[发明专利]生物质固废厌氧发酵-电渗析法制取短链羧酸盐

说明书

技术领域

本发明涉及生物质固废资源化利用技术和电渗析技术领域，具体涉及到一种使用 电渗析法制取发酵短链羧酸盐的方法。

背景技术

我们的社会每天产生大量的生物质固废，通过发酵可以将这些生物质固废转化为 有价值的化合物，比如有机酸和酒精等。在生物质固废的发酵处理中，可以分为单一菌种处 理和混合菌种处理两种。在实际应用中，混合菌种处理比单一菌种处理拥有明显的优势，具 体表现为：发酵过程更易控制、操作运行更简便、可处理的生物质固废种类更广泛。通过使 用混合菌种进行厌氧发酵，生物质固废可转化为短链的羧酸盐，例如醋酸钠、丁酸钠和戊酸 钠等。这些物质可用于许多生物处理和生产过程中，例如生物产沼气、生物高聚物生产和污 水处理中营养物质的去除。

由于生物质固废中含有许多不同成分，并且使用了混合菌种进行处理，发酵液中 除了短链羧酸盐还含有许多不可电解的杂质。在实际应用中，生物处理和生产需要的短链 羧酸一般为高纯度羧酸，因此亟需发明一种方法将短链羧酸盐从发酵液中提取出来。同时， 羧酸盐是一种抑制发酵进行的产物，通过从发酵液中直接回收短链羧酸盐，可以降低发酵 液中短链羧酸盐浓度，使得生物质固废更多的转化为短链羧酸盐，取得更高的产量。

利用电渗析技术，可以将发酵液中的短链羧酸盐分离提取出来，不可电解的杂质 留在发酵液中。

发明内容

本发明目的在于提供一种简洁经济高效的方法，以提取发酵液中的短链羧酸盐。

本发明的技术方案按如下的步骤操作：

1.制备模拟发酵液溶液，溶液中醋酸钠、丁酸钠以及氯化钠浓度均为0.08mol/L，溶 液pH用2mol/L盐酸调节至5.5，作为电渗析中淡化室溶液；

2.制备氯化钠溶液，其电导率与模拟发酵液一致，溶液pH调节至7，作为电渗析中浓缩 室溶液；

3.制备0.08mol/L硫酸钠溶液，作为电渗析中极室溶液；

4.将上述溶液分别加入电渗析设备相应的溶液室中，开启设备运行5分钟，待溶液电 导率稳定后，以恒定电流0.23A模式进行电渗析提取3小时，溶液流速为400ml/min。

本发明优点：本发明采用电渗析提取发酵液中的短链羧酸盐，可以直接将短链羧 酸盐和发酵液中不可电解的杂质分离。同时，由于短链羧酸盐在发酵液中浓度较高时会抑 制新的短链羧酸盐产生，通过本发明的方法直接提取短链羧酸盐，可以提高短链羧酸盐的 发酵产量。本发明电渗析提取采用较低的电流强度进行，能耗低，具有规模化应用的潜质。

附图说明

图1是电渗析原理图其中：CM:阳离子交换膜；AM：阴离子交换膜；浓缩液：NaCl溶液；淡化液：0.08MNaAc+NaBu+NaCl溶液；：醋酸离子；：丁酸离子

在提取最初阶段，淡化液中的醋酸根和丁酸根离子在外加电场和扩散的双重作用下转 移到浓缩液中。随着浓缩液中醋酸根和丁酸根离子浓度逐渐增加，扩散作用逐渐减小，提取 耗能增大。当把本发明应用到发酵液的在线提取中时，出于高效利用能源方面的考虑，不需 要把发酵液中的醋酸根和丁酸根离子完全提取，只需把两种离子的浓度降低到不会抑制新 的短链羧酸盐产生即可。

具体实施方式

实施例：

1.在160ml容器中加入100ml基础培养基（具体成分为KH2PO49850mg/L、K2HPO4 170mg/L、NH4Cl800mg/L、NaCl440mg/L、CaCl2*2H2O50mg/L、MgCl2*6H2O330mg/ L），并将厨余垃圾以8000mgCOD/L加入到容器中，将含有混合菌种的颗粒污泥加入容器 至溶液中颗粒污泥的浓度为1%。使用2mol/L的NaOH或HCl溶液调节溶液pH至5，使用橡胶 塞将容器密封，通入氮气10分钟将容器中空气去除。将容器置于恒温摇床中，在30℃下以 170rpm速度摇晃发酵15天。15天后发酵液中主要短链羧酸盐为醋酸钠和丁酸钠，浓度大约 为0.05-0.11mol/L。

2.准确称量醋酸钠6.56g、丁酸钠8.8g、氯化钠4.68g溶于1L蒸馏水中，当所有溶 质完全溶解后，用2mol/L盐酸溶液将溶液pH调节至5.5，测定其电导率，转移至电渗析装置 淡化室中。

3.根据1中溶液的电导率，制备1L氯化钠溶液，使其电导率等于1中溶液电导率， 然后用2mol/L盐酸溶液将溶液pH调节至7，转移至电渗析装置浓缩室中。