CN103962365A - 一种资源化、无害化、减量化的餐厨废弃物处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及餐厨废弃物处理领域，具体公开了一种资源化、无害化、减量化的餐厨废弃物处理工艺。在资源化方面，本发明充分考虑了餐厨废弃物的营养成分构成，尽可能对其中的淀粉、游离糖、油脂、蛋白质、纤维素、无机盐等主要成分进行了分类回收和转化；在无害化方面，本发明充分考虑到餐厨废弃物可能引起的污染和危害，进行了多项工艺改进；在减量化方面，本发明首先在预处理阶段做到不外加水，然后在工艺过程中逐步分离二氧化碳、油脂、乙醇、酒糟、酒糟废液等各种产品和副产品以达到充分减量化的目的，剩余的水经蒸发净化后获得循环使用，减量化效果明显；本发明的工艺是一套绿色、环保、低碳的餐厨废弃物处理工艺。

Description

一种资源化、无害化、减量化的餐厨废弃物处理工艺

技术领域

本发明涉及餐厨废弃物处理领域，更具体地，涉及一种资源化、无害化、减量化的餐厨废弃物处理工艺。

背景技术

餐厨废弃物是指餐厅、酒楼、饭店、单位集体食堂、学校饭堂等就餐场所人们吃剩并被遗弃的剩饭剩菜，数量庞大，在城市生活垃圾中占有非常大的比重。据不完全统计，全国每年的餐厨废弃物产量超过6000万吨。餐厨废弃物中富含营养成分，主要包括淀粉、游离糖、蛋白质、脂肪、纤维素、无机盐等，因此非常容易腐败变质，散发恶臭，传播细菌和病毒，造成严重的环境污染。由于其含水量高，不适合用于焚烧发电，而多用于制造沼气和堆肥等，但转化效率和经济效益低下。因此目前只有少部分的餐厨废弃物得以妥善利用，而大部分被填埋和用来喂猪，部分甚至被不法分子用于制造臭名昭著的“地沟油”，又形成了严重的二次污染。因此，如何真正做到无害化、资源化、减量化的对其加以利用，变废为宝，是一个迫在眉睫的棘手问题。

目前，常见的餐厨废弃物处理工艺主要是用于制造沼气和堆肥。近年来，随着科技手段的日益进步，也出现了少数利用餐厨废弃物制造乙醇和饲料等产品的资源化综合利用的新工艺。这种新工艺既有利于保护环境，又能解决全球性的能源危机问题，还能大幅节省目前用于制造燃料乙醇的粮食，因此有百利而无一害，前景十分可观。但是，这些利用餐厨废弃物制造燃料乙醇和饲料的新工艺或多或少还存在一定的局限性和缺陷，主要问题在于：

①资源化程度低：餐厨废弃物可以说浑身都是宝，其中含有的淀粉、游离糖、脂肪、蛋白质、纤维素、无机盐等都是有用的营养物质，而目前常规的处理方法对这些有用成分均未做到完全利用。比如群慧等（一种餐厨垃圾发酵生产燃料乙醇的方法ZL 200610114006.7）、乔长昇等（一种利用餐厨垃圾生产燃料乙醇的方法201110207485.8）、石大勇（一种利用运动发酵单胞菌同步糖化发酵厨余垃圾制取乙醇的方法201210311827.5）、焦岩等（一种大学食堂餐厨废弃物生产燃料乙醇和饲料蛋白的方法201210393707.4）研发的工艺技术没有回收餐厨废弃物中的油脂；其中乔长昇等（一种利用餐厨垃圾生产燃料乙醇的方法201110207485.8）、石大勇（一种利用运动发酵单胞菌同步糖化发酵厨余垃圾制取乙醇的方法201210311827.5）的工艺甚至没有考虑将餐厨废弃物中的蛋白、纤维素、无机盐以及发酵产生菌体加以资源化利用而加工成酒糟饲料；而张景辉等（一种餐厨垃圾全生物量资源化利用的方法201110435696.7）、奚立民等（一种餐厨垃圾综合利用的方法201110134297.7）虽然既回收了油脂又利用酒糟加工成了饲料，但还是有所疏忽，和上述所有的工艺一样没有回收发酵过程中产生的二氧化碳。二氧化碳是发酵工业产量最大的副产物之一，其产量与乙醇产量几乎相当，并且具有在工业上作为保护性气体和制成灭火设备等广泛的用途，因此不加回收而轻易排放，既是资源化的损失，又会造成对环境的二次污染。

