本發明涉及固體廢物處理技術領域，尤其涉及一種利用煙草廢棄物生產短鏈揮發性脂肪酸的方法，還涉及按照前述方法生產得到的短鏈揮發性脂肪酸。
背景技術：
煙草下腳料是卷煙生產中產生的大宗副產品,富含各種有機成分和次生代謝產物。這類廢棄物沒有得到合理的利用,會給環境造成一定的負擔。我國煙葉種植面積和年產量均居世界首位。在煙草種植和生產過程中,有大量的低次煙葉和被煙梗廢棄,大約占煙葉總產量的25％。若是處理不當會嚴重影響城市環境，甚至威脅到人類的健康。因此煙草廢棄物的處理處置問題成為環境保護領域的關鍵問題之一。
另一方面，水體富營養化問題日益突出，我國環保技術標準對污水處理廠出水的氮磷要求日益嚴格。生物脫氮除磷的實現依賴污水中大量可降解的有機碳源。然而，大多數情況下進水有機碳源的濃度往往不足。目前污水廠常采用投加碳源(例如：乙酸鈉，甲醇等)的方式解決污水中碳源不足的問題。這些有機碳源的脫氮除磷效果較好，應用廣泛，但也同樣存在成本過高的問題。因此，急需開發更加低廉，有效的有機碳源。
煙草廢棄物厭氧發酵生產揮發性脂肪酸，可在實現有機物降解的同時，達到資源回收再利用的目的。該工藝生產的發酵液中含有大量的短鏈揮發性脂肪酸(SCFAs)等末端發酵產物，這些有機碳源可以作為污水生物脫氮除磷的外加碳源。傳統的厭氧發酵存在發酵時間長(20～30天)，產物轉化率低等缺陷；因此，急需一種縮短發酵時間及提高產物轉化率處理方法。
表面活性劑具有兩親的性能，即親水性及親油性，而且還具有增溶的作用，因此可以利用表面活性劑可以提高煙草廢棄物的水解作用，從而提高短鏈脂肪酸的積累量且縮短發酵時間。在以往強化污泥水解的表面活性劑多為化學表面活性劑(例如，十二烷基磺酸鈉，十二烷基硫酸鈉等)，化學表面活性劑存在毒性高，生物降解性低對環境易造成二次污染等缺陷。而生物表面活性劑具有化學表面活性劑的各種表面性能，對環境友好，目前利用生物表面活性劑提高煙草廢棄物厭氧水解速率從而提高產酸量的研究鮮有報道。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種利用煙草廢棄物作為底物生產短鏈揮發性脂肪酸的方法，實現煙草廢棄物的減量化、資源化和無害化處理，具有運行成本低廉，收益高、短鏈揮發性脂肪酸產率高等優勢，本發明還提供了一種前述方法生產得到的短鏈揮發性脂肪酸，主要包括，乙酸，丙酸，丁酸和戊酸等，這些短鏈揮發性脂肪酸可以作為生物脫氮除磷的外加碳源，提高脫氮除磷的效率。
為解決上述技術問題，提供了一種利用煙草廢棄物生產短鏈揮發性脂肪酸的方法，包括以下步驟：
S1、以煙草廢棄物為發酵底物，以污泥為接種物進行攪拌混勻得到發酵基質；
S2、向發酵基質中添加烷基多苷，攪拌條件下進行厭氧發酵。
所述的方法還包括煙草廢棄物預處理步驟：
(1)將所述煙草廢棄物粉碎后，進行脫水分離得到脫水干料和油水混合物；
(2)將所述油水混合物進行脫油處理得到脫油污水；
(3)混合所述脫水干料和脫油污水。前述的方法，優選的，污泥為污水處理廠中二沉池的剩余污泥；剩余污泥中的微生物為梭菌屬微生物、擬桿菌屬微生物、丁酸弧菌屬微生物和雙歧桿菌屬微生物中的一種或多種。
前述的方法，優選的，將剩余污泥進行厭氧發酵培養一個月后，再作為S1步驟中的接種物。
前述的方法，優選的，烷基多苷的添加量為發酵基質中固體總質量的5w/w％～40w/w％。
前述的方法，優選的，發酵底物與接種物的體積比為9∶1。
前述的方法，優選的，S2步驟中厭氧發酵的溫度為35℃～45℃，發酵時間4天～15天。
