. 84)混合(污泥與廚余垃圾干重比為O. 18:1)，加1.63L自來水，注入到3L厭氧發(fā)酵罐(TCOD為25g COD/L)；于室溫下(25°C)發(fā)酵5天，攪拌速度為120rpm，并使用Ca(OH)2控制pH為8 ;取出發(fā)酵混合物在3000rpm離心5min,獲得的2L離心上清液。(2)激活及富集丙酸桿菌；將丙酸桿菌(SICC1. 256)從斜面上激活后富集并儲存于20%的甘油管儲存培養(yǎng)基中(培養(yǎng)基配方見表I )，保存環(huán)境為-80°C ;使用前將IOml甘油管按照接種量5%接種至200ml富集培養(yǎng)基(培養(yǎng)基配方見表2)，在培養(yǎng)瓶中充入N2,于溫度30°C富集4天后，獲得丙酸桿菌種子液。
(3)利用丙酸桿菌種子液發(fā)酵上清液產(chǎn)丙酸(第二階段發(fā)酵)；將步驟(I)的到的上清液在高壓滅菌鍋130°C、0. 116MPa下滅菌lOmin，冷卻至室溫，注入2. 5L厭氧發(fā)酵罐中，用Ca(OH)2將pH調(diào)至7，并接入步驟(2)獲得的丙酸桿菌種子液(接種量10%)，厭氧攪拌發(fā)酵4天，維持pH=7 (Ca(OH)2調(diào)節(jié))、溫度30°C。(4)發(fā)酵結(jié)束后，將混合物在IOOOrmp離心3min，得到上清液中的丙酸量為
7.32gC0D/L (占總短鏈脂肪酸的64. 2%)。實施例8(I)預(yù)發(fā)酵污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發(fā)酵)；取經(jīng)粉碎過篩的廚余垃圾(剔除筷子、碎骨、塑料、紙片、碎片等)0. 41L，與O. 46L濃縮剩余污泥(TSS 20g/L、VSS 14g/L、含水率為98%、pH=6. 84)混合(污泥與廚余垃圾干重比為O. 18:1)，加1.63L自來水，注入到3L厭氧發(fā)酵罐(TC0D為25g COD/L)；于溫度10°C發(fā)酵2.5天，攪拌速度為120印111，并使用0&(0!1)2控制？!1為8;取出發(fā)酵混合物在3000rpm離心5min,獲得的2L離心上清液。(2)激活及富集丙酸桿菌；將丙酸桿菌(SICC1. 256)從斜面上激活后富集并儲存于10%的甘油管儲存培養(yǎng)基中(培養(yǎng)基配方見表1)，保存環(huán)境為-80°C ;使用前將30ml甘油管按照接種量15%接種至200ml富集培養(yǎng)基(培養(yǎng)基配方見表2)，在培養(yǎng)瓶中充入N2，于溫度30°C富集2天后，獲得丙酸桿菌種子液。(3)利用丙酸桿菌種子液發(fā)酵上清液產(chǎn)丙酸(第二階段發(fā)酵)；將步驟(I)的到的上清液在高壓滅菌鍋121°C、0. IlOMPa下滅菌20min，冷卻至室溫，注入2. 5L厭氧發(fā)酵罐中，用Ca(OH)2將pH調(diào)至7，并接入步驟(2)獲得的丙酸桿菌種子液(接種量10%)，厭氧攪拌發(fā)酵4天，維持pH=7 (Ca(OH)2調(diào)節(jié))、溫度30°C。(4)發(fā)酵結(jié)束后，將混合物在IOOOrmp離心3min，得到上清液中的丙酸量為
5.48gC0D/L (占總短鏈脂肪酸的71. 2%)。實施例9(I)預(yù)發(fā)酵污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發(fā)酵)；取經(jīng)粉碎過篩的廚余垃圾(剔除筷子、碎骨、塑料、紙片、碎片等)0.41L，與O. 46L濃縮剩余污泥(TSS 20g/L、VSS 14g/L、含水率為98%、pH=6. 84)混合(污泥與廚余垃圾干重比為O. 18:1)，加1.63L自來水，注入到3L厭氧發(fā)酵罐(TC0D為25g COD/L)；于溫度65°C發(fā)酵2天，攪拌速度為120rpm，并使用Ca(OH)2控制pH為8 ;取出發(fā)酵混合物在4000rpm離心6min,獲得的2L離心上清液。(2)激活及富集丙酸桿菌；將丙酸桿菌(SICC1. 