CN112676319A - 一种餐厨垃圾的处理方法和系统、控制系统、存储介质和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种餐厨垃圾的处理方法和系统、控制系统、存储介质和电子设备，处理方法包括下述步骤：(1)将餐厨垃圾在80～180℃进行一级水热处理，将所得产物进行液固分离，得到一级水热浆态产物和一级水热固态残渣；(2)将一级水热固态残渣在175～350℃进行二级水热处理，将所得产物进行液固分离，得到二级水热浆态产物和二级水热固态残渣；二级水热处理的温度比一级水热处理的温度至少高5℃。本发明的方法能够有效抑制水热处理餐厨垃圾过程中类黑精物质的生成，提高后续厌氧发酵的甲烷产量，提升餐厨垃圾的资源化利用效率。

Description

一种餐厨垃圾的处理方法和系统、控制系统、存储介质和电子 设备

技术领域

本发明涉及一种餐厨垃圾的处理方法和系统、控制系统、存储介质和电子设备。

背景技术

全球每年产生近16亿吨的餐厨垃圾，巨量的食物废物对其合理处置提出了重大挑战。餐厨垃圾是指居民日常生活及食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的垃圾，包括丢弃不用的菜叶、剩菜、剩饭、果皮、蛋壳、茶渣、骨头等，其主要来源为家庭厨房、餐厅、饭店、食堂、市场及其他与食品加工有关的行业。餐厨垃圾类的营养组分主要包括三类：植物类(如胡萝卜、沙拉)、动物类(如肉类、油脂、凝乳)和碳水化合物类(如米饭、水果)，其质量百分数分别占到50％，33％和17％。餐厨垃圾的非营养组分包括废纸、筷子、玻璃及金属废弃物。餐厨垃圾的非均质特性加大了其资源化处理的难度。

现阶段，餐厨垃圾的主要处理方式为填埋、热化学转化技术(如焚烧、热解、气化)和生物化学技术(如堆肥、厌氧发酵)。填埋会产生垃圾渗滤液，导致地下水污染、甲烷生成量显著。另外，不合理的填埋除散发恶臭气味外，将残留或形成细菌和病原体，进一步危害全球生命体的健康。热化学转化技术可显著提高餐厨垃圾处理量，且合理热转化技术的选择如气流床气化可避免二噁英等有毒气体的形成及释放，但餐厨垃圾的高水含量(70％-90％)、形貌、组成及热稳定性的不均一均对餐厨垃圾直接热转化利用提出了巨大挑战。生物化学技术的堆肥处理效率不高，并且也存在环境污染的问题。厌氧发酵是在缺氧条件下，利用厌氧细菌分解废弃物中的有机质，产生生物气，即富甲烷气体用于燃烧或发电，厌氧分解产生的沼渣沼液可应用于化肥或燃料等领域。

传统的直接厌氧发酵每一个周期需要15～30天，周期长限制了该技术的发展。通过将餐厨垃圾水热处理，促进有机质溶出，提升餐厨垃圾水解、酸化分解速率，可提高后续厌氧发酵甲烷化的效率。但是，水热处理会使有机物间发生美拉德反应，产生以类黑精为主的毒性物质，对餐厨垃圾资源化起到抑制作用。美拉德反应是由法国生物化学家美拉德于1912年发现的一种非酶褐变反应，又称羰氨反应。在此反应中，羰基化合物与氨基化合物经过缩合、聚合后最终生成一类棕褐色、结构复杂、聚合度不等的高分子聚合物混合物，称之为类黑精。餐厨垃圾的水热处理在超过一定温度(≥130℃)后，虽然有机质溶出增加，但由于美拉德反应产生类黑精物质，使得产酸量下降，从而影响厌氧发酵产甲烷能力。

中国专利CN109226188A公开了一种水热碳化耦合厌氧消化处理餐厨垃圾的方法，步骤包括(1)将粉碎后的餐厨垃圾进行水热碳化反应，对水热碳化反应产物进行分离，得到水热液及固相产物，将该固相产物烘干后得到水热炭；(2)将步骤(1)得到的水热炭、水热液或水热炭与水热液的混合物进行厌氧消化处理，其中，水热反应温度为180～260℃。但该方法未涉及抑制美拉德反应生成类黑精物质的考虑。

发明内容

本发明为了解决餐厨垃圾水热处理过程中会产生类黑精物质，影响后续厌氧发酵产甲烷能力，进而影响餐厨垃圾处理效果的问题，从而提出一种餐厨垃圾的处理方法和系统、控制系统、存储介质和电子设备。该方法和系统可以抑制水热处理餐厨垃圾过程中类黑精物质的生成，提高后续厌氧发酵的甲烷产量，从而提升餐厨垃圾的资源化利用效率。

