CN103084377B - 餐厨垃圾的处理与再利用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及利用光合细菌处理餐厨垃圾并实现其资源化的方法，包括餐厨垃圾的预处理方法，具体为：将餐厨垃圾进行水解酸化处理至挥发性脂肪酸的浓度至5000-15000mg/L，得水解酸化液，固液分离后取液体调节pH值为6.5-7.5，得预处理料；运用预处理料培养光合细菌的方法，具体为：在所述预处理料中接种100-1000mg/L光合细菌菌群，在照度1500-5000lux，温度为25-35℃，溶解氧浓度0-0.8mg/L下培养3-5天；该方法所得的产物可用于制备饲料添加剂、水质净化剂、生态有机菌肥或水产养殖饵料中的应用；该方法处理餐厨垃圾耐毒能力强、脱氮效果好且有机物去除能力高。
Description
技术领域
本发明涉及有机垃圾生物处理及资源化的方法，特别涉及一种利用光合细菌处理餐厨垃圾并实现其资源化的方法，属于环境保护和生物技术领域。
背景技术
餐厨垃圾是来自厨房和餐桌的剩余食物，又称泔水、泔脚或潲水。这些废物如果处理不当，不仅危害人们的身体健康，还严重污染环境。餐厨垃圾的含水率高达80％～90％，泔水中的渗沥水极易通过渗透作用污染地下水，泔水中富含的有机物在温度较高时，则很快会发酵而腐烂变质，产生出大肠杆菌等病原微生物，直接危害人体健康。若用其作为猪饲料，各种病原菌就会扩散到猪身上，然后在人们食用时也会传染到人身上，长此以往就形成了传染源的恶性循环。另外，废弃油脂和残渣的排放会堵塞下水道，污染环境。因此，从源头制止泔水的扩散，在原地对泔水进行加工处理是一项亟待解决的头等大事。
目前，国内外餐厨垃圾处理的方法有很多，包括粉碎直排、卫生填埋、堆肥处理、饲料化处理以及厌氧消化处理等，虽然各种处理方法均有应用的实例，但餐厨垃圾处理仍存在着很多问题。如粉碎直排主要是把垃圾粉碎后直接排入下水道，虽然成本低廉、操作简单易行，但增加水耗，并且易造成水管堵塞，增加污水处理厂的负荷；卫生填埋需要占用大量土地，并且产生渗滤液和废气等二次污染，对环境特别是地下水资源构成严重威胁；堆肥处理虽然能够实现餐厨垃圾的资源化处理，但往往产生的肥料质量不高，而较高质量的堆肥方式成本又比较高，并且堆肥产生的气味问题始终难以解决；饲料化处理主要问题是饲料安全性，我国主要是将其直接喂养禽畜，这种方式极易引起疾病传播，且一些有毒有害物质会蓄积在禽畜体内，通过食物链给人体健康带来危害，甚至造成人畜之间疫病的交叉感染；厌氧消化处理的优点在于厌氧微生物具有高有机负荷承受能力，封闭运行的反应器减少了处理过程对环境的二次污染，在处理废弃物的同时能回收生物质能(氢气、甲烷)。但餐厨垃圾的厌氧消化工艺主要源于工业污水处理工艺，将其应用于餐厨垃圾处理仍存在一些问题：①产甲烷菌的培养和驯化过程较复杂，工艺启动时间长；②餐厨垃圾水解液的高脂肪、高盐度和高氨氮对产甲烷菌产甲烷过程产生强烈抑制，导致沼气产量不足；③沼渣和沼液无害化处置以及沼气的收集利用水平较低；④操作安全性要求较高。
