一种强化乳酸定向转化的两相厌氧消化产甲烷的方法技术

本发明专利技术公开了一种强化乳酸定向转化的两相厌氧消化产甲烷方法。所述方法包括水解酸化反应和甲烷化反应，通过在水解酸化相中接种埃氏巨球型菌(Megasphaera elsdenii)ATCC 12561及加入乙酸根，促进餐厨垃圾等有机固废物水解酸化过程中乳酸定向转化产氢产丁酸，产生的酸化液和产酸相气体均作为底物，转移到产甲烷相厌氧消化产生甲烷。本发明专利技术利用外源性生化物调控水解产酸相的定向转化，克服厌氧发酵中乳酸累积的抑制作用，提高水解酸化效率，同时促进酸化液中丁酸的富集和提升产酸相气体中氢气含量，强化厌氧产甲烷效能。本发明专利技术具有效率高、易操作等优点，可提高厌氧消化的转化效率和甲烷产量，减少碳排放。减少碳排放。减少碳排放。

【技术实现步骤摘要】
一种强化乳酸定向转化的两相厌氧消化产甲烷的方法


[0001]本专利技术属于废物资源化
，涉及一种两相厌氧消化产甲烷的方法，具体涉及一种利用外源性生化添加物强化乳酸定向转化的两相厌氧消化产甲烷的方法。

技术介绍

[0002]餐厨垃圾是典型的生物质固体废弃物，其有机含量高，易生物降解，具有较高的资源化属性。若将餐厨垃圾进行填埋处理，不但占用了宝贵的土地资源，而且废弃生物质在自然降解过程中还会产生大量的NH3、CH4、N2O、CO2等温室气体，进而加剧碳减排压力。相较于填埋及焚烧，生物处理技术是实现餐厨垃圾等有机固体废弃物快速减量化和定向资源化的重要技术手段。其中，厌氧消化技术在有机废物处理中是一项发展良好且普及的技术，但是大部分研究集中于利用单相厌氧反应器处理餐厨垃圾产生生物气，而其可溶性有机物潜在积累的抑制效应促进了两相厌氧反应器的发展。
[0003]两相厌氧反应器将水解酸化相和产甲烷相分开，从而为产酸细菌和产甲烷古菌提供了最佳条件，促进餐厨垃圾厌氧消化的效率和系统稳定性。其中，餐厨垃圾在水解酸化相的降解伴随着氢气和二氧化碳的产生，该气体的碳转化率占总碳转化效率的20
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30％。产酸相气体的释放大大降低了厌氧系统的能源回收效率。为了在总碳转化效率的范围内提高甲烷产量，在两相厌氧消化过程中实现产酸相气体的高效再利用，CN106282243A公开了“一种改进的两相厌氧消化法生产甲烷的方法和系统”，其通过水解酸化反应器顶空的压力调控产酸相气体的氢气分压和氢碳比，将产酸相气体转移到甲烷化反应器中再利用，大大提高了甲烷产量。对于该工艺而言，促进酸化相产氢产酸是进一步升级该系统碳转化效率及产甲烷的关键。
[0004]此前研究表明，餐厨垃圾的水解酸化先经过乳酸代谢后发生丁酸代谢。其中，固态有机废弃物水解酸化过程中乳酸代谢是产氢发酵的限制性因素之一且无法避免。减少乳酸产生是克服乳酸代谢抑制的常用途径。其中，热预处理既可杀灭乳酸菌及耗氢菌，又可保留产氢菌芽孢，故常用于抑制乳酸产生以提高有机废弃物产氢产酸。专利CN104998886A所披露的餐厨废弃物分相产能的方法，采用湿热预处理的方式提高餐厨废弃物在分相系统中产氢产甲烷性能，但是该工艺基于分相反应以氢气和甲烷分别从有机废弃物中回收能源，并未将厌氧产氢的产物，如氢气和二氧化碳用于产甲烷相，以提高甲烷产量、减少二氧化碳排放。专利CN104561222A为解决酸化液所产生的抑制，通过对餐厨垃圾和污泥混合物预先进行135℃高温处理，再接种产氢菌进行产氢深度酸化预处理，预处理液再进行甲烷化反应，一定程度上提高了有机废弃物的产甲烷速率；然而该方法除热预处理增加了能耗，在不同阶段需分别添加酵母粉、产氢菌和产甲烷菌，增加了操作的复杂性外，同样没有将水解酸化的气相产物，特别是二氧化碳在产甲烷相中高效再利用。热预处理不可避免地存在高能耗高、高有机质流失等问题。
[0005]为了克服高含固餐厨垃圾水解酸化的乳酸抑制，除了利用预处理等方式减少乳酸产生，促进酸化相的乳酸转化是优化餐厨垃圾产氢发酵的另一思路，亦是亟需解决的问题。
其中，添加微生物菌剂是提高有机质转化的常见方式。专利CN104087622A通过接种不同种类梭菌的厌氧产氢菌调控丙酮
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丁醇
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乙醇发酵过程及产氢发酵产物实现木质纤维素联产丁醇和氢气。专利CN110484570A则通过接种芽孢杆菌属微生物，例如枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等提高了餐厨垃圾的水解效率进而增加氢气产量。但是上述技术虽然促进了底物的转化，但其水解酸化主要以大量产氢从而提高有机物利用率为目标，并未针对水解酸化过程中存在的乳酸抑制，也不包含在两相厌氧消化法中通过促进水解酸化过程中乳酸的定向转化来提高碳转化及产甲烷效率的技术构思和方法。目前，没有在餐厨垃圾等水解酸化反应中强化乳酸转化定向产氢产酸的报道，也没有关于在两相厌氧消化中强化水解酸化相的乳酸定向转化促进产甲烷相甲烷生产的报道。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种强化乳酸定向转化的两相厌氧消化产甲烷的方法，其中水解酸化相利用外源性功能菌定向强化乳酸转化，同时解决餐厨垃圾等有机废弃物厌氧发酵中乳酸累积对产氢产酸的抑制，所述方法能够促进水解酸化反应中乳酸定向转化，并通过乙酸根进一步提升其定向产氢产酸，将酸化液和产酸相气体直接进行产甲烷反应，从而提高碳转化率和甲烷产率，提高两相厌氧消化产甲烷的效能。
