CN102453614B - 一种餐厨垃圾综合利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种餐厨垃圾综合利用的新方法，该方法包括以下步骤：餐厨垃圾的处理、油脂相的利用制成生物柴油、水相的利用通过发酵生产乙醇，固体残渣的利用制成高蛋白的饲料。本发明具有的优点是：工艺简单，易实现，降低了餐厨垃圾处理的成本，节约能源；且采用米曲霉与酿酒酵母混合进行共发酵的工艺，原料利用率高，一次发酵完成，不会产生二次污染。发酵后的固体残渣组分简单，蛋白含量高，可作直接作为蛋白类饲料使用。

Description

一种餐厨垃圾综合利用的方法
一种餐厨垃圾综合利用的新方法 
技术领域
本发明涉及一种餐厨垃圾处理方法，尤其涉及一种餐厨垃圾综合利用的新方法，属于环保技术领域。 
背景技术
餐厨垃圾是指产生于餐饮经营与居民生活的食物加工下脚料(厨余)和食用残余物(泔脚)。餐厨垃圾具有含水率高和有机质含量高的特点，不适合采用传统的焚烧、填埋等方法处理；并且餐厨垃圾含盐量高，将其用于做堆肥原料也受到很大的限制。因此，如何科学、合理地对餐厨垃圾进行处置和资源化利用已经成为亟待解决的问题。 
现有技术中的餐厨垃圾处理方法中主要有北京佳博GBG模式、德国BTA模式等，上述方法通过处理餐厨垃圾来生产饲料、肥料和生物柴油等。但这些方法对餐厨垃圾的加工程度低、可利用度差。 
由于乙醇是酒精燃料的主要成分，也是汽车可以使用的干净燃料之一。现有技术中也有利用餐厨垃圾来制备工业乙醇，利用餐厨垃圾制备工业乙醇能够不仅能有效的降低生产成本，减少粮食原料的使用。而且具有环境保护及可再生能源开发的双重意义。但是现有技术利用餐厨垃圾生产工业乙醇通常采用酶水解后发酵工艺（SHF）和同步糖化发酵工艺（SSF），两者都要利用淀粉酶或纤维素酶的水解催化作用，使联结淀粉、纤维素分子的各化学键经液化、糖化工序，逐级水解为麦芽糖或葡萄糖，再通过酿酒酵母将餐厨垃圾中糖分发酵，转化成工业乙醇。该方法的缺点是生产过程中需要额外添加催化酶类，且发酵控制复杂，综合利用效率低。 
发明内容
本发明针对以上现有技术中所存在的缺陷，提出一种具有工艺过程简单、餐厨垃圾的利用率高，生产成本低的餐厨垃圾综合利用的新方法。 
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的，一种餐厨垃圾综合利用的新方法，该方法包括以下步骤： 
A、餐厨垃圾的预处理：将收集的餐厨垃圾分拣后，加入水进行打浆粉碎，然后通过油水分离器分离得到油脂相与水相；
B、生物柴油的制备：将上述得到的油脂相通过酯交换法制成生物柴油；
C、水相的利用：将上述得到的水相经过灭菌后进行发酵，发酵结束后，离心取上清液进行蒸馏，得燃料乙醇，离心后得到的固体残渣备用；
D、蛋白饲料的制备：将上述离心后得到的固体残渣经过干燥、粉碎后，制成蛋白饲料。
本发明餐厨垃圾综合利用的新方法中，所述的餐厨垃圾的预处理不需要加入酸，直接将餐厨垃圾分拣、加水进行打浆粉碎，再经油水分离器分离出油脂层与水相，工艺过程简单、易于工业化生产。由于在餐厨垃圾的预处理过程中没有使用酸处理，所以也减少了后续生产过程中的酸洗过程，提高了生产效率，同时也减少了酸碱的排放，改善了整个生产过程中的环保性，减少了对环境的二次污染。本发明的餐厨垃圾的处理过程中得到的废油脂、水相及水相处理后残留的固体物质都得到了充分的利用，真正实现了餐厨垃圾的充分、彻底的利用，综合效益高。 
其中步骤A中所述的餐厨垃圾的分拣是指将收集的餐厨垃圾进行人工分拣，拣出如大块骨头等体积较大的块状物及金属物、塑料等不能做发酵原材料使用的物质。然后将经过分拣后的餐厨垃圾加入水，进行粉碎打浆，使在水中充分混合再进行油水分离。 
