利用厨余垃圾资源化处理定向制备VFAs有机酸的工艺

技术领域

本发明涉及厨余垃圾制备VFAs有机酸技术领域，具体为利用厨余垃圾资源化处理定向制备VFAs有机酸的工艺。

背景技术

厨余垃圾处理工艺主要有厌氧发酵、好氧堆肥、直接烘干作饲料、微生物处理技术、昆虫源蛋白饲料生物转化技术以及协同资源化处理技术。

机械粉碎直排法是使用家用垃圾粉碎机将家庭厨余湿垃圾粉碎后由下水道排入市政下水管网。直接增加了市政水质净化厂的处理负荷，厨余立即油脂含量高，易在排水管道里凝结成块，随着时间累积对污水管网造成堵塞问题。且厨余垃圾在管道内易存留，从而产生臭气，污染环境，增加病菌、蚊蝇的滋生和疾病的传播机会。

高温好氧堆肥技术是在人工控制的条件下，对厨余垃圾进行堆肥处理，使有机固体废物进行生物稳定作用的过程。好氧堆肥的产品滞销不畅，受季节气候影响大，远距离运输费用高，堆肥处理设施恶臭污染扰民，占地面积大等问题。

厌氧发酵处理技术是在高温厌氧条件下，利用微生物处理厨余垃圾，将厨余垃圾中有机物质分解转化为甲烷、二氧化碳以及发酵残余物等。对厨余垃圾的酸碱度要求高，技术控制复杂，反应器生物启动时间长，厌氧发酵产生的沼渣需要进一步处理，沼液的C/N低，处理难度大。

昆虫转化处理技术是通过蚯蚓、黑水虻、黄粉虫等昆虫和微生物的协同作用使厨余垃圾中的有机物进行分解和转化。厨余垃圾中高含量的油脂和无机类物质对昆虫分解有机物存在消极影响，因此厨余垃圾昆虫处理前，需要进行细致的除油除渣工作，增加处理工作量。昆虫转化处理技术存在昆虫养殖基地占地大，受季节气候变化明显，昆虫分解后剩余残渣需要进一步处理，容易产生臭气等问题。

厨余垃圾(含家庭厨余垃圾)是生活垃圾分类后有机固废的最主要成分，而且也是生活垃圾有机碳最主要的载体。厨余垃圾具有鲜明的资源和废物的二重性，处理不好非常容易散发异味、污染环境、产生高浓度有机废水的污染。

厌氧发酵产沼气是主流的厨余垃圾资源化技术，厨余垃圾经厌氧发酵处理产生的沼气可供发电，沼渣可按照固废处理，沼液处理难度很大。沼液具有污染物浓度高、成分复杂、氨氮含量高、碳氮比不协调的特点，高浓度氮素的去除处理难度大，处理流程长。

厨余垃圾处理设施选址易遇“邻避效应”，发酵沼液难于处理的问题客观上制约了城市厨余垃圾处理能力和水平的提升，需探索新的适用性强的技术路线和处理方案。

传统碳源多为液态或可溶性物质，在实际投加过程中，因进水水质波动，容易造成投加不足或过剩的情况，从而导致出水水质不能稳定达标，进一步增加污水处理成本。近年来，许多研究者转向开发环境安全性高、低廉、甚至“以废治废”的碳源研究，新型碳源主要是以工业废水、污泥及厨余废弃物水解液、垃圾渗滤液为主的液体碳源。其中，采用富含挥发性脂肪酸(VFA)的消化液或水解液提供碳源，可生化性好，毒副作用更小，既解决了原有污水中低碳氮比的问题，又能实现废水的资源化利用。

发明内容

本发明的目的在于提供利用厨余垃圾资源化处理定向制备VFAs有机酸的工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：利用厨余垃圾资源化处理定向制备VFAs有机酸的工艺：包括以下步骤：