256)從斜面上激活后富集并儲存于20%的甘油管儲存培養(yǎng)基中(培養(yǎng)基配方見表1)，保存環(huán)境為-80°C ;使用前將20ml甘油管按照接種量10%接種至200ml富集培養(yǎng)基(培養(yǎng)基配方見表2)，在培養(yǎng)瓶中充入N2，于溫度30°C富集3天后，獲得丙酸桿菌種子液。(3)利用丙酸桿菌種子液發(fā)酵上清液產(chǎn)丙酸(第二階段發(fā)酵)；將步驟(I)的到的上清液在高壓滅菌鍋121°C、0. IlOMPa下滅菌20min，冷卻至室溫，注入2. 5L厭氧發(fā)酵罐中，用Ca(OH)2將pH調(diào)至7，并接入步驟(2)獲得的丙酸桿菌種子液(接種量10%)，厭氧攪拌發(fā)酵4天，維持pH=7 (Ca(OH)2調(diào)節(jié))、溫度30°C。
(4)發(fā)酵結(jié)束后，將混合物在IOOOrmp離心3min，得到上清液中的丙酸量為
9.45gC0D/L (占總短鏈脂肪酸的73. 3%)。實施例10(I)預(yù)發(fā)酵污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發(fā)酵)；取經(jīng)粉碎過篩的廚余垃圾(剔除筷子、碎骨、塑料、紙片、碎片等)0.41L，與O. 46L濃縮剩余污泥(TSS 20g/L、VSS 14g/L、含水率為98%、pH=6. 84)混合(污泥與廚余垃圾干重比為O. 18:1)，加1.63L自來水，注入到3L厭氧發(fā)酵罐(TC0D為25g COD/L)；于室溫下(250C )發(fā)酵2. 5天，攪拌速度為120rpm，并使用Ca (OH) 2控制pH為8 ;取出發(fā)酵混合物在3000rpm離心5min,獲得的2L離心上清液。(2)激活及富集丙酸桿菌；將丙酸桿菌(SICC1. 256)從斜面上激活后富集并儲存于20%的甘油管儲存培養(yǎng)基中(培養(yǎng)基配方見表1)，保存環(huán)境為-80°C ;使用前將30ml甘油管按照接種量10%接種至300ml富集培養(yǎng)基(培養(yǎng)基配方見表2)，在培養(yǎng)瓶中充入N2，于溫度30°C富集3天后，獲得丙酸桿菌種子液。(3)利用丙酸桿菌種子液發(fā)酵上清液產(chǎn)丙酸(第二階段發(fā)酵)；將步驟(I)的到的上清液在高壓滅菌鍋121°C、0. IlOMPa下滅菌20min，冷卻至室溫，注入2. 5L厭氧發(fā)酵罐中，用Ca(OH)2將pH調(diào)至5. 5，并接入步驟(2)獲得的丙酸桿菌種子液(接種量15%)，厭氧攪拌發(fā)酵3天，維持pH=5. 5 (Ca(OH)2調(diào)節(jié))、溫度25°C。(4)發(fā)酵結(jié)束后，將混合物在IOOOrmp離心3min，得到上清液中的丙酸量為
10.12gC0D/L (占總短鏈脂肪酸的72. 1%)。實施例11(I)預(yù)發(fā)酵污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發(fā)酵)；取經(jīng)粉碎過篩的廚余垃圾(剔除筷子、碎骨、塑料、紙片、碎片等)0.41L，與O. 46L濃縮剩余污泥(TSS 20g/L、VSS 14g/L、含水率為98%、pH=6. 84)混合(污泥與廚余垃圾干重比為O. 18:1)，加1.63L自來水，注入到3L厭氧發(fā)酵罐(TC0D為25g COD/L)；于室溫下(25°C)發(fā)酵I. 5天，攪拌速度為120印!11，并使用0&(0!1)2控制？!1為8;取出發(fā)酵混合物在3000rpm離心5min,獲得的2L離心上清液。(2)激活及富集丙酸桿菌；將丙酸桿菌(SICC1. 256)從斜面上激活后富集并儲存于20%的甘油管儲存培養(yǎng)基中(培養(yǎng)基配方見表1)，保存環(huán)境為-80°C ;使用前將30ml甘油管按照接種量10%接種至300ml富集培養(yǎng)基(培養(yǎng)基配方見表2)，在培養(yǎng)瓶中充入N2，于溫度30°C富集3天后，獲得丙酸桿菌種子液。(3)利用丙酸桿菌種子液發(fā)酵上清液產(chǎn)丙酸(第二階段發(fā)酵)；將步驟(I)的到的上清液在高壓滅菌鍋121°C、0. IlOMPa下滅菌20min，冷卻至室溫，注入2. 5L厭氧發(fā)酵罐中，用Ca(OH)2將pH調(diào)至8. 5，并接入步驟(2)獲得的丙酸桿菌種子液(接種量15%)，厭氧攪拌發(fā)酵3天，維持pH=8. 5 (Ca(OH)2調(diào)節(jié))、溫度35°C。