作为优选，步骤A中所述的餐厨垃圾与水体积比为1：1～5，更进一步的优选，所述的餐厨垃圾与水体积比为1：2～4。 
步骤B中可以通过以下方法制备得到生物柴油。将步骤A中得到的油脂加入甲醇钠中进行酯交换反应；反应结束后，水洗、干燥、然后将得到的有机层进行蒸馏即可得到生物柴油。其中加入的甲醇钠的重量占油脂的重量的百分比为0.8%～1.5%，酯交换反应温度为40℃～70℃，反应时间为0.5～2.0小时，本发明的酯交换反应，原料的利用率高，油脂的转化率高，能够达到90%以上。其中如果甲醇钠加入的量太少，则不利于反应的进行；如果加入的量太多，既影响反应的进行，又造成原料的浪费。如果反应温度过低，则转化率低，且所需的反应时间也长，从而增加了生产成本；如果反应温度过高，则容易生成其他杂质物。进一步的优选，所述的甲醇钠的重量占油脂的重量的百分比为1.0%～1.2%；所述的反应温度为45℃～60℃，反应时间为1～1.5小时。 
作为优选，步骤C中所述的水相加入氨水，然后通过超声波对餐厨垃圾中纤维素进行破晶处理。其中加入氨水可以脱除餐厨垃圾中大部分木质素，而超声波在水介质中产生的机械作用及空化产生的微射流对餐厨垃圾中纤维素表面产生冲击、剪切，且空化作用所产生的热量及自由基均可使大分子降解。经超声波处理过的纤维素具有较大的孔隙度、较高的保水性和较大的比表面。所述的灭菌方法是采用本领域的常规方法就可以达到灭菌效果，如采用高温灭菌法。灭菌后，有利于微生物的培养。 
作为优选，步骤C中所述的发酵是在酿酒酵母和米曲霉的共同作用下进行发酵。酿酒酵母和米曲霉利用淀粉、纤维素等糖的营养物质，在其自身产生的酒化酶的作用下转化为乙醇和二氧化碳。与现有技术相比，本发明所用的米曲霉与酿酒酵母都为常见菌种，十分易得且培养工艺成熟；而且在生产过程中不需要额外添加催化剂，一次发酵就能实现转化，不会产生二次污染。一次发酵即可完成，也大大的简化了生产工艺。 
作为优选，所述的酿酒酵母的加入量为发酵原液的5%～15%；所述的米曲霉的加入量为发酵原液的5%～15%。 
作为优选，步骤C中所述的发酵温度为20℃～40℃，所述的发酵时间为80～100小时。其中的发酵温度如果太低，则不利于发酵的进行，从而不能使体系中的糖转化为乙醇；而如果发醇的温度太高，则会使米曲霉与酿酒酵母灭活，从而失去其作用。而在本发明的温度范围内，则能发挥米曲霉与酿酒酵母的最佳活性。而且利用上述米曲霉与酿酒酵母共同作用，与单独采用上述菌相比，更有利于原料的转化，发酵后的固体残渣中蛋白含量高，组分简单，更有利于将固体残渣制成蛋白饲料。 
步骤D中只需将发酵后的残渣经过简单的处理就可以作为蛋白类饲料使用，而且所得的发酵残渣的组分简单，蛋白含量高。 
综上所述，本发明具有以下优点： 
1、本发明的餐厨垃圾综合利用的新方法，将垃圾中的淀粉、纤维素、油脂等大分子有机物进行综合利用，制备出用途广泛、附加值高的再生资源化产品；生产成本低，节约能源，所需设备简单，投资成本少，是一种新的，具有良好实用价值的餐厨垃圾资源化途径。
2、本发明的餐厨垃圾综合利用的新方法，采用将米曲霉与酿酒酵母混合进行共发酵的工艺，原料利用率高，一次发酵完成，不会产生二次污染。 
3、本发明的餐厨垃圾综合利用的新方法，发酵后的残渣组分简单，蛋白含量高，可作直接作为蛋白类饲料使用。 
附图说明
图1是本发明餐厨垃圾综合利用的新方法的工艺流程图。  
具体实施例
以下通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但是以下实施例并不限定本发明的范围。 
