專利名稱：一種從酒精酒糟廢水中制取丙酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物化工和廢水資源化領(lǐng)域，具體屬于一種在酒精酒糟廢水生物處理過程中通過調(diào)控厭氧反應(yīng)器啟動(dòng)運(yùn)行條件而定向生產(chǎn)、回收中間代謝產(chǎn)物丙酸的方法。
背景技術(shù)：
酒精酒糟廢水是高濃度有機(jī)廢水，如果不經(jīng)過處理直接排放，會(huì)對(duì)受納水體環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。目前，絕大多數(shù)酒精生產(chǎn)企業(yè)對(duì)酒精酒糟廢水都進(jìn)行厭氧-好氧生物處理，但只是單純的生物降解處理，除回收部分甲烷氣以外，很少進(jìn)行其他中間代謝產(chǎn)物的回收利用，這樣雖然消除了對(duì)外排水體環(huán)境的影響，但卻造成大量優(yōu)質(zhì)資源的無端浪費(fèi)。厭氧反應(yīng)器是高濃度酒精酒糟廢水生物處理必設(shè)的環(huán)節(jié)。在厭氧反應(yīng)器內(nèi)，首先是水解酸化菌群將廢水中的淀粉、蛋白質(zhì)、高級(jí)脂肪酸等大分子有機(jī)物水解為可溶性的小分子有機(jī)物，進(jìn)而再酸化為乙酸、丙酸、丁酸及醇等小分子有機(jī)物，然后，甲烷菌群再將乙酸、甲醇等小分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷、氫氣、二氧化碳等小分子物質(zhì)。厭氧反應(yīng)器的前段會(huì)在水解酸化菌的作用下產(chǎn)生大量的有機(jī)酸，反應(yīng)器運(yùn)行條件不同，反應(yīng)器內(nèi)富集的水解酸化菌群就不同，進(jìn)行的酸化類型以及產(chǎn)生的有機(jī)酸組成也不同。通過調(diào)控PH、氧化還原電位、 有機(jī)負(fù)荷及反應(yīng)時(shí)間等運(yùn)行條件使厭氧反應(yīng)器只進(jìn)行前段水解酸化，并使丙酸桿菌、水解菌等水解酸化菌群成為反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)菌群，使反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生定向的以產(chǎn)生丙酸為主的水解酸化反應(yīng)，從而產(chǎn)生大量目標(biāo)產(chǎn)物丙酸。酸化液進(jìn)行產(chǎn)物回收后再行后續(xù)的好氧處理。如此控制厭氧反應(yīng)器的啟動(dòng)運(yùn)行條件，定向調(diào)控菌群結(jié)構(gòu)、酸化類型及酸化產(chǎn)物的組成，在酒精酒糟廢水生物處理的同時(shí)，回收目標(biāo)產(chǎn)物，使廢水得以資源化再利用，可以大大提高經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。丙酸是重要的精細(xì)化工、基本化工原料和有機(jī)合成原料，可以制備丙酸鹽、酯、酰氯、酰胺和酸酐等。廣泛應(yīng)用于食品、飼料、橡膠、塑料、油漆、香料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、印刷等領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種從酒精酒糟廢水中制取丙酸的方法，即在廢水生物處理的同時(shí)，通過控制厭氧反應(yīng)器運(yùn)行條件，經(jīng)厭氧污泥多菌種混合定向發(fā)酵生產(chǎn)回收中間代謝產(chǎn)物丙酸，使高濃度的酒精酒糟廢水資源化。本發(fā)明提供的一種從酒精酒糟廢水中制取丙酸的方法，是一種采用上流式厭氧序批反應(yīng)器，以厭氧微生物學(xué)、生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)，調(diào)控生態(tài)環(huán)境因子及運(yùn)行條件， 使反應(yīng)器定向啟動(dòng)、運(yùn)行，形成以丙酸桿菌為優(yōu)勢(shì)菌群的多菌種混合的厭氧污泥，利用高濃度的酒精酒糟廢水產(chǎn)生目的代謝產(chǎn)物丙酸，并回收，剩余廢液再行后續(xù)的好氧處理，廢水達(dá)標(biāo)后排放。具體包括如下步驟
