CN108265082A - 一种有机废弃物发酵产乙醇的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机废弃物发酵产乙醇的方法，包括如下步骤：向发酵反应器内施加预定电压，按预定的固体停留时间投加有机废弃物和排出发酵产物，且当发酵反应器内的pH值低于4.0时，调节发酵反应器的pH值在4.0‑4.5之间，以使有机废弃物在搅拌下发酵生成含乙醇的发酵产物；其中，所述发酵反应器内接种有厌氧活性污泥，所述发酵反应器内还设置有成对电极，所述电极与外部直流电源和电阻串联连接。本发明的方法能显著提高有机废弃物定向转化为乙醇的比例和效率。

Description

一种有机废弃物发酵产乙醇的方法
技术领域
本发明涉及一种有机废弃物处理方法，特别是涉及一种有机废弃物发酵产乙醇的方法。
背景技术
有机废弃物包括有机废水、污泥、餐厨垃圾等，这些废弃物含有大量水分，但同时也含有较高的有机质含量，因此可以通过厌氧生物处理，在无需预先脱除水分的条件下，将这些有机质转化为能源产物如甲烷、氢气、乙醇等，从而在有机废弃物无害化处理的同时实现资源化利用。有机废弃物发酵产乙醇技术获得了广泛关注，但目前该技术主要用于糖类废弃物纯菌接种产乙醇，而含有复杂成分的有机废弃物无法通过单一菌种实现转化，因此，混菌接种是一种更好的方式，然而，混菌接种时，有机物的代谢存在多种可能途径，要控制碳源定向转化乙醇，存在较大难度。
发明内容
为了弥补上述现有技术的不足，本发明提出一种有机废弃物发酵产乙醇的方法，能显著提高有机废弃物定向转化为乙醇的比例和效率。
本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
一种有机废弃物发酵产乙醇的方法，包括如下步骤：
向发酵反应器内施加预定电压，按预定的固体停留时间投加有机废弃物和排出发酵产物，且当发酵反应器内的pH值低于4.0时，调节发酵反应器的pH值在4.0-4.5之间，以使有机废弃物在搅拌下发酵生成含乙醇的发酵产物；其中，所述发酵反应器内接种有厌氧活性污泥，所述发酵反应器内还设置有成对电极，所述电极与外部直流电源和电阻串联连接。
优选地，所述有机废弃物中的固体含量大于0wt％且≤15wt％。
优选地，所述固体停留时间为2-5d。
优选地，所述预定电压不低于0.5V。
进一步优选地，所述预定电压为0.5V～24V。
优选地，所述发酵反应器内放置有多个并联连接的成对电极。
优选地，所述电阻的阻值为2-20Ω。
优选地，所述发酵反应器内的温度控制在20-55℃之间。
进一步优选地，所述发酵反应器内的温度控制在30-35℃之间。
本发明有益效果包括：本申请的技术方案中采用生物电化学技术和混菌接种，混菌接种可以实现含有非糖成分等复杂有机废弃物的处理，生物电化学技术可以控制发酵环境，如氧化还原电位、电子传递过程、功能微生物群落结构等，从而提高有机废弃物向乙醇定向转化的效率(可以提高有机废弃物转化乙醇效率20％以上)，同时减少了药剂、菌剂和酶制剂的消耗，最终获得的发酵产物可用于回收乙醇，也可以直接输送至产甲烷反应器进一步转化为沼气。
附图说明
图1为本发明具体实施例中的发酵反应器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受实施例的限制。
本发明提供一种有机废弃物发酵产乙醇的方法，包括如下步骤：向发酵反应器内施加预定电压，按预定的固体停留时间投加有机废弃物和排出发酵产物，且当发酵反应器内的pH值低于4.0时，调节发酵反应器的pH值在4.0-4.5之间，以使有机废弃物在搅拌下发酵生成含乙醇的发酵产物；其中，所述发酵反应器内接种有厌氧活性污泥，所述发酵反应器内还设置有成对电极，所述电极与外部直流电源和电阻串联连接。
