CN110734934B - 一种预处理促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法 - Google Patents
一种预处理促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110734934B CN110734934B CN201911047172.3A CN201911047172A CN110734934B CN 110734934 B CN110734934 B CN 110734934B CN 201911047172 A CN201911047172 A CN 201911047172A CN 110734934 B CN110734934 B CN 110734934B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sludge
- chain fatty
- fatty acid
- anaerobic
- anaerobic fermentation
- 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
Links
- 239000010802 sludge Substances 0.000 title claims abstract description 128
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 title claims abstract description 68
- 150000004667 medium chain fatty acids Chemical class 0.000 title claims abstract description 65
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 title claims abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 15
- LPXPTNMVRIOKMN-UHFFFAOYSA-M sodium nitrite Chemical compound [Na+].[O-]N=O LPXPTNMVRIOKMN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 34
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract description 25
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N Nitrous acid Chemical compound ON=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 239000010865 sewage Substances 0.000 claims abstract description 18
- 235000010288 sodium nitrite Nutrition 0.000 claims abstract description 17
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000029087 digestion Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 7
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 44
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims description 35
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical group CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 claims description 25
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims description 23
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims description 19
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 claims description 18
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- CMXCXULMNJSJSI-UHFFFAOYSA-N 2-bromo-1-oxoethanesulfonic acid Chemical group BrCC(=O)S(=O)(=O)O CMXCXULMNJSJSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 10
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 10
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 claims description 8