(1)、厭氧反應(yīng)器的啟動(dòng)采用上流式厭氧序批反應(yīng)器，填料為5 IOmm的陶粒和20mm 的塑料球，接種的污泥為反應(yīng)器有效容積的10 15% ；啟動(dòng)污泥負(fù)荷控制在1. 5^2. OkgCOD/ kgVSS ·(!之間，pH控制為6. 5，溫度控制為35°C，以通氣和添加還原劑的方式控制氧化還原電位(ORP)為-IOOmV 100mV，水力停留時(shí)間(HRT)控制在5. 5 6. 5h，反應(yīng)器閑置時(shí)間為 2. 5 3. 5 h，當(dāng)COD去除率達(dá)到85%時(shí)，逐漸提高進(jìn)水C0D，直至反應(yīng)器掛膜成功，運(yùn)行穩(wěn)定；
(2)、厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行調(diào)控反應(yīng)器生態(tài)環(huán)境因子，使pH為5.6飛.0，溫度為35°C，0RP 為-IOOmV IOOmV，進(jìn)水COD控制為10000 15000mg/L，HRT控制為4. 0 5. Oh,反應(yīng)器閑置時(shí)間為1. 0 1. 5 h，使反應(yīng)器只進(jìn)行前段水解酸化過程而盡量不進(jìn)行甲烷的生產(chǎn)過程，且反應(yīng)器內(nèi)以丙酸桿菌、水解菌為優(yōu)勢(shì)產(chǎn)酸菌群，進(jìn)行定向的丙酸酸化發(fā)酵；
(3)、步驟(2)運(yùn)行得到的處理液經(jīng)孔徑為1 2μπι膜過濾、陰離子交換樹脂靜態(tài)吸附、 洗脫樹脂、濃縮結(jié)晶得到丙酸產(chǎn)品。處理液中丙酸濃度可達(dá)進(jìn)水COD濃度的23. 6^35. 5%，丙酸產(chǎn)率為0. 48 0. 87g/L · h。所述步驟(1)中的還原劑為NaHB4。提取丙酸后的酸化廢液再進(jìn)入好氧反應(yīng)器進(jìn)行后續(xù)處理，廢水達(dá)標(biāo)后排放。本發(fā)明從酒精酒糟廢水中制取丙酸方法的優(yōu)點(diǎn)及效果
①、厭氧反應(yīng)器內(nèi)的水解酸化菌不是游離在反應(yīng)器的酸化液中，而是以生物膜的形式附著固定在填料上，這樣分布在膜內(nèi)及填料內(nèi)的丙酸桿菌就不直接與酸化液接觸，使產(chǎn)物丙酸對(duì)丙酸桿菌生長、繁殖的反饋抑制作用可以大大減緩，同時(shí)，水解酸化菌附著固定在填料上，使菌體易與酸化液分離，有利于產(chǎn)物丙酸的回收；
②、厭氧反應(yīng)器內(nèi)有多種水解菌和酸化菌，多菌種協(xié)同作用于酒精酒糟廢水中的有機(jī)底物，混合發(fā)酵定向產(chǎn)丙酸，產(chǎn)酸速度快、產(chǎn)量高；
③、酸化液經(jīng)過丙酸回收后，剩余廢液中有機(jī)物含量較低，降低了后續(xù)好氧處理的負(fù)荷，提高了酒精酒糟廢水的整體處理效率；
④、在酒精酒糟廢水生物處理的同時(shí)，不需額外增加發(fā)酵產(chǎn)酸設(shè)備，可以生產(chǎn)回收中間代謝產(chǎn)物丙酸，具有顯著的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益；
⑤、過程操作簡便，運(yùn)行穩(wěn)定，能耗低。
具體實(shí)施例方式酒精酒糟廢水取自太原酒廠。接種的污泥取自污水處理廠厭氧池剩余污泥。實(shí)施例1:
①、厭氧反應(yīng)器的啟動(dòng)反應(yīng)器有效容積為4L，接種的污泥為400mL，啟動(dòng)污泥負(fù)荷控制為1. 5kgC0D/kgVSS · d，pH為6. 5左右，溫度為左右，以通氣和添加NaHB4的方式控制ORP為-IOOmV，HRT為5. 5h，反應(yīng)器閑置2. 5 h ；
②、厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行反應(yīng)器正常啟動(dòng)并形成生物膜后，調(diào)控生態(tài)環(huán)境因子，使PH為 6. O左右，溫度為:35°C左右，ORP控制為-IOOmV,進(jìn)水COD為10000mg/L，HRT為4. Oh,反應(yīng)器閑置時(shí)間為1.0 h;
③、酸化液經(jīng)孔徑為1 2μπι膜過濾、陰離子交換樹脂靜態(tài)吸附、洗脫樹脂、濃縮結(jié)晶得到丙酸產(chǎn)品。酸化液中丙酸濃度為進(jìn)水COD濃度的23. 6%，丙酸產(chǎn)率為0. 48g/L · h。實(shí)施例2:
①、厭氧反應(yīng)器的啟動(dòng)反應(yīng)器有效容積為4L，接種的污泥為500mL，啟動(dòng)污泥負(fù)荷控制為1. 8kgC0D/kgVSS · d，pH為6. 5左右，溫度為左右，以通氣和添加NaHB4的方式控
4制ORP為IOOmV，HRT為6. Oh,反應(yīng)器閑置3. 0 h ；
