电渗析法回收并浓缩厨房垃圾发酵液中的乳酸

3.2淡化室（阴极室）溶液的选择

在厨房垃圾乳酸发酵过程中，存在着产物抑制，即发酵产生的乳酸阻碍了乳酸菌体的生长和产物乳酸的进一步形成，为了消除发酵过程中的产物抑制效应，中和发酵过程中所形成的乳酸。在发酵过程中分别加入了NaOH及NH4OH，分别得到了发酵液A、B（A:加NaOH  B:加NH4OH），并研究了乳酸钠和乳酸铵对电渗析的影响。

向淡化室储槽中加入1000ml发酵液A或发酵液B，浓缩室储槽中加入400ml乳酸浓度为1％的乳酸溶液，极水储槽中加入400mL0.1mol/l的稀硫酸溶液。在恒电流密度2A/dm2或2.5A/dm2的条件下进行电渗析。每隔2小时取浓缩室溶液测定乳酸的浓度及浓缩室、淡化室的pH，乳酸钠和乳酸铵对电渗析的影响见图4所示。

图4恒电流密度条件下乳酸铵和乳酸钠的电渗析分离效果

从图4可以看出，发酵液B中的乳酸回收效果比发酵液A要好，在电流密度为2.0A/dm2时，如果在电渗析过程中对发酵液A及发酵液B的电流效率及乳酸回收率进行分析，则得到电流效率随乳酸回收率的变化曲线（见图5)，由图可见，发酵液B的电流效率总体要比发酵液A高。

图5电渗析中电流效率随乳酸回收率的变化曲线

从以上实验结果看，无论是乳酸回收率还是电流效率，发酵液B都比发酵液A要好，因此采用发酵液B作为淡化室溶液。发酵时采用NH40H水作为中和剂。

3.3乳酸的电渗析浓缩效果

电渗析不但可以把厨房垃圾中的乳酸提取出来，而且可以初步达到乳酸浓缩的目的。用异相膜作为电渗析膜，在电流密度为2.0A/dm2下对含乳酸铵的厨房垃圾发酵液进行电渗析，每进行12h后更换一次发酵液，继续电渗析，36h后结束。电渗析结果如表1所示，从表中可以看到电渗析前后浓缩室、淡化室乳酸浓度的变化。由表1可见，浓缩液的乳酸浓度由10g/L上升到162.83g/L，是发酵液初始乳酸浓度的5倍多，因此，电渗析从厨房垃圾中回收乳酸还可达到初步浓缩乳酸的目的。

表1乳酸的浓缩效果

3.4膜污染极消除

离子交换膜是电渗析器的心脏，发酵液的预处理不好，会造成膜的污染，膜受污染后，会增加膜电阻，从而使能耗增加，并且影响膜的使用寿命。为防止膜的污染，采取了一系列预处理方法，防止胶体、微生物菌体等杂质进入电渗析器，并每隔1周，倒换电极，用H2SO4稀溶液充满电渗析槽，在低电流密度下电解30min，洗去膜上的沉淀物，最后换上干净清水（内加少量3％NaOH溶液，以除去有机酸）浸泡过夜。如此定期清洗，便可有效消除膜的污染，提高膜的使用寿命。

4.结论

上述实验及结果表明：①对乳酸发酵液进行电渗析时，异相阴膜对乳酸根的透过速率比均相阴膜快，电渗析效果好，电流效率高，能耗低，且异相阴膜比均相阴膜易保护，使用寿命长。②电渗析所用的溶液浓度对电渗析的影响很大，采用0.lmol/l的稀硫酸做阳极极水，垃圾发酵液阴极极水，浓缩室采用l0g/l的乳酸溶液，实验表明，效果良好。③由于乳酸铵的电渗析比乳酸钠的电渗析效果好，所以采用NH40H做中和剂。④应用电渗析技术能有效地回收并浓缩厨房垃圾发酵液中的乳酸，因此，这一方法具有广阔的应用前景及经济效益、环境效益。