CN114958930A - 一种利用厨余垃圾制取液体碳源的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用厨余垃圾制取液体碳源的方法，包括如下步骤：S1、乳酸发酵步骤：向乳酸发酵罐中加入厨余垃圾底物进行乳酸发酵，得到乳酸发酵液；S2、定向转化发酵步骤：向定向转化发酵罐中加入步骤S1中得到的乳酸发酵液，并加入菌剂和/或碱性添加剂进行转化发酵，得到发酵液；S3、蒸馏提取步骤：对步骤S2中得到的发酵液进行蒸发前处理或者不进行蒸发前处理，将发酵液中的小分子有机物进行蒸馏提取，得到液体碳源。通过本发明的方法可以制得高质量的液体碳源。

Description

一种利用厨余垃圾制取液体碳源的方法
技术领域
本发明涉及厨余垃圾处理领域，特别是涉及一种利用厨余垃圾制取液体碳源的方法。
背景技术
近年来，随着垃圾分类政策的实行以及厨余垃圾收运处理体系的不断完善，我国厨余垃圾产量快速增长，全国大中城市现有的处理能力存在缺口。当前我国处理厨余垃圾的主要方式为厌氧消化和好氧堆肥，但该现有方法存在占地大、利润低等局限。厌氧发酵技术可以将厨余垃圾中的有机质快速地、稳定地转化为小分子有机物，进而可以提纯制备为工业原料。碳源是污水处理过程中使用的化工产品，通常为乙酸、甲醇、葡萄糖等。对于原水碳氮比较低的污水处理厂，添加碳源是保证生化处理出水质量的关键。
厨余垃圾中含有大量有机质，其经过厌氧发酵可转化为挥发性有机酸和醇类，后可提纯制备为碳源，该过程既可以提升厨余垃圾的处理能力，又可以提高对厨余垃圾的资源化利用水平，同时制成的商品碳源又可获得一定经济收益。但是，当前厨余垃圾制备碳源的技术尚处于发展初期，通常采用发酵和过滤的方式进行制备，成本较高，且制备出的碳源具有高总氮、高总磷、高油脂、高悬浮颗粒物等特点，因而其质量差，不具备可观的经济价值和实际使用价值。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种利用厨余垃圾制取液体碳源的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用厨余垃圾制取液体碳源的方法，包括如下步骤：
S1、乳酸发酵步骤：向乳酸发酵罐中加入厨余垃圾底物进行乳酸发酵，得到乳酸发酵液；
S2、定向转化发酵步骤：向定向转化发酵罐中加入步骤S1中得到的乳酸发酵液，并加入菌剂和/或碱性添加剂进行转化发酵，得到发酵液；
S3、蒸馏提取步骤：对步骤S2中得到的发酵液进行蒸发前处理或者不进行蒸发前处理，将发酵液中的小分子有机物进行蒸馏提取，得到液体碳源。
优选地，步骤S1中，所述厨余垃圾底物选自家庭厨余垃圾、餐饮厨余垃圾、其他厨余垃圾或者以上三种厨余垃圾的预处理产物中的一种或几种；其中，所述厨余垃圾的预处理包括对厨余垃圾的破碎、分选、制浆或者三相离心处理方式；所述厨余垃圾经预处理后得到的厨余垃圾底物存于底物缓存罐中，后被底物泵输送至乳酸发酵罐内。
优选地，步骤S1中，所述乳酸发酵罐为全混式反应器，反应温度为25～60℃，pH＜4.0，水力停留时间为8小时～30天。
优选地，当步骤S2中加入碱性添加剂或者加入菌剂和碱性添加两者进行转化发酵时，还包括pH自动控制系统，所述pH自动控制系统包括pH探头、控制系统、加碱泵和乳酸发酵液泵；所述pH自动控制系统通过乳酸发酵液及碱性添加剂的加入量控制定向转化发酵罐的反应pH为4.4～4.6。
优选地，步骤S2中，所述菌剂为以厌氧消化沼液为原料制备而成的富含特定厌氧微生物的生物制剂。