S1：将厨余餐厨果蔬垃圾倒入垃圾接收槽内；

S2：通过破袋装置将餐厨余果蔬垃圾中的垃圾袋进行破碎，通过液压流量控制装置输送到粗破碎分选系统中，将厨余餐厨果蔬垃圾进行粗破碎并筛分出粒径＞100mm杂质；

S3：将粗破碎后的厨余餐厨果蔬垃圾输送到重力风选装置中，筛分出10mm ＜粒径＜100mm重杂质；

S4：将去除重杂质后的厨余餐厨果蔬垃圾输送到精分制浆装置中，筛分出粒径＜10mm轻杂质并制成厨余餐厨果蔬垃圾浆液；

S5：将去除轻杂质后的厨余餐厨果蔬垃圾浆液输送到浆料暂存池，根据浆液情况选择是否需要回流调质，若需要，则将浆液送回垃圾接收槽内回流调质并重复上述步骤，若不需要，则进入步骤S6；

S6：将浆料暂存池中的厨余餐厨果蔬垃圾浆液输送到除油除砂装置中，去除浮油和部分细重杂质，然后输送到水解反应器进行水解，再输送到酸化反应器中进行酸化；

S7：将酸化反应器中酸化后的厨余餐厨果蔬垃圾浆料输送到VFAs制备反应器中定向制备VFAs有机酸，再通过浮渣挤压装置去除细轻杂质，最后将VFAs 有机酸输送到酸化出料暂存池中；

S8：酸化出料暂存池中的VFAs有机酸依据水质指标检测，指标达到VFAs 有机酸要求时，进入步骤S9，否则进行VFAs有机酸回流调质

S9：将酸化出料暂存池中的VFAs有机酸通过VFA超滤纯化装置进行纯化，然后输送到碳源出料暂存池中，用于外运补充碳源。

优选的，所述步骤S2中，去除的粗大杂质外运焚烧发电。

优选的，所述步骤S2中，经过粗破碎分选系统破碎后的厨余餐厨果蔬垃圾浆料中难破碎杂质输送到杂质挤压装置中，杂质被挤压掉多余的水分后排出，外运焚烧发电。

优选的，所述步骤S3中，去除的重杂质加入到杂质挤压装置中，杂质被挤压掉多余的水分后排出，外运焚烧发电。

优选的，所述步骤S4中，去除的轻杂质加入到杂质挤压装置中，杂质被挤压掉多余的水分后排出，外运焚烧发电。

优选的，所述步骤S6和S7中，去除的细重杂质和细轻杂质加入到杂质挤压装置中，杂质被挤压掉多余的水分后排出，外运焚烧发电。

优选的，所述步骤S6中，水解酸化反应的时间为7-10天。

优选的，所述步骤S7中，最佳定向制备VFAs有机酸反应条件：pH3.8-4.8；温度20-30摄氏度；悬浮物4.0×10

优选的，所述步骤S8中，经检测，酸化处理暂存池的VFAs有机酸的COD ＜8.0×10

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)挥发性脂肪酸(VFA)是脂肪酸的一种，可以作为碳源生产可降解型塑料材料聚羟基脂肪酸酯(PHA)，亦可作为碳源投加入城镇水质净化厂替代化工碳源参与污水脱氮处理工艺；

2)厨余垃圾是居民生活垃圾中有机碳的最主要载体，而厨余垃圾经过进一步水解酸化处理后产生的水解液富含高达数万毫克每升的短链小分子有机碳，是作为碳源的优质原料；

3)本发明技术利用酸碱度对于微生物生物活性的影响，抑制产甲烷微生物生长，使得仅有酸化菌能维持活性连续产挥发性有机酸(VFA)，达到无季节性全年定向制备挥发性有机酸的目的，以VFA作为碳源，既可工业生产可降解型塑料材料PHA，也可作为碳源投加进水质净化厂参与污水脱氮处理工艺，减少厨余垃圾处理的投资、运行费用，提升厨余垃圾资源化利用的经济价值，具有“开源”和“截流”的双重经济效益；

4)本工艺仅采用高效水解酸化技术，抑制厌氧产甲烷，定向制备挥发性有机酸，过程中不添加任何试剂进行反应催化调节，进而利用挥发性有机酸作为城市污水的补充碳源，有利于提升厨余垃圾资源化利用水平，有利于降低城市污水处理费用；

5)利用厨余垃圾资源化处理定向制备VFAs有机酸的工艺，目前行业内还是空白，属于首创工艺技术路线。

附图说明

图1为本发明工艺流程图；

图2为本发明制备VFAs有机酸示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/ 底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：利用厨余垃圾资源化处理定向制备VFAs有机酸的工艺：包括以下步骤：

