[發(fā)明專利]纖維素酶促進(jìn)辦公廢紙和污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010129684.0
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111334533A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李怡冰;羅景陽;李涵;黃文軒;郭文;馮騫;操家順
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: C12P7/54
• 分類號: C12P7/54;C12P7/52;C12P7/40
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 成立珍

本發(fā)明公開了一種纖維素酶促進(jìn)辦公廢紙和污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，包括將辦公廢紙用pH10堿液浸泡處理4h，獲得紙漿液；將所得紙漿與城市污水處理廠二沉池濃縮污泥混合，獲得發(fā)酵底物；加入纖維素酶；充氮驅(qū)氧10min，密封反應(yīng)器，控制反應(yīng)溫度，利用恒溫?fù)u床將反應(yīng)體系物質(zhì)混合均勻，進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸等步驟，本發(fā)明不僅能夠?qū)崿F(xiàn)污泥和辦公廢紙的資源化利用，有效提升短鏈脂肪酸的生產(chǎn)效率，同時能夠?qū)崿F(xiàn)污泥和廢棄紙張的無害化和減量化，減輕對環(huán)境的污染。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)以及資源化技術(shù)領(lǐng)域，涉具體涉及纖維素酶促進(jìn)辦公廢紙和污泥厭 氧發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法。

背景技術(shù)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化不斷加快，社會各行各業(yè)所產(chǎn)生的排放污水總量逐年 增多。目前，我國城市污水處理率超過90％，與此同時，作為污水處理的副產(chǎn)物，預(yù)測2020 年污泥的產(chǎn)量每年將超過6000萬噸(80％含水率計(jì))。一方面，剩余污泥中富含大量的有機(jī) 碳源，污泥固相中有機(jī)質(zhì)組分在30-70％左右，可回收利用潛力巨大。另一方面，當(dāng)前剩余污 泥的處理成本占到污泥處理工藝總成本的20-50％。如何妥善處理污泥，使其實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化、無 害化、減量化、資源化，成為環(huán)境污染治理中亟待解決的問題。

厭氧生物處理是當(dāng)前剩余污泥資源化處理處置的有效途徑之一。該方法主要是在厭氧條 件下，通過兼性厭氧和厭氧微生物群體將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為為甲烷(CH4)、氫氣(H₂)和揮發(fā)性 脂肪酸(Volatile fatty acids，VFAs)等能源物質(zhì)。其中VFAs(包括乙酸、丙酸、異丁酸、 正丁酸、異戊酸和正戊酸等)是一類極具研究價(jià)值的重要中間產(chǎn)物，它們不僅可用于合成油 漆、涂料、可生物降解塑料等，也可作為污水處理過程中微生物脫氮除磷的有機(jī)碳源。故利 用厭氧發(fā)酵手段獲取大量的VFAs，在促進(jìn)污泥減量化和無害化的同時，也能實(shí)現(xiàn)污泥的資源 化，提高污水處理廠的脫氮除磷的效果，同時能獲得環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。但是，其轉(zhuǎn)化效率往 往受到污泥體系中有機(jī)質(zhì)含量不足和C/N比失調(diào)等限制。

與此同時，當(dāng)今社會中紙張已是辦公和家庭廣泛使用的材料，在給人們的工作和生活帶 來便利的同時，紙張的回收利用問題也愈加嚴(yán)重。聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織估計(jì)，自2010年以 來，全世界每年生產(chǎn)的紙張產(chǎn)品約40萬噸。目前，廢紙的主要處理方式有回收、燃料和農(nóng)牧 業(yè)生產(chǎn)等。但由于廢紙市場不甚規(guī)范，缺乏相應(yīng)的回收標(biāo)準(zhǔn)，且廢紙質(zhì)量不高，廢紙回收利 用步伐還比較緩慢；同時，固體廢紙燃料的使用會使鍋爐的熱效率降低，放出硫氧化物產(chǎn)生 二次污染，因此廢紙不宜作燃料；而利用廢紙生產(chǎn)動物飼料，過程較繁瑣，不易推廣，對廢 紙利用的價(jià)值較低。所以，目前廢紙多被作為紙張使用后的廢棄物，也成為了城市固體廢物 的主要組成部分。但是，廢紙富含的大量纖維素和木質(zhì)素等碳水化合物能夠有效調(diào)節(jié)污泥厭 氧發(fā)酵系統(tǒng)中C/N的平衡，增強(qiáng)污泥系統(tǒng)的緩沖性能，提高微生物的活性。但是，廢紙中含 有大量植物纖維素等大分子物質(zhì)，不易于被厭氧發(fā)酵微生物等直接利用轉(zhuǎn)化為VFAs。已有研 究報(bào)道，堿性預(yù)處理能夠有效改變農(nóng)作物秸稈(主要成分包含纖維素等)的結(jié)構(gòu)，提高其可 生物利用性，但作用有限。而纖維素酶是一類能將纖維素轉(zhuǎn)化為葡萄糖的活性酶，廣泛存在 于多種生物體中，并在紡織、食品、造紙、可再生資源的利用等領(lǐng)域得到了普遍應(yīng)用。但是， 截至目前，尚無有關(guān)利用纖維素酶處理強(qiáng)化污泥與辦公廢紙聯(lián)合發(fā)酵產(chǎn)VFAs的研究，其關(guān)鍵 影響因素以及作用機(jī)制也尚不明確。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種利用纖維素酶聯(lián)合作用強(qiáng)化剩余污泥與辦公廢紙生產(chǎn)揮發(fā)性 脂肪酸的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

利用纖維素酶處理辦公廢紙和污泥厭氧發(fā)酵高效生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，包括以下步 驟：

(1)將辦公廢紙用pH10堿液浸泡處理4h，獲得紙漿液；

(2)將紙漿與城市污水處理廠二沉池濃縮污泥混合，獲得發(fā)酵底物；

(3)加入不同濃度的纖維素酶；