CN103555775A - 一种促进餐厨垃圾厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种促进餐厨垃圾厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法，先将餐厨垃圾破碎至粒径为1-5mm，再调整固体含量为100mg/L，然后放在厌氧发酵反应器内，加入粒径为800目的市售的零价铁10-40g/L，在15-40℃和120r/min搅拌下发酵4-17日，离心，滤碴中的零价铁循环使用，剩余有机组分取出堆肥或做液体肥料，上清液中挥发性脂肪酸产量为29.1-35.8g/L，当上清液中挥发性脂肪酸产量为29.1g/L时，经检测其中乙酸含量为32%，丙酸含量为17%、正丁酸含量为27%，正戊酸含量为20%。本发明与餐厨垃圾常规厌氧发酵相比，上清液中挥发性脂肪酸含量提高了2.3倍-13倍，有效的实现了餐厨垃圾的资源化利用，而且成本低、速度快，具有很好的社会、经济和环境效益。

Description

一种促进餐厨垃圾厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法

技术领域

本发明涉及一种促进餐厨垃圾厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法，属于废弃物资源化技术领域。

背景技术

餐厨垃圾（俗称泔脚）表观性状恶劣，含水率高且易腐，对城市环境具有较大的不良影响；此外，由于泔脚来源复杂，病毒污染，因此严重威胁城市的公共卫生安全。若直接将餐厨垃圾作为动物饲料，易引发多种动物瘟疫，同时也可能存在形成污染链的危险，威胁人类的健康安全。但餐厨垃圾又是一种可以资源化利用的有机废物，其有机物含量高，具有很好的能源回收潜力。

目前，餐厨垃圾主要的处理方法包括卫生填埋、焚烧、发酵产气（生物沼气）等。由于我国的生活垃圾多采用混合收集，所以餐厨垃圾作为生活垃圾中的一部分，如果进行简单的填埋处理，不但浪费了大量的有机能源，而且延长了生活垃圾稳定化所需的时间，进而降低了填埋场的利用效率。由于餐厨垃圾含水率较高，因而其本身并不适合焚烧处置（焚烧耗费更多的能源，而且其中含量很高的有机物被浪费了）。对于厌氧发酵产气，由于餐厨垃圾酸化性能较好，发酵时环境条件较难控制，尤其是pH值的降低，容易造成产甲烷菌的活性降低或消失，同时，发酵所产的生物沼气中的甲烷浓度较低，很难资源化利用，因而也不是理想的餐厨垃圾处置手段。

目前，有关餐厨垃圾的相关专利多集中在餐厨垃圾运输及前端预处理方面。如中国专利《一种餐厨垃圾前处理方法》（授权公告号CN102489494A，授权公告日2012.06.13），提供了一种餐厨垃圾前处理方法，通过使用操作箱、物料破碎装置、螺旋脱水装置、油水分离装置、控制系统及驱动电机等设备，实现了餐厨垃圾在源头的减量和粗分，使得处理后的餐厨垃圾资源化利用的效果更好。中国专利《餐厨垃圾处理车》（授权公告号CN203091397，授权公告日2013.07.31），设计了一种由箱体、存储舱、振动筛网及压力喷枪组成的餐厨垃圾处理车，可实现运载过程中的初步分离，从而提高了餐厨垃圾处理整体效率并节约资源。然而，有关餐厨垃圾发酵产酸的相关技术还未被开发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效促进餐厨垃圾厌氧发酵生产挥发性脂肪酸（VFA）的方法。

为了达到上述目的，本发明研究发现餐厨垃圾中存在各种碳系物质，向发酵体系中加入零价铁（金属铁）后，它们之间存在电势差可产生微分电流，同时形成无数的微分电场，微电流的存在对产酸菌相关酶的活性具有促进作用，可以极大程度的促进餐厨垃圾发酵产生挥发性脂肪酸的产量。同时，零价铁的加入可以在很大程度上改善餐厨垃圾的产酸环境条件，尤其在pH值的调控方面，避免了人工调控的繁琐操作过程。因此，本发明通过向餐厨垃圾发酵体系中加入零价铁，利用零价铁与体系中原有碳系物之间电势差产生微分电流，从而形成无数的微分电场，使餐厨垃圾发酵产生挥发性脂肪酸的产量得到大幅度提高。

具体工艺如下：

第一步，将餐厨垃圾破碎至粒径为1-5mm，再将餐厨垃圾的固体含量调整为100mg/L，得到餐厨垃圾反应液，然后将餐厨垃圾反应液放在厌氧发酵反应器内。

第二步，将市售的粒径为800目的零价铁加入厌氧发酵反应器内，零价铁加入量为10-40g/L餐厨垃圾反应液，在15-40℃和120r/min搅拌下发酵4-17日，离心得到上清液和滤碴，经检测上清液中挥发性脂肪酸为29.1-35.8g/L，当挥发性脂肪酸产量为29.1g/L时，挥发性脂肪酸中的乙酸含量为32%，丙酸含量为17%、正丁酸含量为27%，正戊酸含量为20%质量百分比。

