一种耦合零价铁强化餐厨垃圾厌氧发酵产酸的方法

本发明涉及有机固体废弃物资源化利用领域，具体涉及一种耦合零价铁强化餐厨垃圾厌氧发酵产酸的方法。

背景技术：

1、随着人们生活水平的提升及餐饮行业的快速发展，全球每年产生约20亿吨的城市垃圾，其中一半是餐厨垃圾。餐厨垃圾中含有大量淀粉、蛋白质、脂肪等有机物质，以及磷、钙、钾等多种微量元素，这些成分是厌氧微生物发酵的理想基质。餐厨垃圾厌氧消化技术是在无氧条件下，通过多种微生物菌群的协同作用，将其转化为vfas、氢气和沼气等高附加值产品，达到无害化和资源化处理的要求。

2、餐厨垃圾厌氧发酵可减少对环境的二次污染以及实现资源的回收利用。目前，研究主要集中于通过厌氧发酵产生氢气和甲烷，缺点是产物产量较低且附加值不高，因此，需开发新的餐厨垃圾资源化技术。控制好厌氧发酵的操作条件，可将餐厨垃圾所含有机质转化为有价值的化学品，如vfas(乙酸、丙酸、异丁酸、正丁酸、异戊酸和正戊酸)。这些vfas用途广泛：作为土壤改良剂，改善土壤结构和肥力，促进植物生长；作为发酵工业的原料，用于生产可生物降解塑料等产品；作为食品添加剂，用于调节食品的风味和酸度；作为动物饲料添加剂，促进动物肠道健康和提高饲料利用率等。因此，vfas的生产不仅能实现餐厨垃圾的资源化利用，还可获得高价值的原材料和产品，有助于推动循环经济的发展。

3、餐厨垃圾的组成复杂，包含多种有机物质，其复杂性增加了微生物降解的难度，导致有机酸产率较低，发酵过程过高或过低的ph值也会抑制微生物的活性，影响有机酸的产生。然而，餐厨垃圾发酵过程中ph值容易波动，难以精确控制。现有餐厨垃圾厌氧发酵产酸技术主要是通过添加化学药剂进而调整ph值，但这种方式提高了产酸成本和操作复杂性，同时含高浓度化学药剂的发酵废液的处理处置又成为另一个棘手的问题。因此需要寻求一种经济环保且高效的新方法来改善餐厨垃圾中复杂有机质的水解并缓解厌氧发酵过程中ph值的波动，进而促进增强水解产酸效率，为使相关研究能更有效地指导实际的餐厨垃圾厌氧发酵产vfas意义重大。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种耦合零价铁强化餐厨垃圾厌氧发酵产酸的方法，其可以解决现有餐厨垃圾厌氧发酵产酸技术有机酸产率低的问题。

2、在本发明的一个方面，本发明提出了一种耦合零价铁强化餐厨垃圾厌氧发酵产酸的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括以下步骤：

3、(1)收集餐厨垃圾，剔除杂物后破碎，混合均匀后获得初处理的餐厨垃圾；

4、(2)将初处理的餐厨垃圾投加复合酶后放入恒温培养箱进行培养；

5、(3)将步骤(2)中经复合酶处理后的餐厨垃圾放入厌氧反应器中，投加零价铁并接种厌氧污泥，通入氮气形成厌氧条件后发酵，完成餐厨垃圾发酵产酸。

6、另外，根据本发明上述实施例的一种耦合零价铁强化餐厨垃圾厌氧发酵产酸的方法，还可以具有如下附加的技术特征：

7、在本发明的一些实施例中，所述步骤(1)中，杂物包括一次性木筷、骨头、纸巾。

8、在本发明的一些实施例中，所述步骤(1)中，初处理后的餐厨垃圾中总固体含量为280～320g/l，挥发性固体含量为260～280g/l。

9、在本发明的一些实施例中，所述步骤(2)中，复合酶包括淀粉酶和蛋白酶，淀粉酶用量为400～800u/g vs，蛋白酶用量为200～400u/g vs，即每克餐厨垃圾挥发性固体投加淀粉酶400～800u，每克餐厨垃圾挥发性固体投加蛋白酶200～400u。