(4)發(fā)酵結(jié)束后，將混合物在IOOOrmp離心3min，得到上清液中的丙酸量為
6.32gC0D/L (占總短鏈脂肪酸的68. 2%)。對比例I不接種丙酸桿菌的情況取經(jīng)粉碎過篩的廚余垃圾(剔除筷子、碎骨、塑料、紙片、碎片等)O. 25L，加O. 75L自來水，與I. 5L濃縮剩余污泥(TSS 20g/L、VSS 14g/L、含水率為98%、pH=6. 84)混合(污泥與廚余垃圾干重比為O. 9:1)，注入到3L厭氧發(fā)酵罐(TC0D為26. 90g C0D/L)，于室溫下(25°C)發(fā)酵8天，攪拌速度為120rpm，并使用0&(0!1)2控制pH為8。發(fā)酵結(jié)束后，將混合物離心，得到上清液中的丙酸量為4. 73gC0D/L(占總短鏈脂肪酸的49. 1%)對比例2第一階段發(fā)酵只用廚余垃圾發(fā)酵，污泥投入非常少，僅做水解菌接種。取經(jīng)粉碎過篩的廚余垃圾(剔除筷子、碎骨、塑料、紙片、碎片等)0. 57L，加I. 43L自來水，與O. 2L濃縮剩余污泥(TSS 20g/L、VSS 14g/L、含水率為98%、pH=6. 84)混合(干重比為O. 01:1)，注入到3L厭氧發(fā)酵罐(TC0D為39.08g C0D/L)，并使用Ca(OH)2控制pH為8，室溫下(25°C )發(fā)酵2. 5天后，取出發(fā)酵混合物在2000rpm離心4min，獲得的2L離心上清液在高壓滅菌鍋121 °C、0. IIOMPa下滅菌20min，冷卻至室溫，pH調(diào)至7，接入200ml富集菌液。維持反應(yīng)體系pH=7、溫度30°C，厭氧攪拌發(fā)酵5天。發(fā)酵結(jié)束后，將混合物離心，得到上清液中的丙酸量為I. 15gC0D/L(占總短鏈脂肪酸的 62. 7%)。對比例3第一階段發(fā)酵只使用污泥發(fā)酵，不涉及廚余垃圾僅取2. 5L濃縮剩余污泥(TSS 20g/L、VSS 14g/L、含水率為98%、pH=6. 84)，使用Ca(OH)2控制pH為8混合，室溫下(25°C )發(fā)酵2. 5天后，取出發(fā)酵混合物在2000rpm離心5min，獲得的2L離心上清液在高壓滅菌鍋121°C、0. IlOMPa下滅菌20min，冷卻至室溫，pH調(diào)至7，并將200ml富集菌液同時注入2. 5L厭氧產(chǎn)酸發(fā)酵罐中。維持反應(yīng)體系pH=7、溫度30°C，厭氧攪拌發(fā)酵5天。發(fā)酵結(jié)束后，將混合物離心，得到上清液中的丙酸量為O. 6gC0D/L (占總短鏈脂肪酸的 20. 1%)。實施例1-10與對比例I中的現(xiàn)有技術(shù)相比能夠大大提高丙酸含量。表I甘油儲存培養(yǎng)基配方
權(quán)利要求
1.一種提高間歇發(fā)酵產(chǎn)酸液中丙酸含量的方法，其特征在于包含以下步驟 (1)將廚余垃圾、濃縮污泥混合，加入到厭氧水解發(fā)酵罐中厭氧發(fā)酵，然后將混合物離心分離，取出上清液待用； (2)激活并富集丙酸桿菌種子液； (3)將步驟(I)得到的上清液滅菌，接入步驟(2)得到的丙酸桿菌種子液中，在厭氧發(fā)酵罐中發(fā)酵產(chǎn)丙酸； (4)發(fā)酵結(jié)束后，將發(fā)酵混合物離心，得到富含丙酸的發(fā)酵上清液。