优选地，步骤S2中，所述菌剂的制备方法为：向处理厨余垃圾的厌氧消化沼液中加入盐酸调节pH至4.4～4.6，同时加入10～20g/L的乳酸，保持30分钟～24小时后，该液体作为定向转化发酵的菌剂使用；其中，所述菌剂制备过程使厌氧消化沼液中的产甲烷古菌失活并使利用乳酸的微生物得到富集；所述菌剂的添加量为乳酸发酵液加入质量的8～12wt％。
优选地，步骤S2中，所述碱性添加剂是指具有一定碱度，可以和有机酸发生中和反应使发酵液pH上升的物质；具体选自厌氧消化沼液、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、氨水中的一种或几种。
优选地，步骤S2中，所述定向转化发酵罐为全混反应器，反应温度为30～40℃，水力停留时间为2～4天。
优选地，步骤S3中，所述蒸发前处理包括离心和/或过滤去除发酵液中悬浮颗粒物的方法；所述蒸馏提取采用电能或蒸汽能的蒸发器在常压或减压调节下进行，所述蒸发器选自MVR蒸发器、单效蒸发器或者多效蒸发器。
优选地，步骤S3中，所述蒸馏提取中蒸馏的发酵液以蒸汽形式离开原有体系的质量比例为5～20％。
本发明具有如下有益效果：本发明的方法包括乳酸发酵步骤、定向转化发酵步骤和蒸馏提取步骤，能以较低的成本制得高质量的商品级的液体碳源，制得的液体碳源主要由小分子有机酸和醇构成，同时具有低总氮、低总磷、低油脂、低悬浮颗粒物、高COD的特点。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中利用厨余垃圾制取液体碳源的方法的原理示意图；
图2为本发明优选实施方式中利用厨余垃圾制取液体碳源的方法的流程图；
图3为本发明实施例1中利用厨余垃圾制取液体碳源的方法的流程图；
图4为本发明实施例2中利用厨余垃圾制取液体碳源的方法的流程图；
图5为本发明实施例3中利用厨余垃圾制取液体碳源的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
如图1所示，本发明的一个实施例提供一种利用厨余垃圾制取液体碳源的方法，包括如下步骤：S1、乳酸发酵、S2、定向转化发酵和S3、蒸馏提取。在一些实施例中，具体地，包括如下步骤：
S1、乳酸发酵步骤：向乳酸发酵罐中加入厨余垃圾底物进行乳酸发酵，得到乳酸发酵液。乳酸发酵罐的作用在于使厨余垃圾中的碳水化合物(主要是淀粉)水解并转化为乳酸，具体地，在该步骤S1中，厨余垃圾中的碳水化合物(主要是淀粉)在内源水解微生物(即存在于厨余垃圾内)的作用下水解为小分子，并在内源乳酸菌(即存在于厨余垃圾内的乳酸菌)的作用下转化为乳酸，也即，乳酸发酵罐内的厨余垃圾进行自由乳酸发酵(即不添加其他物质的发酵过程)。
在优选的实施例中，厨余垃圾底物选自家庭厨余垃圾、餐饮厨余垃圾、其他厨余垃圾或者以上三种厨余垃圾的预处理产物中的一种或几种。
在优选的实施例中，厨余垃圾的预处理包括对厨余垃圾的破碎、分选、制浆或者三相离心处理方式，通过对厨余垃圾进行预处理，可以实现对杂质的分离和油脂的收集；所述厨余垃圾经预处理后得到的厨余垃圾底物存于底物缓存罐中，后被底物泵输送至乳酸发酵罐内。
其中的乳酸发酵罐是指可以实现该厨余垃圾乳酸发酵的构筑物或设备。其可以为单独设置的乳酸发酵罐，也可为处理系统中的缓存池等使厨余垃圾浆液停留时间超过8小时的构筑物或设备，在优选的实施例中，步骤S1中的所述乳酸发酵罐为全混式反应器，反应温度为25～60℃，pH＜4.0，水力停留时间为8小时～30天。