②油脂回收效率低：目前从餐厨废弃物中回收油脂的常规方法均是在除杂后直接将物料脱水，然后采用油水分离的办法从中回收油脂，如张景辉等（一种餐厨垃圾全生物量资源化利用的方法201110435696.7）、奚立民等（一种餐厨垃圾综合利用的方法201110134297.7），其缺点是油脂回收不彻底，因为餐厨废弃物中存在大量固体状态的脂肪（如肥肉等）和许多吸附在固态残渣表面的油脂，这些油脂无法通过简单的脱水作用去除，并且残留在酒糟中最终会被加工成饲料，容易进一步引起饲料的酸败变质。还有如群慧等（一种餐厨垃圾发酵生产燃料乙醇的方法ZL 200610114006.7）、乔长昇等（一种利用餐厨垃圾生产燃料乙醇的方法201110207485.8）、石大勇（一种利用运动发酵单胞菌同步糖化发酵厨余垃圾制取乙醇的方法201210311827.5）、焦岩等（一种大学食堂餐厨废弃物生产燃料乙醇和饲料蛋白的方法201210393707.4），干脆就不回收油脂，全部残留在酒糟中，不但浪费了这一宝贵的工业资源，而且制得的酒糟饲料因含有大量的油脂而极其容易酸败变质，又会造成二次污染。因此，如何更加彻底地从餐厨废弃物中回收油脂，是一个值得深入研究的问题，一来可以提高油脂的回收率，二来所制得的酒糟饲料也不容易因残留的油脂过多而加速酸败，可以说具有一举两得的作用。

③菌种落后：当前利用餐厨废弃物发酵乙醇的工艺采用的菌种均为传统的野生型菌种，通常不能自主分泌淀粉酶、糖化酶和蛋白酶，不能直接降解利用餐厨废弃物中的淀粉、寡糖和蛋白质等营养物质。如汪群慧等（一种餐厨垃圾发酵生产燃料乙醇的方法ZL 200610114006.7）、张景辉等（一种餐厨垃圾全生物量资源化利用的方法201110435696.7）、焦岩等（一种大学食堂餐厨废弃物生产燃料乙醇和饲料蛋白的方法201210393707.4）采用的菌种都是无淀粉、寡糖、蛋白质降解能力的野生型酿酒酵母，如石大勇（一种利用运动发酵单胞菌同步糖化发酵厨余垃圾制取乙醇的方法201210311827.5）采用的菌种也是无淀粉、寡糖、蛋白降解能力的野生型运动发酵单胞菌，而乔长昇等（一种利用餐厨垃圾生产燃料乙醇的方法201110207485.8）、奚立民等（一种餐厨垃圾综合利用的方法201110134297.7）采用的菌种是由多种野生型菌种组成的复合菌种，其中负责乙醇发酵的菌种仍然是没有淀粉、寡糖、蛋白的降解能力的野生型酿酒酵母，其他的菌种有的具有淀粉降解能力，有的具有寡糖降解能力，有的具有蛋白降解能力，虽然联合起来使得复合菌种在整体上具有了淀粉、寡糖、蛋白的降解和乙醇的合成能力，但多菌种之间的调控困难以及转化效率低是无法克服的缺陷。因此，目前此类研究均缺乏一种既能降解利用餐厨废弃物，又能合成乙醇的优秀菌种。