利用光合细菌净化高浓度有机废水，是废水生物处理法中的一个新发展。它具有有机物负荷高、占地面积小、投资废用少、动力消耗低、除氮效果好和耐盐能力强等优点，而产生的菌体又有可能作为重要的原料进行综合利用，因此越来越受到人们的重视。光合细菌是指一大类在厌氧条件下进行不放氧光合作用的细菌的总称，目前用于有机废水净化的光合细菌主要是红螺菌科中的一些属，并且已在人粪尿、家畜粪尿、食品、纤维、皮革、有机化学工业等高负荷废水的处理中获得较高的评价。但目前光合细菌多数用于废水的处理及资源化，用于餐厨垃圾处理及资源化的研究尚未见文献及专利报道。公开号为CN101250068A的专利公开了用养畜场污水生产光合细菌生物肥的方法，公开号为CN102701460A的专利公开了利用一株光合细菌处理淀粉废水并实现废水资源化的方法，公开号为CN1281892A的专利公开了用糖蜜酒精废醪液生产光合细菌菌体的方法，这些均属于光合细菌废水处理及资源化范畴，对于光合细菌有机垃圾处理及资源化的研究尚未见公开报道。
因此，本发明建立了一种利用光合细菌菌群处理餐厨垃圾并实现其资源化的方法，将这些难处理的有机垃圾进行综合治理，变废为宝，具有十分重要的理论和现实意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种餐厨垃圾的预处理方法及预处理料，通过该方法处理后的餐厨垃圾可用作光合细菌的培养基。所述预处理料作培养基成本低。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
餐厨垃圾的预处理方法，具体包括以下步骤：
A水解酸化
将餐厨垃圾进行水解酸化处理至挥发性脂肪酸的浓度至5000-15000mg/L，得水解酸化液；
B预处理料的制备
将步骤A所得水解酸化液进行固液分离，取液体并调节pH值为6.5-7.5，得预处理料。
进一步，所述的餐厨垃圾的预处理方法，步骤A中，将所述餐厨垃圾粉碎，所述餐厨垃圾为食物加工下脚料或食用残余混合物。
优选的，所述的餐厨垃圾的预处理方法，步骤A中，添加浓度为2～10g/L的厌氧污泥进行水解酸化。
优选的，所述的餐厨垃圾的预处理方法，步骤B中，在所得预处理料中加入0.5-1.0g/L碳酸氢钠。
所述的餐厨垃圾的预处理方法制备的预处理料。
本发明的目的之二在于提供一种所述预处理料的应用，该应用为餐厨垃圾再利用及餐厨垃圾处理提供了新思路。
所述的预处理料在制备光合细菌培养基中的应用。
本发明的目的之三在于提供光合细菌培养的方法，该方法成本低，稳定性佳。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
所述的预处理料培养光合细菌的方法，在所述预处理料中接种100-1000mg/L光合细菌菌群，在照度1500-5000lux，温度为25-35℃，微好氧条件(溶解氧浓度0-0.8mg/L)下培养3-5天。
进一步，所述光合细菌菌群具体为红螺菌科中的沼泽红假单胞菌、球形红假单胞菌、荚膜红假单胞菌、深红红螺菌和黄褐红螺菌中的一种或几种。
本发明的目的之四在于提供餐厨垃圾的方法及其产物的应用，该方法成本低，稳定性佳。该应用为废物的再利用提供了较好的解决思路。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
处理餐厨垃圾的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
A水解酸化液
将餐厨垃圾进行酸化处理至总挥发性脂肪酸的浓度至5000-15000mg/L，得水解酸化液；
B预处理料的制备
将步骤A所得水解酸化液进行固液分离，取液体并调节pH值为6.5-7.5，得预处理料；
C微生物处理
在所述预处理料中接种100～1000mg/L光合细菌菌群，在照度1500-5000lux，温度为25-35℃，微好氧条件下(溶解氧浓度0-0.8mg/L)培养3-5d，可得到光合细菌菌液。
