專利名稱：一種提高間歇發酵產酸液中丙酸含量的方法
技術領域：
本發明屬于環境保護技術領域，涉及一種提高間歇發酵產酸液中丙酸含量的方法。
背景技術：
當前，水體富營養化日益嚴重，控制污水中的氮和磷的量是國際上防止水體富營養化的一個重要策略。應用生物除磷脫氮技術可有效降低污水中的磷和氮的含量，而廢水中的揮發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器中對污水廠產生的污泥(包括初沉污泥和剩余污泥)進行厭氧發酵制備短鏈脂肪酸的研究(見中國發明專利 200510110451. I !Environmental Science and Technology,2006，40:2025-2029)。另據文獻報道(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發現，通過向污泥發酵產酸系統中加入碳水化合物或廚余垃圾，可以提高污泥產酸液中的丙酸含量(中國發明專利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%。
發明內容
本發明的目的在于為克服現有技術的缺陷而提供一種提高間歇發酵產酸液中丙酸含量的方法。為實現上述目的，本發明采用以下技術方案一種提高間歇發酵產酸液中丙酸含量的方法，包含以下步驟(I)預發酵濃縮污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發酵)；將廚余垃圾、濃縮污泥混合，加入到厭氧水解發酵罐中厭氧發酵，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酵上清液產丙酸(第二階段發酵)；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，在厭氧發酵罐中發酵產丙酸；(4)發酵結束后，將發酵混合物離心，得到富含丙酸的發酵上清液。
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)，優選為15g/L (其中VS是有機物質，TS是總懸浮物質，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需氧量(TCOD)為20-40g C0D/L，優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，厭氧發酵的溫度為10 65°C,攪拌速度為60-250rpm,用Ca(OH)2控制發酵的pH為5-12，發酵時間為2_5天；優選發酵溫度為25°C，發酵的pH為7，發酵時間為4天。所述的步驟(I)中，離心分離的轉速為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%的甘油管儲存培養基中(培養基配方見表1)，保存環境為-50至-80°C ;每次按照接種量5-15%接種至富集培養基(培養基配方見表2)，在培養瓶中充入N2,于溫度30°C富集2-4天后待用，優選富集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,調節pH 6-8后加入到厭氧產酸發酵罐中，按5% 15%接種量在上清液中接入丙酸桿菌進行攪拌厭氧發酵，該厭氧發酵的時間為:Γ5天，維持ρΗ=5· 5 8. 5 (Ca(OH)2 調節)、溫度 25 35。。。所述的步驟(4)中，離心的轉速為500-2000rpm，離心時間2_4min。所述的步驟(4)中，發酵上清液中丙酸含量為3. 56、.95gC0D/L。廚余垃圾的種類有很多，對發酵的效果也有影響，米飯的碳水化合物較多，更容易被轉化為丙酸，而蛋白質和脂肪的組成也有利于微生物的代謝生長，根據實驗結果，這個比例下對產丙酸更有利本發明的有益效果是(I)污泥與廚余垃圾在弱堿性條件下進行第一階段發酵，有利于微生物胞外酶水解糖、蛋白質、脂肪等大分子有機物。(2)第二階段發酵產生的丙酸含量為總酸的61. 2%-74. 6% (發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是本發明實施例中純菌提高污泥與廚余垃圾混合發酵液丙酸含量的技術示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖進一步說明本發明。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)預發酵污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發酵)；取經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厭氧發酵罐(TC0D為25g COD/L)；于室溫下(25°C)發酵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%的甘油管儲存培養基中(培養基配方見表1)，保存環境為-80°C ;使用前將20ml甘油管按照接種量10%接種至200ml富集培養基(培養基配方見表2)，在培養瓶中充入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酵上清液產丙酸(第二階段發酵)；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厭氧發酵罐中，用Ca(OH)2將pH調至7，并接入步驟(2)獲得的丙酸桿菌種子液(接種量10%)，厭氧攪拌發酵4天，維持pH=7 (Ca(OH)2調節)、溫度30°C。(4)發酵結束后，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)預發酵污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發酵)；取經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厭氧發酵罐(TC0D為25g COD/L)；于室溫下(250C )發酵2. 5天，攪拌速度為250rpm，并使用Ca (OH) 2控制pH為8 ;取出發酵混合物在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%的甘油管儲存培養基中(培養基配方見表1)，保存環境為-80°C ;使用前將IOml甘油管按照接種量10%接種至IOOml富集培養基(培養基配方見表2)，在培養瓶中充入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酵上清液產丙酸(第二階段發酵)；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厭氧發酵罐中，用Ca (OH) 2將pH調至7，并接入步驟(2)獲得的丙酸桿菌種子液(接種量10%)，厭氧攪拌發酵4天，維持pH=7 (Ca(OH)2調節)、溫度30°C。(4)發酵結束后，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)預發酵污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發酵)；取經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厭氧發酵罐(TC0D為25g COD/L)；于室溫下(25°C)發酵2. 5天，攪拌速度為60rpm，并使用Ca(OH)2控制pH為8 ;取 出發酵混合物在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%的甘油管儲存培養基中(培養基配方見表1)，保存環境為-80°C ;使用前將30ml甘油管按照接種量15%接種至200ml富集培養基(培養基配方見表2)，在培養瓶中充入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酵上清液產丙酸(第二階段發酵)；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厭氧發酵罐中，用Ca (OH) 2將pH調至7，并接入步驟(2)獲得的丙酸桿菌種子液(接種量10%)，厭氧攪拌發酵4天，維持pH=7 (Ca(OH)2調節)、溫度30°C。