S1：将厨余餐厨果蔬垃圾倒入垃圾接收槽内；

S2：通过破袋装置将餐厨余果蔬垃圾中的垃圾袋进行破碎，通过液压流量控制装置输送到粗破碎分选系统中，将厨余餐厨果蔬垃圾进行粗破碎并筛分出粒径＞100mm杂质；

S3：将粗破碎后的厨余餐厨果蔬垃圾输送到重力风选装置中，筛分出10mm ＜粒径＜100mm重杂质；

S4：将去除重杂质后的厨余餐厨果蔬垃圾输送到精分制浆装置中，筛分出粒径<10mm轻杂质并制成厨余餐厨果蔬垃圾浆液；

S5：将去除轻杂质后的厨余餐厨果蔬垃圾浆液输送到浆料暂存池，根据浆液情况选择是否需要回流调质，若需要，则将浆液送回垃圾接收槽内回流调质并重复上述步骤，若不需要，则进入步骤S6；

S6：将浆料暂存池中的厨余餐厨果蔬垃圾浆液输送到除油除砂装置中，去除浮油和部分细重杂质，然后输送到水解反应器进行水解，再输送到酸化反应器中进行酸化；

S7：将酸化反应器中酸化后的厨余餐厨果蔬垃圾浆料输送到VFAs制备反应器中定向制备VFAs有机酸，再通过浮渣挤压装置去除细轻杂质，最后将VFAs 有机酸输送到酸化出料暂存池中；

S8：酸化出料暂存池中的VFAs有机酸依据水质指标检测，指标达到VFAs 有机酸要求时，进入步骤S9，否则进行VFAs有机酸回流调质

S9：将酸化出料暂存池中的VFAs有机酸通过VFA超滤纯化装置进行纯化，然后输送到碳源出料暂存池中，用于外运补充碳源。

所述步骤S2中，去除的粗大杂质外运焚烧发电。

所述步骤S2中，经过粗破碎分选系统破碎后的厨余餐厨果蔬垃圾浆料中难破碎杂质输送到杂质挤压装置中，杂质被挤压掉多余的水分后排出，外运焚烧发电。

所述步骤S3中，去除的重杂质加入到杂质挤压装置中，杂质被挤压掉多余的水分后排出，外运焚烧发电。

所述步骤S4中，去除的轻杂质加入到杂质挤压装置中，杂质被挤压掉多余的水分后排出，外运焚烧发电。

所述步骤S6和S7中，去除的细重杂质和细轻杂质加入到杂质挤压装置中，杂质被挤压掉多余的水分后排出，外运焚烧发电。

所述步骤S6中，水解酸化反应的时间为7-10天。

所述步骤S7中，最佳定向制备VFAs有机酸反应条件：pH3.8-4.8；温度20-30 摄氏度；悬浮物4.0×10

所述步骤S8中，经检测，酸化处理暂存池的VFAs有机酸的COD＜8.0× 10

厨余垃圾资源化处理，采用“预处理分选制浆+浆料酸化制备有机酸”的创新性工艺技术。预处理分选制浆阶段，既将厨余垃圾中无法利用的无机类物质以及粒径＞100mm的无法被破碎的杂物进行分选剥离，也将可被利用的油脂和部分粒径＞5mm渣料筛分出来，用于制备生物燃料和生物制药等方面。5mm以下均质化浆液再进入到高效水解酸化+定向制酸阶段。

酸化菌是指可发生酸化发酵反应的菌落总称，其中菌群复杂，不同酸化菌的代谢产物不尽相同，比如乙酸菌代谢产物生成乙酸，乳酸菌代谢产物生成乳酸，故此厨余垃圾经酸化阶段转化后，会产生复杂多样的短链挥发性脂肪酸。

VFAs(挥发性脂肪酸类)有机酸，主要包括乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸等，它们均具有易挥发性。挥发性脂肪酸既可用于生产可降解型塑料材料聚羟基脂肪酸酯PHA，又因其短链分子结构，易被微生物直接利用，为微生物的新陈代谢提供能量。

