一种利用瘤胃微生物提高餐厨垃圾糖化渣发酵产酸的方法技术

本发明专利技术提供一种利用瘤胃微生物提高餐厨垃圾糖化渣发酵产酸的方法，属于固废资源化利用技术领域。该方法首先收集餐厨垃圾，去除浮油后搅碎，按体积比2:1加水，加入糖化酶糖化6小时后离心制备餐厨垃圾糖化渣；然后将餐厨垃圾糖化渣接入驯化的接种污泥，厌氧发酵产酸3～5天得发酵混合液1；再将发酵混合液1接入驯化的瘤胃液，厌氧发酵10～14天，收集发酵混合液2，即为目标发酵液。该方法利用瘤胃微生物中的乳酸分解菌分解糖化渣发酵所产乳酸，后经丙烯酸和琥珀酸途径转化成丙酸，以期获得更多的短链脂肪酸。该方法与接种驯化污泥生产VFAs相比，产率提高了37.49％。该方法不仅可以优化生产短链脂肪酸，同时也实现了餐厨垃圾的资源化利用。

A method of using rumen microorganism to improve the fermentation of saccharification residue of kitchen waste

【技术实现步骤摘要】
一种利用瘤胃微生物提高餐厨垃圾糖化渣发酵产酸的方法
本专利技术涉及固废资源化利用
，特别是指一种利用瘤胃微生物提高餐厨垃圾糖化渣发酵产酸的方法。
技术介绍
餐厨垃圾是一种主要来源于企事业单位、餐饮业、农贸市场、食堂和家庭的有机固体废物。餐厨垃圾具有高水分、高有机物含量、易腐发臭、易生物降解等特点，如处理不当会造成资源等浪费和环境的污染。我国餐厨垃圾主要的处理方式是填埋和焚烧，但这两种处理方法会造成一系列环境污染问题，并且浪费了餐厨垃圾本身具有的生物质资源。另外如海洋消纳、作为动物饲料和肥料等方式，也由于越来越严格的环境法律法规被禁止。因此在能源极度紧缺的当今社会，对餐厨垃圾进行有效地资源化利用具有重要的现实意义。通过厌氧发酵处理餐厨垃圾，既能减少餐厨垃圾对环境造成的二次污染，又能实现资源的回收，目前受到国内外研究者的广泛关注。但大部分研究者集中于通过厌氧发酵产生氢气和甲烷，但氢气和甲烷产量不高且不易运输，导致餐厨垃圾资源化的经济效益不容乐观。利用厌氧微生物将餐厨垃圾中的有机质转化为挥发性脂肪酸，包括乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸和戊酸等，这些短链脂肪酸有广泛的用途，如在污水处理厂作为脱氮除磷菌的内源碳，将丁酸和丙酸提取分离后作为发酵工业的生产原料被微生物利用来生产可生物降解塑料，用挥发性脂肪酸作为原料生产生物气体、生物柴油、产电、合成表面活性剂等。餐厨垃圾经糖化处理后，糖类和蛋白质等大分子物质进一步转化成小分子物质，有利于厌氧发酵的传质效果。糖化离心后，糖化液含餐厨垃圾中的大量糖类物质，而餐厨垃圾糖化渣，是餐厨垃圾经糖化离心后所得固体废物，主要成分包括蛋白质、淀粉和部分可溶性糖等有机物质。糖化渣经厌氧发酵后产生挥发性脂肪酸的同时也产生了大量的乳酸。反刍家畜瘤胃微生物通常可将饲粮中纤维、淀粉和可溶性糖等碳水化合物经消化代谢转化为丙酮酸，进入三羧酸循环通过不同的代谢途径分别生成乙酸、丙酸、丁酸等挥发性脂肪酸。瘤胃中的埃氏巨型球菌(Megasphaeraelsdenii)是最主要的乳酸分解菌，除了与乳酸产生菌竞争性地利用底物发酵产生的葡萄糖、麦芽糖等外，更偏好分解乳酸作为自身增殖产酸的碳源。M.elsdenii主要通过丙烯酸和琥珀酸两条途径将乳酸转化为丙酸，也可以通过乙酰辅酶A途径产生少量乙酸。关于餐厨垃圾优化产短链脂肪酸的研究颇多，但是目前尚无关于餐厨垃圾发酵所产乳酸转化为短链脂肪酸的研究，此外，也没有关于餐厨垃圾糖化渣厌氧发酵产短链脂肪酸的研究。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有利用餐厨垃圾厌氧发酵产酸方法中短链脂肪酸产率低的问题，提供一种利用瘤胃微生物提高餐厨垃圾糖化渣发酵产酸的方法。