CN102553886A - 一种餐厨垃圾全生物量资源化利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种全生物量资源化利用餐厨垃圾的方法，包括以下操作步骤：餐厨垃圾经初步分拣后进行固液分离，液相进一步油水分离，固相粉碎后利用多酶复配、分步水解法生产燃料乙醇，产品提纯后的固体残渣及酵母菌体蛋白用于生产蛋白饲料，分离出的废油脂经转酯化反应生产生物柴油。本发明的优点是：利用工艺集成技术，分别对餐厨垃圾中的不同组分实现高效转化，得到燃料乙醇、生物柴油、蛋白饲料等高附加值产品，降低了餐厨垃圾处理成本，提高了经济效益；操作过程温和，生产能耗低工艺流程绿色环保；同时使餐厨垃圾变废为宝，实现减量化、资源化与能源化综合利用。

Description

一种餐厨垃圾全生物量资源化利用的方法
技术领域
本发明属于废弃资源再生利用领域，具体涉及一种餐厨垃圾全生物量资源化利用的方法。 
技术背景
餐厨垃圾具有“废物和资源”双重属性，其特点是含水量高、含油量高、有机物含量丰富。目前国内餐厨垃圾资源化技术主要有肥料化处理技术、饲料化技术、生物发酵能源化技术等。 
肥料化技术是通过生物堆肥法将餐厨垃圾生产为有机肥料，肥料化技术占地面积大，处理时间长且反应条件不易控制。餐厨垃圾再生饲料工艺主要有生物法和物理法：生物法需要大量补充生物质辅料并须要高温干燥，增加生产成本且消耗更多能源；物理法是直接将餐厨垃圾脱水后进行干燥消毒，粉碎后制成饲料，由于餐厨垃圾具有物料多样性和腐蚀性，对工艺设备要求高且能耗很大。生物厌氧发酵是在特定的厌氧条件下，利用微生物将餐厨垃圾中的有机质分解，最终得到氢气、甲烷、燃料乙醇等生物燃料，此方法不仅能使餐厨垃圾减量化，减少环境污染，而且能缓解能源危机，已经成为国内外学者的研究热点，但大部分新型研究还处于实验阶段，距离实际应用还有一段距离。 
为了提高餐厨垃圾各组分的利用效率，降低生产成本，综合利用多种处理技术完成餐厨废物的全生物量转化将是未来的发展趋势。专利CN 100537063C从餐厨垃圾中提取油脂作为工业原料，固体干燥粉碎制备饲料。CN 100560239C从餐厨垃圾中提取油脂后，固态成分经有益菌固体发酵成活性蛋白饲料，液体成分经二次发酵转化成液体生物菌肥。CN 101274860B首先利用餐厨垃圾中的水形物厌氧发酵产甲烷，再经甲烷燃烧发电，固形物添加中草药配成饲料和肥料。以上现有的餐厨垃圾处理工艺均相对简单，原料组分利用不完全，产品附加值低导致餐厨垃圾处理成本增高且能源消耗较大。 
发明内容
本发明提供了一种全生物量资源化利用餐厨垃圾的方法，将餐厨垃圾中的多糖组分用于生产燃料乙醇，油脂转化成生物柴油，蛋白组分则用于菌体生长和生产蛋白饲料。实现了餐厨垃圾的全组分利用及操作流程的全过程环保，得到燃料乙醇、生物柴油、蛋白饲料等高附加值产品，既可以降低环境污染，提高经济效益，又可以提供燃料能源，缓解能源压力。 
一种餐厨垃圾全生物量资源化利用的新方法，其技术方案如下： 
1.初步分选：将收集的餐厨垃圾进行除杂处理，磁选金属杂物并人工分拣出其它非生物质类组分(沙砾、玻璃、塑料等)。 
2.固液分离：经分拣后的餐厨垃圾经压滤机压滤脱除其中大量的油水组分，使其含水量为40-70％，固体成分进入粉碎机，将餐厨垃圾粉碎为统一粒径用于后续燃料乙醇的发酵；液体成分进入油水分离器进行油水分离。 
3.液体的油水分离：上述步骤2得到的液体通过油水分离器进行油水分离，所得油脂用于制备生物柴油，有机废水经一定工艺处理后循环利用。 
