一种从厌氧消化液中在线选择性分离有机酸的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种从厌氧消化液中在线选择性分离有机酸的装置，与放置有消化液的厌氧反应器连接，包括：盒体、设置于盒体内部两端的阴极和阳极以及交替堆叠于阴极和阳极之间的多组双极膜和阴离子交换膜，其中，多组双极膜和阴离子交换膜将盒体内部分隔为多个隔室，分别为阴极室、阳极室以及间隔置于阴极室与阳极室之间的多个碱室和多个酸室，碱室与厌氧反应器之间通过管路连接形成回路，且厌氧反应器内的消化液进入碱室的管路上设置有对消化液进行微滤的微滤器，酸室内嵌有膜接触器。本实用新型专利技术大大节约了能耗，提高了厌氧消化的稳定性与效率。性与效率。性与效率。

【技术实现步骤摘要】
一种从厌氧消化液中在线选择性分离有机酸的装置


[0001]本技术属于厌氧消化领域，具体涉及一种从厌氧消化液中在线选择性分离有机酸的装置。

技术介绍

[0002]垃圾分类实施后，数量庞大的可生物降解的湿垃圾(或称为厨余垃圾、易腐垃圾)需要得到有效处理和资源化利用。主流的处理方式是通过厌氧消化技术，在实现生物质废物减量化的同时，将其中的能量以甲烷的形式回收。然而目前厌氧消化面临的主要问题有：产甲烷阶段不稳定，甲烷的有效利用率及利用价值不高，和甲烷运输储存不便；产甲烷古菌对环境条件变化极为敏感，当环境条件出现波动时极易造成有机酸，特别是挥发性脂肪酸(Volatile Fatty Acids,VFAs)的积累，这会进一步抑制产甲烷菌的活性，严重时可能造成反应器失效甚至需要重新启动。
[0003]一方面，从出现酸积累的产甲烷反应器中分离出VFAs和乳酸，将有效提高系统的稳定性，另一方面，VFAs和乳酸在食品、化工、医药等领域有着广泛应用，具有比甲烷更高的市场价值，可以通过阻断产甲烷过程来高效生产VFAs和乳酸。此外，还可以通过微生物碳链延长作用，将这些短链的VFAs延长为中链脂肪酸(Medium
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Chain Carboxylic Acids，MCCAs)，MCCAs具有更高的能量密度和更广泛的应用。而目前上述有机酸的工业生产还依赖于石油化工，生物生产的主要障碍是缺乏低成本的将其从厌氧消化液中分离出来的技术，解决其从厌氧消化液中的分离问题，则利用微生物通过生物质废物生产上述产品将具有极高的环境效益和竞争力。
[0004]目前，主流方法有溶剂萃取和精馏，疏水性有机萃取剂对有机酸具有较高的选择性。【中国专利技术专利，从发酵液分离所得混盐中提取有机酸的方法及装置，公开号：CN 112479868 A】使用疏水性有机溶剂从发酵液分离所得的混盐中提取有机酸，装置包括了连通的酸处理单元、萃取单元以及精馏单元；【中国专利技术专利，一种从发酵液中提取有机酸的方法，公开号：CN 106748734 A】使用含酯化合物或烷基胺化合物作为萃取剂，从低pH的发酵液中萃取有机酸。一方面，溶剂萃取法缺乏有效的从萃取液中反萃取分离有机酸的方法，精馏则需要非常高的能耗；另一方面上述方式无法实现在线使用，萃取剂与发酵液的直接接触会对微生物产生毒性，此外，还需要低pH(1.5
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3.5)以使发酵液中的有机酸保持分子形态才可以选择性萃取有机酸。
[0005]基于膜的选择性分离技术体现出环保、低成本的优势，如使用微孔疏水透气膜，另一侧以NaOH或KOH溶液为吸收液，可以提取高挥发性的VFAs，但碳原子数>4的脂肪酸往往挥发性较低，分离效果不理想，如：【Aydin,S.,Yesil,H.,Tugtas,A.E.2018.Recovery of mixed volatile fatty acids from anaerobically fermented organic wastes by vapor permeation membrane contactors.Bioresour.Technol.,250,548
‑
555】；使用对高碳原子数脂肪酸具有高亲和力的有机萃取溶剂(如矿物油+3％三辛基氧化膦)与膜相结合，可以避免萃取剂对微生物的接触毒性，并可以实现C6‑
C8脂肪酸的选择性萃取，如：【Ge,S.,
Usack,J.G.,Spirito,C.M.,Angenent,L.T.2015.Long
‑
term n
‑
caproic acid production from yeast
‑
fermentation beer in an anaerobic bioreactor with continuous product extraction.Environ Sci Technol,49(13),8012
‑
8021】。但微孔膜分离方法只能允许分子态的有机酸跨过膜，上述脂肪酸的pK
a
均在4.8附近，乳酸的pK
a
甚至低至3.8，因此大多通过向消化液加酸酸化的批次方式使用，在线使用需要消化液保持非常低的pH(<5.5)，而过低的pH会降低微生物活性，导致生产速率下降。
[0006]有利于微生物产酸活动的消化液pH为中性或弱酸性，在这种条件下上述有机酸的主要存在形式为离子态，因此电渗析是适合分离离子态有机酸盐的有效方式，但缺点是其他无机离子(如Cl
‑
，CO
32
‑
等)会一同跨过离子交换膜，导致产品纯度低，且该混盐溶液的进一步分离难度大如：【Jones,R.J.,Massanet
‑
Nicolau,J.,Guwy,A.,Premier,G.C.,Dinsdale,R.M.,Reilly,M.2015.Removal and recovery of inhibitory volatile fatty acids from mixed acid fermentations by conventional electrodialysis.Bioresource Technology,189,279
‑
284】。
[0007]因此，需要设计一种能够解决上述问题的装置。

