CN102268463B - 一种从酒精酒糟废水中制取丙酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种从酒精酒糟废水中制取丙酸的方法，是采用能在填料上形成生物膜的上流式厌氧序批反应器，通过调控生态环境因子，使反应器定向启动、运行，利用酒精酒糟废水中的高浓度有机物产生目的代谢产物丙酸（丙酸浓度可达到进水COD浓度的23.6~35.5%），并回收，剩余废液再行后续的好氧处理，废水达标后排放。本发明采用多菌种协同作用，混合发酵定向产丙酸，产酸速度快、产量高；在酒精酒糟废水生物处理的同时，不需额外增加发酵产酸设备，可以生产回收中间代谢产物丙酸，具有明显的环保效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及生物化工和废水资源化领域，具体属于一种在酒精酒糟废水生物处理过程中通过调控厌氧反应器启动运行条件而定向生产、回收中间代谢产物丙酸的方法。
技术背景
酒精酒糟废水是高浓度有机废水，如果不经过处理直接排放，会对受纳水体环境造成严重的污染。目前，绝大多数酒精生产企业对酒精酒糟废水都进行厌氧-好氧生物处理，但只是单纯的生物降解处理，除回收部分甲烷气以外，很少进行其他中间代谢产物的回收利用，这样虽然消除了对外排水体环境的影响，但却造成大量优质资源的无端浪费。
厌氧反应器是高浓度酒精酒糟废水生物处理必设的环节。在厌氧反应器内，首先是水解酸化菌群将废水中的淀粉、蛋白质、高级脂肪酸等大分子有机物水解为可溶性的小分子有机物，进而再酸化为乙酸、丙酸、丁酸及醇等小分子有机物，然后，甲烷菌群再将乙酸、甲醇等小分子物质转化为甲烷、氢气、二氧化碳等小分子物质。厌氧反应器的前段会在水解酸化菌的作用下产生大量的有机酸，反应器运行条件不同，反应器内富集的水解酸化菌群就不同，进行的酸化类型以及产生的有机酸组成也不同。通过调控pH、氧化还原电位、有机负荷及反应时间等运行条件使厌氧反应器只进行前段水解酸化，并使丙酸杆菌、水解菌等水解酸化菌群成为反应器的优势菌群，使反应器内发生定向的以产生丙酸为主的水解酸化反应，从而产生大量目标产物丙酸。酸化液进行产物回收后再行后续的好氧处理。如此控制厌氧反应器的启动运行条件，定向调控菌群结构、酸化类型及酸化产物的组成，在酒精酒糟废水生物处理的同时，回收目标产物，使废水得以资源化再利用，可以大大提高经济效益和环保效益。
丙酸是重要的精细化工、基本化工原料和有机合成原料，可以制备丙酸盐、酯、酰氯、酰胺和酸酐等。广泛应用于食品、饲料、橡胶、塑料、油漆、香料、医药、农药、印刷等领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种从酒精酒糟废水中制取丙酸的方法，即在废水生物处理的同时，通过控制厌氧反应器运行条件，经厌氧污泥多菌种混合定向发酵生产回收中间代谢产物丙酸，使高浓度的酒精酒糟废水资源化。
本发明提供的一种从酒精酒糟废水中制取丙酸的方法，是一种采用上流式厌氧序批反应器，以厌氧微生物学、生物反应动力学理论为基础，调控生态环境因子及运行条件，使反应器定向启动、运行，形成以丙酸杆菌为优势菌群的多菌种混合的厌氧污泥，利用高浓度的酒精酒糟废水产生目的代谢产物丙酸，并回收，剩余废液再行后续的好氧处理，废水达标后排放。具体包括如下步骤：
（1）、厌氧反应器的启动：采用上流式厌氧序批反应器，填料为5～10mm的陶粒和20mm的塑料球，接种的污泥为反应器有效容积的10～15%；启动污泥负荷控制在1.5~2.0kgCOD/kgVSS·d之间，pH控制为6.5，温度控制为35℃，以通气和添加还原剂的方式控制氧化还原电位（ORP）为-100mV~100mV，水力停留时间（HRT）控制在5.5～6.5h，反应器闲置时间为2.5～3.5 h，当COD去除率达到85%时，逐渐提高进水COD，直至反应器挂膜成功，运行稳定；
（2）、厌氧反应器的运行：调控反应器生态环境因子，使pH为5.6~6.0，温度为35℃，ORP为-100mV~100mV，进水COD控制为10000~15000mg/L，HRT控制为4.0～5.0h，反应器闲置时间为1.0～1.5 h，使反应器只进行前段水解酸化过程而尽量不进行甲烷的生产过程，且反应器内以丙酸杆菌、水解菌为优势产酸菌群，进行定向的丙酸酸化发酵；
（3）、步骤（2）运行得到的处理液经孔径为1～2μm膜过滤、阴离子交换树脂静态吸附、洗脱树脂、浓缩结晶得到丙酸产品。处理液中丙酸浓度可达进水COD浓度的23.6~35.5%，丙酸产率为0.48~0.87g/L·h。
所述步骤（1）中的还原剂为NaHB4。