(4)發酵結束后，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)預發酵污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發酵)；取經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厭氧發酵罐(TC0D為25g COD/L)；于室溫下(25°C)發酵2· 5天，攪拌速度為120rpm，并使用Ca (OH) 2控制pH為5 ;取出發酵混合物在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%的甘油管儲存培養基中(培養基配方見表1)，保存環境為-80°C ;使用前將20ml甘油管按照接種量10%接種至200ml富集培養基(培養基配方見表2)，在培養瓶中充入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酵上清液產丙酸(第二階段發酵)；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厭氧發酵罐中，用Ca (OH) 2將pH調至7，并接入步驟(2)獲得的丙酸桿菌種子液(接種量10%)，厭氧攪拌發酵4天，維持pH=7 (0&(0!1)2調節)、溫度301。(4)發酵結束后，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)預發酵污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發酵)；取經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厭氧發酵罐(TC0D為25g COD/L)；于室溫下(25°C)發酵2. 5天，攪拌速度為120rpm，并使用Ca(OH)2控制pH為12 ;取出發酵混合物在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%的甘油管儲存培養基中(培養基配方見表1)，保存環境為-80°C ;使用前將20ml甘油管按照接種量10%接種至200ml富集培養基(培養基配方見表2)，在培養瓶中充入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酵上清液產丙酸(第二階段發酵)；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厭氧發酵罐中，用Ca(OH)2將pH調至7，并接入步驟(2)獲得的丙酸桿菌種子液(接種量10%)，厭氧攪拌發酵5天，維持pH=7 (Ca(OH)2調節)、溫度30°C。(4)發酵結束后，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)預發酵污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發酵)；取經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厭氧發酵罐(TC0D為25g COD/L)；于室溫下(25°C)發酵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%的甘油管儲存培養基中(培養基配方見表1)，保存環境為-80°C ;使用前將30ml甘油管按照接種量10%接種至300ml富集培養基(培養基配方見表2)，在培養瓶中充入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酵上清液產丙酸(第二階段發酵)；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厭氧發酵罐中，用Ca (OH) 2將pH調至7，并接入步驟(2)獲得的丙酸桿菌種子液(接種量15%)，厭氧攪拌發酵4天，維持pH=7 (Ca(OH)2調節)、溫度30°C。(4)發酵結束后，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)預發酵污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發酵)；取經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厭氧發酵罐(TCOD為25g COD/L)；于室溫下(25°C)發酵5天，攪拌速度為120rpm，并使用Ca(OH)2控制pH為8 ;取出發酵混合物在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%的甘油管儲存培養基中(培養基配方見表I )，保存環境為-80°C ;使用前將IOml甘油管按照接種量5%接種至200ml富集培養基(培養基配方見表2)，在培養瓶中充入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酵上清液產丙酸(第二階段發酵)；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厭氧發酵罐中，用Ca(OH)2將pH調至7，并接入步驟(2)獲得的丙酸桿菌種子液(接種量10%)，厭氧攪拌發酵4天，維持pH=7 (Ca(OH)2調節)、溫度30°C。(4)發酵結束后，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)預發酵污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發酵)；取經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厭氧發酵罐(TC0D為25g COD/L)；于溫度10°C發酵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%的甘油管儲存培養基中(培養基配方見表1)，保存環境為-80°C ;使用前將30ml甘油管按照接種量15%接種至200ml富集培養基(培養基配方見表2)，在培養瓶中充入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酵上清液產丙酸(第二階段發酵)；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厭氧發酵罐中，用Ca(OH)2將pH調至7，并接入步驟(2)獲得的丙酸桿菌種子液(接種量10%)，厭氧攪拌發酵4天，維持pH=7 (Ca(OH)2調節)、溫度30°C。(4)發酵結束后，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)預發酵污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發酵)；取經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厭氧發酵罐(TC0D為25g COD/L)；于溫度65°C發酵2天，攪拌速度為120rpm，并使用Ca(OH)2控制pH為8 ;取出發酵混合物在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%的甘油管儲存培養基中(培養基配方見表1)，保存環境為-80°C ;使用前將20ml甘油管按照接種量10%接種至200ml富集培養基(培養基配方見表2)，在培養瓶中充入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酵上清液產丙酸(第二階段發酵)；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厭氧發酵罐中，用Ca(OH)2將pH調至7，并接入步驟(2)獲得的丙酸桿菌種子液(接種量10%)，厭氧攪拌發酵4天，維持pH=7 (Ca(OH)2調節)、溫度30°C。
