专利名称：一种促进固体有机废弃物厌氧发酵产挥发性短链有机酸的方法
技术领域：
本发明涉及一种促进固体有机废弃物厌氧发酵产挥发性短链有机酸的方法，属于固体有机废弃物资源化领域，涉及一种通过在厌氧反应器中添加产酸菌群必需的微量水合金属化合物将废弃生物质最大限度转化为以乙酸为主的目标产物挥发性短链有机酸的方法。
背景技术：
乙酸、丙酸等挥发性短链有机酸不仅具有较高的附加值，而且用途也较为广泛。这些有机酸可直接作为发酵工业的生产原料被微生物进一步利用来获得如生物可降解塑料等高附加值的生物化学产品。此外，它们亦可用于合成其它的化学品。如，乙酸可用来化学合成醋酸乙烯，其是合成工业塑料的单体。再如，乙酸化学合成为醋酸纤维素后，再进一步通过化学手段转化为阿斯匹林、乳胶涂料、色素、原料等。因此，采用厌氧发酵产酸技术将废弃物中的有机质转化为乙酸等挥发性短链有机酸是实现有机废弃物资源开发的一条具有广阔应用前景的途径。这条途径具有较大的社会、环境和经济意义。因此，本领域一直期望不断提高挥发性短链有机酸的产率。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于固体有机废弃物厌氧发酵提高挥发性短链有机酸的方法。本发明人发现，在厌氧发酵产酸过程中，产酸菌群不仅需要营养元素，还需要Fe、Mn、Co、Zn和Cu等微量金属元素。这些元素一方面可促进产酸微生物细胞的合成，另一方面可促使与产酸代谢途径相关的酶的合成及激活酶在生化反应中的催化作用。因此，向厌氧生物反应器中投加适量的金属元素不仅可以增强整个反应器的运行效果和提高反应器的运行稳定性，而且可以大幅度提高反应器的处理效率和挥发性短链有机酸的产率。本方法是通过向厌氧产酸反应器中投加能够改善厌氧产酸菌群活性的微量水合金属化合物，促使废弃物中的有机质最大限度地以挥发性短链有机酸的形式回收，从而在消除有机废弃物对环境污染的同时，实现高附加值生物化学品的生产，为固体有机废弃物提供一条更有价值的资源化之路。本发明的技术方案为:一种促进固体有机废弃物厌氧发酵产挥发性短链有机酸的方法，其包括以下步骤:用剩余污泥作为有机废弃物的模式底物，在经过NaOH预处理后，离心取上清液，并将上清液作为厌氧产酸反应器的进水，进水水质如下=COD浓度为9，000 22，500mg/L, VS浓度为13，000 25，000mg/L,接入污泥浓度为10 12gVSS/L的厌氧产酸种泥，然后发酵获得挥发性短链有机酸，其特征在于，在发酵初期添加微量水合金属化合物。 优选地，发酵时初始pH值为9.5 10.0，温度为35°C，发酵时间为6 10天。
优选地，添加的微量水合金属化合物为FeSO4.7H20,添加量为I 3，000mg/L ；或所述添加的微量水合金属化合物为MnCl2.4H20，添加量为I 3，000mg/L ;或所述添加的微量水合金属化合物为CoCl2.7H20，添加量为I 300mg/L ;或所述添加的微量水合金属化合物为ZnSO4.7H20，添加量为I 300mg/L ;或所述添加的微量水合金属化合物为CuCl2.2H20，添加量为 I 300mg/L。本发明的有益效果:利用固体有机废弃物作为原料，通过添加水解产酸菌所必需的微量水合金属化合物促进菌群的新陈代谢及生长，增强产酸微生物的细胞活性与酶的反应速率，从而提高废弃物中有机质的转化率，产生以乙酸为主的挥发性短链有机酸目标产品。第一大优点是可实现有机废弃物资源化的目标，回收高附加值产品挥发性短链有机酸；第二大优点是促使废弃物中的有机质高效转化为以乙酸为主的挥发性短链有机酸，大幅度增强了有机酸的产率，与未添加微量水合金属化合物的普通厌氧发酵产酸对照实验相比，挥发性短链有机酸的产率提高了 12% 58% ;第三大优点水合金属化合物在发酵初期添力口，添加量极其微量，操作简便，具有成本低廉、转化率高，发酵周期短等特点。
图1未投加和投加不同水合金属化合物后挥发性短链有机酸的产率比较。
具体实施例方式以下结合附图和实施例进一步描述本发明，但不受附图和实施例的限制。对照实例:处理同类固体有机废弃物的普通厌氧发酵产生的挥发性短链有机酸的产率为
