一种废弃有机质资源化合成生物全降解塑料原料的方法技术

本发明专利技术属于废弃有机质资源化利用领域，公开了一种废弃有机质资源化合成生物全降解塑料原料的方法。该方法包括：对废弃有机质进行厌氧发酵产酸和固液分离处理，得到第一滤液；调节第一滤液的磷含量，得到第二滤液；调节第二滤液的氮含量，得到第三滤液；对第三滤液进行腐殖酸回收，得到第四滤液；以任意一种滤液作为驯化进水，与污水处理厂活性污泥混合经驯化后得到驯化的混合菌群；滤液抑制性测定；以满足抑制性测定要求滤液作为合成进水，与所述驯化的混合菌群混合，在曝气条件下合成聚羟基脂肪酸酯。本发明专利技术无需额外补充碳源、氮源等物质，控制有机废弃物对混合菌群的抑制提高了生物质资源化回收利用率。物质资源化回收利用率。物质资源化回收利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种废弃有机质资源化合成生物全降解塑料原料的方法


[0001]本专利技术属于废弃有机质资源化利用领域，更具体地，涉及一种废弃有机质资源化合成生物全降解塑料原料的方法。

技术介绍

[0002]我国废弃有机质体量巨大，其“污染”与“资源”属性共存，如果处理或处置不当，易对环境造成危害；另一方面，废弃有机质中含有大量有机物质，对其进行资源回收利用是具有发展潜力的“负碳技术”。全国每年有机固废60～100亿吨，存量200亿吨，其中城镇餐厨垃圾每年产量超过1亿吨，农业秸秆每年产量近10亿吨，畜禽粪便每年产量约30～60亿吨，全国城镇污泥每年产量约6500万吨(含水率80％)，白酒酒糟每年产量约4000万吨，其它食品发酵残渣体量巨大。目前废弃有机质资源化市场潜力巨大，对其中资源物质的回收利用是未来发展的趋势。
[0003]全世界每年用于制造塑料的石油消耗大约是1.36亿吨石油，普通塑料在环境中需要约200～500年才能降解。农膜使用量达260多万吨/年，一次性塑料包装材料使用量为360万吨/年。目前对绿色环保的可降解塑料需求增大。但可降解塑料的生产成本偏高造成其市场推广困难，例如生物降解塑料原料聚羟基脂肪酸酯粗品为3.5万元/吨，其中原料费用大于40％。且目前大多数生物降解塑料合成原料均为粮食类淀粉、葡萄糖等，在全球粮食危机的大背景下亟需寻找替代原料，减少粮食消耗，同时减少原料费用。
[0004]废弃有机质一般含有大量有机物、污染物质与营养物质，以城镇污泥为例，其含有大量的碳元素、氮元素、磷元素以及大量蛋白质等，其中碳资源可合成生物降解塑料，氮磷、腐殖酸等资源可回收利用作为肥料。对这些物质进行回收利用一方面可实现废弃有机质资源化处置，减少碳氮磷后期释放对环境的二次污染，另一方面可提供廉价原料代替粮食类糖、淀粉生产高品质生物降解塑料。
[0005]公开号CN102505025A的专利技术专利申请公开一种以剩余污泥发酵液为底物合成聚羟基脂肪酸酯的方法，该方法以污泥水解酸化所产生的挥发性脂肪酸(VFA)为碳源，采用好氧曝气的方法合成生物降解塑料(聚羟基脂肪酸酯，PHA)，利用污泥发酵液为底物可使PHA含量达到40.9wt％，通过补充乙酸钠及优化进料方式可提升PHA含量达到59.5wt％，但积累时间较长超过14h。
[0006]公开号CN103667376A的专利技术专利申请公开一种好氧动态排水法快速驯化活性污泥混合菌群制备聚羟基烷酸脂的方法，通过不断优化进料碳源、氮磷及微量元素的浓度，在严格控制底物各物质浓度条件下可使PHA含量达到70wt％。
[0007]公开号CN110331175A的专利技术专利申请公开一种混合菌群以奇数碳脂肪酸为底物合成聚羟基烷酸酯的方法，通过严格补充奇数碳脂肪酸、氮源、磷源、微量元素和硫脲，PHA含量可达到42wt％。
[0008]公开号CN111362561A的专利技术专利申请公开一种污泥资源化利用的方法，对剩余污泥进行热水解和厌氧发酵处理后，一部分污泥产酸液作为碳源、一部分污泥产酸液作为合
成PHA的底物并通过丰盛