10、在本发明的一些实施例中，所述培养温度为40～45℃，培养时间为10～14h，培养的震荡速度为150～180rpm。

11、在本发明的一些实施例中，所述步骤(3)中，投加零价铁的浓度为4～6g/l。

12、在本发明的一些实施例中，所述步骤(3)中，接种厌氧污泥的总固体含量为70～80g/l，挥发性固体含量为60～68g/l，餐厨垃圾与厌氧污泥的配比为餐厨垃圾挥发性固体质量：接种污泥挥发性固体质量＝4：1。

13、在本发明的一些实施例中，所述步骤(3)中，发酵温度为55～60℃，发酵时间为7～8天，厌氧发酵总体系含固率为10％

14、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

15、1)本发明采用复合酶对餐厨垃圾进行预处理可增加溶解性有机物的含量，为后续厌氧发酵产酸提供充足的底物，提高系统厌氧发酵产酸性能。

16、2)在厌氧体系中投加零价铁能够促进餐厨垃圾中有机物的降解，进而提高vfas的产量。

17、3)本发明通过投加零价铁和淀粉酶、蛋白酶按一定比例组成的复合酶处理餐厨垃圾，将固态中的有机物最大程度地释放到液态中。对所投加零价铁和复合酶用量进行优化，有效促使微生物高效利用有机物，缓解反应体系ph值的下降，维护厌氧发酵体系的稳定从而最大化地转化为vfas，提高有机酸的产率。在最佳控制条件下，vfas产率最高达1875mgcod/g vs，较未强化组高97％。

技术特征：

1.一种耦合零价铁强化餐厨垃圾厌氧发酵产酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种耦合零价铁强化餐厨垃圾厌氧发酵产酸的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，杂物包括一次性木筷、骨头、纸巾。

3.根据权利要求1所述的一种耦合零价铁强化餐厨垃圾厌氧发酵产酸的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，初处理后的餐厨垃圾中总固体含量为280～320g/l，挥发性固体含量为260～280g/l。

4.根据权利要求1所述的一种耦合零价铁强化餐厨垃圾厌氧发酵产酸的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，复合酶包括淀粉酶和蛋白酶，每克餐厨垃圾挥发性固体投加淀粉酶400～800u，每克餐厨垃圾挥发性固体投加蛋白酶200～400u。

5.根据权利要求1所述的一种耦合零价铁强化餐厨垃圾厌氧发酵产酸的方法，其特征在于：所述培养温度为40～45℃，培养时间为10～14h，培养的震荡速度为150～180rpm。

6.根据权利要求1所述的一种耦合零价铁强化餐厨垃圾厌氧发酵产酸的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，投加零价铁的浓度为4～6g/l。

7.根据权利要求1所述的一种耦合零价铁强化餐厨垃圾厌氧发酵产酸的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，接种厌氧污泥的总固体含量为70～80g/l，挥发性固体含量为60～68g/l，餐厨垃圾与厌氧污泥的配比为餐厨垃圾挥发性固体质量：接种污泥挥发性固体质量＝4：1。

8.根据权利要求1所述的一种耦合零价铁强化餐厨垃圾厌氧发酵产酸的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，发酵温度为55～60℃，发酵时间为7～8天，厌氧发酵总体系含固率为10％。

技术总结
本发明公开了一种耦合零价铁强化餐厨垃圾厌氧发酵产酸的方法，包括以下步骤：(1)收集餐厨垃圾，剔除杂物后破碎，混合均匀后获得初处理的餐厨垃圾；(2)将初处理的餐厨垃圾投加复合酶后放入恒温培养箱进行培养；(3)将步骤(2)中经复合酶处理后的餐厨垃圾放入厌氧反应器中，投加零价铁并接种厌氧污泥，通入氮气形成厌氧条件后发酵，完成餐厨垃圾发酵产酸。本发明通过复合酶预处理和投加零价铁，提高了发酵反应器中可降解有机物的浓度，促进发酵底物尤其是淀粉和蛋白质的分解，显著提高了挥发性脂肪酸产率。

技术研发人员：石先阳,许都,黄茹婷
受保护的技术使用者：安徽大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/14