VFA一般指具有1～6个碳原子的短链脂肪酸，是一个总称，乙酸、丙酸、丁酸等都涵盖其中。故此，人为控制VFA反应器内温度，pH和SS等细菌生长环境条件，便可得到VFA有机酸中某一种短链脂肪酸为主的高浓度VFA有机酸产品，由此凸显定向制备VFAs有机酸技术工艺的定向性。例如，温度在28～33℃和pH在3.5～6.5的条件，最适合乙酸菌的生长；因此，人为干预将环境条件控制在上述条件参数下，则在VFA反应器中，乙酸菌迅速生长繁殖，占据菌落优势，成为主要菌群，优势菌群；相应地，乙酸菌代谢产生大量乙酸，成为代谢产物中占比最高的VFAs有机酸，制备出的VFAs有机酸中，乙酸的含量可达80％。

如附图2所示，本工艺采用水解酸化分段发酵降解方法，以厨余垃圾为原料，将厨余垃圾中长链大分子有机酸经由水解细菌与酸化菌共同作用，转化成短链小分子有机酸。为了达到高效水解酸化的目的，首先浆液在水解反应器和酸化反应器内要有足够的停留反应时间，水解酸化反应时间总计7-10天为宜，这样设置的目的在于浆料在酸化菌的作用下能快速使pH值降到3.8-4.8。在此 pH值条件下，可以实现提升VFAs反应器内VFAs分压、氢气分压、一氧化碳分压的目的，抑制产甲烷微生物生长，使得仅有酸化菌能维持活性持续产酸。

甲烷菌生长的最适pH在6.8-7.2之间，偏离这个pH区间，pH对甲烷菌的生长便会产生抑制作用，偏离越远抑制效果越明显；3.8-4.8这个pH区间为酸化菌的最佳生存环境，酸化菌会迅速生长繁殖，但甲烷菌的生长会因环境不适受到抑制，从而达到抑制甲烷菌的生长的目的。因此，VFAs制备反应器中，温度为20-30℃，pH在3.8-4.8。

将经过酸化后的厨余垃圾浆液引入VFAs制备反应器中，通过对VFAs反应器内上述的参数的调控，增强VFAs反应器各类VFA菌种的新陈代谢，提高VFAs (挥发性脂肪酸类)有机酸浓度，VFAs有机酸占总有机碳90％以上。亦可根据已知条件，改变反应器内环境条件，使VFA菌种间产生“优胜劣汰”的竞争效应，从而达到以某一种短链脂肪酸为主的有机酸产物。

对于高氨氮、低碳氮比废水而言，当进水碳源不足时，强化反硝化反应、提高总氮去除率对水质净化厂整体运行十分必要。在传统的生物脱氮工艺中为了达到良好的反硝化效果，往往需要外加甲醇、乙酸、葡萄糖等作为碳源。传统生物脱氮工艺是指含氮化合物在微生物的作用下，依次发生氨化、硝化和反硝化三个反应，从而达到脱氮的目的。硝化过程需要曝气，耗费能量，在典型城市污水厂能源消耗中占比可高达50％。而且反硝化时所需碳源往往在硝化过程中被大量消耗，需额外添加大量碳源。为达到合适的反硝化速率和良好的反硝化效果，需按照理论耗量的2-3倍投加碳源。此外，为维持系统内较高生物浓度及获得良好的脱氮效果，必须同时进行污泥和硝化液回流，增加了动力消耗及运行费用。挥发性脂肪酸(VFA)是脂肪酸的一种，具有很强的挥发性，故称挥发性脂肪酸。挥发性脂肪酸可以作为碳源生产可降解型塑料材料聚羟基脂肪酸酯(PHA)，亦可作为碳源投加入城镇水质净化厂替代化工碳源参与污水脱氮处理工艺。

VFAs有机酸属于短链有机酸，水质净化厂在处理污水过程中需要短链有机酸作为补充碳源，因此，本发明定向制备的VFAs有机酸可以作为补充碳源提供给水质净化厂。

本发明技术通过调控VFAs反应器运行参数，抑制厌氧产甲烷，达到定向制酸的目的，打破厌氧发酵工艺的自发产甲烷理论。将VFAs制备反应器内的pH 调控至3.8-4.8区间，温度调控至20-30℃区间，以及SS调控至4×10

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。