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(I)中，濃縮污泥的含水率為98%-99%，總懸浮固體濃度為10-20g/L，優(yōu)選為15g/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的廚余垃圾為剔除筷子、碎骨、塑料、紙片、碎片廢物后，經(jīng)粉碎、過10目篩，獲得C/N為16-20的濃縮廚余垃圾；加入自來水使含水率為80% ;其中，米飯、肉類、油類的干重比為(3 10) : (O. 5 5): ((T2);優(yōu)選米飯，肉類、油類的干重比為7:2:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(I)中，濃縮污泥與廚余垃圾按干重比(O. 3^0. 08):1進行混合，優(yōu)選濃縮污泥與廚余垃圾按干重比為O. 18:1，加入自來水稀釋后的總化學(xué)需氧量為20-40g COD/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(I)中，厭氧發(fā)酵的溫度為10 65°C，攪拌速度為60-250rpm，用Ca(OH)2控制發(fā)酵的pH為5-12，發(fā)酵時間為2-5天；優(yōu)選發(fā)酵溫度為25°C，發(fā)酵的pH為7，發(fā)酵時間為4天。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(I)中，離心分離的轉(zhuǎn)速為2000-4000rpm,離心時間為 4_6min。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(2)中，將丙酸桿菌從斜面上激活后富集并儲存于10%-30%的甘油管儲存培養(yǎng)基中，保存環(huán)境為-50至-80°C ;每次按照接種量5-15%接種至富集培養(yǎng)基，在培養(yǎng)瓶中充入N2,于溫度30°C富集2-4天后待用，優(yōu)選富集3天。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(3)中，將步驟(I)得到的上清液移在110 130°C、0. 06 O. 16MPa下滅菌10 40min ;冷卻至室溫，調(diào)節(jié)pH 6-8后加入到厭氧產(chǎn)酸發(fā)酵罐中，按5% 15%接種量在上清液中接入丙酸桿菌進行攪拌厭氧發(fā)酵，該厭氧發(fā)酵的時間為3 5天，Ca(OH)2維持pH=5. 5 8. 5、溫度25 35°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(4)中，離心的轉(zhuǎn)速為500-2000rpm,離心時間 2_4min。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(4)中，發(fā)酵上清液中丙酸含量為 3. 56 9. 95gC0D/L。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種提高間歇發(fā)酵產(chǎn)酸液中丙酸含量的方法，包含以下步驟(1)將廚余垃圾、濃縮污泥混合，加入到厭氧水解發(fā)酵罐中厭氧發(fā)酵，然后將混合物離心分離，取出上清液待用；(2)激活并富集丙酸桿菌種子液；(3)將步驟(1)得到的上清液滅菌，接入步驟(2)得到的丙酸桿菌種子液中，在厭氧發(fā)酵罐中發(fā)酵產(chǎn)丙酸；(4)發(fā)酵結(jié)束后，將發(fā)酵混合物離心，得到富含丙酸的發(fā)酵上清液。本發(fā)明污泥與廚余垃圾在弱堿性條件下進行第一階段發(fā)酵，有利于微生物胞外酶水解糖、蛋白質(zhì)、脂肪等大分子有機物；發(fā)酵上清液中丙酸含量為上清液中總酸的3.56~9.95gCOD/L。
文檔編號C12P7/52GK102776247SQ201210249898
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月18日
發(fā)明者李響, 王懷臣, 陳銀廣 申請人:同濟大學(xué)