[發明專利]一種運用豬糞厭氧發酵生產揮發酸的方法

無效

• 申請號: 201410013874.0
• 申請日: 2014-01-13
• 公開（公告）號: CN103710395A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 林琳;萬春黎;李篤中;雷中方
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C12P7/40
• 分類號: C12P7/40
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于環境保護技術領域，具體涉及一種從豬糞中獲取揮發酸的方法。

背景技術

目前農村環境問題日益顯現，突出表現為畜禽養殖污染物排放量巨大，農業面源污染形勢嚴峻。根據第一次全國污染源普查公報顯示，農業源污染物COD排放量為1324.09萬噸，占全國排放總量的43.7%，其中超過三分之一來自于豬糞廢水。厭氧消化是處理畜禽糞便和污水的有效方法，在去除有機物的同時，還可以產生可燃性氣體——甲烷作為可利用碳源。在厭氧消化過程中，大分子有機物（包括蛋白質，多糖，脂質）首先經過水解酶和酸化細菌的作用轉變為短鏈脂肪酸（揮發酸），然后再進一步被產甲烷菌利用形成甲烷。但是由于豬糞中含有高濃度的氨氮（>1000mg/L），對產甲烷細菌的活動產生抑制作用，導致其以甲烷形式作為碳源的回收率不高。

然后，高濃度氨氮對產酸菌并沒有明顯的抑制作用，因此通過特殊手段將厭氧消化過程限制在水解酸化階段（即厭氧發酵），以揮發酸作為碳源回收的目標產物，即可避免豬糞甲烷轉化率低的問題。發酵產生的揮發酸可用于生物高分子材料聚羥基脂肪酸酯（PHA）生產的原料，城市污水脫氮除磷的補充碳源以及沼氣生產的底物等，具有很高的經濟價值。目前傳統的短鏈脂肪酸生產方法主要是化學合成/轉化法，例如乙醇氧化法、乙醇羰基化法等，對反應原料的要求高，且操作過程復雜，從而推高了生產成本。相比之下，運用生物法生產揮發酸，具有操作容易、成本低廉的優點。尤其是選用有機廢棄物作為生產原料，不僅極大了節約了生產成本，同時還解決了環境污染問題，一舉多得。目前較為成熟的厭氧發酵處理方法都是針對市政污水廠的剩余污泥，而豬糞比污泥擁有更高的有機物含量，因此通過厭氧發酵手段將豬糞中大量的有機物盡可能地轉化為揮發酸具有極高的開發利用價值。

發明內容

本發明旨在提供一種通過豬糞厭氧發酵生產揮發酸的方法，以期實現高效的碳源轉化效率。

本發明原理是根據大分子有機物，例如蛋白質、多糖等在細菌胞外水解酶的作用下首先溶解于液相中，然后經過產酸菌的代謝逐漸轉變為短鏈脂肪酸，即揮發酸。厭氧發酵的限速步驟為水解階段，堿預處理手段會破壞胞外聚合物（EPS）的結構，促進蛋白質和多糖的大量溶解，從而提高揮發酸的產率；另一方面，由于產甲烷菌對生存環境很敏感，適宜的pH范圍很窄（6.8~7.5），將發酵底物pH控制在強堿條件下，可以強烈抑制產甲烷過程，從而減少揮發酸的利用，進一步促進其積累。

本發明提出的運用豬糞厭氧發酵生產揮發酸的方法，具體步驟如下：

1.?將新鮮豬糞（質量含水率為80%~85%）用自來水稀釋至90~98%的含水率；

2.?加入氫氧化鈉飽和水溶液，調節底物pH值至9.5~10.5，充分攪拌混合均勻；

3.?將調節好pH值的稀釋豬糞加入到發酵罐中，稀釋豬糞的量為罐體積的3/5~4/5；

4.?發酵溫度控制在35±1℃，連續發酵15~30天；發酵過程中，每天搖晃發酵罐若干次，以保證發酵底物混合均勻。

本發明具有的特點和有益效果：

1.?實現了豬糞中有機碳源的高效轉化，經厭氧發酵后70%以上的有機物都轉化成為揮發酸，可從豬糞厭氧發酵液中回收大量的碳源。

2.?經過堿性預處理手段，很好地抑制了厭氧反應過程中產甲烷菌的活動，保證整個過程無甲烷氣體產生，減少了溫室氣體的排放，環保安全。

3.?與不進行堿性預調節的空白試驗組相比，使用該方法可使豬糞的水解效率提高55%，酸化效率提高67%，發酵效果顯著提高。

4.?本方法所選用的發酵底物豬糞極易獲取，且數量巨大；操作靈活，對反應器無特殊要求，容易實施；唯一所需的化學藥品氫氧化鈉廉價易得，較其他預處理方法節約了成本。

附圖說明

圖1為實施例1發酵全過程揮發酸濃度變化情況。

圖2為實驗例2發酵全過程揮發酸占溶解性有機物的比例變化情況。

具體實施方式

下面結合實施例作進一步詳細說明，應當理解下面所舉的實例只是為了解釋說明本發明，并不包括本發明的所有內容。

實施例1：試驗用豬糞樣品來自江蘇昆山某養豬場，含水率為80.3%。將豬糞用自來水稀釋至98%，然后加入氫氧化鈉飽和水溶液調節底物pH值至10.0。取4L稀釋豬糞至體積為5L的有機玻璃厭氧發酵罐中，溫度控制在35±1℃，厭氧發酵20天。所得揮發酸濃度為14350?mg~COD/L。如圖1所示，揮發酸在發酵9天之后快速積累，直至發酵結束。