在发酵反应器内接种的厌氧活性污泥是富含各种产酸菌、产乙醇菌和产甲烷菌等的混菌，在发酵过程中，当发酵反应器内的pH值低于4.0时，调节(如用常规碱性药剂)发酵反应器的pH值在4.0-4.5之间，也即在发酵过程中，始终维持发酵反应器内的pH值为4.0-4.5之间，结合向电极施加的电压对发酵过程的影响，可以改善有机废弃物的发酵环境(例如，氧化还原电位从-500～-550mV提升至-400mV左右，种间电子传递过程增强)，改变微生物种群结构(电活性微生物增加)，从而显著提高有机废弃物定向转化乙醇的比例和效率。发酵产物中包含乙醇、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、乳酸等，乙醇含量不低于30wt％。
在发酵反应器内放置的成对电极不能短路，例如可以将电极之间保持在合适的距离上，或者在电极之间增加不导电隔离部件，电极的材料、形状和构造根据需求选用，并无特殊限制。
在发酵期间，除了定时进行排料(排出经过处理的有机废弃物处理液，即排出发酵产物)和补料(补充待处理的有机废弃物)外，无需添加任何专门菌剂或酶制剂。
在一些优选的实施方式中，可以选择以下条件之一或在不冲突的前提下的任意组合：
有机废弃物中的固体含量大于0wt％且≤15wt％；进一步的，在5wt～15wt％之间较适宜。
所述发酵反应器内的固体停留时间为2-5d，根据所述固体停留时间投加有机废弃物和排出发酵产物。
预定电压不低于0.5V，可以根据有机废弃物的种类、发酵反应器的规模和成对电极之间的距离等进行电压选择。
预定电压为0.5V～24V。
在发酵反应器内放置有多个并联连接的成对电极。
所述电阻的阻值为2-20Ω。
所述发酵反应器内的温度控制在20-55℃之间。
所述发酵反应器内的温度控制在30-35℃之间。
以下通过实例对本发明进行进一步阐述。
如图1所示，在发酵反应器1内固定有一对电极2(阳极采用碳毡材料，阴极采用不锈钢材料)、搅拌器3，电极2通过钛丝与外部直流电源4连接，并串联连接有一个5Ω的电阻5，在发酵反应器内还含有有机废弃物和厌氧活性污泥(整体用附图标记6标示)，其中，本例中，有机废弃物是将餐厨垃圾除杂粉碎后配成固体含量为5wt％的餐厨垃圾原料，将餐厨垃圾原料按其有机质与厌氧活性污泥1:1的质量比加入发酵反应器1内，温度设定为35℃。
作为对比，先不在电极上施加电压，每天按固体停留时间4d进料和排料一次，6天后，发酵反应器的pH从7.0降到4.0，发酵产物以乙醇为主，测得乙醇含量为1.6g/L，相对含量为54wt％，发酵类型为乙醇发酵，且随着发酵时间的增加，乙醇的含量并无太大变化。
启动直流电源4，在电极上施加15V的电压，仍按之前的操作进行进料和排料，经过12天后，乙醇的含量提高到2.4g/L，相对含量为65wt％，并随着发酵时间的增加，趋于稳定。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种有机废弃物发酵产乙醇的方法，其特征在于，包括如下步骤：
向发酵反应器内施加预定电压，按预定的固体停留时间投加有机废弃物和排出发酵产物，且当发酵反应器内的pH值低于4.0时，调节发酵反应器的pH值在4.0-4.5之间，以使有机废弃物在搅拌下发酵生成含乙醇的发酵产物；
其中，所述发酵反应器内接种有厌氧活性污泥，所述发酵反应器内还设置有成对电极，所述电极与外部直流电源和电阻串联连接。
2.如权利要求1所述的有机废弃物发酵产乙醇的方法，其特征在于，所述有机废弃物中的固体含量大于0wt％且≤15wt％。
3.如权利要求1所述的有机废弃物发酵产乙醇的方法，其特征在于，所述固体停留时间为2-5d。
4.如权利要求1所述的有机废弃物发酵产乙醇的方法，其特征在于，所述预定电压不低于0.5V。
5.如权利要求4所述的有机废弃物发酵产乙醇的方法，其特征在于，所述预定电压为0.5V～24V。
6.如权利要求1所述的有机废弃物发酵产乙醇的方法，其特征在于，所述发酵反应器内放置有多个并联连接的成对电极。
7.如权利要求1所述的有机废弃物发酵产乙醇的方法，其特征在于，所述电阻的阻值为2-20Ω。
8.如权利要求1所述的有机废弃物发酵产乙醇的方法，其特征在于，所述发酵反应器内的温度控制在20-55℃之间。
9.如权利要求1所述的有机废弃物发酵产乙醇的方法，其特征在于，所述发酵反应器内的温度控制在30-35℃之间。
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