④发酵工艺模式落后：目前工业上常用的乙醇发酵工艺有两种。其中比较传统的工艺称为分步糖化发酵（separate hydrolysis and fermentation，SHF），即先糖化后发酵的模式，如张景辉等（一种餐厨垃圾全生物量资源化利用的方法201110435696.7）、焦岩等（一种大学食堂餐厨废弃物生产燃料乙醇和饲料蛋白的方法201210393707.4）采用的就是这种SHF工艺。其特点是调控简单，但成本高（需要外加商业化酶）、操作复杂（存在糖化和发酵两个步骤）、糖化效率低（存在水解产物反馈抑制）；另一种相对先进的工艺称为同步糖化发酵（simultaneous saccharification and fermentation，SSF），即在发酵的同时外加酶或其它具有糖化能力的菌种专门协助糖化。如群慧等（一种餐厨垃圾发酵生产燃料乙醇的方法ZL 200610114006.7）、石大勇（一种利用运动发酵单胞菌同步糖化发酵厨余垃圾制取乙醇的方法201210311827.5）、乔长昇等（一种利用餐厨垃圾生产燃料乙醇的方法201110207485.8）、奚立民等（一种餐厨垃圾综合利用的方法201110134297.7）采用的就是这种SSF工艺。其特点是操作简单、糖化彻底，但成本高（需要外加商业化酶）、调控复杂（不同来源的酶与酶、酶与菌、菌与菌之间都会存在影响）。因此，上述常用的利用餐厨废弃物制取乙醇的发酵工艺都或多或少的存在缺陷，不够理想。而目前最为先进的乙醇发酵工艺叫做统合生物加工工艺(consolidated bioprocessing，CBP)，是将产酶、酶解和乙醇发酵过程组合在一起由一种微生物统一完成的工艺。这种工艺具有操作简单、成本低、糖化彻底、调控简单等各种优势，是一种理想的乙醇发酵工艺，在前沿领域如纤维素乙醇的制备方面已获得初步应用，但在餐厨废弃物处理方面还没有获得有效应用。

⑤无害化不彻底：目前利用餐厨废弃物制备乙醇和饲料的工艺在无害化方面考虑的还不够周到。比如前面提到绝大多数工艺都存在油脂回收不彻底或干脆不回收的情况，如果不加以妥善回收而任由不法分子拿去制造地沟油，那后果将会非常可怕，至于过多地残留在酒糟饲料中引起酸败，拿来饲喂动物同样也会造成二次污染；再比如前面提到的二氧化碳回收问题，绝大多数工艺都忽视了这个问题，如果不加回收而直接排放，“温室效应”只会越来越重；还有如乔长昇等（一种利用餐厨垃圾生产燃料乙醇的方法201110207485.8）和石大勇（一种利用运动发酵单胞菌同步糖化发酵厨余垃圾制取乙醇的方法201210311827.5）等人的工艺干脆就没有考虑污水的处理问题；最后还有一个大家都容易忽视的重要安全问题，即同源性蛋白的污染，这很可能是诱发“疯牛病”的元凶，欧盟甚至出台了法规禁止将餐厨垃圾直接加工成饲料使用，其原因正是因为餐厨垃圾中含有大量的牛肉蛋白、猪肉蛋白和羊肉蛋白，如牛肉、猪肉和羊肉蛋白不加以处理而直接分别饲喂牛、猪和羊，则很容易引起“疯牛病”和类似的猪瘟、羊瘟。因此如何将这些蛋白降解成为安全的多肽和氨基酸，甚至转化成为安全营养的菌体蛋白，就十分重要了。