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 claims description 8
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 claims description 8
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 claims description 8
- 241000193403 Clostridium Species 0.000 claims description 7
- 241000843248 Oscillibacter Species 0.000 claims description 7
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 claims description 5
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 claims description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 abstract description 8
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 abstract description 8
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 abstract description 8
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 abstract description 8
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 abstract description 8
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 abstract description 4
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 abstract description 3
- 230000009935 nitrosation Effects 0.000 abstract description 3
- 238000007034 nitrosation reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 abstract description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 15
- MNWFXJYAOYHMED-UHFFFAOYSA-N heptanoic acid Chemical compound CCCCCCC(O)=O MNWFXJYAOYHMED-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- WWZKQHOCKIZLMA-UHFFFAOYSA-N octanoic acid Chemical compound CCCCCCCC(O)=O WWZKQHOCKIZLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 14
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 12
- FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N hexanoic acid Chemical compound CCCCCC(O)=O FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 9
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 8
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 8
- 238000009629 microbiological culture Methods 0.000 description 8
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 4
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 2
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 2
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M Nitrite anion Chemical compound [O-]N=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N dodecyl benzenesulfonate;sodium Chemical compound [Na].CCCCCCCCCCCCOS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 1
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 1
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000005180 public health Effects 0.000 description 1
- 150000004666 short chain fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 229940080264 sodium dodecylbenzenesulfonate Drugs 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011269 treatment regimen Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
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
- C12P7/64—Fats; Fatty oils; Ester-type waxes; Higher fatty acids, i.e. having at least seven carbon atoms in an unbroken chain bound to a carboxyl group; Oxidised oils or fats
- C12P7/6409—Fatty acids
Abstract
本发明涉及一种预处理促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法，取活性污泥，静置后去除上清液，向活性污泥中添加亚硝酸钠溶液并控制pH、温度，进行游离亚硝酸(FNA)预处理，将经预处理后污泥添加到厌氧反应器中，加入电子供体进行厌氧发酵反应生产中链脂肪酸。与现有技术相比，本发明利用游离亚硝酸促进污泥中的有机物质的溶出，提高污泥水解速率，从而提高了厌氧发酵体系中链脂肪酸的产量。游离亚硝酸可以从污水处理厂厌氧消化液亚硝化产物中原位获得，在污泥资源化利用的同时合理利用现有资源进行更有价值的能源制备，该发明具有产物产量高、操作简便、节能降耗等优势。
Description
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，涉及固体有机废弃物资源化利用领域，尤其涉及一种游离亚硝酸预处理剩余活性污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法。
背景技术
近年来，我国污水处理产业发展快速，城镇水环境治理效果显著，污水处理能力以及处理率不断提高，但随之而来的二次污染问题不容小觑。剩余污泥(WAS)作为污水处理过程中主要的副产物，其管理成本高达整个污水处理厂运营成本的60％，据统计，只有小部分的剩余污泥得到妥善的处置，大部分的剩余污泥仍被随意堆放填埋，剩余污泥中的病原体，重金属以及持久性有机污染物等有毒有害物质将再一次进入土壤以及水环境中，威胁环境安全以及公众健康，使得整个污水处理系统的环境效益大大降低。由于剩余污泥含有大量有机质，其本身是一种廉价又有价值的资源，因此以“安全环保，循环利用，节能降耗，因地制宜，稳妥可靠”的原则回收利用剩余污泥中的能源和资源成了国内外学者的研究重点。
目前，厌氧发酵被认为是最有效的污泥减量化稳定化的处理策略，有机物在微生物的作用下最终转化为如甲烷氢气以及有机酸等可回收的能源物质。在厌氧发酵体系中加入还原性物质作为电子供体(如乙醇)，同时通过添加产甲烷抑制剂或者降低pH的方法抑制产甲烷菌活性，厌氧发酵过程产酸阶段的产物挥发性脂肪酸(VFA)将通过碳链延长反应成为中链脂肪酸。中链脂肪酸(MCFA)是指有6-12个碳原子的羧酸，包括正己酸，正庚酸和正辛酸等，与挥发性脂肪酸(VFA)相比，中链脂肪酸具有更长的疏水性碳链，在水中的溶解度相对较低，具有从水中提取分离的潜力，同时中链脂肪酸的氧碳比更低，具有更高的能量密度，更适合作燃料。
污泥的厌氧发酵一般包括水解，酸化和甲烷化，水解作为污泥的厌氧发酵限速步骤，会影响后续反应的进行。目前提高污泥水解速率的方法有：热处理，机械处理(微波，超声，高压等)，化学处理(酸，碱等)，生物处理(酶，接种细菌等)。然而上述预处理方法由于经济，环境和能耗等多方面考虑，在实际应用中受到了很大的限制。
中国专利CN105238822A公开了一种强化污泥厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸的联合预处理方法以及短链挥发性脂肪酸的制备。联合预处理方法及短链挥发性脂肪酸的制备方法如下：以城市污水处理厂二沉池的污泥作为发酵基物；向发酵基质中接种厌氧活性污泥；向发酵体系中投加亚硝酸钠和十二烷基苯磺酸钠在酸性环境下(pH＝6.0)进行预处理2天在发酵，然后调节到中性进行厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸，但是该专利无法生产得到中链脂肪酸。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有预处理技术成本高且处理效率低的缺陷，提供利用游离亚硝酸(FNA)预处理促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法，强化剩余污泥厌氧发酵的水解速率，提高中链脂肪酸产量。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
