[发明专利]一种高产率的污泥开放体系合成己酸的方法

说明书

本发明提供了一种高产率的污泥开放体系合成己酸的方法，首先对厌氧污泥碱热处理，以小麦秸秆颗粒为基体，将克氏梭菌生物被膜到小麦秸秆上；再以带有克氏梭菌生物被膜的小麦秸秆载体与经碱热处理后的厌氧污泥按照1:25质量比例混合构建污泥开放体系；在无氧氛围下，添加含有乙醇和乙酸钾的底物，并补加营养液，然后密封发酵容器，于35‑39℃条件下发酵获得己酸。本发明以小麦秸秆为载体制备克氏梭菌生物被膜，强化产己酸菌群优势，提高了污泥开放体系的己酸产量。不仅解决了污泥开放体系己酸产量低的问题，还为乙醇和乙酸废水向己酸转化提供了方法。本方法效率较高，菌种耐受性强等特点，能够在乙醇和乙酸废水高值转化中推广。

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，涉及一种污泥开放体系合成己酸方法。

背景技术

己酸在工业中具有较高的应用价值，可以作为前体合成多种化学品。污泥开放体系在己酸发酵过程中不需高温灭菌，能够节省大量能量。在发酵过程中，污泥颗粒上能够形成多层不同功能的菌群，菌群的聚集生长能够使其具有更强抵御恶劣环境的能力。然而，污泥开放体系中具有代谢功能的菌群往往有上百种，产甲烷菌是最常见的菌群之一。用于产己酸时，底物往往被产甲烷菌利用，导致己酸产量较低。为避免产甲烷菌与己酸菌进行底物竞争，有研究利用化学试剂杀死产甲烷菌，然而，在杀死产甲烷时功能菌株的活性往往也被抑制。甲烷菌不能产生孢子，高温和强碱能够将其大部分致死，是去除污泥体系产甲烷菌的有效方法。

克氏梭菌是目前最为常见的产己酸菌之一。将克氏梭菌简单地加入污泥开放体系不能大幅提高污泥开放体系的产己酸能力，这是由于克氏梭菌对厌氧条件要求较为苛刻，且对环境中的参数变化较为灵敏，高浓度的底物或不适宜的pH将导致其失活，而高浓度底物又是合成高浓度己酸的必要条件。因此，提高克氏梭菌的生物活性及其对恶劣环境的耐受能力对提高己酸产量极为重要。

发明内容

针对污泥开放体系己酸产量较低和克氏梭菌耐受能力的问题，本发明提供一种污泥开放体系合成己酸方法，提高了克氏梭菌耐受的环境浓度以及所得己酸产物的浓度。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种高产率污泥开放体系合成己酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)厌氧污泥碱热处理：将取自河底的厌氧污泥用水稀释，调节pH至12-13并维持6h后，将其pH调节至7.0，加热煮沸10-30min，冷却至常温；

(2)克氏梭菌生物被膜培养：将小麦秸秆粉碎，取粉碎的小麦秸秆置于密闭容器中，加入培养基，在N₂条件下煮沸1-5min，待冷却至室温后，快速加入无水乙醇并密封；经上述灭菌操作后，加入无菌NaHCO₃溶液和Na₂S溶液，接种克氏梭菌后，置于37℃下静置培养120-144h；

(3)污泥开放体系构建：在N₂与CO₂混合气体氛围下，将带有克氏梭菌生物被膜的小麦秸秆载体与经碱热处理后的厌氧污泥按照1:25质量比例混合；

(4)开放体系己酸发酵：无氧氛围下，将步骤(3)所得污泥开放体系中添加含有乙醇和乙酸钾的底物，并补加营养液，然后密封发酵容器，于35-39℃条件下发酵120-144h获得己酸。

进一步地，所述步骤(1)中，厌氧污泥用水稀释后的总固体含量为4.5％～5％。

进一步地，步骤(2)中，小麦秸秆粉碎的粒径为0.5～1.0cm。

进一步地，步骤(2)中，载有克氏梭菌生物被膜的小麦秸秆与碱热处理后的厌氧污泥之间的混合比为1:25。

进一步地，步骤(4)中，向污泥开放体系中添加的底物中，乙醇含量不超过22g/L，乙酸钾的含量不超过18g/L。