申請(qǐng)日2013.09.18

　　公開(kāi)(公告)日2014.01.15

　　IPC分類號(hào)C12P7/54; C12P7/52; C07C51/42; C07C53/124; C07C53/08

　　摘要

　　本發(fā)明公開(kāi)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(shí)，能制得高附加值產(chǎn)品乙酸和丁酸。

　　權(quán)利要求書

　　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(guò)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℃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(guò)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℃～190℃。

　　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(shí)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℃～140℃，上層分餾液 即為乙酸，分餾塔底部為丁酸。

　　說(shuō)明書

　　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

　　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)

　　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(lái) 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(guó)家統(tǒng)計(jì)局2011年數(shù)據(jù)顯示全國(guó)城市生活 垃圾清運(yùn)量達(dá)16395.3萬(wàn)噸，其中無(wú)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。

　　而我國(guó)餐廚垃圾的產(chǎn)生量超過(guò)城市垃圾總量的40%，并且隨著我國(guó)居 民生活水平的不斷提高，餐廚垃圾的產(chǎn)量還會(huì)繼續(xù)上升。從目前國(guó)內(nèi)外的 技術(shù)發(fā)展看，對(duì)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(duì)填埋場(chǎng)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(wèn)題。

　　同時(shí)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)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(zhǎng)的污泥量。

　　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(duì)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(qǐng)?zhí)枮?01110247369.9的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)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(duì)乙酸的 分離提取方法。

　　申請(qǐng)?zhí)枮?01110344830.2的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)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(duì)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(wú)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 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(jié)果顯示，在弱堿 性條件下對(duì)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

　　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(shí)，能制得高附加值產(chǎn)品乙酸和丁酸。

　　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。

　　針對(duì)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(guò)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(duì)餐廚垃圾進(jìn)行缺氧(無(wú)需控制嚴(yán)格厭氧)發(fā)酵， 采用蒸餾—萃取—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。

　　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。

　　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%。

　　作為優(yōu)選，步驟(1)中缺氧發(fā)酵過(guò)程中控制發(fā)酵混合液的pH值為 3.5～6.0。

　　作為優(yōu)選，步驟(1)中缺氧發(fā)酵在25～35℃條件下攪拌15～30d。

　　作為優(yōu)選，步驟(1)中的預(yù)處理過(guò)程為依次進(jìn)行篩選、破碎和勻漿。

　　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(zhǎng)環(huán)境，提高產(chǎn)酸菌的活性，發(fā)酵過(guò)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(huì)略低，所以 適當(dāng)延長(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間。

　　作為優(yōu)選，步驟(2)中蒸餾溫度為170℃～190℃。

　　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。

　　作為優(yōu)選，步驟(3)中萃取時(shí)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。

　　剩余水相和萃取劑的回用做到了工藝過(guò)程中的原料循環(huán)使用，大大節(jié) 約了成本。

　　作為優(yōu)選，步驟(4)分餾塔溫度為120℃～140℃，上層分餾液即為 乙酸，分餾塔底部為丁酸。

　　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(shí) 可實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾和剩余污泥的減量化;其次經(jīng)過(guò)蒸餾—萃取—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(guò)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。

　　本發(fā)明利用接種污水處理廠剩余污泥對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行缺氧(無(wú)需控制 嚴(yán)格厭氧)發(fā)酵，同時(shí)對(duì)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)。