一種餐廚垃圾聯(lián)合剩余污泥發(fā)酵制乙酸和丁酸的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種餐廚垃圾聯(lián)合剩余污泥發(fā)酵制乙酸和丁酸的方法，包括如下步驟：（1）將預(yù)處理后的餐廚垃圾與剩余污泥混合得到發(fā)酵混合液，所述發(fā)酵混合液在酸性條件下進(jìn)行缺氧發(fā)酵，收集發(fā)酵液；（2）將所述發(fā)酵液調(diào)節(jié)pH至3以下進(jìn)行蒸餾，收集蒸餾液；（3）將所述蒸餾液冷卻后與萃取劑混合進(jìn)行萃取，收集萃取液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，得濃縮液；（4）將所述濃縮液分餾分別收集乙酸和丁酸。本發(fā)明在處理餐廚垃圾與剩余污泥的同時，能制得高附加值產(chǎn)品乙酸和丁酸。
【專利說明】一種餐廚垃圾聯(lián)合剩余污泥發(fā)酵制乙酸和丁酸的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境生物資源化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種餐廚垃圾聯(lián)合剩余污泥發(fā)酵制乙酸和丁酸的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]餐廚垃圾是指在居民日常生活以及食品加工中產(chǎn)生的食物廢料，其來源主要集中在餐飲行業(yè)、學(xué)校食堂、居民區(qū)及食品加工廠等。餐廚垃圾成分十分復(fù)雜，具有高有機(jī)質(zhì)，高蛋白，高鹽度和高含水率的特點(diǎn)，如果處理不當(dāng)，極易造成環(huán)境污染。國家統(tǒng)計局2011年數(shù)據(jù)顯示全國城市生活垃圾清運(yùn)量達(dá)16395.3萬噸，其中無害化處理方式以衛(wèi)生填埋和焚燒為主，兩者處理能力分別為300195噸/天和94114噸/天。
[0003]而我國餐廚垃圾的產(chǎn)生量超過城市垃圾總量的40%，并且隨著我國居民生活水平的不斷提高，餐廚垃圾的產(chǎn)量還會繼續(xù)上升。從目前國內(nèi)外的技術(shù)發(fā)展看，對餐廚垃圾的處理技術(shù)主要有:好氧發(fā)酵堆肥、厭氧消化制沼氣和肥料、酶解發(fā)酵制乙醇、焚燒處理、填埋處理等。由于餐廚垃圾含水率高，熱值低，不適宜焚燒；采用填埋方式處理餐廚垃圾，不僅占用空間大，還易對填埋場環(huán)境造成破壞，好氧堆肥則存在產(chǎn)品銷售困難，容易產(chǎn)生惡臭和溫室氣體等一系列問題。
[0004]同時，據(jù)統(tǒng)計，我國城市污水處理廠的剩余污泥產(chǎn)量約為130*104t (干重)，并且以每年15%以上的速度遞增也在逐年上升，一些現(xiàn)有的污泥處理與處置技術(shù)不能滿足日益增長的污泥量。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)中，人們發(fā)明了多種不同的工藝和方法試圖對餐廚垃圾和剩余污泥進(jìn)行妥善處理，主要的處理方法有利用消化污泥制乙酸，將垃圾進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，利用生物制劑從餐廚垃圾制得燃料丁醇或者乙醇等。例如:申請?zhí)枮?01110247369.9的中國發(fā)明專利申請公開了一種利用污泥發(fā)酵生`產(chǎn)乙酸的方法，其中利用厭氧消化污泥經(jīng)風(fēng)干，滅芽孢桿菌，活化后作為發(fā)酵微生物，乳糖作為發(fā)酵原料制得乙酸，但卻缺少對乙酸的分離提取方法。
[0006]申請?zhí)枮?01110344830.2的中國發(fā)明專利申請公開了一種餐廚垃圾資源化處理方法，主要包括垃圾分選、制漿、發(fā)酵產(chǎn)沼氣、沼渣制肥、油水分離，得到有效益的產(chǎn)物沼氣，在對發(fā)酵后剩余物進(jìn)行適當(dāng)處理后，能基本實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾的無害化和資源化。Chen Y.G.等人發(fā)表于〈〈Applied energy〉〉上的文獻(xiàn)Enhanced production of short-chain fatty acidby co-fermentation of waste activated sludge and kitchen waste under alkalineconditions and its application to microbial fuel cells 白勺石開究結(jié)果在弱ilEf生條件下對餐廚垃圾與剩余污泥進(jìn)行聯(lián)合發(fā)酵產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸較多，但其中各種酸所占比例均勻，成分復(fù)雜，不易純化分離。而涉及到如何在酸性條件下發(fā)酵產(chǎn)酸，并從發(fā)酵液中提取產(chǎn)物的論文與專利并不多。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明提供了一種餐廚垃圾聯(lián)合剩余污泥發(fā)酵制乙酸和丁酸的方法，在處理餐廚垃圾與剩余污泥的同時，能制得高附加值產(chǎn)品乙酸和丁酸。[0008]一種餐廚垃圾聯(lián)合剩余污泥發(fā)酵制乙酸和丁酸的方法，包括如下步驟:
