CN110699389B - 一种利用瘤胃微生物生产挥发性脂肪酸的方法 - Google Patents

一种利用瘤胃微生物生产挥发性脂肪酸的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110699389B
CN110699389B CN201911154756.0A CN201911154756A CN110699389B CN 110699389 B CN110699389 B CN 110699389B CN 201911154756 A CN201911154756 A CN 201911154756A CN 110699389 B CN110699389 B CN 110699389B
Authority
CN
China
Prior art keywords
anaerobic tank
volatile fatty
fatty acid
tank
anaerobic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911154756.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110699389A (zh
Inventor
靳文尧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University
Original Assignee
Dalian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian University filed Critical Dalian University
Priority to CN201911154756.0A priority Critical patent/CN110699389B/zh
Publication of CN110699389A publication Critical patent/CN110699389A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110699389B publication Critical patent/CN110699389B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/52—Propionic acid; Butyric acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/54—Acetic acid
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Landscapes

  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Fodder In General (AREA)

Abstract

本发明属于资源与环境领域，公开了一种利用瘤胃微生物生产挥发性脂肪酸的方法。具体为：将来源于反刍动物瘤胃内固液混合物接种到预热的厌氧罐中，加入粉碎后的纤维素类生物质后开始稳定运行，厌氧罐出水经过旋流分离沉淀池，固体部分回流至厌氧罐，液体进入混凝沉淀池去除悬浮物后作为挥发性脂肪产品。本发明实现了纤维素类生物质废物生产挥发性脂肪酸，提高了反应效率，降低了产品成本。