[0007]本专利技术所述的方法为两相厌氧消化法，包括水解酸化反应和甲烷化反应，其特征在于，将埃氏巨球型菌(Megasphaera elsdenii)ATCC 12561接种于水解酸化相，调节pH后水解酸化，将水解酸化反应产生的酸化液和产酸相气体均作为底物转移到产甲烷相，产甲烷相厌氧消化产生甲烷。本专利技术方法用于可降解有机固体废弃物，包括但不仅限于餐厨垃圾、蓄禽粪便、农业废弃物等，优选餐厨垃圾。
[0008]所述的埃氏巨球型菌(Megasphaera elsdenii)是典型的乳酸分解菌，利用乳酸作为碳源增值产生丙酸、丁酸等有机酸。本专利技术在两相厌氧消化的水解酸化相中接种埃氏巨球型菌强化乳酸定向转化，以克服厌氧发酵中乳酸累积的抑制作用，提高水解效率，同时引导代射途径向有利方向转化，定向产氢产酸使酸化液中含有更多的丁酸，且产酸相气体有更高的氢碳比，作为底物在甲烷化反应中更高效地向目标产物甲烷转化。
[0009]作为优选的实施方案之一，所述的埃氏巨球型菌(Megasphaera elsdenii)ATCC 12561接种量为2
‑
5％(vol/vol)，接种浓度为2
‑4×
108CFU/mL。
[0010]CN106282243A已实现在两相厌氧消化法中对于产酸相气体在甲烷化反应中的再利用。不同于该方法采用的调节水解酸化反应器顶空压力的方法，本专利技术方法强化乳酸定向产氢产酸的结果之一是产酸相气体包含更多的氢气，直接转移至甲烷化反应器可强化二氧化碳还原进而有利于能源(甲烷)的回收，减少二氧化碳的排放。
[0011]为更好的实现本专利技术的技术效果，作为优选的实施方案之一，本专利技术所述方法还包括在所述的水解酸化相中加入乙酸根，例如乙酸或乙酸钠，进一步强化乳酸定向转化，促进酸化液中丁酸的定向富集，提升产酸相气体中氢气含量。
[0012]作为优选的实施方案之一，转移到产甲烷化相的所述产酸相气体的氢气与二氧化碳体积比大于等于4。除在水解酸化相中加入乙酸根外，本
人员还可以采用其他方法提高产酸相气体的氢气比例，包括但不限于水解酸化反应器顶空加压、碱液吸收等。
[0013]作为优选的实施方案之一，所述水解酸化相的pH为6.0
±
1.0。pH调节采用在水解
酸化相中加入碱溶液，可选自氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、乙酸钠等常用碱，优选含乙酸钠的混合碱液。
[0014]作为优选的实施方案之一，所述水解酸化相和产甲烷相的温度维持在37℃。
[0015]作为优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强化乳酸定向转化的两相厌氧消化产甲烷的方法，包括水解酸化反应和甲烷化反应，其特征在于，将埃氏巨球型菌(Megasphaera elsdenii)ATCC 12561接种于水解酸化相，调节pH后水解酸化，将产生的酸化液和产酸相气体转移到产甲烷相作为底物，产甲烷相厌氧消化转化产生甲烷。2.根据权利要求1所述的强化乳酸定向转化的两相厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，所述的埃氏巨球型菌(Megasphaera elsdenii)ATCC 12561的接种量为2
‑
5％(vol/vol)，接种浓度为2
‑4×
108CFU/mL。3.根据权利要求1所述的强化乳酸定向转化的两相厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，所述的水解酸化相中加入乙酸根。4.根据权利要求1所述的强化乳酸定向转化的两相厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，转移到产甲烷化相的所述产酸相气体的氢气与二氧化碳的体积比大于等于4。5.根据权利要求1所述的强化乳酸定向转化的两相厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，所述水解酸化相的pH为6.0
±
1.0。6.根据权利要求1所述的强化乳酸定向转化的两相厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，所述水解酸化相和产甲烷相的温度维持在37℃。7.根据权利要求1所述的强化乳酸定向转化的两相厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，所述水解酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄焕忠，罗丽雯，
申请(专利权)人：香港浸会大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：