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饥饿模式可使PHA含量达到60wt％。
[0009]上述现有技术在合成过程中仍需补充其它碳源、氮源、磷源和其它微量元素，这会增加PHA合成费用，或对废弃有机质的资源回收不完全，造成资源化程度低。同时有机废弃物中可能会含有一些未知抑制物或有毒物质会影响微生物对其利用，因此以有机废弃物为碳源合成PHA的产率一般低于糖、淀粉生产PHA。因此，目前亟待提出一种新的废弃有机质资源化合成生物全降解塑料原料的方法。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提出一种废弃有机质资源化合成生物全降解塑料原料的方法。本专利技术无需额外补充碳源、氮源等物质，控制有机废弃物对混合菌群的抑制提高了生物质资源化回收利用率。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种废弃有机质资源化合成生物全降解塑料原料的方法，该方法包括如下步骤：
[0012]S1：对废弃有机质进行厌氧发酵产酸和固液分离处理，得到第一滤液和滤饼；
[0013]S2：调节所述第一滤液的磷含量，得到第二滤液和磷酸盐沉淀；
[0014]S3：调节所述第二滤液的氮含量，得到第三滤液和铵盐；
[0015]S4：对所述第三滤液进行腐殖酸回收处理，得到第四滤液和腐殖酸沉淀；
[0016]S5：以步骤S1～S4的任意一种滤液作为驯化进水，将污水处理厂活性污泥和所述驯化进水混合形成驯化体系，得到驯化的混合菌群；
[0017]S6：将所述驯化的混合菌群分别与步骤S1～S4的滤液混合，分别得到第1～4混合体系，通过分别测定第1～4混合体系的cATP浓度，判断步骤S1～S4的滤液是否满足滤液抑制性测定要求；
[0018]S7：以满足步骤S6滤液抑制性测定要求的所述步骤S1～S4的任意一种滤液作为合成进水，将所述合成进水与所述驯化的混合菌群混合，形成混合体系，在曝气条件下利用混合菌群合成聚羟基脂肪酸酯，从混合菌群中提取聚羟基脂肪酸酯粗品并得到废物和废液。
[0019]根据本专利技术，优选地，在步骤S1中，
[0020]所述废弃有机质为污泥、有机废水、餐厨垃圾和植物废弃物中的至少一种；
[0021]所述厌氧发酵产酸处理包括：在25
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55℃的厌氧环境下使所述废弃有机质接种厌氧发酵污泥，使所述废弃有机质中的挥发性脂肪酸(Volatile Fatty Acid，VFA)、氮和磷溶出；所述厌氧发酵污泥为污水处理厂活性污泥和/或消化污泥；
[0022]进行所述固液分离处理的装置为陶瓷膜分离器、板框压滤机和脱水机中的至少一种。
[0023]在本专利技术中，VFA包含乙酸、丙酸、丁酸、戊酸。作为优选方案，调控厌氧发酵产酸温度在40～55℃可使乙酸比例增加，戊酸比例减少，乙酸、丁酸含量增加可使PHA(聚羟基脂肪酸酯)质地更脆；调控厌氧发酵产酸温度在25～35℃可使乙酸比例减少，戊酸比例增加，丙酸、戊酸含量增加可使PHA拉伸性更好。
[0024]根据本专利技术，优选地，在步骤S2
‑
S4中，
[0025]调节所述第一滤液的磷含量的方法包括：调节所述第一滤液的pH至9
‑
11，将氯化钙和调节pH后的第一滤液搅拌混合，得到所述第二滤液和磷酸盐沉淀；
[0026]调节所述第二滤液的氮含量的方法为吹脱脱氮法、吸收含氨气体法和结晶法中的至少一种；
[0027]所述腐殖酸回收处理的方法为混凝处理和/或吸附处理。
[0028]根据本专利技术，优选地，所述氯化钙在所述第一滤液中的浓度为45
‑
55mg/L。
[0029]根据本专利技术，优选地，所述吹脱脱氮法包括：调节所述第二滤液的pH为9～12，利用空气进行吹脱2～15h，得到第三滤液和含氨气体，氨氮去除率为40％～99％。
[0030]根据本专利技术，优选地，所述结晶法包括：将所述第二滤液与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废弃有机质资源化合成生物全降解塑料原料的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1：对废弃有机质进行厌氧发酵产酸和固液分离处理，得到第一滤液和滤饼；S2：调节所述第一滤液的磷含量，得到第二滤液和磷酸盐沉淀；S3：调节所述第二滤液的氮含量，得到第三滤液和铵盐；S4：对所述第三滤液进行腐殖酸回收处理，得到第四滤液和腐殖酸沉淀；S5：以步骤S1～S4的任意一种滤液作为驯化进水，将污水处理厂活性污泥和所述驯化进水混合形成驯化体系，得到驯化的混合菌群；S6：将所述驯化的混合菌群分别与步骤S1～S4的滤液混合，分别得到第1～4混合体系，通过分别测定第1～4混合体系的cATP浓度，判断步骤S1～S4的滤液是否满足滤液抑制性测定要求；S7：以满足步骤S6滤液抑制性测定要求的所述步骤S1～S4的任意一种滤液作为合成进水，将所述合成进水与所述驯化的混合菌群混合，形成混合体系，在曝气条件下利用混合菌群合成聚羟基脂肪酸酯，从混合菌群中提取聚羟基脂肪酸酯粗品并得到废物和废液。2.根据权利要求1所述的废弃有机质资源化合成生物全降解塑料原料的方法，其中，在步骤S1中，所述废弃有机质为污泥、有机废水、餐厨垃圾和植物废弃物中的至少一种；所述厌氧发酵产酸处理包括：在25
‑
55℃的厌氧环境下使所述废弃有机质接种厌氧发酵污泥，使所述废弃有机质中的挥发性脂肪酸、氮和磷溶出；所述厌氧发酵污泥为污水处理厂活性污泥和/或消化污泥；进行所述固液分离处理的装置为陶瓷膜分离器、板框压滤机和脱水机中的至少一种。3.根据权利要求1所述的废弃有机质资源化合成生物全降解塑料原料的方法，其中，在步骤S2
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S4中，调节所述第一滤液的磷含量的方法包括：调节所述第一滤液的pH至9
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11，将氯化钙和调节pH后的第一滤液搅拌混合，得到所述第二滤液和磷酸盐沉淀；调节所述第二滤液的氮含量的方法为吹脱脱氮法、吸收含氨气体法和结晶法中的至少一种；所述腐殖酸回收处理的方法为混凝处理和/或吸附处理。4.根据权利要求3所述的废弃有机质资源化合成生物全降解塑料原料的方法，其中，所述氯化钙在所述第一滤液中的浓度为45
‑
55mg/L；所述吹脱脱氮法包括：调节所述第二滤液的pH为9～12，利用空气进行吹脱2～15h，得到第三滤液和含氨气体，氨氮去除率为40％～99％；所述结晶法包括：将所述第二滤液与镁盐和所述磷酸盐沉淀混合，使得Mg:P:N的摩尔比为(1
‑
2):(0.5
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1):1，搅拌后静置沉淀，得到第三滤液和鸟粪石形态的氮磷沉淀，氨氮去除率为80％～99％；所述吸收含氨气体法包括：利用稀硫酸对所述第二滤液中的含氨气体进行中和吸收得到硫酸铵溶液，再对所述硫酸铵溶液进行蒸发浓缩结晶，得到第三滤液和硫酸铵晶体；所述混凝处理包括：将所述第三滤液与药剂混合、搅拌、静置沉淀和过滤，得到腐殖酸沉淀和所述第四滤液，腐殖酸去除率为40％～90％；优选地，所述药剂为硫酸铝和/或三氯
化铁；优选地，所述药剂在所述第三滤液中的浓度为30mg/L～60mg/L；所述吸附处理包括：将所述第三滤液与活性炭混合、搅拌、静置沉淀和过滤，得到腐殖酸沉淀和所述第四滤液，腐殖酸去除率为7...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺赟，李魁晓，蒋勇，白宇，王刚，李烨，常菁，魏琳琳，程晓菁，
申请(专利权)人：北京城市排水集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：