所述的处理餐厨垃圾的方法所得的产物在制备饲料添加剂、水质净化剂、生态有机菌肥或水产养殖饵料中的应用。将水解酸化液经光合细菌处理后总VFA去除率达到70-98％,其发酵残液可回用于餐厨垃圾稀释液；光合细菌浓度达到800-1600mg/L,其菌体经分离后可直接应用于饲料添加剂、水质净化剂、生态有机菌肥或水产养殖饵料。
本发明的有益效果：本发明所述的利用光合细菌处理废弃食物并实现其资源化的方法，是一种操作简便、经济高效的废弃食物处理及资源化方法。该方法的使用能够极大地提高废弃食物处理效率，实现固废的资源化，与目前广泛采用的利用废弃食物厌氧消化产沼气工艺相比具有如下优点：
1)本发明用于餐厨垃圾水解酸化液处理耐毒能力强。
废弃食物酸化水解液具有高盐高氨氮等特点，高盐和高氨氮均会对产甲烷菌产生强烈抑制，使产甲烷处理运行不稳定甚至系统崩溃；而光合细菌具有较强的耐盐和耐氨氮能力，故将其用于废弃食物的水解酸化液处理时系统稳定性高、去除效果稳定。
2)本发明用于餐厨垃圾水解酸化液处理脱氮效果好。
现行的厌氧消化处理仅能对水解酸化液中的有机物进行部分去除，不具有脱氮能力，因此，高氨氮的沼液还需要进一步的脱氮处理；而光合细菌具有高效的氨氮同化能力，能将氨氮大量转化为自身菌体蛋白，并且能在微好氧条件下实现硝化反硝化作用，将氨氮转化为氮气排出，具有高效的脱氮能力。
3)本发明用于餐厨垃圾水解酸化液处理有机物去除能力高。
与产甲烷菌相比，光合细菌代谢时间短，增殖快，利用的底物广泛，几乎包括所有水解酸化生成的小分子有机酸，如甲酸、甲醇、乙酸、乙醇、丙酸、乳酸、丁酸等等，因此，有机物去除率高；而产甲烷菌群主要是以甲醇、甲酸或乙酸作为底物，底物利用范围窄，对有机物的去除能力非常有限。
4)本发明用于餐厨垃圾水解酸化液处理易于实现垃圾资源化。
现行的厌氧消化处理生成的沼气需要经过提纯、转化等系列处理后才能利用，仪器装备要求高，操作管理复杂；而光合细菌处理所产生的光合细菌菌体可直接用于农、牧及渔业的原材料，操作简便、用途广泛。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1是餐厨垃圾水解酸化液采用光合细菌和产甲烷发酵处理的挥发性脂肪酸(VFA)去除效果对比。
图2是餐厨垃圾水解酸化液采用光合细菌和产甲烷发酵处理的氨氮去除效果对比。
图3是添加碳酸氢钠和不加碳酸氢钠对光合细菌产量的影响。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1餐厨垃圾预处理料的制备
餐厨垃圾来源于某大学食堂食物加工下脚料和食用残余混合物，含水率83％，碳氮比26.3％，灰分1.1％。首先将餐厨垃圾进行破碎，破碎后添加2g/L厌氧污泥进行水解酸化处理，得水解酸化液。酸化水解处理的方法为现有技术，或可参见申请号为200910117333的中国专利申请。破碎后的餐厨垃圾呈颗粒状，其中的有机物释放溶出并在水解酸化微生物的作用下生成小分子脂肪酸，当总VFA浓度达到8000mg/L时，进行固液分离；固体部分继续进行水解酸化处理；液体部分调节pH在6.8，并添加1.0g/L碳酸氢钠作为pH缓冲剂，得预处理料。
实施例2餐厨垃圾预处理料的制备
餐厨垃圾来源于重庆市渝北区某饭店食物加工下脚料和食用残余混合物，含水率75％，粗脂肪2.67％，灰分1.8％。首先将餐厨垃圾进行破碎，破碎后进行酸化水解处理，得水解酸化液。酸化水解处理的方法为现有技术，可参见申请号为200910117333的中国专利申请；或用添加浓度为10g/L的厌氧污泥进行水解酸化。破碎后的餐厨垃圾呈颗粒状，其中的有机物释放溶出并在水解酸化微生物的作用下生成小分子脂肪酸，当总VFA浓度达到6000mg/L时，进行固液分离；固体部分继续进行水解酸化处理；液体部分调节pH在6.5，不添加碳酸氢钠，得预处理料。