以下实施例中的酿酒酵母可以通过以下方法培养得到：即将酿酒酵母菌株单克隆接入到50ml YEPD液体培养中，活化培养24小时；再将活化后的酿酒酵母按10%的接种量接入到麦芽汁种子培养基中，培养24小时，即可获得酿酒酵母种子。 
以下实施例中所述的米曲霉可以通过以下方法培养得到：无菌水冲洗米曲霉斜面培养物获得孢子悬浮液，血球计数板对悬浮液中的孢子进行计数，在悬浮液中加入无菌水调整每毫升悬浮液中孢子的数目为106个，取5ml孢子悬浮液接入50ml PDA液体培养基中，活化培养24小时；再将活化后的种子按10%的接种量接入麦芽汁种子培养基中，培养24小时，即可以获得米曲霉种子。 
实施例1 
 取餐厨垃圾进行人工分拣，拣出其中的大块骨头、金属物、塑料、陶瓷等不能作为发酵原材料的物质，然后将分拣后的餐厨垃圾加入3倍体积的水后经粉碎机进行粉碎打浆，再经过油水分离器，分离出油脂层与水相。
将上述得到的油脂层称量后，按油脂层重量的1%加入甲醇钠，在温度为40℃～50℃的条件下，反应1.5小时，水洗两次后，分层，将水相进行蒸馏，将得到的有机层干燥后，进行蒸馏，即得生物柴油。 
将上述得到的水相中加入按水相重量为5%的氨水溶液，然后通过超声波对餐厨垃圾中纤维素进行破晶处理，结束后，将得到的水相作为发酵原液进行高温灭菌后，加入按发酵原液重量为12%的酿酒酵母和按发酵原液重量为8%的米曲霉，在温度为20℃～40℃的条件下，发酵80～100小时。发酵结束后，将发酵液进行离心，提取上清液，将得到的上清液进行压差蒸馏蒸出上清体积的1/10的量后，得到含20%～30%水的乙醇，再将剩下的上清液进行精馏，即得无水乙醇。将离心后的固体残渣在60℃的条件下干燥24小时，再进行粉碎后，即可制成蛋白饲料。 
实施例2 
取餐厨垃圾进行人工分拣，拣出其中的大块骨头、金属物、塑料、陶瓷等不能作为发酵原材料的物质，然后将分拣后的餐厨垃圾加入4倍体积的水经粉碎机进行粉碎、打浆，再经过油水分离器，分离出油脂层与水相。
将上述得到的油脂层称量后，按油脂层重量的0.8%加入甲醇钠，在温度为50℃～70℃的条件下，反应1.0小时，水洗三次后，分层，将水相进行蒸馏，将得到的有机层干燥后，进行蒸馏，即得生物柴油。 
将上述得到的水相中加入按水相重量为8%的氨水溶液，然后通过超声波对餐厨垃圾中纤维素进行破晶处理，结束后，将得到的水相作为发酵原液进行高温灭菌后，加入按发酵原液重量为10%的酿酒酵母和按发酵原液重量为10%的米曲霉，在温度为25℃的条件下，发酵90小时。发酵结束后，将发酵液进行离心，提取上清液，将得到的上清液进行压差蒸馏蒸出上清体积的1/10的量后，得到含20%～30%水的乙醇，再将剩下的上清液进行精馏，即得无水乙醇。将离心后的固体残渣在60℃的条件下干燥24小时，再进行粉碎后，即可制成蛋白饲料。 
实施例3 
取餐厨垃圾进行人工分拣，拣出其中的大块骨头、金属物、塑料、陶瓷等不能作为发酵原材料的物质，然后将分拣后的餐厨垃圾加入5倍体积的水经粉碎机进行粉碎打浆，再经过油水分离器，分离出油脂层与水相。
将上述得到的油脂层称量后，按油脂层重量的1.5%加入甲醇钠，在温度为50℃的条件下，反应1.5小时，水洗三次后，分层，将水相进行蒸馏，将得到的有机层干燥后，进行蒸馏，即得生物柴油。 
将上述得到的水相中加入按水相重量为10%的氨水溶液，然后通过超声波对餐厨垃圾中纤维素进行破晶处理，结束后，将得到的水相作为发酵原液进行高温灭菌后，加入按发酵原液重量为5%的酿酒酵母和按发酵原液重量为5%的米曲霉，在温度为30℃的条件下，发酵80小时。发酵结束后，将发酵液进行离心，提取上清液，将得到的上清液进行压差蒸馏蒸出上清体积的1/10的量后，得到含20%～30%水的乙醇，再将剩下的上清液进行精馏，即得无水乙醇。将离心后的固体残渣在60℃的条件下干燥24小时，再进行粉碎后，即可制成蛋白饲料。 