②、厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行反應(yīng)器正常啟動(dòng)并形成生物膜后，調(diào)控生態(tài)環(huán)境因子，使PH為 5. 8，溫度為:35°C左右，ORP控制在IOOmV左右，進(jìn)水COD為12000mg/L，HRT為4. 5h，反應(yīng)器閑置時(shí)間為1. 5 h ；
③、酸化液經(jīng)孔徑為1 2μπι膜過濾、陰離子交換樹脂靜態(tài)吸附、洗脫樹脂、濃縮結(jié)晶得到丙酸產(chǎn)品。酸化液中丙酸濃度為進(jìn)水COD濃度的29. 6%，丙酸產(chǎn)率為0. 64g/L · h。
實(shí)施例3:
①、厭氧反應(yīng)器的啟動(dòng)反應(yīng)器有效容積為4L，接種的污泥為600mL，啟動(dòng)污泥負(fù)荷控制為2. OkgCOD/kgVSS · d，pH為6. 5左右，溫度為左右，以通氣和添加NaHB4的方式控制ORP為IOmV, HRT控制為6. 5h，反應(yīng)器閑置3. 5 h ；
②、厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行反應(yīng)器正常啟動(dòng)并形成生物膜后，調(diào)控生態(tài)環(huán)境因子，使PH為 5. 6，溫度為35°C左右，ORP控制為10mV，進(jìn)水COD控制為15000mg/L，HRT控制為5. Oh,反應(yīng)器閑置時(shí)間為1.5 h；
③、酸化液經(jīng)孔徑為1 2μπι膜過濾、陰離子交換樹脂靜態(tài)吸附、洗脫樹脂、濃縮結(jié)晶得到丙酸產(chǎn)品。酸化液中丙酸濃度為進(jìn)水COD濃度的35. 5%，丙酸產(chǎn)率為0. 87g/L · h。
權(quán)利要求
1.一種從酒精酒糟廢水中制取丙酸的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)、厭氧反應(yīng)器的啟動(dòng)采用上流式厭氧序批反應(yīng)器，填料為5 IOmm的陶粒和20mm 的塑料球，接種的污泥為反應(yīng)器有效容積的10 15% ；啟動(dòng)污泥負(fù)荷控制在1. 5^2. OkgCOD/ kgVSS ·(!之間，pH控制為6. 5，溫度控制為35°C，以通氣和添加還原劑的方式控制氧化還原電位為-IOOmV 100mV，水力停留時(shí)間控制在5. 5 6. 5h，反應(yīng)器閑置時(shí)間為2. 5 3. 5 h， 當(dāng)COD去除率達(dá)到85%時(shí)，逐漸提高進(jìn)水C0D，直至反應(yīng)器掛膜成功；(2)、厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行調(diào)控反應(yīng)器生態(tài)環(huán)境因子，使pH為5.6飛.0，溫度為35°C，氧化還原電位為-IOOmV 100mV，進(jìn)水COD為1000(Tl5000mg/L，水力停留時(shí)間控制為4. 0 5. Oh,反應(yīng)器閑置時(shí)間為1. 0 1. 5 h ；(3)、步驟(2)運(yùn)行得到的處理液經(jīng)孔徑為1 2μ m膜過濾、陰離子交換樹脂靜態(tài)吸附、 洗脫樹脂、濃縮結(jié)晶得到丙酸產(chǎn)品。
2.如權(quán)利要求1所述的一種從酒精酒糟廢水中制取丙酸的方法，其特征在于，所述步驟(1)中的還原劑為NaHB4。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種從酒精酒糟廢水中制取丙酸的方法，是采用能在填料上形成生物膜的上流式厭氧序批反應(yīng)器，通過調(diào)控生態(tài)環(huán)境因子，使反應(yīng)器定向啟動(dòng)、運(yùn)行，利用酒精酒糟廢水中的高濃度有機(jī)物產(chǎn)生目的代謝產(chǎn)物丙酸(丙酸濃度可達(dá)到進(jìn)水COD濃度的23.6~35.5%)，并回收，剩余廢液再行后續(xù)的好氧處理，廢水達(dá)標(biāo)后排放。本發(fā)明采用多菌種協(xié)同作用，混合發(fā)酵定向產(chǎn)丙酸，產(chǎn)酸速度快、產(chǎn)量高；在酒精酒糟廢水生物處理的同時(shí)，不需額外增加發(fā)酵產(chǎn)酸設(shè)備，可以生產(chǎn)回收中間代謝產(chǎn)物丙酸，具有明顯的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)C12P7/52GK102268463SQ20111015313
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月9日
發(fā)明者徐宏英, 王五洲, 胡鈺賢, 雷濤, 高春珍 申請(qǐng)人:太原科技大學(xué)