该方法包括步骤如下：(1)收集餐厨垃圾，去除浮油后用搅拌机搅碎，向搅碎后的餐厨垃圾中按体积比2:1～1:1加水，再加入糖化酶，糖化6～8h后离心制备餐厨垃圾糖化渣；(2)将步骤(1)中得到的餐厨垃圾糖化渣置于反应器中，加水调节TS(TotalSolid总固体含量)至10％，然后调节pH值为7；(3)将步骤(2)中处理后的餐厨垃圾糖化渣置于厌氧发酵罐中，接种驯化污泥进行发酵处理，3～5天后收集发酵混合液1；(4)将所得的发酵混合液1接入驯化的瘤胃液，厌氧发酵10～14天后，收集发酵混合液2，即得目标发酵液。其中，步骤(1)中餐厨垃圾主要包括淀粉、糖、纤维素、蛋白质、脂肪等物质。步骤(1)中加入糖化酶，使糖化液的酶活力为50～100U/g(酶活/发酵液)。步骤(1)中糖化温度为55～60℃。步骤(1)中离心转速为200～220r/min。步骤(3)中驯化污泥为污水处理厂的剩余污泥经10～15天厌氧驯化后所得，其中糖化渣的TS(TotalSolid,总固体含量)为26～30％，VS(VolatileSolid,挥发性固体含量)为25～30％，驯化污泥的TS为8～10％，VS为5～7％。污泥接种量与糖化渣的VS之和占总发酵液VS的8～12％。其中，驯化污泥的驯化方法为：将污水处理厂的剩余污泥在常温下静置24小时，105℃水浴加热2h。随后转移至血清瓶中培养，每天定时(24h)加入餐厨垃圾10g/L进行厌氧驯化培养，当pH值降至6.0～6.5时获得驯化污泥。步骤(3)中发酵温度为35～37℃。步骤(4)中驯化的瘤胃液为养殖场中反刍动物进食3～5h后的瘤胃液，驯化的瘤胃液VS为5～7％，瘤胃液接种量保证瘤胃液与糖化渣的VS之和占总发酵液VS的8～12％。驯化瘤胃液的驯化方法为：从反刍动物体内取300mL瘤胃液迅速转移到500mL发酵罐内，加入37mL矿物质缓冲液(佩芬缓冲液)，每天定时(24h)加入餐厨垃圾10g/L，通过调节缓冲液中NaOH的浓度维持发酵罐内pH为6.0～6.4，温度为37℃，搅拌速度为100r/min。每天检测产生气体中成分的组成，当连续两天气体成分中只有氢气和二氧化碳而检测不到甲烷时，瘤胃微生物驯化完成。本专利技术中所述的矿物质缓冲液主要是佩芬缓冲液、玛考缓冲液等，佩芬缓冲液的组成为NaHCO35g/L，Na2HPO41.9g/L，KCl0.5g/L，MgCl2·6H2O0.13g/L，CaCl20.05g/L，尿素0.5g/L；玛考缓冲液的组成为Na2CO33.1g/L，K2CO34.0g/L，Na2HPO40.9g/L，K2HPO41.1g/L，MgCl2·6H2O0.10g/L，CaCl20.04g/L，尿素0.5g/L。步骤(4)中发酵温度为30～37℃。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：上述方案中，主要利用瘤胃微生物中的乳酸分解菌分解糖化渣发酵所产乳酸，后经丙烯酸和琥珀酸途径转化成丙酸，以期获得更多的短链脂肪酸。与未驯化处理的发酵生产相比，本专利技术的方法与接种驯化污泥生产VFAs相比，效率提高了37.49％。本专利技术的方法不仅可以优化生产短链脂肪酸，同时也实现了餐厨垃圾的资源化利用。附图说明图1为本专利技术利用瘤胃微生物提高餐厨垃圾糖化渣发酵产酸的方法技术路线图；图2为本专利技术实施例中餐厨垃圾糖化渣厌氧发酵产乳酸浓度变化；图3为本专利技术实施例中餐厨垃圾糖化渣厌氧发酵产VFAs浓度变化。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术提供一种利用瘤胃微生物提高餐厨垃圾糖化渣发酵产酸的方法。如图1所示，该方法包括步骤如下：(1)收集餐厨垃圾，去除浮油后用搅拌机搅碎，向搅碎后的餐厨垃圾中按体积比2:1～1:1加水，再加入糖化酶，糖化6～8h后离心制备餐厨垃圾糖化渣；(2)将步骤(1)中得到的餐厨垃圾糖化渣置于反应器中，加水调节TS(TotalSolid总固体)含量至10％，然后调节pH值为7；(3)将步骤(2)中处理后的餐厨垃圾糖化渣置于厌氧发酵罐中，接种驯化污泥进行发酵处理，3～5天后收集发酵混合液1；...