S2、定向转化发酵步骤：向定向转化发酵罐中加入步骤S1中得到的乳酸发酵液，并加入菌剂和/或碱性添加剂进行转化发酵，得到发酵液。在该步骤S2中，乳酸发酵液中的乳酸在菌剂和/或碱性添加剂的作用下，转化为易挥发的小分子有机物，如挥发性脂肪酸(volatile fatty acids，VFAs)(如乙酸、丙酸)和醇类(乙醇、丙醇)等。其中，添加菌剂可以补充乳酸转化成小分子有机物的所需的微生物促进乳酸向VFAs和醇类的转化，添加碱性添加剂是用于调节定向转化发酵罐内的pH至预定值(优选为4.4～4.6)，在一些示例中，可以单独添加菌剂、单独添加碱性添加剂、或同时添加菌剂和碱性添加剂两者，以提高乳酸的转化率；较优的是，同时添加菌剂和碱性添加剂两者，通过菌剂可以补充乳酸转化成小分子有机物的所需的微生物，同时通过控制定向转化发酵罐内的pH值为产VFAs微生物和产醇微生物生存的适宜pH值，使得这些微生物大量繁殖，进而实现对乳酸向VFAs和醇类的定向转化，进一步提高乳酸的转化率。
在优选的实施例中，当步骤S2中加入碱性添加剂或者加入菌剂和碱性添加两者进行转化发酵时，还包括pH自动控制系统，所述pH自动控制系统包括pH探头、控制系统、加碱泵和乳酸发酵液泵；所述pH自动控制系统通过乳酸发酵液及碱性添加剂的加入量控制定向转化发酵罐的反应pH为4.4～4.6。在一个优选的示例中，该pH自动控制系统的工作过程如下：pH探头在线监控定向转化发酵罐中的pH，每预定时间(如2分钟)监控一次，当体系pH在4.4至4.6之间时，系统无动作，当体系pH低于4.4时，加碱泵启动预定时间(如5秒)，碱性添加剂进入定向转化发酵罐内使pH升高至4.4～4.6之间；当体系pH超过4.6时，乳酸发酵液泵启动预定时间(如5秒)，乳酸发酵液进入发酵罐内使pH降低至4.4～4.6之间。其中，在加碱泵或乳酸发酵液泵工作的同时还可以启动出料泵以保证定向转化发酵罐中的液位稳定，出料泵工作预定时间(如5秒)后停止，系统进入下一个循环。
在优选的实施例中，步骤S2中的所述菌剂为以厌氧消化沼液为原料制备而成的富含特定厌氧微生物的生物制剂。更进一步地，所述菌剂的制备方法为：向处理厨余垃圾的厌氧消化沼液中加入盐酸调节pH至4.4～4.6，同时加入10～20g/L的乳酸，保持30分钟～24小时后，该液体作为定向转化发酵的菌剂使用；其中，所述菌剂制备过程使厌氧消化沼液中的产甲烷古菌失活并使利用乳酸的微生物得到富集；所述菌剂的添加量为乳酸发酵液加入质量的8～12wt％。
在优选的实施例中，步骤S2中的所述碱性添加剂是指具有一定碱度，可以和有机酸发生中和反应使发酵液pH上升的物质；具体选自厌氧消化沼液、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、氨水中的一种或几种。
在优选的实施例中，步骤S2中的所述定向转化发酵罐为全混反应器，反应温度为30～40℃，水力停留时间为2～4天。
S3、蒸馏提取步骤：对步骤S2中得到的发酵液进行蒸发前处理或者不进行蒸发前处理，将发酵液中的小分子有机物进行蒸馏提取，得到液体碳源。在该步骤中，步骤S2产生的VFAs和醇类等易挥发的小分子有机物从体系中蒸发分离并冷凝生成液体碳源，而厨余垃圾底物中的蛋白质、氨氮、磷酸盐、油脂、悬浮颗粒物等物质则仍留在原有体系中并可以进行后续如厌氧消化、热干化焚烧等的处理。经过步骤S1-S2后制得的液体碳源主要由小分子有机酸和醇构成，同时具有低总氮、低总磷、低油脂、低悬浮颗粒物、高COD的特点。
在优选的实施例中，步骤S3中的所述蒸发前处理包括离心和/或过滤去除发酵液中悬浮颗粒物的方法，以利于之后的蒸馏提取；所述蒸馏提取采用电能或蒸汽能的蒸发器在常压或减压调节下进行，所述蒸发器选自MVR蒸发器、单效蒸发器或者多效蒸发器。
在优选的实施例中，步骤S3中的所述蒸馏提取中蒸馏的发酵液以蒸汽形式离开原有体系的质量比例为5～20％。