前述的方法，優選的，S2步驟中厭氧發酵的初始pH為7.0±0.5。
前述的方法，優選的，S2步驟中厭氧發酵的攪拌轉速100r/min～130r/min。
作為一個總的技術構思，本發明提供了一種前述利用煙草廢棄物生產短鏈揮發性脂肪酸的方法生產得到的短鏈揮發性脂肪酸。
與現有技術相比，本發明的優點在于：
(1)本發明提供了一種利用煙草廢棄物生產短鏈揮發性脂肪酸的方法，以煙草廢棄物為發酵底物，污泥為接種物進行厭氧發酵，實驗表明利用厭氧發酵工藝產生的碳源其脫氮除磷效果明顯優于傳統碳源甲醇，乙醇等，并且此工藝的生產成本低廉。污泥中的厭氧菌，如梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、雙歧桿菌屬將發酵底物中顆粒狀的碳水化合物及蛋白質轉為大分子的多糖及多肽，進而轉化為短鏈揮發性脂肪酸(如乙酸，丙酸等)，烷基多苷促進厭氧發酵的水解作用并有效抑制了產甲烷過程，進一步提高了短鏈揮發性脂肪酸的產量。
由于本發明中添加了烷基多苷生物表面活性劑(0.2g/g TS)，當發酵時間為6天時，發酵液中短鏈揮發性脂肪酸的含量為37.2g/L，比沒有添加烷基多苷的對照組2.1g/L提高了近17倍。
(2)本發明提供了一種利用煙草廢棄物生產短鏈揮發性脂肪酸的方法，發酵底物為煙草廢棄物，接種物為剩余污泥，原料來源廣泛，無需購買，具有運行成本低廉，收益高、短鏈揮發性脂肪酸產率高等優勢，實現了煙草廢棄物的減量化、資源化和無害化處理。
(3)本發明將煙草廢棄物進行預處理，避免了高油性煙草廢棄物對厭氧發酵產酸產生抑制作用，可以使發酵底物中大分子顆粒狀物質轉化成小分子溶解態有機物，從而提高了水解速率，進而縮短發酵時間并提高了產酸的效率。
(4)本發明提供了一種利用煙草廢棄物生產短鏈揮發性脂肪酸的方法，在發酵液中添加了烷基多苷。與化學表面活性劑相比，烷基多苷是一種性能較全面的新型非離子生物表面活性劑，具有高表面活性、較低的毒性、較高的生物降解性，在極端溫度、pH和鹽濃度下具有較好的選擇性和專一性等優點，可大幅度提高煙草廢棄物厭氧水解速率，縮短厭氧發酵的時間，這對煙草廢棄物處理方式的改進、優化具有一定的指導意義；同時烷基多苷在厭氧發酵中被消耗，不會造成環境污染。
(5)本發明采用厭氧發酵的方式生產短鏈揮發性脂肪酸，厭氧發酵過程是序批式，不需要曝氣鼓風等能源輸入，同時短鏈揮發性脂肪酸的產量顯著提高，具有能源消耗低，經濟效益好等優點。
(6)本發明的短鏈揮發性脂肪酸的發酵液可以引入生物脫氮除磷系統，提高脫氮除磷效率。離心過后的濾渣可以用于堆肥或者配制液體肥料。
附圖說明
圖1為利用煙草廢棄物生產短鏈揮發性脂肪酸的方法步驟示意圖
具體實施方式
以下結合說明書附圖和具體優選的實施例對本發明作進一步描述，但并不因此而限制本發明的保護范圍。
以下實施例中所采用的材料和儀器均為市售。其中作為接種物的污泥為生活污水處理廠中二沉池的剩余污泥，具體取自南寧第一污水處理廠二次沉淀排放的剩余污泥，剩余污泥的微生物種類主要包括專性厭氧的梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、雙歧桿菌屬等；作為發酵底物的煙草廢棄物取自中煙南寧煙草公司，煙草廢棄物的構成主要由碳水化合物及蛋白質。
實施例1：