⑥减量化效果不明显：针对餐厨废弃物的处理工艺来说，减量化主要体现在资源化程度的高低和废水的排放量两方面。资源化程度低，则相应的废弃物产量就多。如前面提到的目前绝大多数工艺都没有回收二氧化碳；有些则没有回收油脂，如群慧等（一种餐厨垃圾发酵生产燃料乙醇的方法ZL 200610114006.7）、乔长昇等（一种利用餐厨垃圾生产燃料乙醇的方法201110207485.8）、石大勇（一种利用运动发酵单胞菌同步糖化发酵厨余垃圾制取乙醇的方法201210311827.5）、焦岩等（一种大学食堂餐厨废弃物生产燃料乙醇和饲料蛋白的方法201210393707.4）；还有些没有回收酒糟加工成饲料，如乔长昇等（一种利用餐厨垃圾生产燃料乙醇的方法201110207485.8）、石大勇（一种利用运动发酵单胞菌同步糖化发酵厨余垃圾制取乙醇的方法201210311827.5）。这些工艺因此产生的废弃物就比较多，减量化效果不好。另外，减量化还体现在减少废水的排放量方面。比如奚立民等（一种餐厨垃圾综合利用的方法201110134297.7）、焦岩等（一种大学食堂餐厨废弃物生产燃料乙醇和饲料蛋白的方法201210393707.4）、群慧等（一种餐厨垃圾发酵生产燃料乙醇的方法ZL 200610114006.7）为了增加油水分离或者蒸煮的效果，在打浆粉碎时或者蒸煮时添加了额外的水，因此非但没有做到减量化，还额外地形成了增量的废水；还有如乔长昇等（一种利用餐厨垃圾生产燃料乙醇的方法201110207485.8）和石大勇（一种利用运动发酵单胞菌同步糖化发酵厨余垃圾制取乙醇的方法201210311827.5），其工艺干脆就没有考虑污水的处理和排放问题，完全没有实际工业应用的可能。根据餐厨废弃物常见的含水量可知，处理1吨餐厨废弃物可得到750公斤左右的废水，如不加处理，在减量化方面可以说是非常失败的。因此，当前利用餐厨废弃物制备乙醇和饲料的工艺技术在减量化方面仍然存在许多问题。

由上述情况可见，当前利用餐厨废弃物制备乙醇的工艺技术还有很多不完善的地方，无法真正地实现餐厨废弃物的无害化、资源化、减量化处理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，为了克服现有技术的上述不足，提供一种资源化程度高、无害化彻底、减量化效果明显的餐厨废弃物处理工艺。

本发明所要解决的上述技术问题通过以下技术方案予以实现：

S1.将餐厨废弃物除杂后，不经过脱水而直接打浆粉碎；

S2.发酵：将打浆粉碎后的餐厨废弃物灭菌后冷却，将噬污酵母1号的成熟种子液按5~15%的接种量与餐厨废弃物混合，直接启动发酵；前酵期通入无菌空气，控制温度为28~32℃，搅拌速度为100~300转/分钟，搅拌培养3~5小时；主酵期，停止通气开始厌氧发酵，保持温度为28~32℃，降低搅拌速度至0~50转/分钟，发酵36~60小时，整个发酵过程中为自然pH；

S3.二氧化碳回收：在主酵期间，收集释放出来的二氧化碳，然后通过脱臭、洗涤、干燥、液化措施，最后压缩成为液态二氧化碳储存；

S4.废油脂回收和加工：发酵结束后，将悬浮在发酵醪表层的油脂吸出，经过洗涤和减压干燥制成成品废油脂，废油脂经酯交换反应后，经洗涤和减压干燥制成脂肪酸乙酯储存；

S5.蒸馏脱水：将吸除表层油脂的发酵醪蒸馏出浓度为95%（v/v）的乙醇，乙醇经过分子筛脱水法制备成无水乙醇；同时排出醪渣和醪液；

S6.制备饲料：将S5步骤蒸馏完乙醇后残留的醪液浓缩后与醪渣一起经过干燥、制粒过程制成DDGS饲料；

S7.废水处理：将S5和S6步骤蒸发出来的水作为S3和S4步骤中的洗涤用水及整套工艺中的循环用水使用。

步骤S1所述餐厨废弃物除杂是指将一次性饭盒、纸杯、筷子、塑料、陶瓷、玻璃、金属等杂质从收集到的餐厨废弃物中除去。

作为一种优选方案，S2所述灭菌是指将打浆粉碎后的餐厨废弃物在80~121℃下灭菌15~60分钟；冷却是指将餐厨废弃物冷却到28~32℃。

作为一种优选方案，S1所述的直接打浆粉碎是指将经过除杂处理后的餐厨废弃物连同其中所含的废水一起打浆粉碎，期间既不加水，也不脱水进行油水分离等操作。而传统工艺中一般是需要先把餐厨垃圾压榨脱水，水相进行油水分离，然后把油水分离后的水加回压榨残渣或者干脆另外加水到压榨残渣中去打浆粉碎。

