專利名稱：一種城市污泥多級逆流厭氧發(fā)酵將廢棄生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有機酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種城市污泥多級逆流厭氧發(fā)酵將廢棄生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有機酸的方法，涉及 一種促進廢棄生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有機酸的方法，屬于廢棄生物質(zhì)資源化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
廢棄生物質(zhì)(如市政污泥、高濃度有機廢水、市政垃圾中的有機成分等) 的厭氧消化過程一般可分為產(chǎn)酸和產(chǎn)甲垸兩個階段，對廢棄生物質(zhì)厭氧消化的 研究，以前大多偏重于如何使廢棄生物質(zhì)最大限度的穩(wěn)定化和產(chǎn)出更多的甲垸 用作燃料，但由于甲烷凈化和儲藏投資大，沒能得到很好利用，造成能源浪費 和溫室氣體增加。目前也有對廢棄生物質(zhì)進行厭氧生物產(chǎn)氫的研究報道，然而 厭氧消化過程的中間產(chǎn)物——有機酸是具有更高附加值的產(chǎn)品，將厭氧消化過 程控制在產(chǎn)酸階段進而獲得有機酸將更有價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種城市污泥多級逆流厭氧發(fā)酵將廢棄生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為 有機酸的方法，本發(fā)明是一種強化廢棄生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有機酸的方法，通過獨特 的多級逆流操作方式，促進廢棄生物質(zhì)的降解，提高有機酸的產(chǎn)率，為廢棄生 物質(zhì)提供一個更有價值的資源化之路。
本發(fā)明的技術(shù)方案 一種城市污泥多級逆流厭氧發(fā)酵將廢棄生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為 有機酸的方法，通過在多級反應器之間將發(fā)酵上清液與發(fā)酵殘留底物進行逆向 流動，并在上清液流動方向上向末級反應器補加新鮮料液，使難被微生物利用 的污泥底物與新鮮料液接觸提高底物降解率；同時使新鮮污泥與較高濃度的產(chǎn) 物接觸，降低其抑制作用；
(1) 接種污泥的馴化取無錫某檸檬酸廠上流式厭氧污泥反應器UASB 中厭氧顆粒污泥，顆粒污泥用有效容積為2L的UASB加入由葡萄糖配制的COD 濃度為20000 m^L的模擬廢水，35"C下進行馴化預處理，馴化期間定期監(jiān)測反 應瓶內(nèi)pH變化，當出水pH穩(wěn)定在4.0時，得到具有較高活性產(chǎn)酸細菌的厭氧 顆粒污泥作為接種污泥；
(2) 多級逆流生產(chǎn)有機酸城市污泥與經(jīng)UASB馴化的顆粒污泥以9 : 1 體積比進行混合，充氮氣l-5min，封口， 35°C，采用搖床發(fā)酵，轉(zhuǎn)速為120r/min， 發(fā)酵8天后當有機酸濃度達到6-8g/L后進行多級逆流操作；
將B1， B2， B3三瓶中的混合液分別倒入500mL離心管中，8000r/min離心 15min，將B1瓶中的發(fā)酵殘留污泥加入到B2瓶，B2瓶的殘留污泥加入到B3瓶，B3瓶的殘留污泥排出體系，然后向Bl瓶中新加接種污泥和發(fā)酵污泥；與 此同時，離心后的B3瓶的發(fā)酵上清液加入到B2瓶，B2瓶的發(fā)酵上清液加入到 Bl瓶，Bl瓶的發(fā)酵上清液排出體系作為目標發(fā)酵產(chǎn)物，最后向B3瓶中補充新 鮮料液；三瓶中的所加物料各自混合完畢后，繼續(xù)發(fā)酵，每3d進行一次逆流操 作，共進行2-5次逆流操作，使含乙酸的有機酸得到累積；
所述新鮮料液成分以g/L計為K2HP04 3.26X10"， KH2P04 3.26X 10"， NaCl 6.52X 10"， MgS04 7H20 1.36X IO國1， CaCl2 2H20 8.8X 10國2,氯化血晶 素1.42X1(T2，煙堿1.42X1(T2 ，對氨基苯甲酸1.42X l(T2 ，維生素B5 1.42X 10-2，葉酸7Xl(T3，維生素B6 7Xl(y3，核黃素7Xl(y3，維生素Bl 7X1(T3， EDTA 7X1(T3，維生素B12 2.8X10-3，生物素2.8X10-3， FeS04 7H20 2.8X IO國3， MnCl2 2.8X 10-3， H3B03 4.2X 10-4， CoCl2 2.8X 10-4， ZnS04 7H20 1.4X IO國4， NaMo04 7H20 4.2X 10"5, NiCl2 2.8X IO國5， CuCl2 1.4X 10-5 g/L。
