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利用餐厨垃圾生产短链挥发性脂肪酸的方法及短链挥发性脂肪酸的制作方法
本发明公开了一种利用餐厨垃圾生产短链挥发性脂肪酸的方法及短链挥发性脂肪酸,其具体方法包括以下步骤:以餐厨垃圾为发酵底物,以污泥为接种物进行搅拌混匀得到发酵基质;向发酵基质中添加烷基多苷,搅拌条件下进行厌氧发酵。本发明实现餐厨垃圾的减量化、资源化和无害化处理,具有运行成本低廉,收益高、短链挥发性脂肪酸产率高等优势。
【专利说明】利用餐厨垃圾生产短链挥发性脂肪酸的方法及短链挥发性脂肪酸
【技术领域】
[0001]本发明涉及固体废物处理【技术领域】,尤其涉及一种利用餐厨垃圾生产短链挥发性脂肪酸的方法,还涉及按照前述方法生产得到的短链挥发性脂肪酸。
【背景技术】
[0002]餐厨垃圾(俗称泔水)是城市生活垃圾的重要组成部分,2007年全国全年的餐厨垃圾产量约为9000万吨,并且餐厨垃圾的产量随着社会的发展呈现明显上升的趋势。餐厨垃圾具有含水率高,营养物质丰富等特点,上述特点致使餐厨垃圾极易腐烂,滋生病
原菌。若是处理不当会严重影响城市环境,甚至威胁到人类的健康。因此餐厨垃圾的处理处置问题成为环境保护领域的关键问题之一。
[0003]另一方面,水体富营养化问题日益突出,我国环保技术标准对污水处理厂出水的氮磷要求日益严格。生物脱氮除磷的实现依赖污水中大量可降解的有机碳源。然而,大多数情况下进水有机碳源的浓度往往不足。目前污水厂常采用投加碳源(例如:乙酸钠,甲醇等)的方式解决污水中碳源不足的问题。这些有机碳源的脱氮除磷效果较好,应用广泛,但也同样存在成本过高的问题。因此,急需开发更加低廉,有效的有机碳源。
[0004]餐厨垃圾厌氧发酵生产挥发性脂肪酸,可在实现有机物降解的同时,达到资源回收再利用的目的。该工艺生产的发酵液中含有大量的短链挥发性脂肪酸(SCFAs)等末端发酵产物,这些有机碳源可以作为污水生物脱氮除磷的外加碳源。传统的厌氧发酵存在发酵时间长(20?30天),产物转化率低等缺陷;因此,急需一种缩短发酵时间及提高产物转化率处理方法。
[0005]表面活性剂具有两亲的性能,即亲水性及亲油性,而且还具有增溶的作用,因此可以利用表面活性剂可以提高餐厨垃圾的水解作用,从而提高短链脂肪酸的积累量且缩短发酵时间。在以往强化污泥水解的表面活性剂多为化学表面活性剂
(例如,十二烷基磺酸钠,十二烷基硫酸钠等),化学表面活性剂存在毒性高,生物降解性低对环境易造成二次污染等缺陷。而生物表面活性剂具有化学表面活性剂的各种表面性能,对环境友好,目前利用生物表面活性剂
提闻餐厨垃圾厌氧水解速率从而提闻广酸量的研究鲜有报道。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种利用餐厨垃圾作为底物生产短链挥发性脂肪酸的方法,实现餐厨垃圾的减量化、资源化和无害化处理,具有运行成本低廉,收益高、短链挥发性脂肪酸产率高等优势,本发明还提供了一种前述方法生产得到的短链挥发性脂肪酸,主要包括,乙酸,丙酸,丁酸和戊酸等,这些短链挥发性脂肪酸可以作为生物脱氮除磷的外加碳源,提高脱氮除磷的效率。
[0007]为解决上述技术问题,提供了一种利用餐厨垃圾生产短链挥发性脂肪酸的方法,包括以下步骤:
51、以餐厨垃圾为发酵底物,以污泥为接种物进行搅拌混匀得到发酵基质;
52、向发酵基质中添加烷基多苷,搅拌条件下进行厌氧发酵。
[0008]前述的方法,优选的,还包括餐厨垃圾预处理步骤:
(1)将餐厨垃圾粉碎后,进行脱水分离得到脱水干料和油水混合物;
(2)将油水混合物进行脱油处理得到脱油污水;
(3)混合脱水干料和脱油污水。
[0009]前述的方法,优选的,污泥为污水处理厂中二沉池的剩余污泥;剩余污泥中的微生物为梭菌属微生物、拟杆菌属微生物、丁酸弧菌属微生物和双歧杆菌属微生物中的一种或多种。
[0010]前述的方法,优选的,将剩余污泥进行厌氧发酵培养一个月后,再作为SI步骤中的接种物。
