一種以蘑菇渣為原料堿性發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及有機(jī)固體廢棄物資源化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以蘑菇渣為原料堿性發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸(VFA)的方法。其制備方法如下：以蘑菇渣為發(fā)酵底物，厭氧消化污泥為接種污泥；將烘干后的蘑菇渣進(jìn)行機(jī)械粉碎，加蒸餾水配置成含固率12?18％的混合液，將混合液與接種污泥按體積比5:1混合，充入氮?dú)??5min；控制反應(yīng)溫度為35℃，攪拌速度為120?180r/min，系統(tǒng)pH維持在10左右，在厭氧環(huán)境下進(jìn)行蘑菇渣堿性發(fā)酵4?7d；采用離心機(jī)將堿性發(fā)酵后的混合液離心分離，離心速度為12000r/min，離心后的上清液即為VFA發(fā)酵液。該工藝操作簡單、厭氧發(fā)酵條件易于控制、經(jīng)濟(jì)成本低廉，具有良好的應(yīng)用前景。本發(fā)明為解決蘑菇渣堆積、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化提供了一種新方法，具有重要意義。
【專利說明】
一種以蘑菇渣為原料堿性發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及有機(jī)固體廢棄物資源化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以蘑菇渣為原料堿性發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸(VFA)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增加，我國對化石能源的需求日益增多。目前，中國是全球能源消費(fèi)最多的國家，占全球能源消費(fèi)量的21%。同時(shí)，化石能源使用后的排放物會帶來酸雨、城市霧霾等嚴(yán)重環(huán)境問題。為解決能源危機(jī)和環(huán)境惡化問題，利用生物厭氧消化技術(shù)生成可再生能源受到越來越多的重視。厭氧消化過程分為三個(gè)階段:水解、酸化和產(chǎn)甲烷階段。其中，發(fā)酵底物經(jīng)過水解酸化，產(chǎn)生大量的VFA，其主要成分為乙酸、丙酸、丁酸等短鏈脂肪酸。這些VFA不僅可以作為發(fā)酵工業(yè)的原材料生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品，還可被應(yīng)用于化學(xué)品生產(chǎn)、生物能源生產(chǎn)和城市污水處理中。如在污水處理過程中每去除1.0mg磷，需要6.0-9.0mg的VFA。目前VFA的大量生產(chǎn)主要采用化學(xué)合成。但是，化學(xué)方法需要消耗大量的化石原材料，不僅生產(chǎn)成本高，并存在環(huán)境污染隱患。因此，通過生物發(fā)酵方法生產(chǎn)VFA具有廣闊的發(fā)展前景。
[0003]蘑菇渣是栽培食用菌之后剩下的經(jīng)過微生物分解的有機(jī)物固體。我國是世界上最大的食用菌生產(chǎn)國、消費(fèi)國和出口國，食用菌年產(chǎn)量超過1200萬噸。據(jù)報(bào)道，每生產(chǎn)I噸蘑菇，平均產(chǎn)生5噸蘑菇渣。蘑菇渣含有大量微生物菌體，以及豐富的粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)。與其他木質(zhì)纖維素類物質(zhì)相比，經(jīng)菌絲處理后的蘑菇渣結(jié)構(gòu)更加松散，有利于在厭氧發(fā)酵過程中被微生物利用。目前，蘑菇渣一般長期堆存，沒有有效的處理措施，除了部分被用作土壤改良劑尚也沒有有效的利用方式。蘑菇渣堆存不僅占用大量土地，也容易對環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染。如何合理處理和綜合利用蘑菇渣資源日益迫切。