(4)發酵結束后，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)預發酵污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發酵)；取經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厭氧發酵罐(TC0D為25g COD/L)；于室溫下(250C )發酵2. 5天，攪拌速度為120rpm，并使用Ca (OH) 2控制pH為8 ;取出發酵混合物在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%的甘油管儲存培養基中(培養基配方見表1)，保存環境為-80°C ;使用前將30ml甘油管按照接種量10%接種至300ml富集培養基(培養基配方見表2)，在培養瓶中充入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酵上清液產丙酸(第二階段發酵)；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厭氧發酵罐中，用Ca(OH)2將pH調至5. 5，并接入步驟(2)獲得的丙酸桿菌種子液(接種量15%)，厭氧攪拌發酵3天，維持pH=5. 5 (Ca(OH)2調節)、溫度25°C。(4)發酵結束后，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)預發酵污泥與廚余垃圾的混合物(第一階段發酵)；取經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厭氧發酵罐(TC0D為25g COD/L)；于室溫下(25°C)發酵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%的甘油管儲存培養基中(培養基配方見表1)，保存環境為-80°C ;使用前將30ml甘油管按照接種量10%接種至300ml富集培養基(培養基配方見表2)，在培養瓶中充入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酵上清液產丙酸(第二階段發酵)；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厭氧發酵罐中，用Ca(OH)2將pH調至8. 5，并接入步驟(2)獲得的丙酸桿菌種子液(接種量15%)，厭氧攪拌發酵3天，維持pH=8. 5 (Ca(OH)2調節)、溫度35°C。
(4)發酵結束后，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厭氧發酵罐(TC0D為26. 90g C0D/L)，于室溫下(25°C)發酵8天，攪拌速度為120rpm，并使用0&(0!1)2控制pH為8。發酵結束后，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第一階段發酵只用廚余垃圾發酵，污泥投入非常少，僅做水解菌接種。取經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 )發酵2. 5天后，取出發酵混合物在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調至7，接入200ml富集菌液。維持反應體系pH=7、溫度30°C，厭氧攪拌發酵5天。發酵結束后，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第一階段發酵只使用污泥發酵，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 )發酵2. 5天后，取出發酵混合物在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調至7，并將200ml富集菌液同時注入2. 5L厭氧產酸發酵罐中。維持反應體系pH=7、溫度30°C，厭氧攪拌發酵5天。發酵結束后，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中的現有技術相比能夠大大提高丙酸含量。表I甘油儲存培養基配方
權利要求
1.一種提高間歇發酵產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，加入到厭氧水解發酵罐中厭氧發酵，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，在厭氧發酵罐中發酵產丙酸； (4)發酵結束后，將發酵混合物離心，得到富含丙酸的發酵上清液。
2.根據權利要求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，優選為15g/L。
3.根據權利要求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);優選米飯，肉類、油類的干重比為7:2:1。
4.根據權利要求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需氧量為20-40g COD/L。
5.根據權利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(I)中，厭氧發酵的溫度為10 65°C，攪拌速度為60-250rpm，用Ca(OH)2控制發酵的pH為5-12，發酵時間為2-5天；優選發酵溫度為25°C，發酵的pH為7，發酵時間為4天。
6.根據權利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(I)中，離心分離的轉速為2000-4000rpm,離心時間為 4_6min。
7.根據權利要求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%的甘油管儲存培養基中，保存環境為-50至-80°C ;每次按照接種量5-15%接種至富集培養基，在培養瓶中充入N2,于溫度30°C富集2-4天后待用，優選富集3天。
8.根據權利要求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，調節pH 6-8后加入到厭氧產酸發酵罐中，按5% 15%接種量在上清液中接入丙酸桿菌進行攪拌厭氧發酵，該厭氧發酵的時間為3 5天，Ca(OH)2維持pH=5. 5 8. 5、溫度25 35°C。
9.根據權利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(4)中，離心的轉速為500-2000rpm,離心時間 2_4min。
10.根據權利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(4)中，發酵上清液中丙酸含量為 3. 56 9. 95gC0D/L。
全文摘要
本發明屬于環境保護技術領域，涉及一種提高間歇發酵產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，加入到厭氧水解發酵罐中厭氧發酵，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，在厭氧發酵罐中發酵產丙酸；(4)發酵結束后，將發酵混合物離心，得到富含丙酸的發酵上清液。本發明污泥與廚余垃圾在弱堿性條件下進行第一階段發酵，有利于微生物胞外酶水解糖、蛋白質、脂肪等大分子有機物；發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 優先權日2012年7月18日
發明者李響, 王懷臣, 陳銀廣 申請人:同濟大學