利用低温等离子体电发酵促进有机废物制备乳酸的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用低温等离子体电发酵促进有机废物制备乳酸的方法，其特征在于，包括：将含碳水化合物的有机废物与浓缩污泥混合，加水，得到混合物；将上述混合物置于电发酵反应器中进行厌氧发酵，每隔一段时间调节pH值，每隔一段时间放电进行等离子体电发酵；固液分离，得到含有乳酸的上层清液。该方法使用低温等离子体技术，通过放电强化，提高了有机废物及污泥混合发酵产生乳酸的含量。

Preparation of lactic acid from organic waste by low temperature plasma electric fermentation

The invention provides a method for preparing lactic acid from organic waste by low temperature plasma electrofermentation, which is characterized in that the organic waste containing carbohydrates is mixed with concentrated sludge, and the mixture is obtained by adding water; the mixture is placed in an electrofermentation reactor for anaerobic fermentation at intervals. The plasma electrofermentation was carried out by adjusting the pH value and discharging every other period of time. The supernatant containing lactic acid was obtained by solid-liquid separation. The method uses low temperature plasma technology to enhance the content of lactic acid produced by mixed fermentation of organic waste and sludge.

【技术实现步骤摘要】
利用低温等离子体电发酵促进有机废物制备乳酸的方法
本专利技术属于环境保护
，涉及到一种利用低温等离子体电发酵促进有机废物制备乳酸的方法。具体是通过自主研发的反应器，将高压脉冲等离子体放电技术与活性污泥厌氧发酵技术相结合，促进乳酸的产生。
技术介绍
乳酸广泛应用于医疗、食品、化工等行业。通过乳酸菌，可以从含碳水化合物及蛋白质等基质中厌氧发酵生产大量乳酸。目前，有机废物(如厨余垃圾、食品垃圾等)资源化生产乳酸的方法(见如中国专利201110425458.8；200710117684.3：200610010049.0)一般需要以下几个步骤：将厨余垃圾预处理、酶水解(糖化)、接种乳酸菌、中温发酵及固液分离。这些方法都涉及了投加菌种、酶制剂、中温发酵等复杂操作。通过电子传递能够促进生物活性GreenChemistry，2017，19：928-926.，由此可以推测，通过等离子体电发酵，也能促进微生物产生乳酸。其作用机理有两方面：一是产生活性物质作用于发酵体系，二是改变细胞膜的通透性。等离子体是具有化学反应性的，表现出与其他物质状态不同的特异性能的气体，又称为物质的第四态。一般认为等离子体是由电子、正负离子、激发态的原子、分子以及自由基等粒子组成的，并表现出集体行为的一种准中性非凝聚系统。等离子体的应用技术因其特点而异。高温等离子体技术利用等离子体的物理特性；而低温等离子体技术则利用其中的高能电子(0～10eV)参与形成的物理、化学反应过程。低温等离子体技术作为一种新型高级氧化技术，集臭氧氧化、微波辐射、紫外辐射及热解等效应于一体，无选择性、无需添加化学药剂且可以在常温常压下实现操作。目前，还没有利用低温等离子体技术影响发酵过程，促进有机废物产乳酸方面的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种利用低温等离子体电发酵促进有机废物制备乳酸的方法，可以有效地将低温等离子体脉冲放电技术和厌氧发酵技术相结合，促进乳酸产生。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种利用低温等离子体电发酵促进有机废物制备乳酸的方法，其特征在于，包括：将含碳水化合物的有机废物与浓缩污泥混合，加水，得到混合物；将上述混合物置于电发酵反应器中进行厌氧发酵，每隔一段时间调节pH值，每隔一段时间放电进行等离子体电发酵；固液分离，得到含有乳酸的上层清液。优选地，所述的电发酵反应器包括反应器本体，地极不锈钢板和放电极不锈钢板相对设置于反应器本体内，放电极不锈钢板上设有多个放电针，所述的地极不锈钢板和放电极不锈钢板连接等离子体电源，用于对反应器本体内的含碳水化合物的有机废物与浓缩污泥的混合物进行等离子体电发酵。优选地，所述的浓缩污泥来源于城市污水厂，含水率为95％-99％，更优选含水率99.1％；浓缩污泥的总悬浮固体浓度(TSS)为5-25g/L(VSS/TSS＝0.51-0.77)；更优选TSS为19.19g/L(其中VSS是有机物质，TSS是总悬浮物质，VSS/TSS是表征混合物的有机含量)；浓缩污泥的C/N为7.0-9.0，更优选C/N为8.5的污泥。优选地，所述的含碳水化合物的有机废物包括厨余垃圾或食品下脚料；经粉碎过10-40目筛；有机废物中总悬浮固体比例为0.1-0.7g/g；更优选总悬浮固体比例为0.38g/g。优选地，所述的有机废物与浓缩污泥混合挥发性干重比范围为3.5-15.6，更优选为6；混合液的挥发性悬浮固体浓度VSS为20-55g/L，更优选为40g/L。优选地，所述的混合物中还加有电发酵缓冲剂和/或电发酵促进剂。更优选地，所述的电发酵缓冲剂为加入量为2-20mg/L的Na2CO3和/或加入量为5-50mg/L的NaHCO3；电发酵促进剂为加入量为5-50mg/g(以VSS为基准)的Fe3+、加入量为1-20mg/g(以VSS为基准)的Fe2+、以及加入量为5-50mg/L的焦碳颗粒中的至少一种。优选地，所述的厌氧发酵温度为15-75℃，搅拌速度为40-200rpm，发酵系统pH值调节至5-9；更优选地，发酵温度为46-50℃，搅拌速度120rpm。优选地，所述的“每隔一段时间调节pH值”为每隔3-15h投加pH调节剂调节pH值为5-9，更优选每隔6h投加pH调节剂调节pH值为7；所述的pH调节剂为碱性pH调节剂或酸性pH调节剂，所述的碱性pH调节剂优选为无机碱，更优选NaOH、KOH、NH3·H2O或石灰Ca(OH)2，酸性pH调节剂为盐酸。优选地，所述的厌氧发酵时间为3-9d，更优选6d。优选地，所述的放电条件具体为：放电的频率为20-40Hz，更优选为30Hz；放电的电压为10-30kV，更优选为20kV；放电中针尖距液面高度为0.1-5cm，更优选为0.5cm；一次放电的时间为1-90min，更优选为10min；每隔1-15h进行一次放电，优选为6h。优选地，所述的固液分离方法选自：离心，重力浓缩-絮凝沉淀，压滤或过滤。更优选地，所述的离心包括：取发酵产物注入机械仪器(如：离心机)，所取液体体积为2-40ml，优选25ml；使用×500-5000g的离心力，优选离心力×1500g；离心时间为5-20min，优选离心时间为10min。更优选地，所述的重力浓缩-絮凝沉淀包括：将发酵产物重力沉淀一段时间后，获取上层浑浊液体，加入碱，搅拌，得絮状物；再加入PAM，搅拌，静置，分离得到上层清液。更优选地，所述的重力沉淀时间为10-60min，优选20min；所述的碱为一价碱，优选NaOH或氨水，投加量为0.05-0.45％；先以150-300rpm的转速，搅拌30-120s混匀；再以40-100rpm的转速，搅拌2-5min，形成肉眼可见的小絮体；然后投加浓度为0.1％的PAM溶液，其投加量为0.0001-0.001％；以150-300rpm的转速搅拌10-40s，再以40-100rpm的转速搅拌3-6min，静置20-40min。优选地，所述的过滤或压滤，是将发酵产物注入一定孔径的滤袋，通过重力(过滤)或外加压力(压滤)实现固液分离，所述的过滤或压滤的方法是利用孔径为10-100μm的滤布，其中过滤采用50-100μm的滤布，过滤温度为5-70℃，重力过滤30-120min，优选70μm滤布，过滤温度为室温，重力过滤60min；压滤采用10-50μm的滤布，压滤温度为5-70℃，压滤压力为0.5-4.5MPa，优选30μm的滤布，室温下压滤，压力为0.8MPa。优选地，所述加入的水为自来水。本专利技术的原理如下：本专利技术采用的电发酵反应器在不锈钢盘中插入钢管，并在圆盘上均匀分布多根钢针，组合形成高压电极，另用一块不锈钢盘作为地电极，置于反应器底端，并有钢管与之连接，置于反应器之外。利用高压脉冲电源产生脉冲电压进行放电，放电过程中产生大量的活性物质，如羟基自由基(·OH)、氧自由基(·O)、氢自由基(·H)、臭氧(O3)、过氧化氢(H2O2)等，使在等离子通道内的有机物分子在自由基的作用下发生高级氧化而被降解；放电过程中还会产生紫外光、冲击波等，集合了化学氧化、光化学和电化学为一体，加强了作用效果。另外，放电操作还可以促进底物溶解与水解，使微生物利用底物效果提高。活性物质作用于活性污泥厌氧发酵反应系统，对其发酵本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用低温等离子体电发酵促进有机废物制备乳酸的方法，其特征在于，包括：将含碳水化合物的有机废物与浓缩污泥混合，加水，得到混合物；将上述混合物置于电发酵反应器中进行厌氧发酵，每隔一段时间调节pH值，每隔一段时间放电进行等离子体电发酵；固液分离，得到含有乳酸的上层清液。