參見圖1：利用煙草廢棄物生產短鏈揮發性脂肪酸的方法，具體包括以下步驟：(1)預處理煙草廢棄物：將煙草廢棄物中不利于發酵的物質剔除。然后用粉碎機粉碎至0.3厘米以下，再將粉碎后的煙草廢棄物與適量的蒸餾水混合控制含固率為15％，VS(揮發性固體)/TS(總固體)＝95.3％；完成煙草廢棄物的預處理。
(2)接種污泥：取自南寧第一污水處理廠二次沉淀排放的剩余污泥，經檢測，剩余污泥中的微生物主要為水解及發酵型微生物；具體為專性厭氧的梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、雙歧桿菌屬。將剩余污泥進行厭氧培養一個月，厭氧培養的溫度為35～45℃，pH控制在7.0±0.5，厭氧攪拌速度為100～130r/min，每天投加一次氮源和碳源(碳源為300±15mgCOD/L的乙酸鈉，氮源為30±1mgNH4+-N/L的氯化銨)，污泥齡控制在12天，由此厭氧培養條件得到含水率99％，pH＝7.0±0.5的接種污泥。
(3)厭氧發酵：以1.8L經過步驟(1)預處理的煙草廢棄物和0.2L經過步驟(2)接種污泥作為發酵基質，投入有機質玻璃制成的反應容器(即厭氧發酵器)，然后投入發酵基質中總固體(TS)的比重為0.05g/g TS的烷基多苷，充氮氣驅氧進行厭氧發酵。控制厭氧發酵的溫度為35～45℃，初始pH為7±0.5，攪拌轉速為100～130r/min。
當發酵時間為6天時，測定發酵液中短鏈揮發性脂肪酸的含量為21.4g COD/L(以化學計量數計算)。
實施例2：
利用煙草廢棄物生產短鏈揮發性脂肪酸的方法，具體包括以下步驟：
(1)預處理煙草廢棄物：將煙草廢棄物中不利于發酵的物質剔除。然后用粉碎機粉碎至0.3厘米以下，再將粉碎后的煙草廢棄物與適量的蒸餾水混合控制含固率為15％，VS(揮發性固體)/TS(總固體)＝95.3％；完成煙草廢棄物的預處理。
(2)接種污泥：取自南寧第一污水處理廠二次沉淀排放的剩余污泥，經檢測，剩余污泥中的微生物主要為水解及發酵型微生物；具體為專性厭氧的梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、雙歧桿菌屬等。將剩余污泥進行厭氧培養一個月，厭氧培養的溫度為35～45℃，pH控制在7.0±0.5，厭氧攪拌速度為100～130r/min，每天投加一次氮源和碳源(碳源為300±15mgCOD/L的乙酸鈉，氮源為30±1mgNH4+-N/L的氯化銨)，污泥齡控制在12天，由此厭氧培養條件得到含水率99％，pH＝7.0±0.5的接種污泥。
(3)厭氧發酵：以1.8L經過步驟(1)預處理的煙草廢棄物和0.2L經過步驟(2)接種污泥作為發酵基質，投入有機質玻璃制成的反應容器，然后投入發酵基質中總固體(TS)的比重為0.1g/g TS的烷基多苷，充氮氣驅氧進行厭氧發酵。控制厭氧發酵的溫度為35～45℃，初始pH為7±0.5，攪拌轉速為100～130r/min。
當發酵時間為6天時，測定發酵液中短鏈揮發性脂肪酸的含量為30.5g COD/L(以化學計量數計算)。
實施例3：
(1)預處理煙草廢棄物：將煙草廢棄物中不利于發酵的物質剔除。然后用粉碎機粉碎至0.3厘米以下，再將粉碎后的煙草廢棄物與適量的蒸餾水混合控制含固率為15％，VS(揮發性固體)/TS(總固體)＝95.3％；完成煙草廢棄物的預處理。
