CN105861576A - 一种以蘑菇渣为原料碱性发酵生产挥发性脂肪酸的方法 - Google Patents

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    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
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Abstract

本发明涉及有机固体废弃物资源化技术领域，具体涉及一种以蘑菇渣为原料碱性发酵生产挥发性脂肪酸(VFA)的方法。其制备方法如下：以蘑菇渣为发酵底物，厌氧消化污泥为接种污泥；将烘干后的蘑菇渣进行机械粉碎，加蒸馏水配置成含固率12‑18％的混合液，将混合液与接种污泥按体积比5:1混合，充入氮气3‑5min；控制反应温度为35℃，搅拌速度为120‑180r/min，系统pH维持在10左右，在厌氧环境下进行蘑菇渣碱性发酵4‑7d；采用离心机将碱性发酵后的混合液离心分离，离心速度为12000r/min，离心后的上清液即为VFA发酵液。该工艺操作简单、厌氧发酵条件易于控制、经济成本低廉，具有良好的应用前景。本发明为解决蘑菇渣堆积、实现农业废弃物资源化提供了一种新方法，具有重要意义。

Description

一种以蘑菇渣为原料碱性发酵生产挥发性脂肪酸的方法
技术领域
本发明涉及有机固体废弃物资源化技术领域，具体涉及一种以蘑菇渣为原料碱性发酵生产挥发性脂肪酸(VFA)的方法。
背景技术
随着经济的发展和人口的增加，我国对化石能源的需求日益增多。目前，中国是全球能源消费最多的国家，占全球能源消费量的21％。同时，化石能源使用后的排放物会带来酸雨、城市雾霾等严重环境问题。为解决能源危机和环境恶化问题，利用生物厌氧消化技术生成可再生能源受到越来越多的重视。厌氧消化过程分为三个阶段：水解、酸化和产甲烷阶段。其中，发酵底物经过水解酸化，产生大量的VFA，其主要成分为乙酸、丙酸、丁酸等短链脂肪酸。这些VFA不仅可以作为发酵工业的原材料生产高附加值产品，还可被应用于化学品生产、生物能源生产和城市污水处理中。如在污水处理过程中每去除1.0mg磷，需要6.0-9.0mg的VFA。目前VFA的大量生产主要采用化学合成。但是，化学方法需要消耗大量的化石原材料，不仅生产成本高，并存在环境污染隐患。因此，通过生物发酵方法生产VFA具有广阔的发展前景。
蘑菇渣是栽培食用菌之后剩下的经过微生物分解的有机物固体。我国是世界上最大的食用菌生产国、消费国和出口国，食用菌年产量超过1200万吨。据报道，每生产1吨蘑菇，平均产生5吨蘑菇渣。蘑菇渣含有大量微生物菌体，以及丰富的粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、矿物质等营养物质。与其他木质纤维素类物质相比，经菌丝处理后的蘑菇渣结构更加松散，有利于在厌氧发酵过程中被微生物利用。目前，蘑菇渣一般长期堆存，没有有效的处理措施，除了部分被用作土壤改良剂尚也没有有效的利用方式。蘑菇渣堆存不仅占用大量土地，也容易对环境造成严重的二次污染。如何合理处理和综合利用蘑菇渣资源日益迫切。
本专利以蘑菇渣为原料，通过在碱性条件下厌氧发酵生产VFA，产生的有机酸作为具有较高附加值的产品，可用作污水处理过程中的碳源，以及用作生产聚羟基脂肪酸酯的原材料等，为蘑菇渣的资源化利用提供一条新思路。该方法生产工艺简单，具有良好的经济、社会和环境的效益。
发明内容
1.发明目的
本发明的目的在于提供一种以蘑菇渣为原料生产VFA的方法，实现蘑菇渣废物的减量化、无害化、资源化。通过本发明的方法生产的VFA具有广阔的应用前景。
2.技术方案
本发明提供一种以蘑菇渣为原料，在碱性环境下厌氧发酵生产VFA的方法，包括以下步骤：
(1)制备发酵底物：取一定量的蘑菇渣，烘干24h后，进行机械粉碎至粒径1.0-0.5cm以下，作为发酵底物；向发酵底物中加入一定量蒸馏水，配置成含固率12％-18％的混合液；
(2)接种污泥预处理：将厌氧消化污泥在100℃加热15-20min，去除其中的产甲烷菌，作为蘑菇渣发酵的接种污泥；
(3)蘑菇渣厌氧发酵：将步骤(1)中的混合液和步骤(2)中接种污泥按体积比5:1加入厌氧发酵反应器，充氮气3-5min，控制反应温度为35℃，搅拌速度为120-180r/min，系统pH维持在10左右，在厌氧环境下进行蘑菇渣的碱性发酵4-7d；
(4)发酵酸化液提取：采用离心机将步骤(3)中蘑菇渣碱性发酵后的混合液离心分离，离心速度为12000r/min，离心后的上清液即VFA发酵液。
3.本发明的有益效果
本发明提供了一种利用蘑菇渣生产VFA的方法，发酵底物为蘑菇渣，接种物为厌氧消化池污泥，原料来源广泛、运行成本低、产品附加值高，实现了蘑菇渣的减量化、无害化和资源化处理。通过投加NaOH溶液，使发酵系统pH维持在10左右，一方面抑制产甲烷菌对有机酸的消耗，同时进一步使蘑菇渣中的有机物分解释放，提高产酸效率。当蘑菇渣含固率为15％，pH为10时，发酵5d，发酵液中VFA浓度达到约3500mg/L，较没有控制pH的对照组VFA浓度提高近40％。该工艺操作简单、厌氧发酵条件易于控制、经济成本低廉，具有良好的应用前景。本发明为解决蘑菇渣堆积、实现农业废弃物资源化提供了一种新方法，具有重要意义。
附图说明
图1是发酵液中不同种类挥发性脂肪酸的分布(蘑菇渣含固率15％，pH＝10)
具体实施方式：
下面通过具体实施例对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。
本发明所用到的仪器和材料均为市售。其中接种污泥取自某厌氧消化池，蘑菇渣取自某蘑菇种植厂。
实施例1：
(1)取一定量某蘑菇厂的蘑菇渣，其C/N＝28.69，在105℃烘箱中烘干24h后进行机械粉碎，过筛，粒径大小为1.0-0.5cm，过筛后的蘑菇渣作为发酵底物；
(2)取步骤(1)中得到的蘑菇渣放入发酵罐，加入蒸馏水配置成含固率为12％的混合液；向混合液中加入接种污泥，混合液体积与接种污泥体积的比例为5:1；
(3)向步骤(2)的发酵罐中通入氮气5min后密封，在厌氧条件下发酵。控制机械搅拌转速为120r/min,控制温度在35±1℃，厌氧发酵5d后，产生的VFA浓度最大，为2274.16mg/L。
实施例2：
(1)取一定量某蘑菇厂的蘑菇渣，其C/N＝28.69，在105℃烘箱中烘干24h后进行机械粉碎，过筛，粒径大小为0.5-0.3cm，过筛后的蘑菇渣作为发酵底物；
(2)取步骤(1)中得到的蘑菇渣放入发酵罐，加入蒸馏水配置成含固率为15％的混合液；向混合液中加入接种污泥，混合液体积与接种污泥体积的比例为5:1；
(3)向步骤(2)的发酵罐中通入氮气5min后密封，在厌氧条件下发酵。控制机械搅拌转速为120r/min,控制温度在35±1℃，厌氧发酵5d后，产生的VFA浓度最大，为2657.58mg/L。
实施例3：
(1)取一定量某蘑菇厂的蘑菇渣，其C/N＝28.69，在105℃烘箱中干燥24h后进行机械粉碎，过筛，粒径大小为1.0-0,5cm，过筛后的蘑菇渣作为发酵底物；
(2)取步骤(1)中得到的蘑菇渣放入发酵罐，加入蒸馏水配置成含固率为15％的混合液；向混合液中加入接种污泥，混合液体积与接种污泥体积的比例为5:1；
(3)向步骤(2)的发酵罐中通入氮气5min后密封，在厌氧条件下发酵。控制机械搅拌转速为120r/min,控制温度在35±1℃，在整个厌氧发酵过程中投加1.0mol/L的NaOH溶液，维持发酵体系pH为10左右，厌氧发酵5d后，产生的VFA浓度最大，为3500mg/L，其不同种类脂肪酸的分布见图1所示。

