[發明專利]一種強化餐廚垃圾/污泥共發酵產揮發性脂肪酸的方法

在審

• 申請號: 201510746163.9
• 申請日: 2015-11-05
• 公開（公告）號: CN105296547A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發明（設計）人: 趙由才;周濤;牛冬杰;柴曉利;李陽;李杭芬
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C12P7/40
• 分類號: C12P7/40
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 陳龍梅

技術領域

本發明涉及一種強化餐廚垃圾/污泥共發酵產揮發性脂肪酸的方法，屬于餐廚垃圾和污泥無害化處理和資源化利用技術領域。

背景技術

餐廚垃圾主要來源于食物加工廠、生活垃圾、商用廚房、自助餐店和飯店等。在亞洲國家，2005～2025年間，城市中產生的餐廚垃圾將從每年的2.78億噸增加到4.16億噸。在我國，城鎮餐廚垃圾產量也急劇增加，如上海、香港生活垃圾產量分別達到1300t/d和3200t/d，其中餐廚垃圾是主要組成成分。餐廚垃圾具有高含水率、高有機質等特點，易使生活垃圾腐敗，產生二次污染。因此，餐廚垃圾合理的資源化處置對城市生活具有重要意義。至今為止，關于餐廚垃圾無害化處理和資源化利用方面，厭氧發酵被認為是最具有成效的處理技術。厭氧發酵是一系列厭氧微生物在無氧的條件下，將有機質分解為生物氣(CH₄、CO₂)和富氮殘渣的方法，以此獲取沼氣和氫氣等能源。餐廚垃圾厭氧發酵經歷水解酸化、產氫產乙酸和產甲烷三個階段，揮發性脂肪酸(VolatileFattyAcids，簡稱VFA)是發酵過程的必然產物。VFA是一種被廣泛使用的碳源，可以用于污水處理廠氮磷的去除、生產可生物降解塑料、合成生物氣和PHAs以及用于發電等。然而，目前VFA主要通過化學合成方法從化石燃料中提取獲得，這種方法不僅消耗了大量稀缺不可再生資源，且獲得VFA成本過高。因此，有機物的厭氧發酵近年來被認為是生產VFA的可替代方法。餐廚垃圾中有機質含量高、營養豐富等特點，使其成為厭氧發酵生產VFA的理想底物。影響餐廚垃圾厭氧發酵產VFA的影響因素很多，其中pH、C/N、接種物在厭氧發酵產VFA過程中起到很大作用。目前，關于強化餐廚垃圾厭氧發酵產VFA的方法主要集中在向發酵基質中添加非離子表面活性劑，如中國專利《利用餐廚垃圾生產短鏈揮發性脂肪酸的方法及短鏈揮發性脂肪酸》(授權公告號CN104498541A，授權公告日2015.04.08)提供了一種利用在攪拌條件下，向發酵基質中添加烷基多苷，實現了餐廚垃圾的減量化、資源化和無害化處理，獲得了較高產率的揮發性脂肪酸。中國專利《一種超聲/酸處理強化餐廚垃圾厭氧發酵產酸的方法》(授權公告號CN103923951A，授權公告日2014.07.16)提供了一種利用超聲和酸破解餐廚垃圾，使固相中的有機物最大程度地釋放到液相中，提高發酵過程中揮發性脂肪酸的產量。本課題組在前期也研究了利用外加菌種提高餐廚垃圾厭氧發酵過程中揮發性脂肪酸的產量以及乙酸的比例(中國專利，申請號CN201410073745.0)。但是關于電刺激促進微生物生長，強化微生物酶活性代謝，提高餐廚垃圾和污泥共厭氧發酵產揮發性脂肪酸的方法還未見報道。

發明內容

本發明的目的是針對現有餐廚垃圾或污泥單獨厭氧發酵過程中揮發性脂肪酸產量不高的問題，提供一種微電刺激餐廚垃圾和污泥共厭氧發酵產揮發性脂肪酸的方法，該方法具有投資運行成本較低、工藝流程簡單易行等優點。

為了達到上述目的，本發明用富含大量蛋白質的污泥，將餐廚垃圾與污泥共同厭氧發酵，如此不僅能夠平衡C/N，同時污泥可以作為接種物，增加厭氧體系中VFA的產出，同時，選擇合適的pH能抑制產甲烷菌的活性，使體系內VFA的產量積累，而且用微電刺激強化餐廚垃圾和污泥共厭氧發酵使揮發性脂肪酸產量提高30％以上。

具體工藝如下：

A，取壓榨后的餐廚垃圾，剔除骨頭，與自來水按質量比為1：1混合并用電攪拌機攪碎，得到餐廚垃圾漿液；

B，污泥取自污水處理廠二沉池；

C，將餐廚垃圾漿液與污泥按照體積比為2：3加到有效體積為500mL的發酵罐進行厭氧發酵；厭氧發酵過程中維持pH為5.50～6.50，厭氧發酵是在室溫下進行的。

D，采用電壓為0.3V～1V微電場定期刺激厭氧發酵體系，經過144～192h完成微電場刺激餐廚垃圾和污泥共厭氧發酵產揮發性脂肪酸。

所述步驟D定期刺激發酵體系是指厭氧發酵前4d，每隔24h向厭氧發酵體系施加0.3V、0.5V、1V電壓，電壓刺激時間為5min/次。

所述步驟A餐廚垃圾漿液TS為11.27±0.08％，VS為10.11±0.05％，TCOD為189.6±6.3g/L，SCOD為56.2±4.2g/L，pH為5.32±0.02，4℃下靜置12h，去除浮油后，備用。

所述步驟B污泥TS為1.06±0.01％，VS為0.75±0.01％，TCOD為7456±230mg/L，SCOD為169.6±10.2mg/L，pH為6.34±0.02，4℃下保存，備用。