[發明專利]一種餐廚垃圾聯合剩余污泥發酵制乙酸和丁酸的方法

有效

• 申請號: 201310428321.7
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103509829A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 王坤;殷峻;馮華軍;沈東升
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: C12P7/54
• 分類號: C12P7/54;C12P7/52;C07C53/08;C07C53/124;C07C51/42
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于環境生物資源化技術領域，具體涉及一種餐廚垃圾聯合剩余污泥發酵制乙酸和丁酸的方法。

背景技術

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、學校食堂、居民區及食品加工廠等。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，極易造成環境污染。國家統計局2011年數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生填埋和焚燒為主，兩者處理能力分別為300195噸/天和94114噸/天。

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上升。從目前國內外的技術發展看，對餐廚垃圾的處理技術主要有：好氧發酵堆肥、厭氧消化制沼氣和肥料、酶解發酵制乙醇、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。

同時，據統計，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，一些現有的污泥處理與處置技術不能滿足日益增長的污泥量。

在現有技術中，人們發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：申請號為201110247369.9的中國發明專利申請公開了一種利用污泥發酵生產乙酸的方法，其中利用厭氧消化污泥經風干，滅芽孢桿菌，活化后作為發酵微生物，乳糖作為發酵原料制得乙酸，但卻缺少對乙酸的分離提取方法。

申請號為201110344830.2的中國發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，在對發酵后剩余物進行適當處理后，能基本實現餐廚垃圾的無害化和資源化。Chen?Y.G.等人發表于《Applied?energy》上的文獻Enhanced?production?of?short-chain?fatty?acid?by?co-fermentation?of?waste?activated?sludge?and?kitchen?waste?under?alkaline?conditions?and?its?application?to?microbial?fuel?cells的研究結果顯示，在弱堿性條件下對餐廚垃圾與剩余污泥進行聯合發酵產揮發性脂肪酸較多，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酵產酸，并從發酵液中提取產物的論文與專利并不多。

發明內容

本發明提供了一種餐廚垃圾聯合剩余污泥發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。

一種餐廚垃圾聯合剩余污泥發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酵混合液，所述發酵混合液在酸性條件下進行缺氧發酵，收集發酵液；

（2）將所述發酵液調節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濃縮，得濃縮液；

（4）將所述濃縮液分餾分別收集乙酸和丁酸。

針對發酵液成分復雜，其中60%以上為揮發性有機酸，而經過酸性發酵后的發酵液中的有機酸90%以上為乙酸和丁酸的這一特點，本發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）發酵，采用蒸餾—萃取—分餾工藝，蒸餾使得發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。

作為優選，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。

作為優選，步驟（1）中所述發酵混合液中總固體含量的質量濃度為5%～15%。

作為優選，步驟（1）中缺氧發酵過程中控制發酵混合液的pH值為3.5～6.0。

作為優選，步驟（1）中缺氧發酵在25～35℃條件下攪拌15～30d。

作為優選，步驟（1）中的預處理過程為依次進行篩選、破碎和勻漿。