所述的城市污泥多級逆流厭氧發(fā)酵將廢棄生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有機酸的方法，產(chǎn) 酸最佳的城市污泥有機固體質(zhì)量濃度為100-120gVS/L。
所述的城市污泥多級逆流厭氧發(fā)酵將廢棄生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有機酸的方法，所 取的UASB中厭氧顆粒污泥，TSS為68.18 g/L， VSS為59.09 g/L。
本發(fā)明的有益效果利用廢棄生物質(zhì)作原料，通過獨特的多級逆流操作工
藝，獲得包括乙酸在內(nèi)的高附加值產(chǎn)品有機酸。第一大優(yōu)點是可以解決廢棄生
物質(zhì)中易降解物對環(huán)境污染的問題，同時可回收高附加值產(chǎn)品有機酸；第二大 優(yōu)點是使使新鮮污泥與較高濃度的產(chǎn)物接觸，降低其抑制作用，大大增加了有 機酸的產(chǎn)率，有機酸濃度與有機酸產(chǎn)率分別達到10.5±0.5 g/L和0,20g/gVS，與 城市污泥普通厭氧發(fā)酵相比，分別提高了 31%和54%;第三大優(yōu)點是使最難被 微生物利用的污泥底物與新鮮料液接觸提高底物降解率，底物降解率可達50%， 較城市污泥普通厭氧發(fā)酵提高了 37%。本發(fā)明采用了一種微生物調(diào)控劑，把污 泥厭氧消化過程停留在產(chǎn)酸階段以獲得高附加值的有機酸。這一途徑對于貫徹 國家提出的"變廢為寶"方針具有重要的應用價值，不僅適用于實驗室研究， 而且適用于針對目前所面臨的剩余污泥數(shù)量龐大并日趨增長所要進行的資源化 生產(chǎn)。


圖1多級逆流工藝操作示意。
圖2多級逆流工藝與普通工藝發(fā)酵城市污泥生產(chǎn)有機酸與乙酸效果對比。 圖3不同污泥底物濃度下多級逆流厭氧發(fā)酵工藝產(chǎn)酸效果。 圖4不同污泥停留時間多級逆流厭氧發(fā)酵工藝產(chǎn)酸效果。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖和實施例進一步描述本發(fā)明，但不受附圖和實施例的限制。實施例1
取無錫某檸檬酸廠上流式厭氧污泥反應器UASB中厭氧顆粒污泥，用所述 方法進行馴化。用經(jīng)馴化處理過的厭氧顆粒污泥作種泥，城市污泥與經(jīng)UASB 馴化的顆粒污泥以9: l體積比進行混合，充氮氣l-5min，封口， 35°C，采用搖 床發(fā)酵，轉(zhuǎn)速為120r/min。發(fā)酵8天后當有機酸濃度達到6-8g/L后進行多級逆 流操作。通過在多級反應器之間將發(fā)酵上清液與發(fā)酵殘留底物進行逆向流動， 并在上清液流動方向上向體系補加新鮮料液。多級逆流工藝與普通工藝產(chǎn)酸效 果見圖2，多級逆流工藝運行穩(wěn)定后有機酸(VFA)與乙酸濃度分別達到10.5g/L 和5.0 g/L，較普通發(fā)酵工藝分別提高了 54%和65%。
實施例2
污泥來源和實驗條件均同實施例1，使用5種污泥底物濃度(a. VS= 20 g/L b.VS=40g/L c.VS=80g/L d.VS=100g/L e. VS= 120 g/L)進行多級逆流工 藝發(fā)酵，產(chǎn)酸效果最佳條件是底物濃度為VS-100g/L時，工藝運行穩(wěn)定時有機 酸濃度維持在20g/L左右，乙酸濃度維持在12g/L左右。
實施例3
污泥來源和實驗條件均同實施例1，考察5個不同污泥停留時間(2-5次逆 流操作，對應的停留時間分別為3天，6天，9天，12天，15天)條件下多級 逆流工藝的產(chǎn)酸效果，當污泥停留時間為12天，即4次逆流操作時，產(chǎn)酸效果 最好，有機酸產(chǎn)率與乙酸濃度分別達到20gVFA/L和12g乙酸/L。
權(quán)利要求