(2)接種污泥：取自南寧第一污水處理廠二次沉淀排放的剩余污泥，經檢測，剩余污泥中的微生物主要為水解及發酵型微生物；具體為專性厭氧的梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、雙歧桿菌屬等。將剩余污泥進行厭氧培養一個月，厭氧培養的溫度為35～45℃，pH控制在7.0±0.5，厭氧攪拌速度為100～130r/min，每天投加一次氮源和碳源(碳源為300±15mgCOD/L的乙酸鈉，氮源為30±1mgNH4+-N/L的氯化銨)，污泥齡控制在12天，由此厭氧培養條件得到含水率99％，pH＝7.0±0.5的接種污泥。
(3)厭氧發酵：以1.8L經過步驟(1)預處理的煙草廢棄物和0.2L經過步驟(2)接種污泥作為發酵基質，投入有機質玻璃制成的反應容器，然后投入發酵基質中總固體(TS)的比重為0.2g/g TS的烷基多苷，充氮氣驅氧進行厭氧發酵。控制厭氧發酵的溫度為35～45℃，初始pH為7±0.5，攪拌轉速為100～130r/min。
當發酵時間為6天時，測定發酵液中短鏈揮發性脂肪酸的含量為37.2g COD/L(以化學計量數計算)。
實施例4：
(1)預處理煙草廢棄物：將煙草廢棄物中不利于發酵的物質剔除。然后用粉碎機粉碎至0.3厘米以下，再將粉碎后的煙草廢棄物與適量的蒸餾水混合控制含固率為15％，VS(揮發性固體)/TS(總固體)＝95.3％；完成煙草廢棄物的預處理。
(2)接種污泥：取自南寧第一污水處理廠二次沉淀排放的剩余污泥，經檢測，剩余污泥中的微生物主要為水解及發酵型微生物；具體為專性厭氧的梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、雙歧桿菌屬等。將剩余污泥進行厭氧培養一個月，厭氧培養的溫度為35～45℃，pH控制在7.0±0.5，厭氧攪拌速度為100～130r/min，每天投加一次氮源和碳源(碳源為300±15mgCOD/L的乙酸鈉，氮源為30±1mgNH4+-N/L的氯化銨)，污泥齡控制在12天，由此厭氧培養條件得到含水率99％，pH＝7.0±0.5的接種污泥。
(3)厭氧發酵：以1.8L經過步驟(1)預處理的煙草廢棄物和0.2L經過步驟(2)接種污泥作為發酵基質，投入有機質玻璃制成的反應容器，然后投入發酵基質中總固體(TS)的比重為0.3g/g TS的烷基多苷，充氮氣驅氧進行厭氧發酵。控制厭氧發酵的溫度為35～45℃，初始pH為7±0.5，攪拌轉速為100～130r/min。
當發酵時間為6天時，測定發酵液中短鏈揮發性脂肪酸的含量為38.5g COD/L(以化學計量數計算)。
實施例5：
(1)預處理煙草廢棄物：將煙草廢棄物中不利于發酵的物質剔除。然后用粉碎機粉碎至0.3厘米以下，再將粉碎后的煙草廢棄物與適量的蒸餾水混合控制含固率為15％，VS(揮發性固體)/TS(總固體)＝95.3％；完成煙草廢棄物的預處理。
(2)接種污泥：取自南寧第一污水處理廠二次沉淀排放的剩余污泥，經檢測，剩余污泥中的微生物主要為水解及發酵型微生物；具體為專性厭氧的梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、雙歧桿菌屬等。將剩余污泥進行厭氧培養一個月，厭氧培養的溫度為35～45℃，pH控制在7.0±0.5，厭氧攪拌速度為100～130r/min，每天投加一次氮源和碳源(碳源為300±15mgCOD/L的乙酸鈉，氮源為30±1mgNH4+-N/L的氯化銨)，污泥齡控制在12天，由此厭氧培養條件得到含水率99％，pH＝7.0±0.5的接種污泥。
