本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)以及資源化，尤其是涉及餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)乙酸的方法。
背景技術(shù)：
1、隨著我國(guó)人口數(shù)量迅猛增長(zhǎng)，餐廚垃圾產(chǎn)量逐年增加，其處理處置問題亟待解決。厭氧發(fā)酵技術(shù)能夠?qū)⒉蛷N垃圾轉(zhuǎn)化為高值能源物質(zhì)，如揮發(fā)性脂肪酸(vfas)、甲烷等，并實(shí)現(xiàn)無害化和減量化。近年來，在無需滅菌操作的開放系統(tǒng)中通過混合微生物發(fā)酵的方法合成目標(biāo)產(chǎn)物逐漸成為餐廚垃圾高值化處理的研究熱點(diǎn)。
2、餐廚垃圾厭氧發(fā)酵所產(chǎn)vfas特別乙酸，不僅是合成高值化學(xué)品的原料，還可作為污水處理廠的優(yōu)質(zhì)補(bǔ)充碳源。因此，利用餐廚垃圾厭氧發(fā)酵制備vfas特別是乙酸兼具資源回收和污染控制的雙重優(yōu)勢(shì)。然而，在餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)乙酸過程中，與糖類底物相比，蛋白質(zhì)類底物轉(zhuǎn)化率較低，且底物代謝過程中還存在其他產(chǎn)物(如丙酸、丁酸、乙醇、乳酸等)的產(chǎn)生，與產(chǎn)乙酸的代謝途徑形成了競(jìng)爭(zhēng)，影響了整體厭氧發(fā)酵產(chǎn)乙酸性能。此外，餐廚垃圾的高油高鹽特性也直接或間接地影響厭氧發(fā)酵微生物的生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)，從而影響整個(gè)厭氧發(fā)酵系統(tǒng)穩(wěn)定性。因此，餐廚垃圾厭氧發(fā)酵過程存在提高目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)量難、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率低、微生物活性易受油脂和鹽分抑制、維持發(fā)酵系統(tǒng)穩(wěn)定性難等問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種促進(jìn)餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)乙酸的方法。本發(fā)明通過產(chǎn)乙酸菌和光催化材料的聯(lián)合作用，顯著促進(jìn)餐廚垃圾厭氧發(fā)酵制備乙酸，為餐廚垃圾資源化產(chǎn)酸提供新技術(shù)，推動(dòng)以餐廚垃圾為代表的城鎮(zhèn)濕垃圾資源化與無害化處理。
2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
3、一種促進(jìn)餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)乙酸的方法，在餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸反應(yīng)器中加入發(fā)酵混合菌、嗜蛋白產(chǎn)乙酸液和光催化材料，在光照條件下，控制一定的厭氧發(fā)酵溫度，進(jìn)行厭氧發(fā)酵反應(yīng)。
4、進(jìn)一步地，所述嗜蛋白產(chǎn)乙酸菌懸濁液的投加量為厭氧發(fā)酵反應(yīng)器有效容積的0.5％～3％，進(jìn)一步優(yōu)選為1％～2％。
5、進(jìn)一步地，所述光催化材料為硫化鎘或者氮化碳。
6、進(jìn)一步地，所述光源為紫外光或者可見光。
7、進(jìn)一步地，所述光催化材料添加量濃度范圍為10～500mg/l，進(jìn)一步優(yōu)選為50～300mg/l。
8、進(jìn)一步地，所述厭氧發(fā)酵底物ph為6～9，進(jìn)一步優(yōu)選為7～8。
9、進(jìn)一步地，所述厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸溫度為10～55℃，進(jìn)一步優(yōu)選為20～35℃。
10、進(jìn)一步地，所述厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸時(shí)間為2～10d，進(jìn)一步優(yōu)選為4～8d。
11、本發(fā)明中利用產(chǎn)乙酸菌和光催化材料聯(lián)合促進(jìn)餐廚垃圾厭氧發(fā)酵生產(chǎn)乙酸的基本原理如下：
12、狀氮化碳及硫化鎘納米粒子均具有良好的光吸收能力，是性能優(yōu)良且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的光催化材料。當(dāng)光線照射時(shí)，氮化碳或硫化鎘被激發(fā)后釋放出電子，活化分子氧，產(chǎn)生超氧自由基或羥基自由基轟擊co2并將其還原為乙酸，從而提高乙酸產(chǎn)量。此外，許多生命活動(dòng)都伴隨著自由基的產(chǎn)生、變化或消失，半導(dǎo)體光催化材料通過產(chǎn)生自由基還能影響微生物生理活動(dòng)，提高微生物代謝，也能夠提高乙酸產(chǎn)量。另外，碳化氮或硫化鎘對(duì)與厭氧發(fā)酵相關(guān)的微生物酶活性具有一定促進(jìn)作用，主要是由于一些參與厭氧發(fā)酵產(chǎn)乙酸的酶中含有少量的如鐵、鈷、錳等過渡金屬原(離)子，其活性部位又常常是酶的活性中心，加入碳化氮或硫化鎘能改變?cè)撛?離)子的存在形態(tài)從而增強(qiáng)一些酶的活性，進(jìn)而使得乙酸的產(chǎn)生量得以增加。