[0009](I)將預(yù)處理后的餐廚垃圾與剩余污泥混合得到發(fā)酵混合液，所述發(fā)酵混合液在酸性條件下進(jìn)行缺氧發(fā)酵，收集發(fā)酵液；
[0010](2)將所述發(fā)酵液調(diào)節(jié)pH至3以下進(jìn)行蒸餾，收集蒸餾液；
[0011](3)將所述蒸餾液冷卻后與萃取劑混合進(jìn)行萃取，收集萃取液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，得濃縮液；
[0012](4)將所述濃縮液分餾分別收集乙酸和丁酸。
[0013]針對發(fā)酵液成分復(fù)雜，其中60%以上為揮發(fā)性有機(jī)酸，而經(jīng)過酸性發(fā)酵后的發(fā)酵液中的有機(jī)酸90%以上為乙酸和丁酸的這一特點(diǎn)，本發(fā)明利用接種污水處理廠剩余污泥對餐廚垃圾進(jìn)行缺氧(無需控制嚴(yán)格厭氧)發(fā)酵，采用蒸餾一萃取一分餾工藝，蒸餾使得發(fā)酵液中的剩余碳水化合物、蛋白質(zhì)及其他可溶雜質(zhì)得到去除，并分離出含高濃度的揮發(fā)性有機(jī)酸的水溶液，再利用萃取劑多次萃取，濃縮得到有機(jī)酸，最后濃縮的有機(jī)酸經(jīng)分餾得到乙酸和丁酸。
[0014]作為優(yōu)選，步驟(1)中所述餐廚垃圾與剩余污泥的干重質(zhì)量比為3:1~7:1。
[0015]作為優(yōu)選，步驟(1)中所述發(fā)酵混合液中總固體含量的質(zhì)量濃度為5%~15%。
[0016]作為優(yōu)選，步驟(1)中缺氧發(fā)酵過程中控制發(fā)酵混合液的pH值為3.5~6.0。
[0017]作為優(yōu)選，步驟(1)中缺氧發(fā)酵在25~35°C條件下攪拌15~30d。
[0018]作為優(yōu)選，步驟(1)中的預(yù)處理過程為依次進(jìn)行篩選、破碎和勻漿。
[0019]餐廚垃圾與剩余污泥的比例用于調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)腃/N比，為發(fā)酵微生物提供最適生長環(huán)境，提高產(chǎn)酸菌的活性，發(fā)酵過程中低的PH條件和缺氧條件產(chǎn)甲烷菌受到抑制，由于在低PH條件下，微生物的活性會略低，所以適當(dāng)延長發(fā)酵時間。
[0020]作為優(yōu)選，步驟(2)中蒸餾溫度為170°C~190°C。
[0021]作為優(yōu)選，步驟(3)中萃取劑為乙酸乙酯，萃取劑與蒸餾液的體積比為1:1~3:1，萃取后的水相回用作初始發(fā)酵用水。
[0022]作為優(yōu)選，步驟(3)中萃取時間為5~10分鐘，萃取次數(shù)為2~6次，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后的乙酸乙酯重復(fù)使用。
[0023]剩余水相和萃取劑的回用做到了工藝過程中的原料循環(huán)使用，大大節(jié)約了成本。
[0024]作為優(yōu)選，步驟(4)分餾塔溫度為120°C~140°C，上層分餾液即為乙酸，分餾塔底部為丁酸。
[0025]經(jīng)采用上述方案，本發(fā)明具有良好的環(huán)境效應(yīng)，在生產(chǎn)發(fā)酵液的同時可實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾和剩余污泥的減量化；其次經(jīng)過蒸懼一萃取一分餾的工藝后，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)物中乙酸和丁酸的分離，得到了高附加值產(chǎn)品，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益；最后，在乙酸和丁酸的分離過程中，萃取殘液和萃取劑得到了重復(fù)使用，進(jìn)一步減少了成本，增加了本發(fā)明產(chǎn)業(yè)化的可能性。