实施例3餐厨垃圾预处理料的制备
餐厨垃圾来源于重庆市某家庭食物加工下脚料和食用残余混合物，含水率80％，粗脂肪3.14％，灰分1.5％.首先将餐厨垃圾进行破碎，破碎后进行酸化水解处理，得水解酸化液。酸化水解处理的方法为现有技术，可参见申请号为200910117333的中国专利申请。破碎后的餐厨垃圾呈颗粒状，其中的有机物释放溶出并在水解酸化微生物的作用下生成小分子脂肪酸，当总VFA浓度达到12000mg/L时，进行固液分离；固体部分继续进行水解酸化处理；在液体部分添加10mol/L的氢氧化钠调节pH值，直到pH稳定在6.0左右，然后投加0.6g/L的碳酸氢钠，得预处理料。
实施例4光合细菌的培养
向实施例1预处理料中投加终浓度为200mg/L的光合细菌菌群，在照度1500lux、温度为30℃、微好氧的条件(溶解氧浓度0mg/L)下对水解酸化液进行光合细菌处理，所用光合细菌菌群为沼泽红假单胞菌、球形红假单胞菌、荚膜红假单胞菌按照1:1:1比例配比而成，得光合细菌菌群。
实施例5光合细菌的培养
向实施例2预处理料中投加终浓度为300mg/L的所述光合细菌菌群(详见实施例4)，在照度2000lux、温度为25℃、溶解氧为0.3mg/L的条件下对水解酸化液进行光合细菌处理120小时。
实施例6光合细菌的培养
向实施例3预处理料中投加终浓度为1000mg/L的所述光合细菌菌群(详见实施例4)，在照度3000lux、温度为35℃、溶解氧为0.5的条件下对水解酸化液进行光合细菌处理120小时。
实施例7产甲烷发酵法处理
向实施例3预处理料中投加终浓度为5g/L的厌氧污泥，在温度为35℃的条件下对水解酸化液进行产甲烷发酵处理120小时。
实施例8总挥发酸去除率及氨氮去除率
一总挥发酸含量的检测
1检测方法
根据标准Q/YZJ10-03-02-2000执行。
2检测结果
每隔24h测定一次污水中的总挥发酸浓度，每个样品设三个平行样取平均值。餐厨垃圾水解液采用光合细菌和产甲烷发酵处理的挥发性脂肪酸(VFA)去除效果对比的结果详见图1。从图1可以看出，光合细菌接种后水解液中的VFA被快速利用，仅24h总VFA去除率就可接近20％，而此时产甲烷处理总VFA去除率不足10％，这是因为光合细菌的增值及代谢速度远大于产甲烷菌；24～48h之间光合细菌对水解液中VFA的去除速率达到高峰，至48h时，采用光合细菌处理VFA去除率即可达到63％，而此时产甲烷发酵仅有11％的去除率；至120h处理结束时，光合细菌几乎可将水解液中的VFA完全去除，而产甲烷处理仅能去除34％的VFA，这是因为光合细菌能利用转化甲酸、乙酸、丙酸、丁酸和乙醇等多种小分子有机物，而产甲烷菌仅能利用甲酸、乙酸等小分子，对于丙酸、丁酸等VFA基本不能利用。因此，采用光合细菌处理能比产甲烷发酵获得更高的VFA处理效率。
二氨氮含量的检测
1检测方法
氨氮的检测采用纳氏试剂分光光度法。
2检测结果
每隔24h测定一次污水中的总挥发酸浓度，每个样品设三个平行样取平均值。具体结果详见图2。从图2可以看出，光合细菌具有较高的氨氮处理效果，接种后48h氨氮去除率就能达到25％，处理120h后氨氮去除率达到41％；而产甲烷发酵对水解液中的氨氮基本没有去除能力。这是因为光合细菌具有较高的氨氮同化和硝化反硝化能力，除了将氨氮高效地转化为自身菌体蛋白，还能够进行生物硝化反硝化，将氨氮转化为氮气排入大气。因此，采用光合细菌处理能够获得较高的氨氮去除率。