[0004]本專利以蘑菇渣為原料，通過在堿性條件下厭氧發(fā)酵生產(chǎn)VFA，產(chǎn)生的有機(jī)酸作為具有較高附加值的產(chǎn)品，可用作污水處理過程中的碳源，以及用作生產(chǎn)聚羥基脂肪酸酯的原材料等，為蘑菇渣的資源化利用提供一條新思路。該方法生產(chǎn)工藝簡單，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境的效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]1.發(fā)明目的
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種以蘑菇渣為原料生產(chǎn)VFA的方法，實(shí)現(xiàn)蘑菇渣廢物的減量化、無害化、資源化。通過本發(fā)明的方法生產(chǎn)的VFA具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0007]2.技術(shù)方案
[0008]本發(fā)明提供一種以蘑菇渣為原料，在堿性環(huán)境下厭氧發(fā)酵生產(chǎn)VFA的方法，包括以下步驟:
[0009](I)制備發(fā)酵底物:取一定量的蘑菇渣，烘干24h后，進(jìn)行機(jī)械粉碎至粒徑1.0-
0.5cm以下，作為發(fā)酵底物；向發(fā)酵底物中加入一定量蒸餾水，配置成含固率12%-18%的混合液；
[0010](2)接種污泥預(yù)處理:將厭氧消化污泥在100°C加熱15-20min，去除其中的產(chǎn)甲烷菌，作為蘑菇渣發(fā)酵的接種污泥；
[0011](3)蘑菇渣厭氧發(fā)酵:將步驟(I)中的混合液和步驟(2)中接種污泥按體積比5:1加入?yún)捬醢l(fā)酵反應(yīng)器，充氮?dú)?_5min，控制反應(yīng)溫度為35°C，攪拌速度為120-180r/min，系統(tǒng)pH維持在10左右，在厭氧環(huán)境下進(jìn)行蘑菇渣的堿性發(fā)酵4-7d;
[0012](4)發(fā)酵酸化液提取:采用離心機(jī)將步驟(3)中蘑菇渣堿性發(fā)酵后的混合液離心分離，離心速度為12000r/min，離心后的上清液即VFA發(fā)酵液。
[0013]3.本發(fā)明的有益效果
[0014]本發(fā)明提供了一種利用蘑菇渣生產(chǎn)VFA的方法，發(fā)酵底物為蘑菇渣，接種物為厭氧消化池污泥，原料來源廣泛、運(yùn)行成本低、產(chǎn)品附加值高，實(shí)現(xiàn)了蘑菇渣的減量化、無害化和資源化處理。通過投加NaOH溶液，使發(fā)酵系統(tǒng)pH維持在10左右，一方面抑制產(chǎn)甲烷菌對有機(jī)酸的消耗，同時(shí)進(jìn)一步使蘑菇渣中的有機(jī)物分解釋放，提高產(chǎn)酸效率。當(dāng)蘑菇渣含固率為15%，pH為10時(shí)，發(fā)酵5d，發(fā)酵液中VFA濃度達(dá)到約3500mg/L，較沒有控制pH的對照組VFA濃度提高近40%。該工藝操作簡單、厭氧發(fā)酵條件易于控制、經(jīng)濟(jì)成本低廉，具有良好的應(yīng)用前景。本發(fā)明為解決蘑菇渣堆積、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化提供了一種新方法，具有重要意義。
【附圖說明】
圖1是發(fā)酵液中不同種類揮發(fā)性脂肪酸的分布(蘑菇渣含固率15%，pH=10)
【具體實(shí)施方式】
:
[0015]下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步闡述，但并不限制本發(fā)明。
[0016]本發(fā)明所用到的儀器和材料均為市售。其中接種污泥取自某厭氧消化池，蘑菇渣取自某蘑菇種植廠。
[0017]實(shí)施例1:
[0018](I)取一定量某蘑菇廠的蘑菇渣，其C/N = 28.69，在105°C烘箱中烘干24h后進(jìn)行機(jī)械粉碎，過篩，粒徑大小為1.0-0.5cm，過篩后的蘑菇渣作為發(fā)酵底物；
[0019](2)取步驟(I)中得到的蘑菇渣放入發(fā)酵罐，加入蒸餾水配置成含固率為12%的混合液;向混合液中加入接種污泥，混合液體積與接種污泥體積的比例為5:1;
