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行缺氧發(fā)酵，收集發(fā)酵液；（2）將所述發(fā)酵液調節(jié)pH至3以下進行蒸餾，收集蒸餾液；（3）將所述蒸餾液冷卻后與萃取劑混合進行萃取，收集萃取液進行蒸發(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
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境生物資源化【技術領域】，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】
[0002]餐廚垃圾是指在居民日常生活以及食品加工中產生的食物廢料，其來源主要集中在餐飲行業(yè)、學校食堂、居民區(qū)及食品加工廠等。餐廚垃圾成分十分復雜，具有高有機質，高蛋白，高鹽度和高含水率的特點，如果處理不當，極易造成環(huán)境污染。國家統(tǒng)計局2011年數(shù)據顯示全國城市生活垃圾清運量達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，餐廚垃圾的產量還會繼續(xù)上升。從目前國內外的技術發(fā)展看，對餐廚垃圾的處理技術主要有: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，好氧堆肥則存在產品銷售困難，容易產生惡臭和溫室氣體等一系列問題。
[0004]同時，據統(tǒng)計，我國城市污水處理廠的剩余污泥產量約為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不能滿足日益增長的污泥量。
[0005]在現(xiàn)有技術中，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，將垃圾進行厭氧發(fā)酵產沼氣，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`產乙酸的方法，其中利用厭氧消化污泥經風干，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)酵產沼氣、沼渣制肥、油水分離，得到有效益的產物沼氣，在對發(fā)酵后剩余物進行適當處理后，能基本實現(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 白勺石開究結果在弱ilEf生條件下對餐廚垃圾與剩余污泥進行聯(lián)合發(fā)酵產揮發(fā)性脂肪酸較多，但其中各種酸所占比例均勻，成分復雜，不易純化分離。而涉及到如何在酸性條件下發(fā)酵產酸，并從發(fā)酵液中提取產物的論文與專利并不多。

【發(fā)明內容】
[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行缺氧發(fā)酵，收集發(fā)酵液；
[0010](2)將所述發(fā)酵液調節(jié)pH至3以下進行蒸餾，收集蒸餾液；
[0011](3)將所述蒸餾液冷卻后與萃取劑混合進行萃取，收集萃取液進行蒸發(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)酵液成分復雜，其中60%以上為揮發(fā)性有機酸，而經過酸性發(fā)酵后的發(fā)酵液中的有機酸90%以上為乙酸和丁酸的這一特點，本發(fā)明利用接種污水處理廠剩余污泥對餐廚垃圾進行缺氧(無需控制嚴格厭氧)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、蛋白質及其他可溶雜質得到去除，并分離出含高濃度的揮發(fā)性有機酸的水溶液，再利用萃取劑多次萃取，濃縮得到有機酸，最后濃縮的有機酸經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)中的預處理過程為依次進行篩選、破碎和勻漿。
[0019]餐廚垃圾與剩余污泥的比例用于調節(jié)適當?shù)腃/N比，為發(fā)酵微生物提供最適生長環(huán)境，提高產酸菌的活性，發(fā)酵過程中低的PH條件和缺氧條件產甲烷菌受到抑制，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，旋轉蒸發(fā)后的乙酸乙酯重復使用。
[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]經采用上述方案，本發(fā)明具有良好的環(huán)境效應，在生產發(fā)酵液的同時可實現(xiàn)餐廚垃圾和剩余污泥的減量化；其次經過蒸懼一萃取一分餾的工藝后，實現(xiàn)了產物中乙酸和丁酸的分離，得到了高附加值產品，具有良好的經濟效益；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使用，進一步減少了成本，增加了本發(fā)明產業(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行缺氧(無需控制嚴格厭氧)發(fā)酵，同時對這兩種固體廢物進行資源化，并能分離得到發(fā)酵產物乙酸和丁酸。乙酸和丁酸回收率可分別達到60%和85%，其乙酸、丁酸的產率分別可達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【具體實施方式】
[0028]下面結合實例作進一步詳細說明，其中發(fā)酵液和最終分餾產物中乙酸、丁酸的測定方法采用本領域常規(guī)測定方法，例如參照相關文獻Lin等發(fā)表于〈Bioresourcetechnology),文獻名稱為 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微米濾膜后經甲酸酸化，用氣相色譜進行分析。餐廚垃圾與剩余污泥分別取自某大學食堂和城市污水處理廠二沉池污泥，并對其進行成分分析，結果如
【權利要求】
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行缺氧發(fā)酵，收集發(fā)酵液； (2)將所述發(fā)酵液調節(jié)pH至3以下進行蒸餾，收集蒸餾液； (3)將所述蒸餾液冷卻后與萃取劑混合進行萃取，收集萃取液進行蒸發(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.根據權利要求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量比為3:1~7:1。
3.根據權利要求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量濃度為5%~15%。
4.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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)中的預處理過程為依次進行篩選、破碎和勻漿。
7.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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