[发明专利]一种强化高还原糖湿有机废物发酵产乙酸的方法

说明书

本发明提供了一种强化高还原糖湿有机废物发酵产乙酸的方法，具体步骤为：S1：将高还原糖湿有机废物加入超声预处理装置进行超声；同时从多金属加药罐向其中投加多金属氧酸盐用以增强预处理效果；S2：将预处理后的湿有机废物加入厌氧发酵装置；S3：通过实时气相色谱仪检测污泥厌氧发酵装置中上清液有机酸的含量；S4：利用pH检测器检测厌氧发酵装置中上清液pH值；S5：根据有机酸的检测结果计算乙酸占比，利用反馈条件控制储碱池和草酸钠加药罐中的碱液和草酸钠的投加量。本发明将高还原糖湿有机废物进行超声和多金属氧酸盐预处理，并通过实时监控反馈系统控制厌氧发酵处理过程pH值和草酸钠投加量，从而定向强化乙酸产量。

技术领域

本发明涉及环保技术领域，尤其是涉及一种将高还原糖湿有机废物进行预处理并控制厌氧发酵处理过程条件，从而定向强化生物产乙酸的方法。

背景技术

随着城市化进程的不断加速，以食物垃圾和餐厨垃圾为代表的高还原糖湿有机废物的处置日益受到人们关注，其全球年产量在2025年预估可达22亿吨。尽管许多国家采用焚烧和填埋的策略应对食物垃圾的处理，然而它们在环境(严苛的法律法规)和经济可持续性(土地短缺和处理成本上升)方面招致越来越多的批评。

厌氧发酵是近年来一种绿色且有发展前景的有机固废处理技术，在此过程中，可以回收各种高附加值的液体产品(例如乙酸)。乙酸已被证明是一种多用途的化学构件，它可被广泛用于溶剂、食品防腐剂和各种化学品(如酒精、醛或酮)的前体。据文献报道，2025年全球对醋酸需求量预计可达1800万吨，市场价格为每吨1600美元。因此，考虑到这些有机废物中富含的高还原糖可作为发酵底物，采用厌氧发酵将其定向产乙酸是实现有机固废资源化利用的重要途径。

目前，由于湿垃圾中存在大量难生物降解有机物质(如纤维素和木质素)，因此厌氧发酵目前主要限速步骤为增溶/水解过程。尽管目前大量预处理方法(例如微波、水热、酸碱处理等)被应用于增强湿垃圾增溶和水解效能，然而均存在生产升本过高、工艺复杂以及二次污染等问题。多金属氧酸盐是一种环保的无机多原子离子，具有由痕量杂原子和具有最高氧化态的过渡金属组成的3D框架。由于其特殊的结构，多金属氧酸盐通常同时具有强布朗斯台德酸性、强氧化性和电子转移能力，目前被广泛应用于光电催化和化学催化等领域。但是尚未有报道提出其是否可被应用于发酵系统中增强湿垃圾增溶、水解和酸化效能，且其与湿垃圾预处理技术的耦合与控制也存在诸多不确定因素，亟待攻克解决。

同时，还原糖降解主要的副产品为乳酸，乳酸的大量存在不仅降低了乙酸的回收比率，同时提升了处理成本。此外，目前针对高还原糖湿有机废物产乙酸的方法相对匮乏，仅靠单一的处理方法很难提升乙酸产量。尽管利用复合方法调控强化乙酸产量方法在理论上可行，但是厌氧发酵作为微生物代谢过程是一个动态平衡过程，需要对于每个过程进行实时监控并及时做出反馈，从而保证整个系统的稳定运行。然而目前研究主要聚焦于处理方法的改进，对厌氧发酵实时监控与反馈的研究相对匮乏，尤其在关键控制参数的选择与实时反馈调节方面存在选择不当以及控制精度无法达到预期等难题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种强化高还原糖湿有机废物发酵产乙酸的方法。本发明将高还原糖湿有机废物进行超声和多金属氧酸盐预处理，并通过实时监控反馈系统控制厌氧发酵处理过程pH值和草酸钠投加量，从而定向强化乙酸产量。

本发明的技术方案如下：

本发明首先提供了强化高还原糖湿有机废物发酵产乙酸的方法所用的产酸装置；

所述产酸装置包括超声预处理装置(1)、多金属氧酸盐加药罐(2)、厌氧发酵装置(3)、实时气相色谱仪(4)、计算机(5)、储碱池(6)、草酸钠加药罐(7)、电动阀(8)、电动阀(9)和pH检测器(10)；

所述超声预处理装置(1)的下端连接多金属加药罐(2)，所述超声预处理装置(1)的污泥出口连接厌氧发酵装置(3)；所述厌氧发酵装置(3)上部一侧为上清液出口，所述上清液通过实时气相色谱仪(4)进行检测；