Claims (3)

1.一种以蘑菇渣为原料碱性发酵生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
(1)制备发酵底物：取一定量的蘑菇渣，烘干24h后，进行机械粉碎至粒径1.0-0.5cm以下，作为发酵底物；向发酵底物中加入一定量蒸馏水，配置成含固率12％-18％的混合液；
(2)接种污泥预处理：将厌氧消化污泥在100℃加热15-20min，去除其中的产甲烷菌，作为蘑菇渣发酵的接种污泥；
(3)厌氧发酵过程：将步骤(1)中的混合液和步骤(2)中接种污泥按体积比5:1加入厌氧发酵反应器，充入氮气3-5min，控制反应温度为35℃，搅拌速度为120-180r/min，体系pH维持在10左右，在厌氧环境下进行蘑菇渣碱性发酵4-7d。
(4)发酵酸化液提取：采用离心机将步骤(3)中碱性发酵后的混合液离心分离，离心速度为12000r/min，离心后的上清液即挥发性脂肪酸发酵液。
2.根据权利1所述的方法，其特征在于，当系统总固体浓度为15％，pH为10时，发酵5d，发酵液中挥发性脂肪酸浓度达到约3500mg/L，较没有控制pH的对照组挥发性脂肪酸浓度提高近40％。。
3.根据权利1所述的方法，其特征在于，采用蘑菇渣为原料碱性发酵后，发酵液中挥发性脂肪酸主要由乙酸和丙酸组成，乙酸和丙酸的含量占总挥发性脂肪酸的65％-70％。
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