作为一种优选方案，S2所述的成熟种子液是指将“噬污酵母1号”活化培养至细胞浓度达到0.8~1.2亿/mL的种子液。

作为一种优选方案，S4所述的酯交换反应具体为：向成品废油脂中加入1~1.5%（w/w）浓度的乙醇钠和醇油摩尔比10~15：1的无水乙醇，25~78℃反应1.5~2.5小时，将废油脂转化为脂肪酸乙酯。

本发明所述的“噬污酵母1号”菌种的构建方法参见专利：刘泽寰等. 一种能降解利用餐厨废弃物的基因重组酿酒酵母，申请号：201310742190.X。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

①资源化彻底：本发明的工艺对餐厨废弃物的资源化利用几乎做到了极致，因为全部的餐厨废弃物物料包括其中的杂质均得到了有效的资源化利用，没有漏网之鱼。糖和淀粉转化为乙醇和二氧化碳，油脂被充分回收和转化为脂肪酸乙酯（生物柴油），蛋白质、纤维素及其它营养物质均被转化为富含菌体蛋白的DDGS饲料，纸质和木质杂质、塑料、金属等也得到回收，因此可以说资源化最彻底。

②油脂回收率高：常规工艺在除杂后先经过脱水这个步骤将餐厨废弃物中的废水过滤出来，并采用油水分离的办法从废水中回收油脂，其缺点是油脂回收不彻底，因为餐厨废弃物中存在大量固体状态的脂肪（如肥肉等）和许多吸附在残渣表面的油脂，这些油脂无法通过简单的脱水作用而去除，并且残留下来最终会被加工成酒糟饲料，进一步引起饲料的酸败变质；而本发明之所以在发酵结束后才进行油脂回收，正是考虑到这些问题，利用打浆粉碎的机会将大的脂肪块打散，使油脂充分暴露出来，并通过灭菌时的加热作用、发酵过程中固态残渣被降解利用而大量减少导致油脂吸附大量减少、以及发酵后期的相对静置环境使得油脂析出完全，这样回收到的油脂量远远超过常规工艺，并且残留在酒糟中的油脂也少导致DDGS饲料也不容易因残留过多的油脂而加速酸败，可以说是一举两得的创新措施。

③菌种先进：本发明采用的菌种为“噬污酵母1号”，这是由本研发团队自主研发的一种基因重组酿酒酵母，它能自主分泌淀粉酶、糖化酶和蛋白酶，能直接降解利用餐厨废弃物中的淀粉、寡糖和蛋白质，并将它们转化为乙醇。比传统工艺中采用的不能自主分泌淀粉酶、糖化酶和蛋白酶，不能直接降解利用餐厨废弃物中的淀粉、寡糖和蛋白质等营养物质的野生型菌种要先进很多；并且与由多种野生型菌种组成的复合菌种相比，虽然复合菌种也往往具有淀粉、寡糖和蛋白质等营养物质的降解利用能力，但本发明所采用的菌种更易调控且转化效率更高。

④发酵工艺模式先进：本发明采用的乙醇发酵工艺是统合生物加工工艺(CBP)，即将单一菌种直接接种到餐厨废弃物中启动发酵，由菌种自主统一地完成产酶、酶解和乙醇发酵等全部工艺流程。这种模式具有操作简单、成本低、糖化彻底、调控简单等特点，比传统的分步糖化发酵（SHF）操作简单、成本低，也比同步糖化发酵（SSF）调控简单、成本低。