13、在利用產(chǎn)乙酸菌和光催化材料促進(jìn)餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)乙酸的過程中，為提高乙酸產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益，發(fā)酵產(chǎn)酸條件也需要得到很好控制。本發(fā)明中主要控制的反應(yīng)條件包括：添加材料的濃度、發(fā)酵溫度以及時(shí)間。本發(fā)明中，添加的光催化材料在10～500mg/l的范圍內(nèi)能夠有效促進(jìn)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為乙酸，綜合考慮原料成本與乙酸的累積產(chǎn)量的關(guān)系，本發(fā)明采用的較理想的材料添加范圍為50～500mg/l。發(fā)酵溫度與時(shí)間將影響有機(jī)物的水解效率以及系統(tǒng)中微生物的活性，從而影響乙酸累積。因此，本發(fā)明中，發(fā)酵溫度控制范圍為10～55℃，較為理想的范圍為20～35℃，厭氧發(fā)酵反應(yīng)時(shí)間控制范圍為2～10d，較為理想的范圍為4～8d。
14、本發(fā)明有益的技術(shù)效果在于：
15、(1)相比常規(guī)餐廚垃圾厭氧發(fā)酵，本方法可實(shí)現(xiàn)乙酸產(chǎn)量提升2～3倍，vfas中乙酸占比提升1～2倍，具有操作簡(jiǎn)便及乙酸產(chǎn)量增幅效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。
16、(2)材料及光源使系統(tǒng)產(chǎn)生超氧自由基或羥基自由基轟擊co2并將其還原為乙酸，不但提高乙酸產(chǎn)量，而且實(shí)現(xiàn)了co2減排；同時(shí)促進(jìn)產(chǎn)酸微生物中相關(guān)的酶活性，改善微生物細(xì)胞膜的通透性，影響細(xì)胞內(nèi)生物大分子的結(jié)構(gòu)以及參與生物反應(yīng)中的自由基，改善有機(jī)物的分解轉(zhuǎn)化效率，提高厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸速率和產(chǎn)量，有效地縮短發(fā)酵產(chǎn)酸的時(shí)間，減少產(chǎn)酸處理系統(tǒng)的容積，降低運(yùn)行成本。
17、(3)乙酸是一種重要的化工原料，應(yīng)用廣泛，而大部分工業(yè)用乙酸是通過甲醇的羰基化制備的，往往含有重金屬、苯類物質(zhì)等其他雜質(zhì)，并且合成過程會(huì)對(duì)環(huán)境造成負(fù)擔(dān)，因此，開發(fā)利用材料提高嗜蛋白產(chǎn)乙酸菌厭氧發(fā)酵生產(chǎn)乙酸的技術(shù)具有較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
18、(4)提高蛋白質(zhì)高效轉(zhuǎn)化為乙酸的概念能引申應(yīng)用于實(shí)際的蛋白質(zhì)廢水處理，能有效地將蛋白質(zhì)廢水以及其他工業(yè)廢水轉(zhuǎn)化為具有較高利用價(jià)值的乙酸，降低廢水中有機(jī)污物對(duì)環(huán)境的污染破壞作用，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念。
1.一種促進(jìn)餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)乙酸的方法，其特征在于，在餐廚垃圾厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中加入發(fā)酵混合菌、產(chǎn)乙酸菌和光催化材料，在光照條件下，控制一定的發(fā)酵溫度，進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，配制嗜蛋白產(chǎn)乙酸菌培養(yǎng)基，制備產(chǎn)乙酸菌的懸濁液并分裝。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，嗜蛋白產(chǎn)乙酸菌懸濁液的投加量為厭氧發(fā)酵反應(yīng)器有效容積的0.5％～3％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，投加材料為硫化鎘或者氮化碳。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，光源為紫外光或者可見光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，光催化材料添加量濃度范圍為10～500mg/l，進(jìn)一步優(yōu)選為50～300mg/l。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，厭氧發(fā)酵底物ph為6～9，進(jìn)一步優(yōu)選為7～8。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，厭氧發(fā)酵溫度為10～55℃，進(jìn)一步優(yōu)選為20～35℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，厭氧發(fā)酵時(shí)間為2～10d，進(jìn)一步優(yōu)選為4～8d。