1检测方法
光合细菌细胞浓度的检测采用分光光度法。由菌液660nm处的光密度值(Opticaldensity，OD)确定。细胞浓度和OD660nm值的对应关系式：细胞浓度(mg/L)＝413.1×OD660nm-2.4(R2＝0.9989)
2检测结果
每隔24h测定一次光合细菌浓度，每个样品设三个平行样取平均值。具体结果详见表3和图3。从图3可以看出，不加碳酸氢钠时，受pH升高限制，光合细菌的菌体浓度较低，至处理结束时仍不足760mg/L，过低的浓度使光合细菌菌液难以直接应用，需要进行浓缩等后处理才能使用；而添加1g/L的碳酸氢钠可使光合细菌细胞迅速增殖，接种120h其细胞浓度就可达到1600mg/L，是对照的2.5倍。因此，考虑到光合细菌菌体的后续利用，应添加适量的碳酸氢钠作为体系的pH缓冲剂。
表3不同时间点测试的光合细菌浓度(mg/L)
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.用餐厨垃圾制备光合细菌的培养基的方法，所述光合细菌菌群具体为红螺菌科中的沼泽红假单胞菌、球形红假单胞菌、荚膜红假单胞菌、深红红螺菌和黄褐红螺菌中的一种或几种，其特征在于，具体包括以下步骤：
A水解酸化
添加浓度为2～10g/L的厌氧污泥对餐厨垃圾进行水解酸化，将餐厨垃圾进行水解酸化处理至挥发性脂肪酸的浓度至5000-15000mg/L，得水解酸化液；
B预处理料的制备
将步骤A所得水解酸化液进行固液分离，取液体并调节pH值为6.5-7.5，得预处理料，所述预处理料为培养基。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中，将所述餐厨垃圾粉碎，所述餐厨垃圾为食物加工下脚料或食用残余混合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B中，在所得预处理料中加入0.5-1.0g/L碳酸氢钠。
4.权利要求1-3任一项所述的方法制备的光合细菌的培养基。
5.运用权利要求4所述的培养基培养光合细菌的方法，其特征在于，在所述预处理料中接种100-1000mg/L光合细菌菌群，在照度1500-5000lux，温度为25-35℃，溶解氧浓度0-0.8mg/L下培养3-5天。
6.根据权利要求5所述的培养基培养光合细菌的方法，其特征在于，所述光合细菌菌群具体为红螺菌科中的沼泽红假单胞菌、球形红假单胞菌、荚膜红假单胞菌、深红红螺菌和黄褐红螺菌中的一种或几种。
7.处理餐厨垃圾的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
A水解酸化液
将餐厨垃圾进行酸化处理至挥发性脂肪酸的浓度至5000-15000mg/L，得水解酸化液；
B预处理料的制备
将步骤A所得水解酸化液进行固液分离，取液体并调节pH值为6.5-7.5，得预处理料；
C微生物处理
在所述预处理料中接种100-1000mg/L光合细菌菌群，在照度1500-5000lux，温度为25-35℃，溶解氧浓度0-0.8mg/L下培养3-5天。
8.权利要求7所述的处理餐厨垃圾的方法所得的产物在制备饲料添加剂、水质净化剂、生态有机菌肥或水产养殖饵料中的应用。
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