第三步，向离心后留在厌氧发酵反应器的滤碴中加水、搅拌，沉淀于厌氧发酵反应器底部的零价铁循环使用，其余的悬浮物进行堆肥或用于配制液体肥料。

本发明的优点在于：

1，由于本发明加了零价铁，发酵周期为4天时，上清液中VFA含量可达到21.6g/L，比较没有加零价铁的1.6g/L提高了13倍；当发酵周期延长至17天时，VFA的浓度可达到35.8g/L，与没有加零价铁的对照组15.4g/L相比提高了2.3倍。

2，餐厨垃圾发酵所产的VFA可以直接用于垃圾填埋场产生的渗滤液（尤其是老龄渗滤液）的生化处理工艺，降低了相应的处理成本，也可以经过分离得到乙酸，丙酸、正丁酸，正戊酸，其中乙酸为主要组分。

3，该方法具有投资运行成本低、设备简单、易于实现、能耗低等优点，可广泛用于餐厨垃圾的资源化处理。

附图说明

图1为本发明的实施例中1号反应器中VFA的组成和含量变化图。

具体实施方式

实施例1

第一步，先手工分拣出上海某大学西苑食堂产生的新鲜的餐厨垃圾中的骨头、鱼刺、塑料袋以及筷子等杂物，然后对其进行破碎，将其中有机物粒径减小至1-5mm范围内（以便使餐厨垃圾均匀一致），得到餐厨垃圾反应液，然后将餐厨垃圾反应液放在厌氧发酵反应器内发酵。经过检测厌氧发酵反应器内餐厨垃圾反应液的pH为4.5左右，VS/TS为94%。

第二步，将适量的水加入厌氧发酵反应器中，调节餐厨垃圾反应液中的总固体含量为100g/L，加入上海创辉磁材公司生产的粒径800目的零价铁，零价铁加入量如表一所选的10-40g/L餐厨垃圾反应液。

厌氧发酵反应器所在的室内温度保持在37±1℃。整个发酵期内，进行强度为120r/min的搅拌。设定发酵周期为17天。发酵周期结束时，搅拌停止。过滤，检测上清液中VFA的产量最多可达到35.8g/L，比餐厨垃圾常规厌氧发酵的上清液中VFA的产量15.4g/L提高了2.3倍。

表二表明，温度为55±1℃时，各产酸菌群的活性受到抑制或被杀死，不利于餐厨垃圾厌氧发酵产VFA，因此，本发明所选用的温度范围为20-40℃，在此条件下可实现餐厨垃圾大量转化为VFA。

表一零价铁加入量与VFA产量的对应关系

备注：表一中零价铁添加量单位为g；VFA产量为g/L餐厨垃圾反应液；

表二发酵周期为17日时不同温度下VFA产量

经过本发明大量实验分析发现，当零价铁的投加量小于10g时，乙酸和丙酸均为各厌氧发酵反应器的主要产酸类型，且乙酸所占的比重均为90%以上，可以断定，它们的发酵类型均为乙酸型发酵。当零价铁的投加量为≥10g时，总挥发酸中丙酸、丁酸和戊酸的比例迅速增高，发酵类型变为混合型发酵，请看图1，图1为1号反应器中总VFA浓度为29.1g/L时各组分的产量图，其中乙酸浓度占总VFA浓度的比例仅为32%质量百分比，而丙酸、正丁酸和正戊酸的比例分别提高到17%、27%和20%质量百分比，说明它们所对应的产酸菌活性被铁碳微电流顺利激活，最终实现了总VFA产量比没有加零价铁的提高约2倍。

第三步，向离心后留在厌氧发酵反应器的滤碴中加水、搅拌，沉淀于厌氧发酵反应器底部的零价铁循环使用；其余的悬浮物进行堆肥或用于配制液体肥料。

Claims (1)

1.一种促进餐厨垃圾厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法，其特征是：

第一步，先将餐厨垃圾破碎至粒径为1-5mm，再将餐厨垃圾的固体含量调整为100mg/L，得到餐厨垃圾反应液，然后将餐厨垃圾反应液放在厌氧发酵反应器内；

第二步，将市售的粒径为800目的零价铁加入厌氧发酵反应器内，零价铁加入量为10-40g/L餐厨垃圾反应液，在15-40℃和120r/min搅拌下发酵4-17日，离心得到上清液和滤碴，经检测，上清液中挥发性脂肪酸达29.1-35.8g/L，其中当挥发性脂肪酸产量为29.1g/L时，挥发性脂肪酸中的乙酸含量为32%，丙酸含量为17%、正丁酸含量为27%，正戊酸含量为20%质量百分比；

第三步，向离心后留在厌氧发酵反应器的滤碴中加水、搅拌，沉淀于厌氧发酵反应器底部的零价铁循环使用，其余的悬浮物进行堆肥或用于配制液体肥料。