[0011]前述的方法,优选的,烷基多苷的添加量为发酵基质中固体总质量的5w/w%?40
w/w%。
[0012]前述的方法,优选的,发酵底物与接种物的体积比为9:I。
[0013]前述的方法,优选的,S2步骤中厌氧发酵的温度为35°C?45°C,发酵时间4天?15天。
[0014]前述的方法,优选的,±。
[0015]前述的方法,优选的,S2步骤中厌氧发酵的搅拌转速100r/min?130r/min。
[0016]作为一个总的技术构思,本发明该提供了一种前述利用餐厨垃圾生产短链挥发性脂肪酸的方法生产得到的短链挥发性脂肪酸。
[0017]与现有技术相比,本发明的优点在于:
(I)本发明提供了一种利用餐厨垃圾生产短链挥发性脂肪酸的方法,以餐厨垃圾为发酵底物,污泥为接种物进行厌氧发酵,实验表明利用厌氧发酵工艺产生的碳源其脱氮除磷效果明显优于传统碳源甲醇,乙醇等,并且此工艺的生产成本低廉。污泥中的厌氧菌,如梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双歧杆菌属将发酵底物中颗粒状的碳水化合物及蛋白质转为大分子的多糖及多肽,进而转化为短链挥发性脂肪酸(如乙酸,丙酸等),烷基多苷促进厌氧发酵的水解作用并有效抑制了产甲烷过程,进一步提高了短链挥发性脂肪酸的产量。
[0018]由于本发明中添加了烷基多苷生物表面活性剂(),当发酵时间为6天时,,。
[0019](2)本发明提供了一种利用餐厨垃圾生产短链挥发性脂肪酸的方法,发酵底物为餐厨垃圾,接种物为剩余污泥,原料来源广泛,无需购买,具有运行成本低廉,收益高、短链挥发性脂肪酸产率高等优势,实现了餐厨垃圾的减量化、资源化和无害化处理。
[0020](3)本发明将餐厨垃圾进行预处理,避免了高油性餐厨垃圾对厌氧发酵产酸产生抑制作用,可以使发酵底物中大分子颗粒状物质转化成小分子溶解态有机物,从而提高了水解速率,进而缩短发酵时间并提高了产酸的效率。
[0021](4)本发明提供了一种利用餐厨垃圾生产短链挥发性脂肪酸的方法,在发酵液中添加了烷基多苷。与化学表面活性剂相比,烷基多苷是一种性能较全面的新型非离子生物表面活性剂,具有高表面活性、较低的毒性、较高的生物降解性,在极端温度、pH和盐浓度下具有较好的选择性和专一性等优点,可大幅度提高餐厨垃圾厌氧水解速率,缩短厌氧发酵的时间,这对餐厨垃圾处理方式的改进、优化具有一定的指导意义;同时烷基多苷在厌氧发酵中被消耗,不会造成环境污染。
[0022](5)本发明采用厌氧发酵的方式生产短链挥发性脂肪酸,厌氧发酵过程是序批式,不需要曝气鼓风等能源输入,同时短链挥发性脂肪酸的产量显著提高,具有能源消耗低,经济效益好等优点。
[0023](6)本发明的短链挥发性脂肪酸的发酵液可以引入生物脱氮除磷系统,提高脱氮除磷效率。离心过后的滤渣可以用于堆肥或者配制液体肥料。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
[0025]图1为实施例1中餐厨垃圾厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸的流程图。
【具体实施方式】
[0026]以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述,但并不因此而限制本发明的保护范围。
[0027]以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。其中作为接种物的污泥为生活污水处理厂中二沉池的剩余污泥,具体取自长沙第一污水处理厂二次沉淀排放的剩余污泥,剩余污泥的微生物种类主要包括专性厌氧的梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双歧杆菌属等;作为发酵底物的餐厨垃圾取自湖南大学第五食堂正常工作日的餐厨垃圾,主要成分是剩饭、剩菜等。餐厨垃圾的构成主要由碳水化合物及蛋白质。
[0028]实施例1:
参见图1:利用餐厨垃圾生产短链挥发性脂肪酸的方法,具体包括以下步骤:
