申请日2013.09.18
公开(公告)日2014.01.15
IPC分类号C12P7/54; C12P7/52; C07C51/42; C07C53/124; C07C53/08
摘要
本发明公开了一种餐厨垃圾联合剩余污泥发酵制乙酸和丁酸的方法，包括如下步骤：(1)将预处理后的餐厨垃圾与剩余污泥混合得到发酵混合液，所述发酵混合液在酸性条件下进行缺氧发酵，收集发酵液;(2)将所述发酵液调节pH至3以下进行蒸馏，收集蒸馏液;(3)将所述蒸馏液冷却后与萃取剂混合进行萃取，收集萃取液进行蒸发浓缩，得浓缩液;(4)将所述浓缩液分馏分别收集乙酸和丁酸。本发明在处理餐厨垃圾与剩余污泥的同时，能制得高附加值产品乙酸和丁酸。
权利要求书
1.一种餐厨垃圾联合剩余污泥发酵制乙酸和丁酸的方法，其特征在 于，包括如下步骤：
(1)将预处理后的餐厨垃圾与剩余污泥混合得到发酵混合液，所述 发酵混合液在酸性条件下进行缺氧发酵，收集发酵液;
(2)将所述发酵液调节pH至3以下进行蒸馏，收集蒸馏液;
(3)将所述蒸馏液冷却后与萃取剂混合进行萃取，收集萃取液进行 蒸发浓缩，得浓缩液;
(4)将所述浓缩液分馏分别收集乙酸和丁酸。
2.根据权利要求1所述餐厨垃圾联合剩余污泥发酵制乙酸和丁酸的 方法，其特征在于，步骤(1)中所述餐厨垃圾与剩余污泥的干重质量比 为3:1～7:1。
3.根据权利要求1所述餐厨垃圾联合剩余污泥发酵制乙酸和丁酸的 方法，其特征在于，步骤(1)中所述发酵混合液中总固体含量的质量浓 度为5%～15%。
4.根据权利要求1所述餐厨垃圾联合剩余污泥发酵制乙酸和丁酸的 方法，其特征在于，步骤(1)中缺氧发酵过程中控制发酵混合液的pH值 为3.5～6.0。
5.根据权利要求1所述餐厨垃圾联合剩余污泥发酵制乙酸和丁酸的 方法，其特征在于，步骤(1)中缺氧发酵在25～35℃条件下搅拌15～30d。
6.根据权利要求1所述餐厨垃圾联合剩余污泥发酵制乙酸和丁酸的 方法，其特征在于，步骤(1)中的预处理过程为依次进行筛选、破碎和 匀浆。
7.根据权利要求1所述餐厨垃圾联合剩余污泥发酵制乙酸和丁酸的 方法，其特征在于，步骤(2)中蒸馏温度为170℃～190℃。
8.根据权利要求1所述餐厨垃圾联合剩余污泥发酵制乙酸和丁酸的 方法，其特征在于，步骤(3)中萃取剂为乙酸乙酯，萃取剂与蒸馏液的 体积比为1:1～3:1。
9.根据权利要求1所述餐厨垃圾联合剩余污泥发酵制乙酸和丁酸的 方法，其特征在于，步骤(3)中萃取时间为5～10分钟，萃取次数为2～6 次。
10.根据权利要求1所述餐厨垃圾联合剩余污泥发酵制乙酸和丁酸的 方法，其特征在于，步骤(4)分馏塔温度为120℃～140℃，上层分馏液 即为乙酸，分馏塔底部为丁酸。
说明书
一种餐厨垃圾联合剩余污泥发酵制乙酸和丁酸的方法
技术领域
本发明属于环境生物资源化技术领域，具体涉及一种餐厨垃圾联合剩 余污泥发酵制乙酸和丁酸的方法。
背景技术
餐厨垃圾是指在居民日常生活以及食品加工中产生的食物废料，其来 源主要集中在餐饮行业、学校食堂、居民区及食品加工厂等。餐厨垃圾成 分十分复杂，具有高有机质，高蛋白，高盐度和高含水率的特点，如果处 理不当，极易造成环境污染。国家统计局2011年数据显示全国城市生活 垃圾清运量达16395.3万吨，其中无害化处理方式以卫生填埋和焚烧为主， 两者处理能力分别为300195吨/天和94114吨/天。
而我国餐厨垃圾的产生量超过城市垃圾总量的40%，并且随着我国居 民生活水平的不断提高，餐厨垃圾的产量还会继续上升。从目前国内外的 技术发展看，对餐厨垃圾的处理技术主要有：好氧发酵堆肥、厌氧消化制 沼气和肥料、酶解发酵制乙醇、焚烧处理、填埋处理等。由于餐厨垃圾含 水率高，热值低，不适宜焚烧;采用填埋方式处理餐厨垃圾，不仅占用空 间大，还易对填埋场环境造成破坏，好氧堆肥则存在产品销售困难，容易 产生恶臭和温室气体等一系列问题。
同时，据统计，我国城市污水处理厂的剩余污泥产量约为130*104t(干 重)，并且以每年15%以上的速度递增也在逐年上升，一些现有的污泥处 理与处置技术不能满足日益增长的污泥量。
