[发明专利]一种基于pH调控的污泥生产己酸和庚酸的方法

说明书

本发明公开了一种基于pH调控的污泥生产己酸和庚酸的方法，包括以下步骤：(1)向污泥中加入碳水化合物，然后调节pH值至3.5‑4，在40‑55℃温度和厌氧条件下搅拌反应4‑6d，得发酵液一；(2)将污泥调节pH值至10‑12，然后在35‑40℃和厌氧条件下搅拌反应4‑6d，得发酵液二；(3)将步骤(1)所得发酵液一和步骤(2)所得发酵液二混合，调节pH值至5.5‑6，然后在35‑40℃和厌氧条件下搅拌反应7‑10d，得含有己酸和庚酸的发酵液。本发明利用剩余污泥获取己酸和庚酸，充分利用了污水处理所得污泥，有效解决了在污泥制中链脂肪酸过程中完全利用乙醇作为电子供体物质而造成的高昂生产成本等问题。

技术领域

本发明涉及有机废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种基于pH调控的污泥生产己酸和庚酸的方法。

背景技术

为满足人类人口增长、经济发展和环保保护的要求，基于活性污泥法的污水处理厂已经在城镇全面普及，由此也产生了大量难以处理的剩余污泥。中国2020年的剩余污泥产生量已超过六千万吨，其处理处置成本已经占到污水处理厂总运行成本的40％。当前污泥的主要处理处置工艺为干化+焚烧，此过程会将污泥有机物完全氧化为二氧化碳，是一种高碳排工艺，不仅会造成污泥有机资源的大量浪费，更不符合我国以“碳中和”为目标的低碳经济发展背景。因此，当前亟需探索以节能降耗及资源能源回收为目标的新型污泥处理处置技术，助力于提升我国水处理行业的碳减排水平。

污泥具有废物和资源的双重属性，其处理处置需兼顾减量化、无害化和资源化三重目标。厌氧生物技术是一种最常用和备受认可的废弃有机物资源化利用平台，除厌氧消化产沼气外，废弃有机物也可在相应功能微生物作用下转化为液体生物能源/化学品，包括乙醇、丁醇、乳酸、短链/中链脂肪酸等。其中，利用新兴的微生物碳链增长技术生产的中链脂肪酸具有极高的利用价值，既可直接用作抗菌剂、食品添加剂、润滑油等，也可被加工成塑料、橡胶、生物柴油和航空燃料等，可替代众多的石油衍生产品。此外，中链脂肪酸在水中的溶解度极低，使得其分离提取成本比其他液体生物能源显著更低，因而颇受化学和加工制造业的欢迎和重视。当前中链脂肪酸的市场价格高达3750-4400美元/吨，预计到2023年，中链脂肪酸的市场规模将达到80亿美元。为了降低中链脂肪酸的生产成本，国外已尝试利用废弃有机物作为生产原料。据悉，利用纽约乳酪厂的乳清废弃物每年可生产约8620吨中链脂肪酸，至少获得3200万美元的收益。

可见，利用废弃有机物生产中链脂肪酸有望减轻化工产业对化石资源的依赖、减少碳排放，同时缓解废弃有机物对环境的污染。剩余污泥可在碱性条件下发生水解酸化获得以短链脂肪酸为主的酸化液。短链脂肪酸是中链脂肪酸的前体物质，因此耦联污泥酸化与碳链增长技术是实现污泥向中链脂肪酸转化的基本思路，此过程中需要电子供体物质的参与。现有生产方法一般投加乙醇作为电子供体，并且乙醇的投量需要远高于短链脂肪酸含量，这就大大提高了中链脂肪酸的生产成本。因此，若能利用剩余污泥来产生电子供体，进而减少外源电子供体物质的投加量，则能大大提高此技术的经济效益。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种基于pH调控的污泥生产己酸和庚酸的方法，利用剩余污泥获取己酸和庚酸，充分利用了污水处理所得污泥，有效解决了在污泥制中链脂肪酸过程中完全利用乙醇作为电子供体物质而造成的高昂生产成本等问题。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于pH调控的污泥生产己酸和庚酸的方法，包括以下步骤：

(1)向污泥中加入碳水化合物，然后调节pH值至3.5-4，在40-55℃温度和厌氧条件下搅拌反应4-6d，得发酵液一；

(2)将污泥调节pH值至10-12，然后在35-40℃和厌氧条件下搅拌反应4-6d，得发酵液二；

(3)将步骤(1)所得发酵液一和步骤(2)所得发酵液二按体积比1:1混合，调节pH值至5.5-6，然后在35-40℃和厌氧条件下搅拌反应7-10d，得含有己酸和庚酸的发酵液。