在一个优选实施例中，如图2所示，利用厨余垃圾制取液体碳源的方法包括：厨余垃圾经预处理后存于底物缓存罐中，后被底物泵输送至乳酸发酵罐内，在乳酸发酵罐内，厨余垃圾将进行自由乳酸发酵。乳酸发酵后的发酵液进入定向转化发酵罐中进行进一步的发酵，pH自动控制系统控制乳酸发酵液及碱性添加剂的加入量，以保证定向转化发酵罐内的pH，菌剂泵向该定向转化发酵罐中定时定量(如在向该定向转化发酵罐内加入乳酸发酵液的同时加入菌剂，菌剂加入的体积为新加入的乳酸发酵液体积的8％～10％)输送菌剂。定向转化发酵过程后，定向转化发酵罐中的出料发酵液存于发酵液暂存罐中待进行后续蒸发提取步骤。发酵液在经蒸发前处理去除其中的悬浮颗粒物后进入蒸发器，发酵液中易挥发的VFAs和醇类以蒸汽的形式离开原有体系并冷凝为液体碳源存于碳源储存罐，而蒸发后的残余液体则通过其他方式进行后续处理。
下面，通过更具体的实施例，对本申请做详细阐述。
实施例1
图3示出了实施例1的工艺流程示意图。如图3所示，餐饮厨余垃圾经破碎、分选、制浆过程被剔除杂质并均质化，浆液进入缓冲罐中暂存16小时，其经过经三相离心机离心后产生的三相离心液进入底物缓存罐。三相离心液经泵输送进入定向转化发酵罐进行反应，同时加入厌氧消化沼液作为碱性添加剂，但不加入菌剂。反应后，定向转化发酵液进入发酵液暂存罐，不进行蒸发前处理直接进入MVR蒸发器。收集的馏出液为液体碳源，存于碳源存储罐；蒸馏后的残余液体可进行厌氧消化处理，厌氧消化沼液可用作碱性添加剂回流至定向发酵罐中。
具体过程为：
一、乳酸发酵
该实施例中，厨余垃圾经破碎、分选、制浆后的浆液在缓冲罐中停留16小时，其在缓冲罐(即为乳酸发酵罐)中发生乳酸发酵，厨余垃圾中的淀粉在缓冲罐内被水解转化为乳酸。
1.底物：餐饮厨余垃圾经破碎、分选、制浆后的浆液，25吨/天。
2.工艺目的：将厨余垃圾中的淀粉水解并转化为乳酸。
3.工艺设备与条件：A、缓冲罐有效容积20m3，水力停留时间约24小时，缓冲罐中无搅拌桨叶，反应依靠进入缓冲罐的浆液自身动能进行混合；B、缓冲罐采用连续发酵模式；C、反应温度为30～35℃，反应器不进行加热；D、反应为自由乳酸发酵，不加入其他添加剂。
4.操作方法：制浆机出料连续进入缓冲罐中，每日定时开启三相离心机，离心机连续工作使得缓冲罐液位下降，浆液经离心后生成三相离心液。
二、定向转化发酵
1.原料：缓冲罐出料经三相离心后的三相离心液；碱性添加剂：厌氧消化沼液；不添加菌剂。
2.工艺目的：厨余垃圾经缓冲罐停留后含有大量的乳酸，可通过该工艺将乳酸转化为挥发性脂肪酸和醇类等挥发性小分子有机物，以便后续通过蒸馏分离。
3.工艺设备与条件：A、定向转化发酵罐为全混反应器，有效容积80～90m3；B、反应温度为35±2℃；C、采用半连续发酵模式，水力停留时间约3至4天；D、每日进料时调节pH至4.4。
4.操作方法：反应采用固定底物加入量的半连续发酵方法进行，每日进行出进料一次，操作时先排出发酵液使定向转化发酵罐内的发酵液体积为60m3，再加入20m3三相离心液，最后加入厌氧消化沼液调节发酵液pH至4.4。排出的发酵液暂存于发酵液暂存罐。
三、蒸馏提取
该实施例中，经定向转化发酵后的发酵液不进行离心或过滤等前处理，直接进入蒸发器。
1.原料：经定向转化发酵后的发酵液；
2.工艺目的：从发酵液中提取出易挥发的小分子有机物以制成液体碳源，同时将悬浮颗粒物、蛋白质、磷酸盐、油脂等物质留在原有体系中。
3.工艺设备与条件：A、使用MVR蒸发器，以电力为能源，换热器为管壳式换热器；B、蒸馏比例为发酵液体积的10％。
4.操作方法：定向发酵后的发酵液从发酵液暂存罐中抽出并进入MVR蒸发器，在流经螺旋板式换热器后排出，此过程中10％体积的发酵液以蒸汽形式离开原有体系，产生的蒸汽经冷凝器凝结为液体碳源并存于碳源存储罐，残余的蒸馏底物可采用厌氧消化处理得到废水、沼渣，产生的厌氧消化沼液可以循环用于定向转化发酵步骤。