在现有技术中，人们发明了多种不同的工艺和方法试图对餐厨垃圾和 剩余污泥进行妥善处理，主要的处理方法有利用消化污泥制乙酸，将垃圾 进行厌氧发酵产沼气，利用生物制剂从餐厨垃圾制得燃料丁醇或者乙醇 等。例如：申请号为201110247369.9的中国发明专利申请公开了一种利用 污泥发酵生产乙酸的方法，其中利用厌氧消化污泥经风干，灭芽孢杆菌， 活化后作为发酵微生物，乳糖作为发酵原料制得乙酸，但却缺少对乙酸的 分离提取方法。
申请号为201110344830.2的中国发明专利申请公开了一种餐厨垃圾 资源化处理方法，主要包括垃圾分选、制浆、发酵产沼气、沼渣制肥、油 水分离，得到有效益的产物沼气，在对发酵后剩余物进行适当处理后，能 基本实现餐厨垃圾的无害化和资源化。Chen Y.G.等人发表于《Applied energy》上的文献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的研究结果显示，在弱碱 性条件下对餐厨垃圾与剩余污泥进行联合发酵产挥发性脂肪酸较多，但其 中各种酸所占比例均匀，成分复杂，不易纯化分离。而涉及到如何在酸性 条件下发酵产酸，并从发酵液中提取产物的论文与专利并不多。
发明内容
本发明提供了一种餐厨垃圾联合剩余污泥发酵制乙酸和丁酸的方法， 在处理餐厨垃圾与剩余污泥的同时，能制得高附加值产品乙酸和丁酸。
一种餐厨垃圾联合剩余污泥发酵制乙酸和丁酸的方法，包括如下步 骤：
(1)将预处理后的餐厨垃圾与剩余污泥混合得到发酵混合液，所述 发酵混合液在酸性条件下进行缺氧发酵，收集发酵液;
(2)将所述发酵液调节pH至3以下进行蒸馏，收集蒸馏液;
(3)将所述蒸馏液冷却后与萃取剂混合进行萃取，收集萃取液进行 蒸发浓缩，得浓缩液;
(4)将所述浓缩液分馏分别收集乙酸和丁酸。
针对发酵液成分复杂，其中60%以上为挥发性有机酸，而经过酸性发 酵后的发酵液中的有机酸90%以上为乙酸和丁酸的这一特点，本发明利用 接种污水处理厂剩余污泥对餐厨垃圾进行缺氧(无需控制严格厌氧)发酵， 采用蒸馏—萃取—分馏工艺，蒸馏使得发酵液中的剩余碳水化合物、蛋白 质及其他可溶杂质得到去除，并分离出含高浓度的挥发性有机酸的水溶 液，再利用萃取剂多次萃取，浓缩得到有机酸，最后浓缩的有机酸经分馏 得到乙酸和丁酸。
作为优选，步骤(1)中所述餐厨垃圾与剩余污泥的干重质量比为 3:1～7:1。
作为优选，步骤(1)中所述发酵混合液中总固体含量的质量浓度为 5%～15%。
作为优选，步骤(1)中缺氧发酵过程中控制发酵混合液的pH值为 3.5～6.0。
作为优选，步骤(1)中缺氧发酵在25～35℃条件下搅拌15～30d。
作为优选，步骤(1)中的预处理过程为依次进行筛选、破碎和匀浆。
餐厨垃圾与剩余污泥的比例用于调节适当的C/N比，为发酵微生物提 供最适生长环境，提高产酸菌的活性，发酵过程中低的pH条件和缺氧条 件产甲烷菌受到抑制，由于在低pH条件下，微生物的活性会略低，所以 适当延长发酵时间。
作为优选，步骤(2)中蒸馏温度为170℃～190℃。
作为优选，步骤(3)中萃取剂为乙酸乙酯，萃取剂与蒸馏液的体积 比为1:1～3:1，萃取后的水相回用作初始发酵用水。
作为优选，步骤(3)中萃取时间为5～10分钟，萃取次数为2～6次， 旋转蒸发后的乙酸乙酯重复使用。
剩余水相和萃取剂的回用做到了工艺过程中的原料循环使用，大大节 约了成本。
作为优选，步骤(4)分馏塔温度为120℃～140℃，上层分馏液即为 乙酸，分馏塔底部为丁酸。
经采用上述方案，本发明具有良好的环境效应，在生产发酵液的同时 可实现餐厨垃圾和剩余污泥的减量化;其次经过蒸馏—萃取—分馏的工艺 后，实现了产物中乙酸和丁酸的分离，得到了高附加值产品，具有良好的 经济效益;最后，在乙酸和丁酸的分离过程中，萃取残液和萃取剂得到了 重复使用，进一步减少了成本，增加了本发明产业化的可能性。
本发明利用接种污水处理厂剩余污泥对餐厨垃圾进行缺氧(无需控制 严格厌氧)发酵，同时对这两种固体废物进行资源化，并能分离得到发酵 产物乙酸和丁酸。乙酸和丁酸回收率可分别达到60%和85%，其乙酸、丁 酸的产率分别可达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)。