⑤无害化彻底：本项目的工艺在无害化方面做到了极致。首先，在餐厨废弃物预处理阶段不脱水，防止含有细菌等有害微生物的废水因直接排放而污染环境，而是通过灭菌作用杀灭其中原本所含的细菌等有害微生物，并利用发酵过程分解细菌蛋白和其它有害成分；其次，充分回收了可以引起危害的餐厨废油脂和二氧化碳，使之成为工业上有用的产品；同时还兼顾了DDGS饲料的同源性蛋白污染问题，在选用菌种的时候采用了具有蛋白质降解能力的“噬污酵母1号”，使得餐厨废弃物中的牛肉、猪肉、羊肉等所含的动物蛋白会随着发酵而被降解成为安全无害的多肽和氨基酸，进而部分被转化成为安全无毒的酵母菌体蛋白，彻底将餐厨废弃物中的可能引起环境危害的物质转化成为安全无害的产品。

⑥减量化效果明显：本项目的工艺在减量化方面效果明显。首先表现在资源化程度高，正如前面提到的本发明的工艺可以将餐厨废弃物物料中所有的有用成分包括其中的杂质均进行有效的资源化回收利用，没有漏网之鱼，因此几乎没有废弃物产生；其次，本项目的工艺在废水减排方面也十分出色，既不需要为了增加油水分离或者蒸煮的效果，在打浆粉碎时或者蒸煮时添加了额外的水来调节固液比，也不需要通过脱水来进行油水分离，因此没有额外的废水产生。唯一的废水来自酒精蒸馏后的废液，但我们将之浓缩干燥成了DDGS饲料，蒸发出来的水也被循环使用于二氧化碳、废油脂和脂肪酸乙酯的洗涤，因此是名副其实的零排放工艺。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例来进一步解释本发明，但实施例对发明不做任何形式的限定。

实施例 1 利用本发明的新工艺对某大学食堂餐厨废弃物的处理情况

S1.除杂：将一次性塑料饭盒、筷子和纸杯等杂物从大学食堂收集到的餐厨废弃物中捡出。

S2.打浆粉碎：将上述除杂后的餐厨废弃物直接打浆粉碎，然后采用凯氏定氮法、索氏提取法和淀粉酸解法分别测定该批餐厨废弃物中的蛋白质、油脂和可发酵总糖（含淀粉）等主要成分含量，结果如下：

S3.灭菌：将上述打浆粉碎后的餐厨废弃物置于121℃灭菌15分钟，冷却备用。

S4.发酵：

S41. 种子液的制备：将噬污酵母1号的甘油保藏菌株接种于2mL YPD（含重量百分比成分为：2%蛋白胨、1%酵母浸出物、2%葡萄糖）液体培养基中，于30℃，200rpm震荡培养24h，即为一级种子液；将一级种子液转接至20mL YPD中，30℃，200rpm震荡培养12h，即为二级种子液；将二级种子液转接至200 mL YPD液体培养基中，30℃，200rpm震荡培养约6h，使酵母细胞浓度达到1亿/mL，即为成熟种子液。

S42. 前酵期：将噬污酵母1号菌的成熟种子液于无菌条件下接种至1kg上述粉碎灭菌后的餐厨废弃物中，总接种量为餐厨废弃物体积的10%；前酵阶段通入无菌空气，控制温度为30℃，搅拌速度为200转/分钟，搅拌培养4小时，整个发酵过程中保持自然pH。

S43. 主酵期：主酵阶段停止通气开始厌氧发酵，保持温度为30℃，搅拌速度为25转/分钟，发酵48小时，获得成熟发酵醪；整个发酵过程中保持自然pH。

S5.二氧化碳回收：将上述主酵期厌氧发酵阶段释放出的二氧化碳用气囊收集，至发酵结束，共回收得到二氧化碳41.6g，二氧化碳回收率达到83.9%。

S6.油脂回收和加工：将成熟发酵醪上析出的油脂层用吸管吸出，采用洗涤和减压干燥的方法获得餐厨废油脂46.3g，油脂回收率达到84.2%。酯交换反应条件为在废油脂中加入1.2%（w/w）浓度的乙醇钠和醇油摩尔比12：1的无水乙醇，50℃反应2小时，得到脂肪酸乙酯45.2g，转化率约为93%。