[0020](3)向步驟(2)的發(fā)酵罐中通入氮?dú)?min后密封，在厭氧條件下發(fā)酵?？刂茩C(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為120r/min，控制溫度在35±1°C，厭氧發(fā)酵5d后，產(chǎn)生的VFA濃度最大，為2274.16mg/Lo
[0021]實(shí)施例2:
[0022](I)取一定量某蘑菇廠的蘑菇渣，其C/N = 28.69，在105°C烘箱中烘干24h后進(jìn)行機(jī)械粉碎，過篩，粒徑大小為0.5-0.3cm，過篩后的蘑菇渣作為發(fā)酵底物；
[0023](2)取步驟(I)中得到的蘑菇渣放入發(fā)酵罐，加入蒸餾水配置成含固率為15%的混合液;向混合液中加入接種污泥，混合液體積與接種污泥體積的比例為5:1;
[0024](3)向步驟(2)的發(fā)酵罐中通入氮?dú)?min后密封，在厭氧條件下發(fā)酵。控制機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為120r/min，控制溫度在35±1°C，厭氧發(fā)酵5d后，產(chǎn)生的VFA濃度最大，為2657.58mg/L0
[0025]實(shí)施例3:
[0026](I)取一定量某蘑菇廠的蘑菇渣，其C/N = 28.69，在105°C烘箱中干燥24h后進(jìn)行機(jī)械粉碎，過篩，粒徑大小為1.0-0，5cm，過篩后的蘑菇渣作為發(fā)酵底物；
[0027](2)取步驟(I)中得到的蘑菇渣放入發(fā)酵罐，加入蒸餾水配置成含固率為15%的混合液;向混合液中加入接種污泥，混合液體積與接種污泥體積的比例為5:1;
[0028](3)向步驟(2)的發(fā)酵罐中通入氮?dú)?min后密封，在厭氧條件下發(fā)酵。控制機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為120r/min，控制溫度在35±1°C，在整個(gè)厭氧發(fā)酵過程中投加l.0mol/L的NaOH溶液，維持發(fā)酵體系pH為10左右，厭氧發(fā)酵5d后，產(chǎn)生的VFA濃度最大，為3500mg/L，其不同種類脂肪酸的分布見圖1所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種以蘑菇渣為原料堿性發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟: (1)制備發(fā)酵底物:取一定量的蘑菇渣，烘干24h后，進(jìn)行機(jī)械粉碎至粒徑1.0-0.5cm以下，作為發(fā)酵底物；向發(fā)酵底物中加入一定量蒸餾水，配置成含固率12%_18%的混合液； (2)接種污泥預(yù)處理:將厭氧消化污泥在100°C加熱15-20min，去除其中的產(chǎn)甲烷菌，作為蘑菇渣發(fā)酵的接種污泥； (3)厭氧發(fā)酵過程:將步驟(I)中的混合液和步驟(2)中接種污泥按體積比5:1加入?yún)捬醢l(fā)酵反應(yīng)器，充入氮?dú)?-5min，控制反應(yīng)溫度為35°C，攪拌速度為120_180r/min，體系pH維持在10左右，在厭氧環(huán)境下進(jìn)行蘑菇渣堿性發(fā)酵4-7d。 (4)發(fā)酵酸化液提取:采用離心機(jī)將步驟(3)中堿性發(fā)酵后的混合液離心分離，離心速度為12000r/min，離心后的上清液即揮發(fā)性脂肪酸發(fā)酵液。2.根據(jù)權(quán)利I所述的方法，其特征在于，當(dāng)系統(tǒng)總固體濃度為15%，pH為10時(shí)，發(fā)酵5d，發(fā)酵液中揮發(fā)性脂肪酸濃度達(dá)到約3500mg/L，較沒有控制pH的對照組揮發(fā)性脂肪酸濃度提尚近40 % ο ο3.根據(jù)權(quán)利I所述的方法，其特征在于，采用蘑菇渣為原料堿性發(fā)酵后，發(fā)酵液中揮發(fā)性脂肪酸主要由乙酸和丙酸組成，乙酸和丙酸的含量占總揮發(fā)性脂肪酸的65%-70%。
【文檔編號】C12P7/52GK105861576SQ201610244913
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月19日
【發(fā)明人】張盼月, 房瑋, 曾光明, 張海波, 吳彥, 劉建波, 茍璽瑩, 張亞迪, 許東
【申請人】湖南大學(xué)