产物及其理化性质：
每日可通过该工艺从25吨的厨余垃圾中得到约2.1吨碳源。得到的碳源为无色透明液体，散发浓烈的酒精气味，其主要由乙醇(30000mg/L)、丙醇(40000mg/L)组成，同时有少量乙酸(5500mg/L)和丙酸(2600mg/L)其COD约150000mg/L，其具有低悬浮颗粒物(≈0mg/L)、低总氮(≈10mg/L)、低总磷(≈1mg/L)、低油脂(＜1mg/L)的特点。
实施例2
图4示出了实施例2的工艺流程示意图。如图4所示，家庭厨余垃圾在不经过预处理的情况下直接进入底物缓存罐，之后进入乳酸发酵罐中进行乳酸发酵，其发酵液经泵输送进入定向转化发酵罐进行反应，期间加入按照菌剂，不加入碱性添加剂。由于不需要对反应pH进行控制，因而不使用pH自动控制系统。反应后，定向转化发酵液进入发酵液暂存罐，此时发酵液中还含有大量固体物质，因此需进行三相离心的蒸馏前处理过程，其离心液进入蒸发器。收集的馏出液为液体碳源，存于碳源存储罐；蒸馏后的残余液体经干化后送入焚烧厂焚烧。
具体过程为：
一、乳酸发酵
1.底物：家庭厨余垃圾，10吨/天。
2.工艺目的：将厨余垃圾中的淀粉水解并转化为乳酸。
3.工艺设备与条件：A、乳酸发酵罐有效容积20m3，水力停留时间48小时；B、缓冲罐采用半连续发酵模式；C、反应温度为25～30℃，反应器依靠电能进行加热；D、反应为自由乳酸发酵，不加入其他添加剂。
4.操作方法：每日进出料一次，操作时先从乳酸发酵罐中排出10吨乳酸发酵液进入定向转化发酵罐，后由底物缓存罐中向乳酸发酵罐内加入10吨厨余垃圾。反应过程中乳酸发酵罐内的发酵液体积保持为20吨。
二、定向转化发酵
1.原料：乳酸发酵罐出料；菌剂；不添加碱性添加剂，其中，菌剂由通过如下方法制得：向处理厨余垃圾的厌氧消化沼液中加入盐酸调节其pH至4.5，同时加入10～20g/L的乳酸，保持30分钟后，该液体可作为定向转化发酵的菌剂使用。
2.工艺目的：经乳酸发酵后的厨余垃圾浆液中含有大量乳酸，可通过该工艺将乳酸转化为挥发性脂肪酸和醇类等挥发性小分子有机物，以便后续通过蒸馏分离。
3.工艺设备与条件：A、定向转化发酵罐为全混反应器，有效容积40m3；B、反应温度为37±2℃；C、采用半连续发酵模式，水力停留时间4天。
4.操作方法：每日进出料一次，操作时先从定向转化发酵罐中排出11吨发酵液进入发酵液暂存罐，再向定向转化发酵罐中加入上一步骤中排出的乳酸发酵液10吨，同时加入菌剂1吨并进行反应。
三、蒸馏提取
1.原料：经定向发酵后的发酵液；
2.工艺目的：先通过三相离心的方法分离出发酵液中的液相部分，之后使用蒸发的方法从离心液中提取出易挥发的小分子有机物以制成液体碳源，同时将悬浮颗粒物、蛋白质、磷酸盐、油脂等物质留在原有体系中。
3.工艺设备与条件：A、蒸发前处理采用离心方法分离固相物质，设备为三相离心机；B、使用单效蒸发器，蒸汽作为能量来源，换热器为管壳式换热器；C、蒸馏比例为发酵液体积的15％。
4.操作方法：发酵液暂存罐中的定向转化发酵液在三相离心机的作用下，固体颗粒被分离，得到的离心液进入离心液暂存罐中。其之后进入蒸发器，在流经管壳式换热器后排出，此过程中15％体积的发酵液以蒸汽形式离开原有体系，产生的蒸汽经冷凝器凝结为液体碳源并存于碳源存储罐。
产物及其理化性质：
每日可通过该工艺从10吨的厨余垃圾中得到约1.2吨碳源。得到的碳源为主要由乙醇(10000mg/L)、丙醇(30000mg/L)组成，同时有少量乙酸(4000mg/L)和丙酸(5000mg/L)其COD约100000mg/L，其具有低悬浮颗粒物(≈0mg/L)、低总氮(≈10mg/L)、低总磷(≈1mg/L)、低油脂(＜1mg/L)的特点。