S7.酒精蒸馏脱水：将成熟发酵醪蒸馏脱水后最终得到无水乙醇51.6g，糖醇转化率达到理论值的90.3%。

S8.饲料制备：酒糟及废液干燥得DDGS饲料130.4g，其中粗蛋白含量为33.2%。

实施例 2 利用本发明的新工艺对某餐厅餐厨废弃物的处理情况

本实施方式与实施例1的不同点在于：步骤S1中的餐厨废弃物来源为餐厅；S2中的餐厨废弃物主要成分不同（见下表）；S3中的灭菌温度为105℃，时间为40分钟；S41中成熟种子液的细胞浓度为1.2亿/mL；S42中的接种量为5%、前酵期条件不同（温度为28℃、搅拌速度为300转/分钟、搅拌培养5小时）；S43中的主酵条件不同（温度为28℃、搅拌速度为0转/分钟、培养60小时）；S6中的酯交换反应条件为在废油脂中加入1%（w/w）浓度的乙醇钠和醇油摩尔比15：1的无水乙醇，25℃反应2.5小时。其它步骤与实施例1相同。

回收得到二氧化碳36.1g，回收率为82.6%；回收得到废油脂38.9g，回收率为82.8%；酯交换反应得到脂肪酸乙酯36.8g，转化率约为90%；蒸馏脱水得到无水乙醇45.5g，糖醇转化率达到理论值的88.3%；干燥得到DDGS 132.9g，其中粗蛋白含量为32.8%。

实施例 3 利用本发明的新工艺对某酒楼餐厨废弃物的处理情况

本实施方式与实施例1的不同点在于：步骤S1中的餐厨废弃物来源为酒楼；S2中的餐厨废弃物主要成分不同（见下表）；S3中的灭菌温度为90℃，时间为60分钟；S41中成熟种子液的细胞浓度为0.8亿/mL；S42中的接种量为15%、前酵期条件不同（温度为32℃、搅拌速度为100转/分钟、搅拌培养3小时）；S43中的主酵条件不同（温度为32℃、搅拌速度为50转/分钟、培养36小时）；S6中的酯交换反应条件为在废油脂中加入1.5%（w/w）浓度的乙醇钠和醇油摩尔比10：1的无水乙醇，78℃反应1.5小时。其它步骤与实施例1相同。

回收得到二氧化碳32.9g，回收率为83.1%；回收得到废油脂34.3g，回收率为81.7%；酯交换反应得到脂肪酸乙酯32.8g，转化率约为91%；蒸馏脱水得到无水乙醇41.2g，糖醇转化率达到理论值的88.8%；干燥得到DDGS 133.5g，其中粗蛋白含量为31.7%。

对比例1对某大学食堂餐厨废弃物的处理情况

本实施方式与实施例1的不同点在于：本实施例取1kg除杂后的大学食堂餐厨废弃物，先进行压榨脱水，然后采用油水分离的办法从压榨出的废水中回收油脂，回收油脂后的废水再加回压榨残渣，进行打浆粉碎。其他工艺步骤与条件均与实施例1相同。

结果回收得到废油脂23.7 g，回收率仅为43.1%，远低于实施例1中发酵后的油脂回收率；酯交换反应得到脂肪酸乙酯22.9g，转化率约为92%；回收得到二氧化碳40.8g，回收率为82.9%；蒸馏脱水得到无水乙醇51.2g，糖醇转化率达到理论值的89.7%；干燥得到DDGS 156.4g，其中粗蛋白含量为27.3%。

对比例2对某大学食堂餐厨废弃物发酵后回收得到的废油脂的处理情况

本实施方式与实施例1中的S6的不同点在于：本实施例在S6.油脂回收和加工中是将成品废油脂转化成脂肪酸甲酯。废弃油脂转化成脂肪酸甲酯的具体方法为：向46.3g成品废油脂中加入1.2%（w/w）浓度的甲醇钠和醇油摩尔比12：1的无水甲醇，50 ℃反应2小时，得到脂肪酸甲酯41.2g，转化率约为89%。

现有技术中都是将餐厨废弃物中的废油脂转化成脂肪酸甲酯，但是在合成脂肪酸甲酯的过程中会使用到大量的甲醇，甲醇容易挥发且有毒，在加工和回收过程中不可避免的会对环境和操作人员产生危害；而本发明将餐厨废弃物中的油脂转化成脂肪酸乙酯可以避免使用甲醇等有毒有害物质。