0.20g挥发性短链有机酸/g有机质。实施例1:底物为剩余污泥NaOH预处理液，VS浓度为16.45g/L，COD浓度约为13，500mg/L,初始污泥浓度为10gVSS/L，初始pH为10.0, FeSO4.7H20的添加量为1，000mg/L，发酵初期添加，发酵过程温度维持35°C。在实验条件和测定方法都一致的条件下，发酵7天后挥发性短链有机酸的产率为0.32g挥发性短链有机酸/g有机质，比对照实例提高了 58%，乙酸在总酸中的质量百分比含量为53%。实施例2:底物为剩余污泥NaOH预处理液，VS浓度为16.45g/L，COD浓度约为13，500mg/L,初始污泥浓度为12gVSS/L，初始pH为10.0，CoCl2.7H20的添加量为60mg/L，发酵初期添力口，发酵过程温度维持35°C。在实验条件和测定方法都一致的条件下，发酵7天后挥发性短链有机酸的产率为0.29g挥发性短链有机酸/g有机质，比对照实例提高了 42%，乙酸在总酸中的质量百分比含量为70%。实施例3:底物为剩余污泥NaOH预处理液，VS浓度为16.45g/L，COD浓度约为13，500mg/L,初始污泥浓度为10gVSS/L，初始pH为10.0，ZnSO4.7H20的添加量为40mg/L，发酵初期添力口，发酵过程温度维持3 5°C。在实验条件和测定方法都一致的条件下，发酵7天后挥发性短链有机酸的产率为0.22g挥发性短链有机酸/g有机质，比对照实例提高了 12%，乙酸在总酸中的质量百分比含量为69%。实施例4:底物为剩余污泥NaOH预处理液，VS浓度为16.45g/L，COD浓度约为13，500mg/L,初始污泥浓度为12gVSS/L，初始pH为10.0，CuCl2.2H20的添加量为20mg/L，发酵初期添力口，发酵过程温度维持35°C。在实验条件和测定方法都一致的条件下，发酵7天后挥发性短链有机酸的产率为0.24g挥发性短链有机酸/g有机质，比对照实例提高了 18%，乙酸在总酸中的质量百分比含量为61%。实施例5:底物为剩余污泥NaOH预处理液，VS浓度为16.45g/L，COD浓度约为13，500mg/L,初始污泥浓度为10gVSS/L，初始pH为10.0, MnCl2.4H20的添加量为1，000mg/L，发酵初期添加，发酵过程温度维持35°C。在实验条件和测定方法都一致的条件下，发酵7天后挥发性短链有机酸的产率为0.26g挥发性短链有机酸/g有机质，比对照实例提高了 30%，乙酸在总酸中的质量百分比含量 为60%。
权利要求
1.一种促进固体有机废弃物厌氧发酵产挥发性短链有机酸的方法，其包括以下步骤:用剩余污泥作为有机废弃物的模式底物，在经过NaOH预处理后，离心取上清液，并将上清液为厌氧产酸反应器的进水，进水水质如下=COD浓度为9，000 22，500mg/L, VS浓度为13，000 25，000mg/L，接入污泥浓度为10 12gVSS/L的厌氧产酸种泥，然后发酵获得挥发性短链有机酸，其特征在于，在发酵初期添加微量水合金属化合物。
2.按权利要求1所述的促进固体有机废弃物厌氧发酵产挥发性短链有机酸的方法，其特征在于发酵时初始PH值为9.5 10.0，温度为35°C，发酵时间为6 10天。
3.按权利要求1所述的促进固体有机废弃物厌氧发酵产挥发性短链有机酸的方法，其特征在于所添加的微量水合金属化合物为FeSO4.7H20，添加量为I 3，000mg/L。
4.按权利要求1所述的促进固体有机废弃物厌氧发酵产挥发性短链有机酸的方法，其特征在于所添加的微量水合金属化合物为MnCl2.4H20，添加量为I 3，000mg/L。
5.按权利要求1所述的促进固体有机废弃物厌氧发酵产挥发性短链有机酸的方法，其特征在于所添加的微量水合金属化合物为CoCl2.7H20，添加量为I 300mg/L。
6.按权利要求1所述的促进固体有机废弃物厌氧发酵产挥发性短链有机酸的方法，其特征在于所添加的微量水合金属化合物为ZnSO4.7H20，添加量为I 300mg/L。
7.按权利要求1所述的促进固体有机废弃物厌氧发酵产挥发性短链有机酸的方法，其特征在于所添加的 微量水合金属化合物为CuCl2.2H20，添加量为I 300mg/L。
全文摘要
一种促进固体有机废弃物厌氧发酵产挥发性短链有机酸的方法，属于固体有机废弃物资源化领域。本发明以剩余污泥为模式底物采用NaOH预处理后，离心取上清液作为反应器进水，接入产酸种泥进行厌氧产酸反应，在发酵初期通过添加微量水合金属化合物促进产酸菌群的生长及活性，添加量在1～300mg/L或1～3,000mg/L之间，挥发性短链有机酸的最高产率可达0.32g挥发性短链有机酸/g有机质，比未添加的对照实例酸产率提高12％～58.0％。本发明促使废弃物中有机质高效生物转化成具有高附加值的产品；促进有机废弃物的减量化，缓解有机废弃物造成环境污染的问题；水合金属化合物添加量极其微量，发酵过程所需的设备简单，操作简便，具有成本低、转化率高、发酵周期短等特点。
文档编号C12P7/54GK103088077SQ20131002383
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月23日 优先权日2013年1月23日
发明者刘晓玲, 宋永会, 王健, 孙晨, 王思宇, 向连城, 田智勇 申请人:中国环境科学研究院