【技术特征摘要】
1.一种利用低温等离子体电发酵促进有机废物制备乳酸的方法，其特征在于，包括：将含碳水化合物的有机废物与浓缩污泥混合，加水，得到混合物；将上述混合物置于电发酵反应器中进行厌氧发酵，每隔一段时间调节pH值，每隔一段时间放电进行等离子体电发酵；固液分离，得到含有乳酸的上层清液。2.如权利要求1所述的利用低温等离子体电发酵促进有机废物制备乳酸的方法，其特征在于，所述的电发酵反应器包括反应器本体，地极不锈钢板和放电极不锈钢板相对设置于反应器本体内，放电极不锈钢板上设有多个放电针，所述的地极不锈钢板和放电极不锈钢板连接等离子体电源，用于对反应器本体内的含碳水化合物的有机废物与浓缩污泥的混合物进行等离子体电发酵。3.如权利要求1所述的利用低温等离子体电发酵促进有机废物制备乳酸的方法，其特征在于，所述的浓缩污泥来源于城市污水厂，含水率为95％-99％；浓缩污泥的总悬浮固体浓度为5-25g/L；浓缩污泥的C/N为7.0-9.0。4.如权利要求1所述的利用低温等离子体电发酵促进有机废物制备乳酸的方法，其特征在于，所述的含碳水化合物的有机废物包括厨余垃圾或食品下脚料；经粉碎过10-40目筛；有机废物中总悬浮固体比例为0.1-0.7g/g。5.如权利要求1所述的利用低温等离子体电发酵促进有机废物制备乳酸的方法，其特征在于，所述的有机废物与浓缩污泥混合挥发...

【专利技术属性】
技术研发人员：李响，闫宝旭，陈相益，张艾，刘亚男，战佳勋，张晗，徐先宝，高小婷，张文娟，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31