Description

一种利用瘤胃微生物生产挥发性脂肪酸的方法
技术领域
本发明属于资源与环境领域，本发明涉及一种利用瘤胃微生物生产挥发性脂肪酸的方法。
背景技术
挥发性脂肪酸是指由1～6个碳原子和氢、氧三种元素形成的短碳链有机酸，包括乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸、异戊酸等六种，广泛用于生产微生物油脂、聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates，PHA)和聚-β-羟丁酸(poly-β-hydroxybutyrate，PHB)生物材料，或作为污水处理反硝化阶段碳源使用。目前，主要的加工生产方式是利用含淀粉、糖、蛋白质等原料，经微生物厌氧水解制得，存在原材料成本高、同人及牲畜竞争粮食等缺点。
纤维素类生物质包括城市中的园林废弃物、厨余等，目前主要通过填埋等方式处置；农业生产过程废弃物如玉米、水稻、小麦等杆径和作物藤蔓、尾菜等，目前主要通过还田、焚烧发电等方式回收利用。这些处理方式虽然可以暂时解决纤维素类生物质环境污染问题，但均存在资源浪费、转化效率低、产品附加值低等问题。
纤维素类生物质的另一个特点是因其“三围捆绑”结构和结晶纤维素等因素影响，很难被微生物降解。瘤胃微生物是反刍动物第一个胃内微生物的总称，是天然的纤维素类生物质发酵“微生物宝库”，可以将其高效转化为挥发性脂肪酸等物质被动物吸收，进而参与三羧酸循环为机体提供能量。如果能采用仿生学原理，结合厌氧水解理论，模拟反刍动物瘤胃发酵系统，在体外将城市和农村纤维素类生物质废物高效转化为挥发性脂肪酸，将有效拓展纤维素类生物质废物资源化、无害化、高值化利用途径。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种利用瘤胃微生物生产挥发性脂肪酸的方法，可以将纤维素类生物质高效转化为挥发性脂肪酸，减少资源浪费，降低挥发性脂肪酸生产成本。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种利用瘤胃微生物生产挥发性脂肪酸的方法，预热厌氧罐温度至30～42℃；将来源于反刍动瘤胃内固液混合物接种于厌氧罐内，接种体积分数比例为1-20％；将粉碎后粒径在0.5-20mm的纤维素类生物质加入厌氧罐并开始运行；当厌氧罐纤维素类生物质转化为挥发性脂肪酸效率达到50％，降解效率达到70％，氢气含量大于5％时，系统进入稳定运行阶段；厌氧罐稳定运行工艺参数为：停留时间3-8天，温度30～42℃，含固率1-3％，pH5.5～7.0，氧化还原电位小于-300mV；厌氧罐出水进入旋流分离沉淀池，沉淀后固体部分50～100％回流至厌氧罐内，液体部分进入混凝沉淀池去除悬浮物；混凝沉淀池出水为含挥发性脂肪酸产品。
进一步的，所述厌氧罐为全混式厌氧反应器，配有搅拌器和破壳装置。
进一步的，所述将粉碎后的纤维素类生物质加入厌氧罐，可以采用预调湿方法，将粉碎后的纤维素类生物质和污水按照含固率1-10％配比混合均匀后，利用泵打入；也可直接将粉碎后的纤维素类生物质加入厌氧罐，污水利用泵加入以保证厌氧罐运行工艺参数。
进一步的，所述所述纤维素类生物质包括但不限于城市园林废弃物、厨余和农村玉米、水稻、小麦、作物藤蔓、尾菜。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
通过厌氧罐预热、搅拌、回流等模拟反刍动物瘤胃发酵环境的方法，瘤胃微生物中可有效降解纤维素、半纤维素等组分的细菌、真菌OTU数量保留20％以上，保证了厌氧罐生产挥发性脂肪酸菌群有效性和稳定性。厌氧罐稳定运行阶段充分考虑并结合了瘤胃微生物发酵特点和厌氧发酵产挥发性脂肪酸机理，可实现单位克重纤维素类生物质生产挥发性脂肪酸效率达到0.5g/g以上，降解效率达到75％以上，停留时间可由传统的10-20天缩短至3-8天。厌氧罐出水为固液混合物，通过旋流分离器可使固液分离，液体部分进一步利用混凝沉淀方法去除悬浮物，将保证后续各工艺系统顺利衔接。本发明实现了纤维素类生物质废物生产挥发性脂肪酸，提高了反应效率，降低了产品成本。
附图说明
图1为实施例1方法和对比例1方法生产挥发性脂肪酸产量对比图。
具体实施方式
下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。
实施例1
1、采用配有穿壁搅拌和破壳器的厌氧罐，预热至35℃。
2、接种厌氧罐体积15％的反刍动瘤胃内固液混合物至厌氧罐。
3、粉碎机将落叶、杂草等城市园林废弃物粉碎至1-5mm，和市政污水调湿至含固率5％后，利用螺杆泵打入厌氧罐体。
4、当厌氧罐纤维素类生物质转化为挥发性脂肪酸效率达到55％，降解效率达到70％，氢气含量达到5.5％时，控制厌氧罐参数为停留时间5天、温度37℃、含固率2％、pH6.0、氧化还原电位-350mV，系统开始稳定运行。
5、厌氧罐出水进入旋流分离沉淀池，沉淀后固体部分70％回流至厌氧罐内，液体部分采用PAC+PAM混合药剂按照5‰添加量混凝沉淀，出水清液作为市政污水处理厂反硝化补充碳源。
对比例1
1、采用配有穿壁搅拌和破壳器的厌氧罐，预热至35℃。
2、接种厌氧罐体积15％的普通厌氧活性污泥至厌氧罐。
3、粉碎机将落叶、杂草等城市园林废弃物粉碎至1-5mm，和市政污水调湿至含固率5％后，利用螺杆泵打入厌氧罐体。
4、当厌氧罐纤维素类生物质转化为挥发性脂肪酸效率达到55％，降解效率达到70％，氢气含量达到5.5％时，控制厌氧罐参数为停留时间5天、温度37℃、含固率2％、pH6.0、氧化还原电位-350mV，系统开始稳定运行。
5、厌氧罐出水进入旋流分离沉淀池，沉淀后固体部分70％回流至厌氧罐内，液体部分采用PAC+PAM混合药剂按照5‰添加量混凝沉淀，出水清液作为市政污水处理厂反硝化补充碳源。
将实施例1提供方法与对比例1中的普通污泥接种的方法生产挥发性脂肪酸产量进行比较分析。由图1可知，随着反应的进行，在第60小时左右时，采用瘤胃固液混合物作为接种物的系统，生产挥发性脂肪酸效率达到0.5g/g以上，而采用普通污泥接种的系统效率仅为0.28g/g左右，效率提升78％。最终，两个系统产酸效率分别达到0.62g/g和0.33g/g左右，瘤胃微生物生产挥发性脂肪酸效果明显。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的全部实施例。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用瘤胃微生物生产挥发性脂肪酸的方法，其特征是，预热厌氧罐温度至30～42℃；将来源于反刍动瘤胃内固液混合物接种于厌氧罐内，接种体积分数比例为1-20％；将粉碎后粒径在0.5-20mm的纤维素类生物质加入厌氧罐并开始运行；当厌氧罐纤维素类生物质转化为挥发性脂肪酸效率达到50％，降解效率达到70％，氢气含量大于5％时，系统进入稳定运行阶段；厌氧罐稳定运行工艺参数为：停留时间3-8天，温度30～42℃，含固率1-3％，pH5.5～7.0，氧化还原电位小于-300mV；厌氧罐出水进入旋流分离沉淀池，沉淀后固体部分50～100％回流至厌氧罐内，液体部分进入混凝沉淀池去除悬浮物；液体部分采用PAC+PAM混合药剂按照5‰添加量混凝沉淀，混凝沉淀池出水为含挥发性脂肪酸产品。
2.如权利要求1所述的一种利用瘤胃微生物生产挥发性脂肪酸的方法，其特征是，所述厌氧罐为全混式厌氧反应器，配有搅拌器和破壳装置。
3.如权利要求2所述的一种利用瘤胃微生物生产挥发性脂肪酸的方法，其特征是，所述将粉碎后的纤维素类生物质加入厌氧罐，可以采用预调湿方法，将粉碎后的纤维素类生物质和污水按照含固率1-10％配比混合均匀后，利用泵打入；也可直接将粉碎后的纤维素类生物质加入厌氧罐，污水利用泵加入以保证厌氧罐运行工艺参数。
4.如权利要求3所述的一种利用瘤胃微生物生产挥发性脂肪酸的方法，其特征是，所述所述纤维素类生物质包括但不限于城市园林废弃物、厨余和农村玉米、水稻、小麦、作物藤蔓、尾菜。
CN201911154756.0A 2019-11-22 2019-11-22 一种利用瘤胃微生物生产挥发性脂肪酸的方法 Active CN110699389B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911154756.0A CN110699389B (zh) 2019-11-22 2019-11-22 一种利用瘤胃微生物生产挥发性脂肪酸的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911154756.0A CN110699389B (zh) 2019-11-22 2019-11-22 一种利用瘤胃微生物生产挥发性脂肪酸的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110699389A CN110699389A (zh) 2020-01-17
CN110699389B true CN110699389B (zh) 2023-06-27