(I)预处理餐厨垃圾:将餐厨垃圾中木质筷子,餐巾纸,玻璃陶瓷片及骨头,鱼刺等不利于发酵的物质剔除。,再将粉碎后的餐厨垃圾运用脱水机分离为脱水干料及油水混合物两部分。将油水混合物排入油水分离器进行油水分离得到脱油污水。将脱油污水与脱水干料混合,含固率为
15%,VS(挥发性固体)/TS(总固体)=%;完成餐厨垃圾的预处理。
[0029](2)接种污泥:取自长沙第一污水处理厂二次沉淀排放的剩余污泥,经检测,剩余污泥中的微生物主要为水解及发酵型微生物;具体为专性厌氧的梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双歧杆菌属。将剩余污泥进行厌氧培养一个月,厌氧培养的温度为35?45°C,±,厌氧搅拌速度为100?130r/min,每天投加一次氮源和碳源(碳源为300±15mgC0D/L的乙酸钠,氮源为30±lmgNH4+_N/L的***化铵),污泥龄控制在12天,由此厌氧培养条件得到含水率99%,pH=±。
[0030](3)厌氧发酵:(I)(2)接种污泥作为发酵基质,投入有机质玻璃制成的反应容器(即厌氧发酵器),然后投入发酵基质中总固体(TS),充氮气驱氧进行厌氧发酵。控制厌氧发酵的温度为35?45°C,初始pH为7±,搅拌转速为100?130r/min。
[0031]当发酵时间为6天时,(以化学计量数计算)。
[0032]实施例2:
利用餐厨垃圾生产短链挥发性脂肪酸的方法,具体包括以下步骤:
(I)预处理餐厨垃圾:将餐厨垃圾中木质筷子,餐巾纸,玻璃陶瓷片及骨头,鱼刺等不利于发酵的物质剔除。,再将粉碎后的餐厨垃圾运用脱水机分离为脱水干料及油水混合物两部分。将油水混合物排入油水分离器进行油水分离得到脱油污水。将脱油污水与脱水干料混合,含固率为15%,VS/TS=%;完成餐厨垃圾的预处理。
[0033](2)接种污泥:取自长沙第一污水处理厂二次沉淀排放的剩余污泥,经检测,剩余污泥中的微生物主要为水解及发酵型微生物;具体为专性厌氧的梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双歧杆菌属等。将剩余污泥进行厌氧培养一个月,厌氧培养的温度为35?45°C,±,厌氧搅拌速度为100?130r/min,每天投加一次氮源和碳源(碳源为300±15mgC0D/L的乙酸钠,氮源为30±lmgNH4+_N/L的***化铵),污泥龄控制在12天,由此厌氧培养条件得到含水率99%,pH=±。
[0034](3)厌氧发酵:(I)(2)接种污泥作为发酵基质,投入有机质玻璃制成的反应容器,然后投入发酵基质中总固体(TS),充氮气驱氧进行厌氧发酵。控制厌氧发酵的温度为35?45°C,初始pH为7±,搅拌转速为100?130r/min。
[0035]当发酵时间为6天时,(以化学计量数计算)。
[0036]实施例3:
(I)预处理餐厨垃圾:将餐厨垃圾中木质筷子,餐巾纸,玻璃陶瓷片及骨头,鱼刺等不利于发酵的物质剔除。,再将粉碎后的餐厨垃圾运用脱水机分离为脱水干料及油水混合物两部分。将油水混合物排入油水分离器进行油水分离得到脱油污水。将脱油污水与脱水干料混合,含固率为15%,VS/TS=%;完成餐厨垃圾的预处理。
[0037](2)接种污泥:取自长沙第一污水处理厂二次沉淀排放的剩余污泥,经检测,剩余污泥中的微生物主要为水解及发酵型微生物;具体为专性厌氧的梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双歧杆菌属等。将剩余污泥进行厌氧培养一个月,厌氧培养的温度为35?45°C,±,厌氧搅拌速度为100?130r/min,每天投加一次氮源和碳源(碳源为300±15mgC0D/L的乙酸钠,氮源为30土lmgNH4+_N/L的***化铵),污泥龄控制在12天,由此厌氧培养条件得到含水率99%,pH=±。
[0038](3)厌氧发酵:(I)(2)接种污泥作为发酵基质,投入有机质玻璃制成的反应容器,然后投入发酵基质中总固体(TS)的比重为