[0026]本發(fā)明利用接種污水處理廠剩余污泥對餐廚垃圾進(jìn)行缺氧(無需控制嚴(yán)格厭氧)發(fā)酵，同時對這兩種固體廢物進(jìn)行資源化，并能分離得到發(fā)酵產(chǎn)物乙酸和丁酸。乙酸和丁酸回收率可分別達(dá)到60%和85%，其乙酸、丁酸的產(chǎn)率分別可達(dá)60~70g每千克垃圾和污泥(干重)和250~300g每千克垃圾和污泥(干重)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明的工藝流程圖【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合實(shí)例作進(jìn)一步詳細(xì)說明，其中發(fā)酵液和最終分餾產(chǎn)物中乙酸、丁酸的測定方法采用本領(lǐng)域常規(guī)測定方法，例如參照相關(guān)文獻(xiàn)Lin等發(fā)表于〈Bioresourcetechnology),文獻(xiàn)名稱為 Effect of initial pH on mesophilic hydrolysis andacidification of swine manure.136 (2013) 302-308)中公開的方法,測定時需將樣品稀釋10-50倍，過0.22微米濾膜后經(jīng)甲酸酸化，用氣相色譜進(jìn)行分析。餐廚垃圾與剩余污泥分別取自某大學(xué)食堂和城市污水處理廠二沉池污泥，并對其進(jìn)行成分分析，結(jié)果如
【權(quán)利要求】
1.一種餐廚垃圾聯(lián)合剩余污泥發(fā)酵制乙酸和丁酸的方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將預(yù)處理后的餐廚垃圾與剩余污泥混合得到發(fā)酵混合液，所述發(fā)酵混合液在酸性條件下進(jìn)行缺氧發(fā)酵，收集發(fā)酵液； (2)將所述發(fā)酵液調(diào)節(jié)pH至3以下進(jìn)行蒸餾，收集蒸餾液； (3)將所述蒸餾液冷卻后與萃取劑混合進(jìn)行萃取，收集萃取液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，得濃縮液； (4)將所述濃縮液分餾分別收集乙酸和丁酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述餐廚垃圾聯(lián)合剩余污泥發(fā)酵制乙酸和丁酸的方法，其特征在于，步驟(1)中所述餐廚垃圾與剩余污泥的干重質(zhì)量比為3:1~7:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述餐廚垃圾聯(lián)合剩余污泥發(fā)酵制乙酸和丁酸的方法，其特征在于,步驟(1)中所述發(fā)酵混合液中總固體含量的質(zhì)量濃度為5%~15%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述餐廚垃圾聯(lián)合剩余污泥發(fā)酵制乙酸和丁酸的方法，其特征在于，步驟(1)中缺氧發(fā)酵過程中控制發(fā)酵混合液的pH值為3.5~6.0。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述餐廚垃圾聯(lián)合剩余污泥發(fā)酵制乙酸和丁酸的方法，其特征在于，步驟(1)中缺氧發(fā)酵在25~35°C條件下攪拌15~30d。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述餐廚垃圾聯(lián)合剩余污泥發(fā)酵制乙酸和丁酸的方法，其特征在于，步驟(1)中的預(yù)處理過程為依次進(jìn)行篩選、破碎和勻漿。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述餐廚垃圾聯(lián)合剩余污泥發(fā)酵制乙酸和丁酸的方法，其特征在于，步驟(2)中蒸餾溫度為170°C~190°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述餐廚垃圾聯(lián)合剩余污泥發(fā)酵制乙酸和丁酸的方法，其特征在于，步驟(3)中萃取劑為乙酸乙酯，萃取劑與蒸餾液的體積比為1:1~3:1。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述餐廚垃圾聯(lián)合剩余污泥發(fā)酵制乙酸和丁酸的方法，其特征在于,步驟(3)中萃取時間為5~10分鐘,萃取次數(shù)為2~6次。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述餐廚垃圾聯(lián)合剩余污泥發(fā)酵制乙酸和丁酸的方法，其特征在于，步驟(4)分餾塔溫度為120°C~140°C，上層分餾液即為乙酸，分餾塔底部為丁酸。
【文檔編號】C07C51/42GK103509829SQ201310428321
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】王坤, 殷峻, 馮華軍, 沈東升 申請人:浙江工商大學(xué)