实施例3
图5示出了实施例3的工艺流程示意图。如图5所示，餐饮厨余垃圾经破碎、分选、制浆过程被剔除杂质并均质化后进入缓冲罐中，短暂停留后进入三相离心机，得到的三相离心液进入乳酸发酵罐中进行乳酸发酵。反应后的发酵液排入乳酸发酵液暂存罐，在pH自动控制系统的作用下进入定向转化发酵罐。同时，pH自动控制系统也控制碳酸氢钠的投加量，使得体系维持pH稳定。菌剂经泵输送至定向转化发酵罐内参与该反应。经定向转化发酵后的发酵液进入发酵液暂存罐，使用陶瓷膜过滤掉悬浮颗粒物后进入MVR蒸发器。收集的馏出液为液体碳源，存于碳源存储罐；蒸馏后的残余液体进入厌氧消化系统进行处理。
具体过程为：
一、乳酸发酵
1.底物：餐饮厨余垃圾经破碎、分选、制浆后的浆液，50吨/天。
2.工艺目的：将厨余垃圾中的淀粉水解并转化为乳酸。
3.工艺设备与条件：A、乳酸发酵罐有效容积100m3，水力停留时间约48小时；B、乳酸发酵罐采用连续发酵模式；C、反应温度为32±2℃，乳酸发酵罐依靠饱和蒸汽进行加热；D、反应为自由乳酸发酵，不加入其他添加剂。
4.操作方法：厨余垃圾收运车进厂后将物料投入预处理系统，产生的三相离心液直接进入乳酸发酵罐中，同时从乳酸发酵罐中排出等量的发酵液进入乳酸发酵液暂存罐，以保证发酵罐内液位的稳定。
二、定向转化发酵
1.底物：乳酸发酵罐出料；菌剂：同实施例2；碱性添加剂为碳酸氢钠固体。
2.工艺目的：经乳酸发酵后的厨余垃圾浆液中含有大量乳酸，可通过该工艺将乳酸转化为挥发性脂肪酸和醇类等挥发性小分子有机物，以便后续通过蒸馏分离。
3.工艺设备与条件：A、定向转化发酵罐为全混反应器，有效容积150m3；B、反应温度为35±2℃；C、采用连续发酵模式，水力停留时间2～5天；D、pH控制为4.4～4.6。
4.操作方法：由pH自动控制系统控制乳酸发酵液和碳酸氢钠固体的加入，当pH＜4.4时，向体系加入碳酸氢钠；当pH＞4.6时向体系加入乳酸发酵液，使得体系pH一直保持在4.4～4.6之间，同时加入乳酸发酵液质量10％的菌剂，
三、蒸馏提取
1.原料：经定向发酵后的发酵液；
2.工艺目的：先通过陶瓷膜过滤的方法去除发酵液中的悬浮颗粒物，之后使用蒸发的方法从离心液中提取出易挥发的小分子有机物以制成液体碳源，同时将悬浮颗粒物、蛋白质、磷酸盐、油脂等物质留在原有体系中。
3.工艺设备与条件：A、蒸发前处理采用陶瓷膜过滤，其孔径为1μm；B、使用MVR蒸发器，以电力为能源，换热器为螺旋板式换热器；C、蒸馏比例为发酵液体积的10％。
4.操作方法：发酵液暂存罐中的定向转化发酵液进入陶瓷膜滤池，在自身重力的作用下从膜组外侧流入内测，悬浮颗粒物颗粒被分离，得到清澈的滤液并存于滤液暂存池中。滤液之后进入MVR蒸发器，在流经螺旋版式换热器后排出，此过程中10％体积的发酵液以蒸汽形式离开原有体系，产生的蒸汽经冷凝器凝结为液体碳源并存于碳源存储罐。
产物及其理化性质：
每日可通过该工艺从10吨的厨余垃圾中得到约0.8吨碳源。得到的碳源为主要由乙醇(20000mg/L)、丙醇(50000mg/L)组成，同时有少量乙酸(4000mg/L)和丙酸(5000mg/L)其COD约180000mg/L，其具有低悬浮颗粒物(≈0mg/L)、低总氮(≈10mg/L)、低总磷(≈1mg/L)、低油脂(＜1mg/L)的特点。
本发明实施方式中的方法工艺简单，实施容易，能对厨余垃圾中的有机质进行资源化回收利用，制成了高质量、高经济价值的液体碳源，其与传统的商品碳源拥有类似的脱氮效果，在碳源市场中拥有一定竞争力。与传统的厌氧消化处理工艺相比处理速率更快，而且厨余垃圾中的有机质转化为了经济价值更高碳源而非沼气，同时，提取出的碳源可替代传统工业碳源，降低了污水处理过程的碳排放，因此本发明具有环境和经济的双重价值。