技术实现思路

[0008]本技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种从厌氧消化液中在线选择性分离有机酸的装置。
[0009]本技术提供了一种从厌氧消化液中在线选择性分离有机酸的装置，与放置有消化液的厌氧反应器连接，具有这样的特征，包括：盒体、设置于盒体内部两端的阴极和阳极以及交替堆叠于阴极和阳极之间的多组双极膜和阴离子交换膜，其中，多组所述双极膜和所述阴离子交换膜将所述盒体内部分隔为多个隔室，分别为阴极室、阳极室以及置于阴极室与阳极室之间的多个碱室和多个酸室，且碱室和酸室间隔设置，碱室与厌氧反应器之间通过管路连接形成回路，且厌氧反应器内的消化液进入碱室的管路上设置有对消化液进行微滤的微滤器，酸室内嵌有膜接触器。
[0010]在本技术提供的从厌氧消化液中在线选择性分离有机酸的装置中，还可以具有这样的特征：其中，膜接触器采用微孔疏水膜，该微孔疏水膜采用管状纤维膜或中空纤维膜，且微孔疏水膜采用的材料为聚四氟乙烯、聚丙烯或聚偏氟乙烯中的任意一种。
[0011]在本技术提供的从厌氧消化液中在线选择性分离有机酸的装置中，还可以具有这样的特征：其中，微孔疏水膜的孔径为0.1μm～1μm，有效接触面积为0.05m2。
[0012]在本技术提供的从厌氧消化液中在线选择性分离有机酸的装置中，还可以具有这样的特征：其中，膜接触器用于放置溶液，溶液的pH值大于等于9且小于等于12，并且溶液的流速为5L/h。
[0013]在本技术提供的从厌氧消化液中在线选择性分离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种从厌氧消化液中在线选择性分离有机酸的装置，与放置有消化液的厌氧反应器连接，其特征在于，包括：盒体、设置于所述盒体内部两端的阴极和阳极以及交替堆叠于所述阴极和所述阳极之间的多组双极膜和阴离子交换膜，其中，多组所述双极膜和所述阴离子交换膜将所述盒体内部分隔为多个隔室，分别为阴极室、阳极室以及间隔置于所述阴极室与所述阳极室之间的多个碱室和多个酸室，所述碱室与所述厌氧反应器之间通过管路连接形成回路，且所述厌氧反应器内的消化液进入所述碱室的管路上设置有对所述消化液进行微滤的微滤器，所述酸室内嵌有膜接触器。2.根据权利要求1所述的从厌氧消化液中在线选择性分离有机酸的装置，其特征在于：其中，所述膜接触器采用微孔疏水膜，该微孔疏水膜采用管状纤维膜或中空纤维膜，且所述微孔疏水膜采用的材料为聚四氟乙烯、聚丙烯或聚偏氟乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕凡，王志杰，何品晶，章骅，彭伟，邵立明，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：新型
国别省市：