4.蛋白饲料的生产：上述步骤2中得到的乙醇发酵液及残渣中含有大量食物废弃蛋白和酵母细胞蛋白，经离心分离后，固体进行产品干燥与造粒成型，制成高蛋白饲料。 
5.废水处理：上述步骤2、3、4产生的废水综合利用固定化生物活性炭技术吸附降解和膜分离技术深度处理，达到国家排放标准并可以循环使用。 
所述的餐厨垃圾包括酒店餐馆食物垃圾、家庭厨余垃圾和公共食堂餐厨垃圾。 
所述燃料乙醇的生产方法为：(1)粉碎后的餐厨垃圾直接加入液化酶0.1％(w/w)在85℃下液化30min；(2)用氢氧化钠或硫酸调节液化后物料的pH为4.5-5.0，在45℃下同时加入糖化酶0.04％(w/w)与果胶酶0.01％(w/w)酶解糖化4h；(3)糖化后的物料用氢氧化钠或硫酸调节pH为5-6，30℃下接种酿酒干酵母0.3％(w/w)厌氧发酵20h；(4)发酵液离心分离后，液体蒸馏提纯乙醇，固体干燥粉碎生产蛋白饲料。 
所述生物柴油的生产方法为：废油脂在柱式泡沫膜生物反应器中经转酯化反应制成粗品油，然后经真空蒸馏制成生物柴油。 
所述废水处理方法为：废水先经固定化生物活性炭吸附降解，然后经超滤膜组件深度处理。 
本发明根据餐厨垃圾的组成特点，综合利用多种新型技术，开发出一条餐厨垃圾减量化、资源化与能源化综合利用和无害化处理新工艺，其优点在于： 
1.采用多酶复配、分步水解的方法制备燃料乙醇，克服了单一酶解的缺陷，使餐厨垃圾中的淀粉、纤维素类碳水化合物高效转化为可发酵性单糖，大大缩短了乙醇发酵时间。 
2.采用柱式泡沫膜生物反应器生产生物柴油，构建原位反应分离耦合装置，在高效传质的同时实现酶再用和产物分离，将废油脂高效转化为生物柴油。 
3.本发明生产的高蛋白饲料，营养成分丰富，无任何化学添加剂成分，是一种新型质优价廉的绿色营养高蛋白饲料。 
4.对餐厨垃圾的各种组分分别进行高效转化，多糖组分(淀粉、纤维素、半纤维素等)用于生产燃料乙醇，油脂转化成生物柴油，蛋白组分则用于菌体生长和生产蛋白饲料，实现餐厨垃圾全生物量资源化能源化利用，得到高附加值产品，降低了餐厨垃圾的处理成本，提高了经济效益。 
5.转化工艺采用酶促水解和生物发酵工艺，操作过程温和，未添加强酸强碱等污染试剂。各过程产生的有机废水经特殊工艺处理后可循环使用，降低了用水量和生产能耗。 
6.使餐厨垃圾变废为宝，减少了污染排放，降低了环境风险，并堵住了不法渠道，维护了公共食品安全卫生，极大地推动了餐饮行业的节能减排及资源节约型、环境友好型社会的发展。 
附图说明
图1为本发明专利一种餐厨垃圾全生物量资源化利用方法的工艺流程示意图 
具体实施方式
实施例1：从餐馆收集的餐厨垃圾制备燃料乙醇、生物柴油和蛋白饲料 
将收集的餐厨垃圾人工分拣出非生物质类组分并由可移动的磁选装置选出混入的金属杂物；然后送入压滤机进行固液分离，脱除的大量油水组分进入油水分离机进行油脂提取，废水进入污水处理***；脱水脱油后的固体组分含水量在70％，将其送入粉碎机，粉碎后的粒径≤1cm。粉碎后的1000g物料送入乙醇发酵罐中，加入5g液化酶，在85℃下液化30min；发酵罐温度冷却到45℃，用硫酸或氢氧化钠调节物料的pH为4.5-5.0，加入糖化酶和果胶酶，机械搅拌下酶解4h；调节物料pH为5-6，30℃下接种酿酒干酵母15g厌氧发酵20h，发酵液中乙醇浓度达到60g/l，经离心分离后液体进入蒸馏塔进行蒸馏提纯，得到乙醇71g。上述提取的废油脂送入柱式泡沫膜生物反应器，经过转酯化反应和真空蒸馏提纯，得到生物柴油82g。乙醇发酵液经离心分离后的残渣在90℃干燥粉碎，制成蛋白饲料91g。 