提取丙酸后的酸化废液再进入好氧反应器进行后续处理，废水达标后排放。
本发明从酒精酒糟废水中制取丙酸方法的优点及效果：
①、厌氧反应器内的水解酸化菌不是游离在反应器的酸化液中，而是以生物膜的形式附着固定在填料上，这样分布在膜内及填料内的丙酸杆菌就不直接与酸化液接触，使产物丙酸对丙酸杆菌生长、繁殖的反馈抑制作用可以大大减缓，同时，水解酸化菌附着固定在填料上，使菌体易与酸化液分离，有利于产物丙酸的回收；
②、厌氧反应器内有多种水解菌和酸化菌，多菌种协同作用于酒精酒糟废水中的有机底物，混合发酵定向产丙酸，产酸速度快、产量高；
③、酸化液经过丙酸回收后，剩余废液中有机物含量较低，降低了后续好氧处理的负荷，提高了酒精酒糟废水的整体处理效率；
④、在酒精酒糟废水生物处理的同时，不需额外增加发酵产酸设备，可以生产回收中间代谢产物丙酸，具有显著的环保效益和经济效益；
⑤、过程操作简便，运行稳定，能耗低。
具体实施方式
酒精酒糟废水取自太原酒厂。接种的污泥取自污水处理厂厌氧池剩余污泥。
实施例1：
①、厌氧反应器的启动：反应器有效容积为4L，接种的污泥为400mL，启动污泥负荷控制为1.5kgCOD/kgVSS·d，pH为6.5左右，温度为35℃左右，以通气和添加NaHB4的方式控制ORP为-100mV，HRT为5.5h，反应器闲置2.5 h；
②、厌氧反应器的运行：反应器正常启动并形成生物膜后，调控生态环境因子，使pH为6.0左右，温度为35℃左右，ORP控制为-100mV，进水COD为10000mg/L，HRT为4.0h，反应器闲置时间为1.0 h；
③、酸化液经孔径为1～2μm膜过滤、阴离子交换树脂静态吸附、洗脱树脂、浓缩结晶得到丙酸产品。酸化液中丙酸浓度为进水COD浓度的23.6%，丙酸产率为0.48g/L·h。
实施例2：
①、厌氧反应器的启动：反应器有效容积为4L，接种的污泥为500mL，启动污泥负荷控制为1.8kgCOD/kgVSS·d，pH为6.5左右，温度为35℃左右，以通气和添加NaHB4的方式控制ORP为100mV，HRT为6.0h，反应器闲置3.0 h；
②、厌氧反应器的运行：反应器正常启动并形成生物膜后，调控生态环境因子，使pH为5.8，温度为35℃左右，ORP控制在100mV左右，进水COD为12000mg/L，HRT为4.5h，反应器闲置时间为1.5 h；
③、酸化液经孔径为1～2μm膜过滤、阴离子交换树脂静态吸附、洗脱树脂、浓缩结晶得到丙酸产品。酸化液中丙酸浓度为进水COD浓度的29.6%，丙酸产率为0.64g/L·h。
实施例3：
①、厌氧反应器的启动：反应器有效容积为4L，接种的污泥为600mL，启动污泥负荷控制为2.0kgCOD/kgVSS·d，pH为6.5左右，温度为35℃左右，以通气和添加NaHB4的方式控制ORP为10mV，HRT控制为6.5h，反应器闲置3.5 h；
②、厌氧反应器的运行：反应器正常启动并形成生物膜后，调控生态环境因子，使pH为5.6，温度为35℃左右，ORP控制为10mV，进水COD控制为15000mg/L，HRT控制为5.0h，反应器闲置时间为1.5 h；
③、酸化液经孔径为1～2μm膜过滤、阴离子交换树脂静态吸附、洗脱树脂、浓缩结晶得到丙酸产品。酸化液中丙酸浓度为进水COD浓度的35.5%，丙酸产率为0.87g/L·h。
Claims (1)
1. 一种从酒精酒糟废水中制取丙酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）、厌氧反应器的启动：采用上流式厌氧序批反应器，填料为5～10mm的陶粒和20mm的塑料球，接种的污泥为反应器有效容积的10～15%；启动污泥负荷控制在1.5~2.0kgCOD/kgVSS·d之间，pH控制为6.5，温度控制为35℃，以通气和添加还原剂的方式控制氧化还原电位为-100mV~100mV，水力停留时间控制在5.5～6.5h，反应器闲置时间为2.5～3.5 h，当COD去除率达到85%时，逐渐提高进水COD，直至反应器挂膜成功；
（2）、厌氧反应器的运行：调控反应器生态环境因子，使pH为5.6~6.0，温度为35℃，氧化还原电位为-100mV~100mV，进水COD为10000~15000mg/L，水力停留时间控制为4.0～5.0h，反应器闲置时间为1.0～1.5 h；
（3）、步骤（2）运行得到的处理液经孔径为1～2μm膜过滤、阴离子交换树脂静态吸附、洗脱树脂、浓缩结晶得到丙酸产品；
所述步骤（1）中的还原剂为NaHB4。
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