一种采用脱油联合电发酵促进高油脂含量餐厨垃圾发酵产挥发性脂肪酸的方法

本发明属于环保，具体涉及一种采用脱油联合电发酵促进高油脂含量餐厨垃圾发酵产挥发性脂肪酸的方法。

背景技术：

1、随着社会生产的发展，人们对能源和化学品的需求不断增加，挥发性脂肪酸作为一种可持续且实用的产品，常作为微生物的首选碳源，同样也可以应用于生产可生物降解塑料。但是，传统的挥发性脂肪酸的生产通常依靠化石资源的消耗，这将加剧环境污染和资源短缺。餐厨垃圾作为一种有机质含量高、含水量高、易腐败的固体废物，需要通过合理的处理方式以避免对环境的破坏，其中，采用厌氧发酵的处理方式生产挥发性脂肪酸，可以实现餐厨垃圾减量化、资源化。

2、传统厌氧发酵中，一方面，微生物自发进行电子传递，反应速度慢；另一方面，厌氧发酵过程中有甲烷和二氧化碳作为副产物生成，这将消耗餐厨垃圾中的碳，从而使得脂肪酸产率降低。另外，高油脂含量餐厨垃圾中的油脂会抑制厌氧发酵中的水解过程，进而导致产酸过程被抑制，除反应速度减缓外，发酵周期的延长会使得更多的挥发性脂肪酸作为优质碳源被微生物代谢利用，导致挥发性脂肪酸积累量降低。有研究表明，通过添加化学药品可以消除油脂对发酵的抑制作用，但是，由于油脂是高油脂含量餐厨垃圾中具有极大的经济价值的部分，外投化学品不仅增加了成本，还损失了油脂回收可带来的经济价值。因此，需要寻找新的技术手段，在保证油脂回收利用的前提下，加速反应进程并提升挥发性脂肪酸产量，这对于实现高油脂含量餐厨垃圾资源化利用具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作简单、成本低、反应速度快、发酵周期短、产量高、绿色环保的采用脱油联合电发酵促进高油脂含量餐厨垃圾发酵产挥发性脂肪酸的方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

3、一种采用脱油联合电发酵促进高油脂含量餐厨垃圾发酵产挥发性脂肪酸的方法，包括以下步骤：

4、s1、将高油脂含量餐厨垃圾进行脱油处理，直至油脂的质量百分含量降低至1％～3％，得到脱油后餐厨垃圾；

5、s2、将s1得到的脱油后餐厨垃圾、厌氧活性污泥和缓冲溶液混合，得到发酵混合物；所述缓冲溶液为磷酸盐缓冲溶液或pbs缓冲液；

6、s3、将s2得到的发酵混合物置于电发酵反应器中，持续通电，在连续电刺激条件下对发酵混合物进行厌氧发酵，完成对高油脂含量餐厨垃圾处理。

7、高油脂含量餐厨垃圾经过脱油处理后，其油脂的质量百分含量为1％～3％，即油脂含量为1g油脂/100g餐厨垃圾～3g油脂/100g餐厨垃圾。

8、上述的方法，进一步改进的，所述s1中，所述脱油处理的具体过程为：将高油脂含量餐厨垃圾在80℃～95℃蒸煮10min～40min，然后在转速为2700r/min～3000r/min离心5min～15min，分离，得到脱油后餐厨垃圾；所述高油脂含量餐厨垃圾中油脂的质量百分含量为10％～20％。

9、高油脂含量餐厨垃圾中油脂的质量百分含量为10％～20％，即油脂含量为10g油脂/100g餐厨垃圾～20g油脂/100g餐厨垃圾。

10、上述的方法，进一步改进的，所述s1中，所述高油脂含量餐厨垃圾在使用之前还包括以下处理：将高油脂含量餐厨垃圾进行筛选，去除硬质成分，经破碎至泥状；所述硬质成分包括骨头、纸巾、玉米芯和竹签。

11、上述的方法，进一步改进的，所述s2中，所述脱油后餐厨垃圾与厌氧活性污泥的体积比为3～6∶1，所述脱油后餐厨垃圾和厌氧活性污泥的总体积与缓冲溶液的体积的比为1∶3～4。

12、上述的方法，进一步改进的，所述s2中，所述磷酸盐缓冲溶液包括磷酸氢二钾溶液和磷酸二氢钾溶液中的至少一种，所述磷酸氢二钾溶液的浓度为3.48g/l～5.22g/l，所述磷酸二氢钾溶液的浓度为4.08g/l～5.44g/l；

13、所述厌氧活性污泥的制备方法包括以下步骤：将活性污泥在厌氧环境下进行驯化，直至气体产生量稳定，得到厌氧活性污泥；所述驯化的温度为30℃～35℃，所述驯化的时间≥5天。

