[發明專利]一種鈣離子緩釋劑的制備及提高餐廚垃圾厭氧消化的方法

有效

• 申請號: 201310746129.2
• 申請日: 2013-12-30
• 公開（公告）號: CN103725715A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 劉研萍;周祺;李秀金;陳歡;宋梅;鄒德勛;袁海榮;朱寶寧
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C12P5/02
• 分類號: C12P5/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 耿小強

技術領域

本發明涉及鈣離子緩釋劑的制備方法，以及促進餐廚垃圾厭氧消化的方法，尤其涉及一種添加鈣離子緩釋劑提高餐廚垃圾厭氧消化產氣量的方法。

背景技術

隨著我國經濟的快速發展，人民生活水平不斷提高，餐飲業在各大城市中均處于高速發展階段。由此產生的餐廚垃圾產量日益增多的問題日趨嚴重，以北京、上海、廣州等大城市為例，其餐廚垃圾日產量均超過2000噸，不僅嚴重影響城市市容和人居環境，更對廣大人民的健康帶來極大危害。餐廚垃圾來源廣，一般產生于企事業單位、學校、農貿市場、超市以及餐飲服務行業。餐廚垃圾的特點是：脂肪含量高、含水率高、有機物含量高、在高溫條件下易腐爛變質、產生臭味等。如果不能得到及時處置，將對周圍的環境衛生造成嚴重影響。厭氧消化技術是餐廚垃圾處理的適宜技術之一，不僅能夠消除由此帶來的環境污染，還可以實現垃圾資源化。

相較于一般的厭氧消化原料如污泥、人畜糞便等，餐廚垃圾的油脂含量高，這一特點提高了餐廚垃圾厭氧消化系統穩定高效運行的難度。油脂類物質不溶于水，極易在厭氧消化過程中形成泡沫和浮渣層，當進料負荷提高時，油脂含量隨之加大，易造成工程應用中反應器的泄漏甚至爆炸；油脂進入厭氧消化系統后，在產酸細菌釋放的胞外脂肪酶水解作用下分解為甘油和長鏈脂肪酸（LCFA）。其中，長鏈脂肪酸（LCFA）可通過對厭氧微生物的吸附而破壞菌體細胞膜結構，對產甲烷菌產生抑制，造成反應器中揮發性脂肪酸的積累，引起反應器中pH嚴重下降，導致厭氧消化過程失敗。文獻：Hwu?C?S,Lettinga?G.Acute?toxicity?of?oleate?to?acetate-utilizing?methanogens?in?mesophilic?and?thermophilic?anaerobic?sludge[J].Enzyme?and?Microbial?Technology,1997,21:297～301。文中研究稱，采用單相完全混合式反應器的餐廚垃圾厭氧消化過程可能受到LCFA嚴重的影響。文獻：Angelidaki?I.,Ahring?B.K.Effects?of?free?long-chain?fatty?acids?on?thermophilic?anaerobic?digestion[J].Applied?Microbiology?and?Biotechnology，1992,37(6):808-812。文中研究稱，當油酸和硬脂酸的濃度分別為0.2g·L^-1和0.5g·L^-1時，嗜熱甲烷菌在55℃條件下厭氧消化產甲烷階段滯后；二者濃度分別提高到0.5g/L和1.0g/L時，厭氧消化過程停止。

通常情況下，為了減小油脂對餐廚垃圾厭氧消化產沼氣的抑制作用，需在反應前對餐廚垃圾進行除油預處理。將人工分揀后的餐廚垃圾采用脫水裝置進行固液分離；將分離出來的液相物質進行油水分離，提取餐廚垃圾中的液態油脂，固相再進行后續厭氧消化處理。進行除油預處理，增加了工程投資、運行成本和管理強度。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種鈣離子緩釋劑制備，并添加于餐廚垃圾水解過程中，匹配油脂水解的速率，生成硬脂酸鈣，減小長鏈脂肪酸對餐廚垃圾厭氧消化的抑制，以達到提高甲烷產氣量的方法。

控制釋放技術（Controlled?Release?Technology,簡稱CRT）是指將活性制劑（Active?Agent,簡稱AA）和基材（通常為高分子材料）結合在一起使活性制劑通過擴散等方式，在一定時間內，以預先設定的某一速度釋放到周圍的環境中去，從而在某段時間內，在特定的區域，活性制劑的濃度可以保持在某個事先設定的范圍內的技術。聚乙烯醇（PVA）是可降解聚合物，可作為特質控制釋放的基材，其具有毒性低、良好的生物相容性和水溶性，良好的成膜性、黏結力和乳化性，卓越的耐油脂和耐溶劑性能及良好的反應性、一定的生物降解性等特點。

本發明采用PVA作基材，將鈣離子均勻分散或溶解在PVA中，鈣離子通過體系中微孔擴散釋放，釋放初期存在暴釋現象，釋放按一級動力學進行，釋放速率與其表面積有關，有一定的緩釋期。該緩釋劑體系制備過程簡單，成本較低，效果可靠。制備出的鈣離子緩釋劑，用于促進餐廚垃圾的厭氧消化產氣量的提高。

具體步驟如下：