一种促进餐厨垃圾厌氧发酵产乙酸的方法与流程

本发明涉及环境保护以及资源化，尤其是涉及餐厨垃圾厌氧发酵产乙酸的方法。

背景技术：

1、随着我国人口数量迅猛增长，餐厨垃圾产量逐年增加，其处理处置问题亟待解决。厌氧发酵技术能够将餐厨垃圾转化为高值能源物质，如挥发性脂肪酸(vfas)、甲烷等，并实现无害化和减量化。近年来，在无需灭菌操作的开放系统中通过混合微生物发酵的方法合成目标产物逐渐成为餐厨垃圾高值化处理的研究热点。

2、餐厨垃圾厌氧发酵所产vfas特别乙酸，不仅是合成高值化学品的原料，还可作为污水处理厂的优质补充碳源。因此，利用餐厨垃圾厌氧发酵制备vfas特别是乙酸兼具资源回收和污染控制的双重优势。然而，在餐厨垃圾厌氧发酵产乙酸过程中，与糖类底物相比，蛋白质类底物转化率较低，且底物代谢过程中还存在其他产物(如丙酸、丁酸、乙醇、乳酸等)的产生，与产乙酸的代谢途径形成了竞争，影响了整体厌氧发酵产乙酸性能。此外，餐厨垃圾的高油高盐特性也直接或间接地影响厌氧发酵微生物的生长和代谢活动，从而影响整个厌氧发酵系统稳定性。因此，餐厨垃圾厌氧发酵过程存在提高目标产物产量难、蛋白质转化率低、微生物活性易受油脂和盐分抑制、维持发酵系统稳定性难等问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种促进餐厨垃圾厌氧发酵产乙酸的方法。本发明通过产乙酸菌和光催化材料的联合作用，显著促进餐厨垃圾厌氧发酵制备乙酸，为餐厨垃圾资源化产酸提供新技术，推动以餐厨垃圾为代表的城镇湿垃圾资源化与无害化处理。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种促进餐厨垃圾厌氧发酵产乙酸的方法，在餐厨垃圾厌氧发酵产酸反应器中加入发酵混合菌、嗜蛋白产乙酸液和光催化材料，在光照条件下，控制一定的厌氧发酵温度，进行厌氧发酵反应。

4、进一步地，所述嗜蛋白产乙酸菌悬浊液的投加量为厌氧发酵反应器有效容积的0.5％～3％，进一步优选为1％～2％。

5、进一步地，所述光催化材料为硫化镉或者氮化碳。

6、进一步地，所述光源为紫外光或者可见光。

7、进一步地，所述光催化材料添加量浓度范围为10～500mg/l，进一步优选为50～300mg/l。

8、进一步地，所述厌氧发酵底物ph为6～9，进一步优选为7～8。

9、进一步地，所述厌氧发酵产酸温度为10～55℃，进一步优选为20～35℃。

10、进一步地，所述厌氧发酵产酸时间为2～10d，进一步优选为4～8d。

11、本发明中利用产乙酸菌和光催化材料联合促进餐厨垃圾厌氧发酵生产乙酸的基本原理如下：

12、状氮化碳及硫化镉纳米粒子均具有良好的光吸收能力，是性能优良且结构稳定的光催化材料。当光线照射时，氮化碳或硫化镉被激发后释放出电子，活化分子氧，产生超氧自由基或羟基自由基轰击co2并将其还原为乙酸，从而提高乙酸产量。此外，许多生命活动都伴随着自由基的产生、变化或消失，半导体光催化材料通过产生自由基还能影响微生物生理活动，提高微生物代谢，也能够提高乙酸产量。另外，碳化氮或硫化镉对与厌氧发酵相关的微生物酶活性具有一定促进作用，主要是由于一些参与厌氧发酵产乙酸的酶中含有少量的如铁、钴、锰等过渡金属原(离)子，其活性部位又常常是酶的活性中心，加入碳化氮或硫化镉能改变该原(离)子的存在形态从而增强一些酶的活性，进而使得乙酸的产生量得以增加。

13、在利用产乙酸菌和光催化材料促进餐厨垃圾厌氧发酵产乙酸的过程中，为提高乙酸产量及经济效益，发酵产酸条件也需要得到很好控制。本发明中主要控制的反应条件包括：添加材料的浓度、发酵温度以及时间。本发明中，添加的光催化材料在10～500mg/l的范围内能够有效促进蛋白质转化为乙酸，综合考虑原料成本与乙酸的累积产量的关系，本发明采用的较理想的材料添加范围为50～500mg/l。发酵温度与时间将影响有机物的水解效率以及系统中微生物的活性，从而影响乙酸累积。因此，本发明中，发酵温度控制范围为10～55℃，较为理想的范围为20～35℃，厌氧发酵反应时间控制范围为2～10d，较为理想的范围为4～8d。

14、本发明有益的技术效果在于：

15、(1)相比常规餐厨垃圾厌氧发酵，本方法可实现乙酸产量提升2～3倍，vfas中乙酸占比提升1～2倍，具有操作简便及乙酸产量增幅效果显著等优点。

16、(2)材料及光源使系统产生超氧自由基或羟基自由基轰击co2并将其还原为乙酸，不但提高乙酸产量，而且实现了co2减排；同时促进产酸微生物中相关的酶活性，改善微生物细胞膜的通透性，影响细胞内生物大分子的结构以及参与生物反应中的自由基，改善有机物的分解转化效率，提高厌氧发酵产酸速率和产量，有效地缩短发酵产酸的时间，减少产酸处理系统的容积，降低运行成本。

17、(3)乙酸是一种重要的化工原料，应用广泛，而大部分工业用乙酸是通过甲醇的羰基化制备的，往往含有重金属、苯类物质等其他杂质，并且合成过程会对环境造成负担，因此，开发利用材料提高嗜蛋白产乙酸菌厌氧发酵生产乙酸的技术具有较大的经济价值。

18、(4)提高蛋白质高效转化为乙酸的概念能引申应用于实际的蛋白质废水处理，能有效地将蛋白质废水以及其他工业废水转化为具有较高利用价值的乙酸，降低废水中有机污物对环境的污染破坏作用，符合循环经济的理念。

1.一种促进餐厨垃圾厌氧发酵产乙酸的方法，其特征在于，在餐厨垃圾厌氧发酵反应器中加入发酵混合菌、产乙酸菌和光催化材料，在光照条件下，控制一定的发酵温度，进行厌氧发酵产酸反应。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，配制嗜蛋白产乙酸菌培养基，制备产乙酸菌的悬浊液并分装。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，嗜蛋白产乙酸菌悬浊液的投加量为厌氧发酵反应器有效容积的0.5％～3％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，投加材料为硫化镉或者氮化碳。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，光源为紫外光或者可见光。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，光催化材料添加量浓度范围为10～500mg/l，进一步优选为50～300mg/l。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，厌氧发酵底物ph为6～9，进一步优选为7～8。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，厌氧发酵温度为10～55℃，进一步优选为20～35℃。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，厌氧发酵时间为2～10d，进一步优选为4～8d。