实施例2：从食堂收集的餐厨垃圾制备燃料乙醇、生物柴油和蛋白饲料 
从食堂收集的餐厨垃圾人工分拣出非生物质类组分并由可移动的磁选装置选出混入的金属杂物；然后送入压滤机进行固液分离，脱除的油水组分进入油水分离机进行油脂提取，废水进入污水处理***；脱水脱油后的固体组分含水量在70％，将其送入粉碎机，粉碎后的粒径≤1cm。粉碎后的1000g物料送入乙醇发酵罐中，加入5g液化酶，在85℃下液化30min；发酵罐温度冷却到45℃，用硫酸或氢氧化钠调节物料的pH为4.5-5.0，加入糖化酶和果胶酶，机械搅拌下酶解4h；调节物料pH为5-6，30℃下接种酿酒干酵母15g厌氧发酵20h，发酵液中乙醇浓度达到63g/l，经离心分离后液体进入蒸馏塔进行蒸馏提纯，得到乙醇76.3g。上述提取的废油脂送入柱式泡沫膜生物反应器，经过转酯化反应和真空蒸馏提纯，得到生物柴油78g。乙醇发酵液经离心分离后的残渣在90℃干燥粉碎，制成蛋白饲料86g。 

Claims (5)

1.一种全生物量资源化利用餐厨垃圾的方法，其特征在于它包括如下操作步骤：
(1)初步分选：将收集的餐厨垃圾进行除杂处理，磁选金属杂物并人工分拣出其它非生物质类组分(沙砾、玻璃、塑料等)。
(2)固液分离：经分拣后的餐厨垃圾经压滤脱除其中大量的油水组分，固体成分进入粉碎机，将餐厨垃圾粉碎为统一粒径用于后续燃料乙醇的发酵；液体成分进入油水分离器进行油水分离。
(3)液体的油水分离：上述步骤(2)得到的液体通过油水分离器进行油水分离，所得废油脂用于制备生物柴油，有机废水经一定工艺处理后循环利用。
(4)蛋白饲料的生产：步骤(2)中燃料乙醇生产后的发酵液及残渣中含有大量食物废弃蛋白和酵母细胞蛋白，经离心分离后，固体进行产品干燥与造粒成型，制成高蛋白饲料。
(5)废水处理：上述步骤(2)、(3)、(4)产生的废水综合利用固定化生物活性炭技术吸附降解和膜分离技术深度处理，达到国家排放标准并可以循环使用。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于所述的餐厨垃圾包括酒店餐馆食物垃圾、家庭厨余垃圾和公共食堂餐厨垃圾。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于步骤(2)所述燃料乙醇的生产方法为：(1)粉碎后的餐厨垃圾直接加入液化酶0.1％(w/w)在85℃下液化30min；(2)用氢氧化钠或硫酸调节液化后物料的pH为4.5-5.0，在45℃下同时加入糖化酶0.04％(w/w)与果胶酶0.01％(w/w)酶解糖化4h；(3)糖化后的物料用氢氧化钠或硫酸调节pH为5-6，30℃下接种酿酒干酵母0.3％(w/w)厌氧发酵20h；(4)发酵液经离心分离后，液体蒸馏提纯乙醇，固体干燥粉碎生产蛋白饲料。
4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于步骤(3)所述生物柴油的生产方法为：废油脂在柱式泡沫膜生物反应器中经转酯化反应制成粗品油，然后经真空精馏制成生物柴油。
5.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于所述的废水处理方法为：废水先经固定化生物活性炭吸附降解，然后经超滤膜组件深度处理。
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