[发明专利]一种定向调控木薯酒精废水厌氧发酵产酸组分的方法

说明书

技术领域

本发明属于废水资源化领域，具体涉及一种定向调控木薯酒精废水厌氧产酸组分的方法。

背景技术

挥发性脂肪酸（Volatile fatty acids, VFAs）长久以来被认为是厌氧发酵过程中的高附加值生物化学品。以挥发酸作为平台，可进一步开发生物燃料如甲烷，生物氢，生物柴油等，以及其他生物化学品，如生物塑料聚羟基脂肪酸脂（PHA）等。另外，VFAs本身作为脱氮除磷外碳源时，具有反硝化效率高，容易被微生物利用，且容易通过有机废水或污泥等有机质厌氧发酵获得等优点。最近几年，有报道表明剩余污泥酸化发酵液可以用作污水厂补充碳源，但是存在发酵液含有较高浓度的氨氮及磷需要进一步预处理，同时污泥酸化产生的碳源不足以供给污水厂所需的外碳源。此外，基于某些城市有机质碳水化合物含量高，而氮磷含量少的特性，很多研究的焦点转移到利用城市有机质如食品废物，酒糟，淀粉废水等发酵产生的VFAs作为外加碳源。因此，如何最大限度的提高有机质向VFAs的转化率有重要的意义，若进一步将VFAs作为原料生产其他化工产品时，则对VFAs组分有更严格的要求。研究表明，pH作为影响厌氧发酵过程的关键因素之一，不仅对发酵液中挥发酸的浓度有较大影响，在很大程度上也影响挥发酸的组成。但是这些研究主要集中在不同的发酵pH之间的横向比较。本发明提出通过控制pH的调节频率，进而定向调控VFA主要组分，同时提高产物中VFAs的浓度。

发明内容

本发明的目的在于以木薯酒精废水作为厌氧发酵基质，通过对pH调节方式的改变，达到提高发酵液中VFAs的浓度，以及定向调控产物中挥发酸组分分布的目的。所产生的发酵液为反硝化提供一种快速可利用的外加碳源新类型，也为木薯酒精废水提供一条新的资源化利用途径。同时为定向调控厌氧发酵过程中挥发酸的组成提供一种新思路。

本发明操作方便，在中温条件和碱性范围内（8-9），通过提高pH的调节频率，提高木薯酒精废水中VFAs的浓度，并在一定程度上控制各类挥发酸的比例。

本发明提出的一种定向调控木薯酒精废水厌氧产酸组分的方法，具体步骤如下：

启动发酵，将木薯酒精废水与接种污泥混合，调节混合液的pH值为8-9，在30-40^oC条件下低速搅拌进行厌氧发酵，促进有机质定向转化为以丁酸或者乙酸/丙酸为主要组分的挥发性脂肪酸；控制水力停留时间为2.5-3.5小时；木薯酒精废水与接种污泥体积比为9:1~6:1，接种污泥浓度VSS为10~13g/L。

本发明中，所述的木薯酒精废水指的是酒精厂蒸馏出水分离的上清液，SCOD为32-48g/L，其碳水化合物含量为8-12g/L，蛋白质为3-8g/L，乳酸含量为5-10g/L。

本发明中，所述接种污泥来自某造纸厂UASB反应器底部的颗粒污泥，颗粒污泥120-180g/L，VS为90-120g/L。

本发明中，所述pH值调节方式为下述三种中任一种： 

(1）仅调节初始pH，其后不再调节；

(2）每隔12h调节pH至设定值，用NaOH或其他碱性溶液调节；

(3）自动控制设备保持系统pH恒定至设定值。

本发明中，低速搅拌的搅拌速度为100~120r/min。

本发明中，酒精厂蒸馏出水分离的上清液，用NaOH或废碱液调节pH为碱性，调节频率分别为仅调节初始pH为8（或9），间隔12h调节至8（或9），恒定控制pH8（9），接种颗粒污泥，在中温厌氧条件下发酵，发酵3天后，发酵液中的优质碳源产率由0.27（仅调节初始pH8）提高到0.47（间隔12h调节pH至8）和0.67（恒定控制pH为8）。pH为9的条件下也有相似的规律，VFA产率由0.26（仅调节初始pH9）提高到0.68（间隔12h调节pH9）和0.81（恒定控制pH9）。发酵液中挥发酸的种类由以正丁酸为主（仅调节初始pH），转变为以乙酸和丙酸为主要产物的发酵类型（间隔调节pH和恒定控制pH方式）。

本发明的有益效果是：

(1) 为生物法脱氮除磷处理城镇废水和工业废水提供了一种获得优质的快速外加碳源的工艺方法。

(2) 通过pH调节方式的改变提高产物中VFAs的浓度，为提高有机质厌氧发酵产挥发酸以及定向调控挥发酸组成提供了一种新思路。

附图说明

图1 不同初始pH条件下木薯酒精废水厌氧产酸浓度。

图2 不同pH控制方式对木薯酒精废水厌氧产酸浓度的影响。

图3 不同pH控制方式对木薯酒精废水厌氧产酸组成的影响。

具体实施方式