[发明专利]一种连续发酵制备高丙酸含量短链脂肪酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及一种短链脂肪酸的制备方法。

背景技术

已有研究表明，PHA（聚羟基脂肪酸酯）中PHV（聚羟基戊酸）含量的适当增加可以改善塑料的可塑性，其中通过提高发酵原料中的丙酸含量可以促进PHV的合成（Biotechnol.Bioeng.,2004,85,569-579）。同时，城市污水厂除磷技术是目前解决富营养化问题的关键技术之一。据报道，当进水丙酸/乙酸碳摩尔比从0.16提高为2.06时，除磷效率相应从68.1%提高至93.5%（Water Research,2004,38(1):27-36）。鉴于我国城市污水厂进水COD偏低，其中短链脂肪酸（SCFAs，包括乙酸和丙酸）的含量更低，因此，增加污水中的丙酸含量（与乙酸相比），更有利于除磷效果的提高。

有研究报道，将污水厂产生的污泥进行发酵，可以产生富含短链脂肪酸的发酵液（Environmental Science and Technology,2006,40:2025-2029），并可以通过加入大米或厨余垃圾提高污泥产生的短链脂肪酸中的丙酸含量（中国发明专利200810035585.5；Environmental Science and Technology,2009,43(12):4373-4380）。但是，丙酸的含量最高不超过50%，有待于进一步提高。

目前，用于微生物产物生产的主要工艺包括连续发酵和间歇发酵。连续发酵产丙酸的原理是通过向发酵罐内连续加入培养液和取出发酵液，可使发酵罐中的微生物一直维持在生长的某个阶段、同时降低代谢产物的积累，培养液浓度和代谢产品含量相对稳定，微生物在整个发酵过程中即可始终维持在稳定状态。与间歇发酵相比，连续发酵具有产品产量和质量稳定、发酵周期短、设备利用率高、易对过程进行优化等优点。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种短链脂肪酸的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种短链脂肪酸的制备方法，包含以下步骤：

（1）将污泥、厨余垃圾及碱混合并注入厌氧水解发酵罐，进行厌氧发酵；

（2）每间隔一段时间从厌氧发酵反应器中排出部分体积的发酵混合物，再加入新鲜污泥、厨余垃圾及碱；

（3）将排出的混合物离心，取出部分的离心下层固态物质（其它外排）加入水后在悬浮振荡器混合，然后与步骤（2）中的新鲜污泥、厨余垃圾及碱一同注入到厌氧水解发酵罐；取离心上清液到灭菌炉中灭菌，冷却至室温后，pH调至6-8，并注入到厌氧产酸发酵罐中；

（4）制备丙酸杆菌的种子培养液，并将其加入到厌氧产酸发酵罐中进行发酵产丙酸；

（5）每隔一段时间从厌氧产酸发酵罐中排出部分体积的发酵液，经离心后获得富含丙酸的发酵上清液液，同时向厌氧产酸发酵罐中补加灭菌过的离心上清液及丙酸杆菌种子培养液。

所述的碱为氢氧化钙（Ca(OH)₂）。

所述的步骤（1）污泥为城市污水厂初沉污泥或浓缩池剩余污泥，其中，总悬浮固体（TSS）含量为15-25g/L、挥发性悬浮固体/总悬浮固体（VS/TS）大于等于0.65、含水率大于98.0%。

所述的步骤（1）厨余垃圾为剔除筷子、碎骨、塑料、纸片、碎片等废物后，经粉碎机粉碎，过10目筛的垃圾，其含水率为65%-90%，TCOD为75~150g/L。

所述的步骤（1）污泥与厨余垃圾按干重质量比0.3:1～0.08:1混合，优选为0.18:1；混合后加水稀释TCOD为25-45g/L。

所述的步骤（1）厌氧发酵的温度为10～65℃，优选25℃

所述的步骤（1）中碱的加入量是污泥与厨余垃圾混合物干重总量的0.5~1.5%，优选1%。

所述的步骤（2）中的间隔时间为20~28h，优选24h。

所述的步骤（2）中发酵混合物的排出体积为加入反应器中总混合物体积的1/2-1/5，优选1/3。

所述的步骤（2）中新鲜污泥、厨余垃圾混合物的加入体积是排出混合物体积的30～70%，优选50%；碱的加入量是所加新鲜污泥与厨余垃圾混合干重的1~10%，优选3%。

所述的步骤（3）离心转速为1500~3500rpm，优选2500rpm,离心时间为2~8min，优选5min。

所述的步骤（3）中灭菌温度121℃，压力0.110MPa时间10～30min，优选20min。