14、上述的方法，进一步改进的，所述s3中，所述厌氧发酵的时间为11天～18天。

15、上述的方法，进一步改进的，所述s3中，所述厌氧发酵的时间为13天～17天。

16、上述的方法，进一步改进的，所述s3中，所述厌氧发酵过程中控制电压为0.8v～1.0v，所述厌氧发酵的温度为30℃～35℃。

17、上述的方法，进一步改进的，所述s3中，所述电发酵反应器包括阴极和阳极；所述阴极和阳极的材料均为碳毡。

18、上述的方法，进一步改进的，所述s3中，所述厌氧发酵过程中还包括：通入氮气，使发酵体系保持厌氧状态。

19、与现有技术相比，本发明的优点在于：

20、(1)本发明提供了一种采用脱油联合电发酵促进高油脂含量餐厨垃圾发酵产挥发性脂肪酸的方法，首先对高油脂含量餐厨垃圾进行脱油处理，直至油脂的质量百分含量降低至1％～3％，然后将脱油后餐厨垃圾、厌氧活性污泥和缓冲溶液混合制成发酵混合物，置于电发酵反应器中，持续通电，在连续电刺激条件下对发酵混合物进行厌氧发酵，完成对高油脂含量餐厨垃圾处理。本发明的方法，一方面，通过脱油处理可以降低高油脂含量餐厨垃圾中的油脂，从而不会对厌氧发酵中的产酸过程产生抑制作用，且实现了油脂的回收再利用；另一方面，在厌氧发酵的基础上持续通电增加微电压(0.8v～1.0v)，该连续电刺激不仅可以促进微生物的电子传递，提高微生物活性，加速反应的进行，还可以缩短发酵时长，进一步促进挥发性脂肪酸的产生，同时，由于反应速度的加快，整个发酵体系更快速的积累挥发性脂肪酸，其ph值降低，产甲烷菌受到抑制，这将导致产甲烷体系的崩溃，使得发酵过程中不会产生二氧化碳、甲烷等副产物，这可以减少发酵体系中碳源流失，从而进一步提高挥发性脂肪酸的产量。另外，本发明采用的电压较低且反应体系电阻极大，电能消耗很小，其成本远低于通过添加化学品降低油脂对发酵反应抑制作用的成本。本发明的方法，通过脱油联合电发酵处理，使得厌氧发酵的发酵周期缩短，挥发性脂肪酸的产量提高，无二氧化碳、甲烷等副产物产生，具有操作简单、成本低、反应速度快、发酵周期短、产量高、绿色环保等优点，具有很好的应用前景。

21、(2)相较于其他常见缓冲溶液，本发明采用的磷酸盐缓冲溶液不仅不会对发酵体系内的微生物生长造成影响，还不会对挥发性脂肪酸的产量造成影响，也就是说，磷酸盐缓冲溶液在提供ph缓冲作用的同时，可以很大程度的保留生物活性物质。

技术特征：

1.一种采用脱油联合电发酵促进高油脂含量餐厨垃圾发酵产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的采用脱油联合电发酵促进高油脂含量餐厨垃圾发酵产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，所述s1中，所述脱油处理的具体过程为：将高油脂含量餐厨垃圾在80℃～95℃蒸煮10min～40min，然后在转速为2700r/min～3000r/min离心5min～15min，分离，得到脱油后餐厨垃圾；所述高油脂含量餐厨垃圾中油脂的质量百分含量为10％～20％。

3.根据权利要求2所述的采用脱油联合电发酵促进高油脂含量餐厨垃圾发酵产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，所述s1中，所述高油脂含量餐厨垃圾在使用之前还包括以下处理：将高油脂含量餐厨垃圾进行筛选，去除硬质成分，经破碎至泥状；所述硬质成分包括骨头、纸巾、玉米芯和竹签。

4.根据权利要求3所述的采用脱油联合电发酵促进高油脂含量餐厨垃圾发酵产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，所述s2中，所述脱油后餐厨垃圾与厌氧活性污泥的体积比为3～6∶1，所述脱油后餐厨垃圾和厌氧活性污泥的总体积与缓冲溶液的体积的比为1∶3～4。

5.根据权利要求4所述的采用脱油联合电发酵促进高油脂含量餐厨垃圾发酵产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，所述s2中，所述磷酸盐缓冲溶液包括磷酸氢二钾溶液和磷酸二氢钾溶液中的至少一种，所述磷酸氢二钾溶液的浓度为3.48g/l～5.22g/l，所述磷酸二氢钾溶液的浓度为4.08g/l～5.44g/l；

6.根据权利要求1～5中任一项所述的采用脱油联合电发酵促进高油脂含量餐厨垃圾发酵产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，所述s3中，所述厌氧发酵的时间为11天～18天。

7.根据权利要求6所述的采用脱油联合电发酵促进高油脂含量餐厨垃圾发酵产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，所述s3中，所述厌氧发酵的时间为13天～17天。

8.根据权利要求1～5中任一项所述的采用脱油联合电发酵促进高油脂含量餐厨垃圾发酵产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，所述s3中，所述厌氧发酵过程中控制电压为0.8v～1.0v，所述厌氧发酵的温度为30℃～35℃。

9.根据权利要求1～5中任一项所述的采用脱油联合电发酵促进高油脂含量餐厨垃圾发酵产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，所述s3中，所述电发酵反应器包括阴极和阳极；所述阴极和阳极的材料均为碳毡。

10.根据权利要求1～5中任一项所述的采用脱油联合电发酵促进高油脂含量餐厨垃圾发酵产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，所述s3中，所述厌氧发酵过程中还包括：通入氮气，使发酵体系保持厌氧状态。

技术总结
本发明公开了一种采用脱油联合电发酵促进高油脂含量餐厨垃圾发酵产挥发性脂肪酸的方法，首先对高油脂含量餐厨垃圾进行脱油处理，直至油脂的质量百分含量降低至1％～3％，然后将脱油后餐厨垃圾、厌氧活性污泥和缓冲溶液混合制成发酵混合物，置于电发酵反应器中，持续通电，在连续电刺激条件下对发酵混合物进行厌氧发酵，完成对高油脂含量餐厨垃圾处理。本发明的方法，通过脱油联合电发酵处理，使得厌氧发酵的发酵周期缩短，挥发性脂肪酸的产量提高，无二氧化碳、甲烷等副产物产生，具有操作简单、成本低、反应速度快、发酵周期短、产量高、绿色环保等优点，具有很好的应用前景。

技术研发人员：王蜜儿,范长征,汤琳,钟林芮,高玉莹,李爽,肖换年,晏铭,韩雨轩,张超,陈秋羽,陈大燕
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12