对比例3对某大学食堂餐厨废弃物的处理情况

本实施方式与实施例1的不同点在于：本实施例在S4发酵步骤中不是使用噬污酵母1号进行发酵，而是使用普通酿酒酵母外加三种商业化淀粉酶、糖化酶和蛋白酶来进行同步糖化发酵（SSF）。

结果：回收得到二氧化碳39.7g，回收率为83.1%；回收得到废油脂45.1g，回收率为82.0%；酯交换反应得到脂肪酸乙酯43.6g，转化率约为92%；蒸馏脱水得到无水乙醇49.8g，糖醇转化率达到理论值的87.2%；干燥得到DDGS137.4g，其中粗蛋白含量为31.6%。

现有技术全部都是采用分步糖化发酵（SHF）或者同步糖化发酵（SSF）技术对餐厨废弃物进行乙醇发酵，但是无论是传统的SHF还是较为先进的SSF，在发酵过程中都必需外加商业化的淀粉酶、糖化酶和蛋白酶来帮助普通酿酒酵母降解餐厨废弃物中的淀粉、寡糖和蛋白质等营养物质，而外加商业化酶是一笔不小的成本开支，并且操作和调控都不简单。而本发明采用的是统合生物加工工艺(CBP)对餐厨废弃物进行乙醇发酵，菌种噬污酵母1号自身能够分泌淀粉酶、糖化酶和蛋白酶，能自主统一地完成产酶、酶解和乙醇发酵等全部工艺流程，整个发酵过程操作简单、成本低、糖化彻底、调控简单。

Claims (5)

1.一种资源化、无害化、减量化的餐厨废弃物处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1.将餐厨废弃物除杂后，不经过脱水而直接打浆粉碎；

S2.发酵：将打浆粉碎后的餐厨废弃物灭菌后冷却，将噬污酵母1号的成熟种子液按5~15%的接种量与餐厨废弃物混合，直接启动发酵；前酵期通入无菌空气，控制温度为28~32℃，搅拌速度为100~300转/分钟，搅拌培养3~5小时；主酵期，停止通气开始厌氧发酵，保持温度为28~32℃，降低搅拌速度至0~50转/分钟，发酵36~60小时，整个发酵过程中为自然pH；

S3.二氧化碳回收：在主酵期间，收集释放出来的二氧化碳，然后通过脱臭、洗涤、干燥、液化、压缩成为液态二氧化碳储存；

S4.废油脂回收和加工：发酵结束后，将悬浮在发酵醪表层的油脂吸出，经过洗涤和减压干燥制成成品废油脂，废油脂经酯交换反应后，经洗涤和减压干燥制成脂肪酸乙酯储存；

S5.蒸馏脱水：将吸除表层油脂的发酵醪蒸馏出浓度为95%（v/v）的乙醇，乙醇经过分子筛脱水法制备成无水乙醇；同时排出醪渣和醪液；

S6.制备饲料：将S5步骤蒸馏完乙醇后残留的醪液浓缩后与醪渣一起经过干燥、制粒过程制成DDGS饲料；

S7.废水处理：将S5和S6步骤蒸发出来的水作为S3和S4步骤中的洗涤用水及整套工艺中的循环用水使用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1所述的直接打浆粉碎是指将经过除杂处理后的餐厨废弃物连同其中所含的废水一起打浆粉碎，期间既不加水，也不脱水进行油水分离。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2所述的成熟种子液是指将噬污酵母1号活化培养至细胞浓度达到0.8~1.2亿/mL的种子液。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S4所述的酯交换反应具体为：向成品废油脂中加入1~1.5%（w/w）浓度的乙醇钠和醇油摩尔比10~15：1的无水乙醇，25~78℃反应1.5~2.5小时，将废油脂转化为脂肪酸乙酯。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2所述灭菌是指将打浆粉碎后的餐厨废弃物在80~121℃下灭菌15~60分钟；冷却是指将餐厨废弃物冷却到28~32℃。