Family

ID=69206538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911154756.0A Active CN110699389B (zh) 2019-11-22 2019-11-22 一种利用瘤胃微生物生产挥发性脂肪酸的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110699389B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114292883A (zh) * 2021-12-31 2022-04-08 大连大学 多类不同性质农业固体有机废物厌氧消化产沼气的工艺
CN115340257B (zh) * 2022-08-04 2024-05-03 上海琸源水生态环境工程有限公司 一种污水处理碳减排的方法
CN116694692A (zh) * 2023-07-13 2023-09-05 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 一种用瘤胃液发酵玉米秸秆制备挥发性脂肪酸的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105779505A (zh) * 2016-04-29 2016-07-20 大连理工大学 一种利用瘤胃微生物提高干式厌氧发酵有机固体废物资源化利用率的方法
CN107630047A (zh) * 2016-12-29 2018-01-26 湖南大学 一种生物‑物理联合处理稻草生产乙醇及挥发性脂肪酸的方法
WO2018136017A1 (en) * 2017-01-20 2018-07-26 Istanbul Teknik Universitesi Method for increasing methane yield in anaerobic digesters with a cellulolytic bacteria cocktail (cebac-s) prepared with rumen fluid obtained from sheep

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105779505A (zh) * 2016-04-29 2016-07-20 大连理工大学 一种利用瘤胃微生物提高干式厌氧发酵有机固体废物资源化利用率的方法
CN107630047A (zh) * 2016-12-29 2018-01-26 湖南大学 一种生物‑物理联合处理稻草生产乙醇及挥发性脂肪酸的方法
WO2018136017A1 (en) * 2017-01-20 2018-07-26 Istanbul Teknik Universitesi Method for increasing methane yield in anaerobic digesters with a cellulolytic bacteria cocktail (cebac-s) prepared with rumen fluid obtained from sheep

Also Published As

Publication number Publication date
CN110699389A (zh) 2020-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110699389B (zh) 一种利用瘤胃微生物生产挥发性脂肪酸的方法
Kim et al. Hydrogen and methane production from untreated rice straw and raw sewage sludge under thermophilic anaerobic conditions
US8481295B2 (en) Fungi cultivation on alcohol fermentation stillage for useful products and energy savings
CN107363076B (zh) 一种有机废弃物资源化处理方法
Talan et al. Food waste valorization: Energy production using novel integrated systems
CN102216435B (zh) 生物量加工
Li et al. Acetic acid production from food wastes using yeast and acetic acid bacteria micro-aerobic fermentation
Bhatia et al. Advances in algal biomass pretreatment and its valorisation into biochemical and bioenergy by the microbial processes
CN101058097A (zh) 一种餐饮垃圾资源化利用方法
JPH0237239B2 (zh)
CN104099374A (zh) 一种稻草秸秆碱处理与剩余污泥混合消化产沼气的方法
CN114378105B (zh) 一种餐厨垃圾与纤维素生物质协同的多级处理系统及方法
CN100486722C (zh) 两阶段式半固态有机废物消化制肥制气工艺
Kang et al. Enhanced anaerobic digestion of organic waste
Annamalai et al. Volatile fatty acids production during anaerobic digestion of lignocellulosic biomass
CN111440831B (zh) 一种利用鸡蛋壳调质强化餐厨垃圾厌氧发酵生产挥发性脂肪酸和脱水性能的方法及其应用
Wu et al. Potentiality of recovering bioresource from food waste through multi-stage Co-digestion with enzymatic pretreatment
Razaviarani et al. Algal biomass dual roles in phycoremediation of wastewater and production of bioenergy and value-added products
Mishra et al. Biotechnological interventions in the valorization of the organic waste
CN110564783A (zh) 利用剩余污泥与白酒废水联合生产聚羟基烷酸酯的方法
CN106929547B (zh) 一种利用稻草高效联产甲烷和乙醇的方法
CN104673841A (zh) 果蔬废弃物产沼气的方法
CN106011177A (zh) 以赤霉素菌渣与餐厨垃圾混合厌氧发酵产沼气的方法
CN111394401A (zh) 一种木质纤维原料厌氧发酵制备中链脂肪酸的方法
CN111118069A (zh) 一种利用餐厨垃圾厌氧发酵生产生物乙醇的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant