[发明专利]一种钙离子缓释剂的制备及提高餐厨垃圾厌氧消化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及钙离子缓释剂的制备方法，以及促进餐厨垃圾厌氧消化的方法，尤其涉及一种添加钙离子缓释剂提高餐厨垃圾厌氧消化产气量的方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，人民生活水平不断提高，餐饮业在各大城市中均处于高速发展阶段。由此产生的餐厨垃圾产量日益增多的问题日趋严重，以北京、上海、广州等大城市为例，其餐厨垃圾日产量均超过2000吨，不仅严重影响城市市容和人居环境，更对广大人民的健康带来极大危害。餐厨垃圾来源广，一般产生于企事业单位、学校、农贸市场、超市以及餐饮服务行业。餐厨垃圾的特点是：脂肪含量高、含水率高、有机物含量高、在高温条件下易腐烂变质、产生臭味等。如果不能得到及时处置，将对周围的环境卫生造成严重影响。厌氧消化技术是餐厨垃圾处理的适宜技术之一，不仅能够消除由此带来的环境污染，还可以实现垃圾资源化。

相较于一般的厌氧消化原料如污泥、人畜粪便等，餐厨垃圾的油脂含量高，这一特点提高了餐厨垃圾厌氧消化系统稳定高效运行的难度。油脂类物质不溶于水，极易在厌氧消化过程中形成泡沫和浮渣层，当进料负荷提高时，油脂含量随之加大，易造成工程应用中反应器的泄漏甚至爆炸；油脂进入厌氧消化系统后，在产酸细菌释放的胞外脂肪酶水解作用下分解为甘油和长链脂肪酸（LCFA）。其中，长链脂肪酸（LCFA）可通过对厌氧微生物的吸附而破坏菌体细胞膜结构，对产甲烷菌产生抑制，造成反应器中挥发性脂肪酸的积累，引起反应器中pH严重下降，导致厌氧消化过程失败。文献：Hwu C S,Lettinga G.Acute toxicity of oleate to acetate-utilizing methanogens in mesophilic and thermophilic anaerobic sludge[J].Enzyme and Microbial Technology,1997,21:297～301。文中研究称，采用单相完全混合式反应器的餐厨垃圾厌氧消化过程可能受到LCFA严重的影响。文献：Angelidaki I.,Ahring B.K.Effects of free long-chain fatty acids on thermophilic anaerobic digestion[J].Applied Microbiology and Biotechnology，1992,37(6):808-812。文中研究称，当油酸和硬脂酸的浓度分别为0.2g·L^-1和0.5g·L^-1时，嗜热甲烷菌在55℃条件下厌氧消化产甲烷阶段滞后；二者浓度分别提高到0.5g/L和1.0g/L时，厌氧消化过程停止。

通常情况下，为了减小油脂对餐厨垃圾厌氧消化产沼气的抑制作用，需在反应前对餐厨垃圾进行除油预处理。将人工分拣后的餐厨垃圾采用脱水装置进行固液分离；将分离出来的液相物质进行油水分离，提取餐厨垃圾中的液态油脂，固相再进行后续厌氧消化处理。进行除油预处理，增加了工程投资、运行成本和管理强度。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种钙离子缓释剂制备，并添加于餐厨垃圾水解过程中，匹配油脂水解的速率，生成硬脂酸钙，减小长链脂肪酸对餐厨垃圾厌氧消化的抑制，以达到提高甲烷产气量的方法。

控制释放技术（Controlled Release Technology,简称CRT）是指将活性制剂（Active Agent,简称AA）和基材（通常为高分子材料）结合在一起使活性制剂通过扩散等方式，在一定时间内，以预先设定的某一速度释放到周围的环境中去，从而在某段时间内，在特定的区域，活性制剂的浓度可以保持在某个事先设定的范围内的技术。聚乙烯醇（PVA）是可降解聚合物，可作为特质控制释放的基材，其具有毒性低、良好的生物相容性和水溶性，良好的成膜性、黏结力和乳化性，卓越的耐油脂和耐溶剂性能及良好的反应性、一定的生物降解性等特点。

本发明采用PVA作基材，将钙离子均匀分散或溶解在PVA中，钙离子通过体系中微孔扩散释放，释放初期存在暴释现象，释放按一级动力学进行，释放速率与其表面积有关，有一定的缓释期。该缓释剂体系制备过程简单，成本较低，效果可靠。制备出的钙离子缓释剂，用于促进餐厨垃圾的厌氧消化产气量的提高。

具体步骤如下：