【技术保护点】
1.一种利用瘤胃微生物提高餐厨垃圾糖化渣发酵产酸的方法，其特征在于：包括步骤如下：/n(1)收集餐厨垃圾，去除浮油后用搅拌机搅碎，向搅碎后的餐厨垃圾中按体积比2:1～1:1加水，再加入糖化酶，糖化6～8h后离心制备餐厨垃圾糖化渣；/n(2)将步骤(1)中得到的餐厨垃圾糖化渣置于反应器中，加水调节TS含量至10％，然后调节pH值为7；/n(3)将步骤(2)中处理后的餐厨垃圾糖化渣置于厌氧发酵罐中，接种驯化污泥进行发酵处理，3～5天后收集发酵混合液1；/n(4)将所得的发酵混合液1接入驯化的瘤胃液，厌氧发酵10～14天后，收集发酵混合液2，即得目标发酵液。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用瘤胃微生物提高餐厨垃圾糖化渣发酵产酸的方法，其特征在于：包括步骤如下：
(1)收集餐厨垃圾，去除浮油后用搅拌机搅碎，向搅碎后的餐厨垃圾中按体积比2:1～1:1加水，再加入糖化酶，糖化6～8h后离心制备餐厨垃圾糖化渣；
(2)将步骤(1)中得到的餐厨垃圾糖化渣置于反应器中，加水调节TS含量至10％，然后调节pH值为7；
(3)将步骤(2)中处理后的餐厨垃圾糖化渣置于厌氧发酵罐中，接种驯化污泥进行发酵处理，3～5天后收集发酵混合液1；
(4)将所得的发酵混合液1接入驯化的瘤胃液，厌氧发酵10～14天后，收集发酵混合液2，即得目标发酵液。


2.根据权利要求1所述的利用瘤胃微生物提高餐厨垃圾糖化渣发酵产酸的方法，其特征在于：所述步骤(1)中餐厨垃圾含淀粉、糖、纤维素、蛋白质、脂肪中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的利用瘤胃微生物提高餐厨垃圾糖化渣发酵产酸的方法，其特征在于：所述步骤(1)中加入糖化酶，使糖化液的酶活按酶活/发酵液质量计为50～100U/g。


4.根据权利要求1所述的利用瘤胃微生物提高餐厨垃圾糖化渣发酵产酸的方法，其特征在于：所述步骤(1)中糖化温度为55～60℃。


5.根据权利要求1所述的利用瘤胃微生物提高餐厨垃圾糖化渣发酵产酸的方法，其特征在于：所述步骤(1)中离心转速为200～220r/min。


6.根据权利要求1所述的利用瘤胃微生物提高餐厨垃圾糖化渣发酵产酸的方法，其特征在于：所述步骤(3)中驯化污泥为污水处理厂的剩...

【专利技术属性】
技术研发人员：马鸿志，靳勇，林雨佳，高明，汪群慧，
申请(专利权)人：北京科技大学，天津舜能世嘉环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11