1)取城市污水处理厂二沉池的废弃活性污泥，进行重力浓缩后，去除上清液的污泥作为发酵底物；
2)在洗净的剩余污泥中添加亚硝酸钠溶液；
3)将污泥和亚硝酸钠溶液在一定反应条件下连续进行搅拌反应；
4)在反应器中按照一定比例加入预处理过的剩余污泥、生长培养基(包括常量元素、微量元素以及维生素)、甲烷抑制剂和电子供体并按相应比例接种一定量的厌氧污泥，调节pH和温度至适宜微生物生长的状态；
5)利用高纯氮气吹扫排净反应器中的空气，并用橡胶塞和铝盖迅速封闭反应器，为后续反应提供一个密闭厌氧的环境；
6)使用恒温震荡培养箱保证厌氧发酵体系的均匀接触以及最佳反应条件，持续运行生产得到中链脂肪酸。
污泥中添加的亚硝酸钠浓度为50-300mg/L。
游离亚硝酸预处理的pH值控制在5-6，温度控制在20-30℃左右
在pH＝5-6，温度为20-30℃条件下，游离亚硝酸(FNA)浓度为0.10-7.69mgHNO2-N/L。
预处理时间为24±1h左右，通过搅拌保证预处理反应体系的充分接触。
所述电子供体可以促使反应向碳链延长方向进行，采用乙醇、乳酸、氢气或甲醇，电子供体浓度为40-200mM，优选80-180mM的乙醇。电子供体是生产中链脂肪酸的必要的一个底物，而且上述电子供体已被证明可以有效促进微生物生产中链脂肪酸。
厌氧发酵时还加入生长培养基、甲烷抑制剂及厌氧污泥，废弃活性污泥与生长培养基的体积比为1:20-1:5，接种的厌氧污泥与废弃活性污泥的质量比为1:2-2:1，甲烷抑制剂添加量为15-30g/L。
接种的厌氧污泥经长期厌氧驯化，富含能够生产中链脂肪酸的微生物。
所述微生物培养基含有微生物生长所需要的常量元素、微量元素、维生素等，接种厌氧污泥为厌氧消化/发酵反应器中驯化的能够生产中链脂肪酸的微生物，其中包含Clostridium属、Oscillibacter属、Dechloromonas属和Ruminococcaceae科等与链延长相关的微生物。所述甲烷抑制剂为2-溴乙酰磺酸
厌氧发酵产中链脂肪酸的反应控制在pH为5-6(甲烷菌会与中链脂肪酸菌竞争底物，该pH下甲烷菌活性较低)，温度为35-40℃(产中链酸等功能菌最适宜的温度范围)，转速为160～180rpm，运行25-30天。
生产得到的中链脂肪酸包括正己酸、正庚酸或正辛酸。
本发明在pH＝5-6(甲烷菌会与中链脂肪酸菌竞争底物，该pH下甲烷菌活性较低)下添加各种电子供体，最终可以获得中链脂肪酸。与短链脂肪酸相比，中链脂肪酸疏水性高，易于从水中分离，可以作为生物化学品或生物燃料的前体物质，并且中链脂肪酸能量密度高，利用价值也更高。
与现有技术相比，本发明采用游离亚硝酸(FNA)，亚硝酸盐的质子化形态，是一种可原位再生，低成本的厌氧消化液亚硝化产物，对胞外聚合物及细胞壁有极强的破坏作用，从而使得胞内物质释放，加速污泥厌氧发酵的水解速率，为后续发酵提供更多可利用的有机质。因此本发明通过游离亚硝酸的预处理技术，高效经济地实现了剩余污泥的降解以及中链脂肪酸的生产。利用游离亚硝酸促进污泥中的有机物质的溶出，提高污泥水解速率，从而提高了厌氧发酵体系中链脂肪酸的产量。游离亚硝酸可以从污水处理厂厌氧消化液亚硝化产物中原位获得，在污泥资源化利用的同时合理利用现有资源进行更有价值的能源制备，该发明具有产物产量高、操作简便、节能降耗等优势。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
利用游离亚硝酸(FNA)预处理促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法，强化剩余污泥厌氧发酵的水解速率，提高中链脂肪酸产量，采用以下步骤：
1)取城市污水处理厂二沉池的废弃活性污泥，进行重力浓缩后，去除上清液的污泥作为发酵底物；
2)在洗净的剩余污泥中添加亚硝酸钠溶液，污泥中添加的亚硝酸钠浓度为50-300mg/L；
3)将污泥和亚硝酸钠溶液在pH值控制在5-6，温度控制在20-30℃的反应条件下连续进行搅拌反应24±1h，通过搅拌保证预处理反应体系的充分接触，在pH＝5-6，温度为25-30℃条件下，游离亚硝酸(FNA)浓度为0.10-7.69mgHNO2-N/L；
4)在反应器中按照一定比例加入预处理过的剩余污泥、生长培养基(包括常量元素、微量元素以及维生素)、甲烷抑制剂和电子供体并接种厌氧污泥，调节pH和温度至适宜微生物生长的状态，其中，加入的电子供体可以促使反应向碳链延长方向进行，接种的厌氧污泥经长期厌氧驯化，富含能够生产中链脂肪酸的微生物，加入的电子供体可以采用乙醇、乳酸、氢气或甲醇，浓度为40-200mM，优选80-180mM的乙醇。电子供体是生产中链脂肪酸的必要的一个底物，而且上述电子供体已被证明可以有效促进微生物生产中链脂肪酸。加入微生物培养基、甲烷抑制剂及厌氧污泥，微生物培养基含有微生物生长所需要的常量元素、微量元素、维生素等，接种厌氧污泥为厌氧消化/发酵反应器中驯化的能够生产中链脂肪酸的微生物，其中包含Clostridium属、Oscillibacter属、Dechloromonas属和Ruminococcaceae科等与链延长相关的微生物，废弃活性污泥与生长培养基的体积比为1:20-1:5，接种的厌氧污泥与废弃活性污泥的质量比为1:2-2:1，甲烷抑制剂为2-溴乙酰磺酸，添加量为15-30g/L。
5)利用高纯氮气吹扫排净反应器中的空气，并用橡胶塞和铝盖迅速封闭反应器，为后续反应提供一个密闭厌氧的环境；
6)使用恒温震荡培养箱保证厌氧发酵体系的均匀接触，控制pH为5-6，温度为35-40℃，恒温震荡培养箱的转速为160～180rpm，持续运行25-30天生产得到中链脂肪酸，可以用来生产正己酸、正庚酸或正辛酸。
以下是更加详细的实施案例，通过以下实施案例进一步说明本发明的技术方案以及所能够获得的技术效果。
实施例1：
取污水处理厂二沉池的剩余活性污泥，进行重力沉降后去除上清液得到的剩余污泥作为发酵底物。
向剩余污泥中加入亚硝酸钠溶液，浓度为100mg/L，控制pH为5.5，温度为25℃左右。
混合液机械搅拌24h后得到的预处理污泥加入多个工作体积为120ml的血清瓶中，接种厌氧污泥，同时加入微生物培养基，2-溴乙酰磺酸(甲烷抑制剂)以及乙醇(电子供体)。调节pH为5.5，充氮驱氧，保证厌氧环境后使用橡胶塞和铝盖进行封盖。将封口的血清瓶置于转速170rpm/min温度37℃的恒温震荡培养箱中进行长期厌氧发酵实验。每隔2-3天用气相色谱检测厌氧发酵反应体系内中链脂肪酸的浓度，最终确定反应体系内所产的中链脂肪酸为正己酸(属于中链脂肪酸，碳链数为6)，累积测得29天的正己酸浓度在3226-4210mgCOD/L之间。
实施例2：
取污水处理厂二沉池的剩余活性污泥，进行重力沉降后去除上清液得到的剩余污泥作为发酵底物。
向剩余污泥中加入亚硝酸钠溶液，浓度为250mg/L，控制pH在5.5，温度为25℃左右。
混合液机械搅拌24h后得到的预处理污泥加入多个工作体积为120ml的血清瓶中，接种厌氧污泥，同时加入微生物培养基，2-溴乙酰磺酸(甲烷抑制剂)以及乙醇(电子供体)。调节pH为5.5，充氮驱氧，保证厌氧环境后使用橡胶塞和铝盖进行封盖。将封口的血清瓶置于转速170rpm/min温度37℃的恒温震荡培养箱中进行长期厌氧发酵实验。每隔2-3天用气相色谱检测厌氧发酵反应体系内中链脂肪酸的浓度，最终确定反应体系内所产的中链脂肪酸为正己酸(属于中链脂肪酸，碳链数为6)，累积测得29天的正己酸浓度在5149-6375mgCOD/L之间。
实施例3：
取污水处理厂二沉池的剩余活性污泥，进行重力沉降后去除上清液得到的剩余污泥作为发酵底物。
向剩余污泥中加入亚硝酸钠溶液，浓度为200mg/L，控制pH在5，温度为20℃。
混合液机械搅拌23h后得到的预处理污泥加入多个工作体积为120ml的血清瓶中，游离亚硝酸(FNA)浓度为0.10mgHNO2-N/L，接种厌氧污泥，同时加入微生物培养基，2-溴乙酰磺酸(甲烷抑制剂)以及乳酸(电子供体)，加入的微生物培养基含有微生物生长所需要的常量元素、微量元素、维生素等，厌氧污泥为厌氧消化/发酵反应器中驯化的能够生产中链脂肪酸的微生物，其中包含Clostridium属、Oscillibacter属、Dechloromonas属和Ruminococcaceae科等与链延长相关的微生物。预处理污泥与生长培养基的体积比为1:20，接种的厌氧污泥与预处理污泥的质量比为1:2，2-溴乙酰磺酸的添加量为15g/L，乳酸的添加量为40mM。调节pH为5，充氮驱氧，保证厌氧环境后使用橡胶塞和铝盖进行封盖。将封口的血清瓶置于转速160rpm/min温度35℃的恒温震荡培养箱中进行长期厌氧发酵实验。每隔2-3天用气相色谱检测厌氧发酵反应体系内中链脂肪酸的浓度，最终确定反应体系内所产的中链脂肪酸为正庚酸(属于中链脂肪酸，碳链数为7)，累积测得25天的正庚酸浓度在680-840mgCOD/L之间。
实施例4：
取污水处理厂二沉池的剩余活性污泥，进行重力沉降后去除上清液得到的剩余污泥作为发酵底物。
向剩余污泥中加入亚硝酸钠溶液，浓度为50mg/L，控制pH在5.5，温度为22℃。
混合液机械搅拌24h后得到的预处理污泥加入多个工作体积为120ml的血清瓶中，游离亚硝酸(FNA)浓度为4mgHNO2-N/L，接种厌氧污泥，同时加入微生物培养基，2-溴乙酰磺酸(甲烷抑制剂)以及乙醇(电子供体)，加入的微生物培养基含有微生物生长所需要的常量元素、微量元素、维生素等，厌氧污泥为厌氧消化/发酵反应器中驯化的能够生产中链脂肪酸的微生物，其中包含Clostridium属、Oscillibacter属、Dechloromonas属和Ruminococcaceae科等与链延长相关的微生物。预处理污泥与生长培养基的体积比为1:10，接种的厌氧污泥与预处理污泥的质量比为1:1，2-溴乙酰磺酸的添加量为20g/L，乙醇的添加量为80mM。调节pH为5.5，充氮驱氧，保证厌氧环境后使用橡胶塞和铝盖进行封盖。将封口的血清瓶置于转速170rpm/min温度37℃的恒温震荡培养箱中进行长期厌氧发酵实验。每隔2-3天用气相色谱检测厌氧发酵反应体系内中链脂肪酸的浓度，最终确定反应体系内所产的中链脂肪酸为正庚酸(属于中链脂肪酸，碳链数为7)，累积测得30天的正庚酸浓度在790-1020mgCOD/L之间。
实施例5：
取污水处理厂二沉池的剩余活性污泥，进行重力沉降后去除上清液得到的剩余污泥作为发酵底物。
向剩余污泥中加入亚硝酸钠溶液，浓度为100mg/L，控制pH在5.5，温度为25℃。
混合液机械搅拌24h后得到的预处理污泥加入多个工作体积为120ml的血清瓶中，游离亚硝酸(FNA)浓度为5.82mgHNO2-N/L，接种厌氧污泥，同时加入微生物培养基，2-溴乙酰磺酸(甲烷抑制剂)以及乙醇(电子供体)，加入的微生物培养基含有微生物生长所需要的常量元素、微量元素、维生素等，厌氧污泥为厌氧消化/发酵反应器中驯化的能够生产中链脂肪酸的微生物，其中包含Clostridium属、Oscillibacter属、Dechloromonas属和Ruminococcaceae科等与链延长相关的微生物。预处理污泥与生长培养基的体积比为1:10，接种的厌氧污泥与预处理污泥的质量比为1:1，2-溴乙酰磺酸的添加量为20g/L，乙醇的添加量为180mM。调节pH为5.5，充氮驱氧，保证厌氧环境后使用橡胶塞和铝盖进行封盖。将封口的血清瓶置于转速170rpm/min温度37℃的恒温震荡培养箱中进行长期厌氧发酵实验。每隔2-3天用气相色谱检测厌氧发酵反应体系内中链脂肪酸的浓度，最终确定反应体系内所产的中链脂肪酸为正辛酸(属于中链脂肪酸，碳链数为8)，累积测得30天的正辛酸浓度在790-1120mgCOD/L之间。
实施例6：
取污水处理厂二沉池的剩余活性污泥，进行重力沉降后去除上清液得到的剩余污泥作为发酵底物。
向剩余污泥中加入亚硝酸钠溶液，浓度为300mg/L，控制pH在6，温度为30℃。
混合液机械搅拌25h后得到的预处理污泥加入多个工作体积为120ml的血清瓶中，游离亚硝酸(FNA)浓度为7.69mgHNO2-N/L，接种厌氧污泥，同时加入微生物培养基，2-溴乙酰磺酸(甲烷抑制剂)以及甲醇(电子供体)，加入的微生物培养基含有微生物生长所需要的常量元素、微量元素、维生素等，厌氧污泥为厌氧消化/发酵反应器中驯化的能够生产中链脂肪酸的微生物，其中包含Clostridium属、Oscillibacter属、Dechloromonas属和Ruminococcaceae科等与链延长相关的微生物。预处理污泥与生长培养基的体积比为1:5，接种的厌氧污泥与预处理污泥的质量比为2:1，2-溴乙酰磺酸的添加量为20g/L，甲醇的添加量为200mM。调节pH为6，充氮驱氧，保证厌氧环境后使用橡胶塞和铝盖进行封盖。将封口的血清瓶置于转速180rpm/min温度40℃的恒温震荡培养箱中进行长期厌氧发酵实验。每隔2-3天用气相色谱检测厌氧发酵反应体系内中链脂肪酸的浓度，最终确定反应体系内所产的中链脂肪酸为正辛酸(属于中链脂肪酸，碳链数为8)，累积测得30天的正辛酸浓度在920-1310mgCOD/L之间。
对比例1：
将城市污水处理厂二沉池的剩余活性污泥进行重力沉降，去除上清液得到浓缩污泥，即本实验所需要的发酵底物。混合液机械搅拌24h后得到的预处理污泥加入多个工作体积为120ml的血清瓶中，接种厌氧污泥，同时加入微生物培养基，2-溴乙酰磺酸(甲烷抑制剂)以及乙醇(电子供体)，不添加任何浓度的亚硝酸钠溶液。调节pH为5.5，并向反应器中通入高纯氮气吹扫空气，使用橡胶塞封闭瓶口，并用铝盖密封保证反应器中的厌氧环境，将封口的血清瓶置于转速170rpm/min温度37℃的恒温震荡培养箱中进行长期厌氧发酵实验。每隔2-3天用气相色谱检测厌氧发酵反应体系内中链脂肪酸的浓度，最终确定反应体系内所产的中链脂肪酸为正己酸(属于中链脂肪酸，碳链数为6)，累积测得29天的正己酸浓度在565-650mgCOD/L之间，其产量远远小于实施例。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种预处理促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法，其特征在于，使用游离亚硝酸对污泥进行预处理，采用以下方法：
取废弃活性污泥，静置后去除上清液，
向废弃活性污泥中添加亚硝酸钠溶液并控制pH、温度，进行游离亚硝酸（FNA）预处理，污泥中添加的亚硝酸钠浓度为50-300mg/L；
将经预处理后的污泥添加到厌氧反应器中，加入电子供体进行厌氧发酵反应生产中链脂肪酸，所述电子供体为乙醇、乳酸、氢气或甲醇，电子供体浓度为40-200mM；
厌氧发酵时还加入生长培养基、甲烷抑制剂及厌氧污泥，废弃活性污泥与生长培养基的体积比为1:20-1:5，接种的厌氧污泥与废弃活性污泥的质量比为1:2-2:1，甲烷抑制剂添加量为15-30g/L；
所述生长培养基含有微生物生长所需要的常量元素、微量元素、维生素，接种的厌氧污泥含有厌氧消化/发酵反应器中驯化的能够生产中链脂肪酸的微生物，其中包含Clostridium属、Oscillibacter属、Dechloromonas属或Ruminococcaceae科与链延长相关的微生物；
所述甲烷抑制剂为2-溴乙酰磺酸；
厌氧发酵生产中链脂肪酸的反应控制在pH为5-6，温度为35-40℃，转速为160~180rpm，运行25-30天。
2.根据权利要求1所述的一种预处理促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法，其特征在于，所述活性污泥为城市污水处理厂二沉池的剩余污泥经重力沉降所得浓缩污泥。
3.根据权利要求1所述的一种预处理促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法，其特征在于，游离亚硝酸预处理的pH值=5-6，温度控制在20-30℃。
4.根据权利要求3所述的一种预处理促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法，其特征在于，在pH=5-6，温度为20-30℃条件下，游离亚硝酸（FNA）浓度为0.10-7.69mgHNO2-N /L。
5.根据权利要求1所述的一种预处理促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法，其特征在于，预处理时间为24±1h，通过搅拌保证预处理反应体系的充分接触。
6.根据权利要求1所述的一种预处理促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法，其特征在于，所述电子供体为乙醇，其浓度为80-180mM。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911047172.3A CN110734934B (zh) | 2019-10-30 | 2019-10-30 | 一种预处理促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911047172.3A CN110734934B (zh) | 2019-10-30 | 2019-10-30 | 一种预处理促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110734934A CN110734934A (zh) | 2020-01-31 |
| CN110734934B true CN110734934B (zh) | 2023-11-24 |
Family
ID=69271973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911047172.3A Active CN110734934B (zh) | 2019-10-30 | 2019-10-30 | 一种预处理促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110734934B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112939393B (zh) * | 2021-03-05 | 2023-10-03 | 太原理工大学 | 一种无电子供体实现污泥电发酵产己酸并同步分离的装置 |
| CN113185074B (zh) * | 2021-04-12 | 2022-10-21 | 哈尔滨工业大学 | 一种游离亚硝酸与过氧化钙联合预处理促进污泥厌氧发酵短链脂肪酸积累的方法 |
| CN113430234B (zh) * | 2021-06-28 | 2022-11-22 | 北京林业大学 | 一种外加电势强化厌氧微生物产中链脂肪酸的方法 |
| CN114592014A (zh) * | 2022-03-22 | 2022-06-07 | 太原理工大学 | 一种硝酸盐光解强化剩余污泥厌氧发酵产酸的方法 |
| CN115354064B (zh) * | 2022-10-21 | 2023-02-03 | 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 | 一种厌氧干发酵两相分区生产中链脂肪酸的方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104450805A (zh) * | 2014-11-21 | 2015-03-25 | 湖南大学 | 短链挥发性脂肪酸及其制备方法 |
| CN105238822A (zh) * | 2015-10-10 | 2016-01-13 | 湖南大学 | 一种强化污泥厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸的联合预处理方法 |
| CN108866116A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-11-23 | 同济大学 | 利用碳链延伸以有机废弃物为原料制备中链脂肪酸的方法 |
-
2019
- 2019-10-30 CN CN201911047172.3A patent/CN110734934B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104450805A (zh) * | 2014-11-21 | 2015-03-25 | 湖南大学 | 短链挥发性脂肪酸及其制备方法 |
| CN105238822A (zh) * | 2015-10-10 | 2016-01-13 | 湖南大学 | 一种强化污泥厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸的联合预处理方法 |
| CN108866116A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-11-23 | 同济大学 | 利用碳链延伸以有机废弃物为原料制备中链脂肪酸的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Combined Effect of Free Nitrous Acid Pretreatment and Sodium Dodecylbenzene Sulfonate on Short-Chain Fatty Acid Production from Waste Activated Sludge;Jianwei Zhao等;《Sci Rep》;20160212;第6卷;第21622篇 * |
| 基于厌氧发酵的剩余污泥产中链脂肪酸研究;陈哲柯;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》;20190115;B027-1845 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110734934A (zh) | 2020-01-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110734934B (zh) | 一种预处理促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法 | |