实施例4 
取餐厨垃圾进行人工分拣，拣出其中的大块骨头、金属物、塑料、陶瓷等不能作为发酵原材料的物质，然后将分拣后的餐厨垃圾加入4倍体积的水经粉碎机进行粉碎打浆，再经过油水分离器，分离出油脂层与水相。
将上述得到的油脂层称量后，按油脂层重量的1.2%加入甲醇钠，在温度为60℃的条件下，反应1.0小时，水洗三次后，分层，将水相进行蒸馏，将得到的有机层干燥后，进行蒸馏，即得生物柴油。 
将上述得到的水相中加入按水相重量为8%的氨水，然后通过超声波对餐厨垃圾中纤维素进行破晶处理，结束后，将得到的水相作为发酵原液进行高温灭菌后加入发酵罐，再加入按发酵原液重量为15%的酿酒酵母和按发酵原液重量为15%的米曲霉，在温度为20℃的条件下，发酵85小时。发酵结束后，将发酵液进行离心，提取上清液，将得到的上清液进行压差蒸馏蒸出上清液体积的1/10的量后，得到含20%～30%水的乙醇，再将剩下的上清液进行精馏，即得无水乙醇。将离心后的固体残渣在50～60℃的条件下干燥20～30小时，再进行粉碎后，即可制成蛋白饲料。 
实施例5 
取餐厨垃圾进行人工分拣，拣出其中的大块骨头、金属物、塑料、陶瓷等不能作为发酵原材料的物质，然后将分拣后的餐厨垃圾加入3倍体积的水经粉碎机进行粉碎打浆，再经过油水分离器，分离出油脂层与水相。
将上述得到的油脂层称量后，按油脂层重量的1.0%加入甲醇钠，在温度为60℃的条件下，反应0.5小时，水洗三次后，分层，将水相进行蒸馏，将得到的有机层干燥后，进行蒸馏，即得生物柴油。 
将上述得到的水相中加入按水相重量为6%的氨水溶液，然后通过超声波对餐厨垃圾中纤维素进行破晶处理，结束后，将得到的水相作为发酵原液进行高温灭菌后，加入按发酵原液重量为12%的酿酒酵母和按发酵原液重量为12%的米曲霉，在温度为25℃的条件下，发酵86小时。发酵结束后，将发酵液进行离心，提取上清液，将得到的上清液进行压差蒸馏蒸出上清体积的1/10的量后，得到含20%～30%水的乙醇，再将剩下的上清液进行精馏，即得无水乙醇。将离心后的固体残渣在60℃的条件下干燥24小时，再进行粉碎后，即可制成蛋白饲料。 
实施例6 
取餐厨垃圾进行人工分拣，拣出其中的大块骨头、金属物、塑料、陶瓷等不能作为发酵原材料的物质，然后将分拣后的餐厨垃圾加入3倍体积的水经粉碎机进行粉碎打浆，再经过油水分离器，分离出油脂层与水相。
将上述得到的油脂层称量后，按油脂层重量的1.0%加入甲醇钠，在温度为50℃的条件下，反应1.5小时，水洗三次后，分层，将水相进行蒸馏，将得到的有机层干燥后，进行蒸馏，即得生物柴油。 
将上述得到的水相中加入按水相重量为10%的氨水溶液，然后通过超声波对餐厨垃圾中纤维素进行破晶处理，结束后，将得到的水相作为发酵原液进行高温灭菌后，加入按发酵原液重量为8%的酿酒酵母和按发酵原液重量为8%的米曲霉，在温度为30℃的条件下，发酵90小时。发酵结束后，将发酵液进行离心，提取上清液，将得到的上清液进行压差蒸馏蒸出上清体积的1/10的量后，得到含20%～30%水的乙醇，再将剩下的上清液进行精馏，即得无水乙醇。将离心后的固体残渣在60℃的条件下干燥24小时，再进行粉碎后，即可制成蛋白饲料。 
实施例7 
取餐厨垃圾进行人工分拣，拣出其中的大块骨头、金属物、塑料、陶瓷等不能作为发酵原材料的物质，然后将分拣后的餐厨垃圾加入3倍体积的水经粉碎机进行粉碎打浆，再经过油水分离器，分离出油脂层与水相。