(3)厭氧發酵：以1.8L經過步驟(1)預處理的煙草廢棄物和0.2L經過步驟(2)接種污泥作為發酵基質，投入有機質玻璃制成的反應容器，然后投入發酵基質中總固體(TS)的比重為0.4g/g TS的烷基多苷，充氮氣驅氧進行厭氧發酵。控制厭氧發酵的溫度為35～45℃，初始pH為7±0.5，攪拌轉速為100～130r/min。
當發酵時間為6天時，測定發酵液中短鏈揮發性脂肪酸的含量為40.5g COD/L(以化學計量數計算)。
對比例1：
(1)預處理煙草廢棄物：將煙草廢棄物中不利于發酵的物質剔除。然后用粉碎機粉碎至0.3厘米以下，再將粉碎后的煙草廢棄物與適量的蒸餾水混合控制含固率為15％，VS(揮發性固體)/TS(總固體)＝95.3％；完成煙草廢棄物的預處理。
(2)接種污泥：取自南寧第一污水處理廠二次沉淀排放的剩余污泥，經檢測，剩余污泥中的微生物主要為水解及發酵型微生物；具體為專性厭氧的梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、雙歧桿菌屬等。將剩余污泥進行厭氧培養一個月，厭氧培養的溫度為35～45℃，pH控制在7.0±0.5，厭氧攪拌速度為100～130r/min，每天投加一次氮源和碳源(碳源為300±15mgCOD/L的乙酸鈉，氮源為30±1mgNH4+-N/L的氯化銨)，污泥齡控制在12天，由此厭氧培養條件得到含水率99％，pH＝7.0±0.5的接種污泥。
(3)厭氧發酵：以1.8L經過步驟(1)預處理的煙草廢棄物和0.2L經過步驟(2)接種污泥作為發酵基質，投入有機質玻璃制成的反應容器，充氮氣驅氧進行厭氧發酵。控制厭氧發酵的溫度為37℃，初始pH為7±0.5，攪拌轉速為100～130r/min。
當發酵時間為6天時，測定發酵液中短鏈揮發性脂肪酸的含量為8.4g COD/L(以化學計量數計算)。
對比例2：
(1)預處理煙草廢棄物：將煙草廢棄物中不利于發酵的物質剔除。然后用粉碎機粉碎至0.3厘米以下，再將粉碎后的煙草廢棄物與適量的蒸餾水混合控制含固率為15％，VS(揮發性固體)/TS(總固體)＝95.3％；完成煙草廢棄物的預處理。
(2)接種污泥：取自南寧第一污水處理廠二次沉淀排放的剩余污泥，經檢測，剩余污泥中的微生物主要為水解及發酵型微生物；具體為專性厭氧的梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、雙歧桿菌屬等。將剩余污泥進行厭氧培養一個月，厭氧培養的溫度為35～45℃，pH控制在7.0±0.5，厭氧攪拌速度為100～130r/min，每天投加一次氮源和碳源(碳源為300±15mgCOD/L的乙酸鈉，氮源為30±1mgNH4+-N/L的氯化銨)，污泥齡控制在12天，由此厭氧培養條件得到含水率99％，pH＝7.0±0.5的接種污泥。
(3)厭氧發酵：以1.8L經過步驟(1)預處理的煙草廢棄物和0.2L經過步驟(2)接種污泥作為發酵基質，投入有機質玻璃制成的反應容器，充氮氣驅氧進行厭氧發酵。控制厭氧發酵的溫度為37℃，初始pH為7±0.5，攪拌轉速為100～130r/min。
當發酵時間為14天時，測定發酵液中短鏈揮發性脂肪酸的含量為12.0g COD/L(以化學計量數計算)。
從實施例1至實施例5可見，在煙草廢棄物的發酵系統中投加了生物表面活性劑烷基多苷，使煙草廢棄物中的有機物得到很好的利用，顯著提高了短鏈揮發性脂肪酸的產量。
對比例3：
(1)預處理煙草廢棄物：將煙草廢棄物中不利于發酵的物質剔除。然后用粉碎機粉碎至0.3厘米以下，再將粉碎后的煙草廢棄物與適量的蒸餾水混合控制含固率為15％，VS(揮發性固體)/TS(總固體)＝95.3％；完成煙草廢棄物的預處理。
(2)接種污泥：取自南寧第一污水處理廠二次沉淀排放的剩余污泥，經檢測，剩余污泥中的微生物主要為水解及發酵型微生物；具體為專性厭氧的梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、雙歧桿菌屬等。將剩余污泥進行厭氧培養一個月，厭氧培養的溫度為35～45℃，pH控制在7.0±0.5，厭氧攪拌速度為100～130r/min，每天投加一次氮源和碳源(碳源為300±15mgCOD/L的乙酸鈉，氮源為30±1mgNH4+-N/L的氯化銨)，污泥齡控制在12天，由此厭氧培養條件得到含水率99％，pH＝7.0±0.5的接種污泥。
(3)厭氧發酵：以1.8L經過步驟(1)預處理的煙草廢棄物和0.2L經過步驟(2)接種污泥作為發酵基質，投入有機質玻璃制成的反應容器，然后投入發酵基質中總固體(TS)的比重為0.2g/g TS的鼠李糖脂(生物表面活性劑)，充氮氣驅氧進行厭氧發酵。控制厭氧發酵的溫度為35～45℃，初始pH為7±0.5，攪拌轉速為100～130r/min。
當發酵時間為6天時，測定發酵液中短鏈揮發性脂肪酸的含量為21.3g COD/L(以化學計量數計算)。
對比例4：
(1)預處理煙草廢棄物：將煙草廢棄物中木質筷子，餐巾紙，玻璃陶瓷片及骨頭，魚刺等不利于發酵的物質剔除。然后用粉碎機粉碎至0.3厘米以下，再將粉碎后的煙草廢棄物運用脫水機分離為脫水干料及油水混合物兩部分。將油水混合物排入油水分離器進行油水分離得到脫油污水。將脫油污水與脫水干料混合，含固率為15％，VS/TS＝95.3％；完成煙草廢棄物的預處理。
(2)接種污泥：取自南寧第一污水處理廠二次沉淀排放的剩余污泥，經檢測，剩余污泥中的微生物主要為水解及發酵型微生物；具體為專性厭氧的梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、雙歧桿菌屬等。將剩余污泥進行厭氧培養一個月，厭氧培養的溫度為35～45℃，pH控制在7.0±0.5，厭氧攪拌速度為100～130r/min，每天投加一次氮源和碳源(碳源為300±15mgCOD/L的乙酸鈉，氮源為30±1mgNH4+-N/L的氯化銨)，污泥齡控制在12天，由此厭氧培養條件得到含水率99％，pH＝7.0±0.5的接種污泥。
(3)厭氧發酵：以1.8L經過步驟(1)預處理的煙草廢棄物和0.2L經過步驟(2)接種污泥作為發酵基質，投入有機質玻璃制成的反應容器，然后投入發酵基質中總固體(TS)的比重為0.2g/g TS的皂素(生物表面活性劑)，充氮氣驅氧進行厭氧發酵。控制厭氧發酵的溫度為35～45℃，初始pH為7±0.5，攪拌轉速為100～130r/min。
當發酵時間為6天時，測定發酵液中短鏈揮發性脂肪酸的含量為19.6g COD/L(以化學計量數計算)。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制。雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然而并非用以限定本發明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明的精神實質和技術方案的情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。