| Ryue et al. | A critical review of conventional and emerging methods for improving process stability in thermophilic anaerobic digestion | |
| Ayala-Parra et al. | Nutrient recovery and biogas generation from the anaerobic digestion of waste biomass from algal biofuel production | |
| Jung et al. | Bioreactor design for continuous dark fermentative hydrogen production | |
| CN110734933B (zh) | 提高废弃活性污泥厌氧发酵的中链脂肪酸产量的方法 | |
| Akindolire et al. | Psychrophilic anaerobic digestion: A critical evaluation of microorganisms and enzymes to drive the process | |
| Sun et al. | Effects of pre-treatment and biological acidification on fermentative hydrogen and methane co-production | |
| de Jesús Montoya-Rosales et al. | Improvement of continuous hydrogen production using individual and binary enzymatic hydrolysates of agave bagasse in suspended-culture and biofilm reactors | |
| Liu et al. | A viable approach for commercial VFAs production from sludge: Liquid fermentation in anaerobic dynamic membrane reactor | |
| CN110819661A (zh) | 一种利用水华蓝藻生产挥发性短链脂肪酸的方法 | |
| CN108298701B (zh) | 一种经厌氧处理后的低可生化性的发酵废水处理方法 | |
| Dong et al. | Caproic acid production from anaerobic fermentation of organic waste-Pathways and microbial perspective | |
| CN110656133B (zh) | 促进废弃活性污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的预处理方法 | |
| CN102373238B (zh) | 一种嗜热芽孢杆菌及其在发酵产氢中的应用 | |
| CN105174668A (zh) | 污泥热碱预处理、分离和液态发酵提高有机酸产率的方法 | |
| CN109401947B (zh) | 一种污泥与餐厨垃圾共消化系统及其运行方法 | |
| Hu et al. | Alleviating acid inhibition via bentonite supplementation during acidulated swine manure anaerobic digestion: Performance enhancement and microbial mechanism analysis | |
| Zhang et al. | High-solid digestion from cellulosic ethanol stillage with activated sludge of simultaneous propionate degradation and methanogenesis | |
| CN113603317B (zh) | 一种提升高含固污泥厌氧消化性能方法 | |
| CN101962258B (zh) | 一种用于加快城市污泥干法发酵进程的循环接种方法 | |
| CN108611276A (zh) | 一种利用微藻对酒糟废水进行资源化处理的方法 | |
| CN103058478A (zh) | 一种利用功能菌改善污泥厌氧消化性能并同步扩培的方法 | |
| Samarasiri et al. | Development of an enzymatic hydrolysis pretreatment strategy to improve batch anaerobic digestion of wastewater generated in desiccated coconut processing plants | |
| CN111718967A (zh) | 一种促进草类生物质厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法 | |
| Li et al. | Anaerobic Granule technologies for hydrogen recovery from wastes: The way forward |
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 |