将上述得到的油脂层称量后，按油脂层重量的1.0%加入甲醇钠，在温度为50℃的条件下，反应2.0小时，水洗三次后，分层，将水相进行蒸馏，将得到的有机层干燥后，进行蒸馏，即得生物柴油。 
将上述得到的水相中加入按水相重量为5%的氨水溶液，然后通过超声波对餐厨垃圾中纤维素进行破晶处理，结束后，将得到的水相作为发酵原液进行高温灭菌后，加入按发酵原液重量为11%的酿酒酵母和按发酵原液重量为11%的米曲霉，在温度为30℃的条件下，发酵82小时。发酵结束后，将发酵液进行离心，提取上清液，将得到的上清液进行压差蒸馏蒸出上清体积的1/10的量后，得到含20%～30%水的乙醇，再将剩下的上清液进行精馏，即得无水乙醇。将离心后的固体残渣在60℃的条件下干燥24小时，再进行粉碎后，即可制成蛋白饲料。 
实施例8 
取餐厨垃圾进行人工分拣，拣出其中的大块骨头、金属物、塑料、陶瓷等不能作为发酵原材料的物质，然后将分拣后的餐厨垃圾经粉碎机进行粉碎，加入2倍体积的水一起进行混合打浆，再经过油水分离器，分离出油脂层与水相。
将上述得到的油脂层称量后，按油脂层重量的1.2%加入甲醇钠，在温度为45℃的条件下，反应1.5小时，水洗三次后，分层，将水相进行蒸馏，将得到的有机层干燥后，进行蒸馏，即得生物柴油。 
将上述得到的水相中加入按水相重量为8%的氨水溶液，然后通过超声波对餐厨垃圾中纤维素进行破晶处理，结束后，将得到的水相作为发酵原液进行高温灭菌后，加入按发酵原液重量为11%的酿酒酵母和按发酵原液重量为9%的米曲霉，在温度为30℃的条件下，发酵85小时。发酵结束后，将发酵液进行离心，提取上清液，将得到的上清液进行压差蒸馏蒸出上清体积的1/10的量后，得到含20%～30%水的乙醇，再将剩下的上清液进行精馏，即得无水乙醇。将离心后的固体残渣在60℃的条件下干燥24小时，再进行粉碎后，即可制成蛋白饲料。 
本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。 
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。 

Claims (4)

1.一种餐厨垃圾综合利用的方法，该方法包括以下步骤：
A、餐厨垃圾的预处理：将收集的餐厨垃圾分拣后，加入水进行打浆粉碎，然后通过油水分离器分离得到油脂相与水相；
B、生物柴油的制备：将上述得到的油脂相通过酯交换法制成生物柴油；其中将得到的油脂层加入甲醇钠中进行酯交换反应，反应结束后，水洗、干燥、蒸馏即可得到生物柴油；所述甲醇钠的重量占油脂层的重量的百分比为0.8%～1.5%，所述的酯交换反应温度为40℃～70℃，反应时间为0.5～2.0小时；
C、水相的利用：将上述得到的水相加入氨水，然后通过超声波对餐厨垃圾中纤维素进行破晶处理，对水相经过灭菌后在酿酒酵母和米曲霉的共同作用下进行发酵，发酵结束后，离心取上清液进行蒸馏，得燃料乙醇，离心后得到的固体残渣备用；
D、蛋白饲料的制备：将上述离心后得到的固体残渣经过干燥、粉碎后，制成蛋白饲料。
2.根据权利要求1所述的所述的餐厨垃圾综合利用的方法，其特征在于，步骤A中所述的餐厨垃圾与水体积比为1：1～5。
3.根据权利要求1所述的所述的餐厨垃圾综合利用的方法，其特征在于：所述的酿酒酵母的加入量为发酵原液的5%～15%；所述的米曲霉的加入量为发酵原液的5%～15%。
4.根据权利要求3所述的所述的餐厨垃圾综合利用的方法，其特征在于：所述的发酵温度为20℃～40℃，所述的发酵时间为80～100小时。
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