以上内容是结合具体/优选的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普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种利用厨余垃圾制取液体碳源的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、乳酸发酵步骤：向乳酸发酵罐中加入厨余垃圾底物进行乳酸发酵，得到乳酸发酵液；
S2、定向转化发酵步骤：向定向转化发酵罐中加入步骤S1中得到的乳酸发酵液，并加入菌剂和/或碱性添加剂进行转化发酵，得到发酵液；
S3、蒸馏提取步骤：对步骤S2中得到的发酵液进行蒸发前处理或者不进行蒸发前处理，将发酵液中的小分子有机物进行蒸馏提取，得到液体碳源。
2.如权利要求1所述的利用厨余垃圾制取液体碳源的方法，其特征在于，步骤S1中，所述厨余垃圾底物选自家庭厨余垃圾、餐饮厨余垃圾、其他厨余垃圾或者以上三种厨余垃圾的预处理产物中的一种或几种；其中，所述厨余垃圾的预处理包括对厨余垃圾的破碎、分选、制浆或者三相离心处理方式；所述厨余垃圾经预处理后得到的厨余垃圾底物存于底物缓存罐中，后被底物泵输送至乳酸发酵罐内。
3.如权利要求1所述的利用厨余垃圾制取液体碳源的方法，其特征在于，步骤S1中，所述乳酸发酵罐为全混式反应器，反应温度为25～60℃，pH＜4.0，水力停留时间为8小时～30天。
4.如权利要求1所述的利用厨余垃圾制取液体碳源的方法，其特征在于，当步骤S2中加入碱性添加剂或者加入菌剂和碱性添加两者进行转化发酵时，还包括pH自动控制系统，所述pH自动控制系统包括pH探头、控制系统、加碱泵和乳酸发酵液泵；所述pH自动控制系统通过乳酸发酵液及碱性添加剂的加入量控制定向转化发酵罐的反应pH为4.4～4.6。
5.如权利要求1所述的利用厨余垃圾制取液体碳源的方法，其特征在于，步骤S2中，所述菌剂为以厌氧消化沼液为原料制备而成的富含特定厌氧微生物的生物制剂。
6.如权利要求1或5所述的利用厨余垃圾制取液体碳源的方法，其特征在于，步骤S2中，所述菌剂的制备方法为：向处理厨余垃圾的厌氧消化沼液中加入盐酸调节pH至4.4～4.6，同时加入10～20g/L的乳酸，保持30分钟～24小时后，该液体作为定向转化发酵的菌剂使用；其中，所述菌剂制备过程使厌氧消化沼液中的产甲烷古菌失活并使利用乳酸的微生物得到富集；所述菌剂的添加量为乳酸发酵液加入质量的8～12wt％。
7.如权利要求1所述的利用厨余垃圾制取液体碳源的方法，其特征在于，步骤S2中，所述碱性添加剂是指具有一定碱度，可以和有机酸发生中和反应使发酵液pH上升的物质；具体选自厌氧消化沼液、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、氨水中的一种或几种。
8.如权利要求1所述的利用厨余垃圾制取液体碳源的方法，其特征在于，步骤S2中，所述定向转化发酵罐为全混反应器，反应温度为30～40℃，水力停留时间为2～4天。
9.如权利要求1所述的利用厨余垃圾制取液体碳源的方法，其特征在于，步骤S3中，所述蒸发前处理包括离心和/或过滤去除发酵液中悬浮颗粒物的方法；所述蒸馏提取采用电能或蒸汽能的蒸发器在常压或减压调节下进行，所述蒸发器选自MVR蒸发器、单效蒸发器或者多效蒸发器。
10.如权利要求1或9所述的利用厨余垃圾制取液体碳源的方法，其特征在于，步骤S3中，所述蒸馏提取中蒸馏的发酵液以蒸汽形式离开原有体系的质量比例为5～20％。
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