一种利用瘤胃微生物生产挥发性脂肪酸的方法
阅读说明：本技术 一种利用瘤胃微生物生产挥发性脂肪酸的方法 (Method for producing volatile fatty acid by using rumen microorganisms ) 是由 靳文尧 于 2019-11-22 设计创作，主要内容包括：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。(The invention belongs to the field of resources and environment, and discloses a method for producing volatile fatty acid by using rumen microorganisms. The method specifically comprises the following steps: inoculating a solid-liquid mixture in a rumen of a ruminant into a preheated anaerobic tank, adding crushed cellulose biomass, then starting to operate stably, enabling water discharged from the anaerobic tank to pass through a cyclone separation sedimentation tank, enabling a solid part to flow back to the anaerobic tank, and enabling liquid to enter a coagulating sedimentation tank to remove suspended matters to be used as a volatile fat product. The invention realizes the production of volatile fatty acid from cellulose biomass waste, improves the reaction efficiency and reduces the product cost.)
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。