1、一種城市污泥多級逆流厭氧發(fā)酵將廢棄生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有機酸的方法，其特征是通過在多級反應器之間將發(fā)酵上清液與發(fā)酵殘留底物進行逆向流動，并在上清液流動方向上向末級反應器補加新鮮料液，使難被微生物利用的污泥底物與新鮮料液接觸提高底物降解率；同時使新鮮污泥與較高濃度的產(chǎn)物接觸，降低其抑制作用；(1)接種污泥的馴化取無錫某檸檬酸廠上流式厭氧污泥反應器UASB中厭氧顆粒污泥，顆粒污泥用有效容積為2L的UASB加入由葡萄糖配制的COD濃度為20000mg/L的模擬廢水，35℃下進行馴化預處理，馴化期間定期監(jiān)測反應瓶內(nèi)pH變化，當出水pH穩(wěn)定在4.0時，得到具有較高活性產(chǎn)酸細菌的厭氧顆粒污泥作為接種污泥；(2)多級逆流生產(chǎn)有機酸城市污泥與經(jīng)UASB馴化的顆粒污泥以9∶1體積比進行混合，充氮氣1-5min，封口，35℃，采用搖床發(fā)酵，轉(zhuǎn)速為120r/min，發(fā)酵8天后當有機酸濃度達到6-8g/L后進行多級逆流操作；將B1，B2，B3三瓶中的混合液分別倒入500mL離心管中，8000r/min離心15min，將B1瓶中的發(fā)酵殘留污泥加入到B2瓶，B2瓶的殘留污泥加入到B3瓶，B3瓶的殘留污泥排出體系，然后向B1瓶中新加接種污泥和發(fā)酵污泥；與此同時，離心后的B3瓶的發(fā)酵上清液加入到B2瓶，B2瓶的發(fā)酵上清液加入到B1瓶，B1瓶的發(fā)酵上清液排出體系作為目標發(fā)酵產(chǎn)物，最后向B3瓶中補充新鮮料液；三瓶中的所加物料各自混合完畢后，繼續(xù)發(fā)酵，每3d進行一次逆流操作，共進行2-5次逆流操作，使含乙酸的有機酸得到累積；所述新鮮料液成分以g/L計為K2HPO4 3.26×10-1，KH2PO4 3.26×10-1，NaCl 6.52×10-1，MgSO4·7H2O 1.36×10-1，CaCl2·2H2O 8.8×10-2，氯化血晶素1.42×10-2，煙堿1.42×10-2，對氨基苯甲酸1.42×10-2，維生素B51.42×10-2，葉酸7×10-3，維生素B6 7×10-3，核黃素7×10-3，維生素B17×10-3，EDTA7×10-3，維生素B12 2.8×10-3，生物素2.8×10-3，F(xiàn)eSO4·7H2O 2.8×10-3，MnCl2 2.8×10-3，H3BO3 4.2×10-4，CoCl2 2.8×10-4，ZnSO4·7H2O 1.4×10-4，NaMoO4·7H2O 4.2×10-5，NiCl2 2.8×10-5，CuCl2 1.4×10-5g/L。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市污泥多級逆流厭氧發(fā)酵將廢棄生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為 有機酸的方法，其特征是產(chǎn)酸最佳的城市污泥有機固體質(zhì)量濃度為 100-120gVS/L。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市污泥多級逆流厭氧發(fā)酵將廢棄生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為 有機酸的方法，其特征是所取的UASB中厭氧顆粒污泥，TSS為68.18 g/L， VSS 為59.09 g/L。
全文摘要
一種多級逆流厭氧發(fā)酵將廢棄生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有機酸的方法，屬于廢棄生物質(zhì)資源化領(lǐng)域。本發(fā)明用經(jīng)酸化預處理過的厭氧消化活性污泥作種泥，將城市污泥作為底物進行厭氧發(fā)酵，通過在多級反應器之間將發(fā)酵上清液與發(fā)酵殘留底物進行逆向流動，并在上清液流動方向上向體系補加新鮮料液，使最難被微生物利用的污泥底物與新鮮料液接觸提高底物降解率；同時使新鮮污泥與較高濃度的產(chǎn)物接觸，降低其抑制作用，實現(xiàn)高效產(chǎn)有機酸的目的。有機酸濃度與有機酸產(chǎn)率分別達到10.5+0.5g/L和0.20g/g VS，與城市污泥普通厭氧發(fā)酵相比，分別提高了31％和54％。多級逆流工藝底物降解率可達50％，較城市污泥普通厭氧發(fā)酵提高了37％。
文檔編號C12P7/54GK101298621SQ200810122578
公開日2008年11月5日 申請日期2008年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月2日
發(fā)明者和 劉, 堵國成, 磊 郭, 堅 陳 申請人:江南大學