本发明通过以下技术方案解决以上技术问题。

本发明提供一种餐厨垃圾的处理方法，该方法包括下述步骤：

(1)将餐厨垃圾在80～180℃进行一级水热处理，将所得产物进行液固分离，得到一级水热浆态产物和一级水热固态残渣；

(2)将所述一级水热固态残渣在175～350℃进行二级水热处理，将所得产物进行液固分离，得到二级水热浆态产物和二级水热固态残渣；

所述二级水热处理的温度比所述一级水热处理的温度至少高5℃。

本发明中，所述餐厨垃圾是指居民日常生活及食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的垃圾，例如家庭厨房、餐厅、饭店和食堂中产生的垃圾，包括丢弃不用的菜叶、剩菜、剩饭、果皮、蛋壳、茶渣、骨头等。

其中，所述餐厨垃圾还可混有农林废弃物，所述农林废弃物一般是指秸秆、稻壳、食用菌基质、边角料、薪柴、树皮、花生壳、枝桠柴、卷皮、刨花等。优选地，当所述餐厨垃圾混有所述农林废弃物时，所述农林废弃物的含量为垃圾总质量的40％以下。

其中，所述餐厨垃圾中蛋白质的含量优选地为垃圾干物质的5％～40％。所述蛋白质的种类可按照本领域常规理解的蛋白质种类。

其中，所述餐厨垃圾中可溶性还原糖和淀粉的含量优选地为垃圾干物质的5～65％，例如40～65％。

本发明中，所述一级水热处理的温度优选为100～140℃，最优选为120℃。所述一级水热处理的时间可按本领域常规控制。反应时间一般可为10～180min，优选为10～60min，最优选为30min。所述一级水热处理的条件优选为：温度为100～140℃，反应时间为10～60min，最优选为：温度为120℃，反应时间为30min。

本发明中，所述二级水热处理的温度优选为180～260℃，最优选为200℃。所述二级水热处理的时间可按本领域常规控制。反应时间一般可为10～180min，优选为10～60min，最优选为30min。所述二级水热处理的条件优选为：温度为180～260℃，反应时间为10～60min，最优选为：温度为200℃，反应时间为30min。

本发明中，所述一级水热处理和所述二级水热处理的其他操作条件和操作方式可按本领域常规进行。

本发明中，所述一级水热处理和所述二级水热处理完成后，可将所述一级水热处理所得产物和/或所述二级水热处理所得产物冷却，优选冷却至室温。冷却的方式可按本领域常规，优选为自然冷却。

本发明中，所述液固分离可采用本领域常规的方法，优选利用筛网进行液固分离。所述筛网的筛孔当量直径可为0.5～9mm，优选为6～8mm。步骤(1)中，所述筛网的筛孔当量直径优选为6mm或者9mm。步骤(2)中，所述筛网的筛孔当量直径优选为8mm。

本发明的方法还可包括：将所述一级水热浆态产物和/或所述二级水热浆态产物进行厌氧发酵处理。

其中，所述厌氧发酵处理可按本领域常规条件进行。所述厌氧发酵处理的条件优选为：40～60℃，厌氧消化时间为7～15天，pH不做调节；最优选为：温度为55±1℃，厌氧消化时间为11天，pH不做调节。

其中，所述一级水热浆态产物和/或所述二级水热浆态产物的添加量按本领域常规选择，优选为0.025～0.25g/mL接种液，更优选为0.035～0.15g/mL接种液，最优选为0.055g/mL接种液。所述接种液可为本领域常规的接种液，一般为活性污泥、作物秸秆、餐厨垃圾等发酵后的沼液。

本发明的方法还可包括：将所述二级水热固态残渣进行回收处理，回收金属和/或塑料。所述回收处理的方式可按常规的金属和塑料的回收方法进行，优选为排放池处理。

本发明还提供一种餐厨垃圾的处理系统，其包括供热装置、一级水热反应器、液固分离系统和二级水热反应器；

所述供热装置分别与所述一级水热反应器、所述二级水热反应器连接；

所述一级水热反应器的出口与所述液固分离系统的入口连接；

所述液固分离系统的排渣口与所述二级水热反应器的入口连接；

所述二级水热反应器的出口与所述液固分离系统的入口连接；

所述一级水热反应器与所述液固分离系统之间、以及所述二级水热反应器与所述液固分离系统之间设有通断部件，所述通断部件用于控制所述一级水热反应器与所述液固分离系统之间、以及所述二级水热反应器与所述液固分离系统之间的连通和关断。

本发明中，所述餐厨垃圾的处理系统还可包括厌氧发酵装置，所述液固分离系统的排液口与所述厌氧发酵装置的入口连接。

本发明中，所述液固分离系统可为本领域常规的装置，例如筛网式液固分离系统。优选地，所述液固分离系统的排渣口设有一排放池，用于回收金属和/或塑料。

本发明中，优选地，所述液固分离系统包括一级液固分离系统和二级液固分离系统；所述一级水热反应器的出口与所述一级液固分离系统的入口连接；所述一级液固分离系统的排渣口与所述二级水热反应器的入口连接，所述二级水热反应器的出口与所述二级液固分离系统的入口连接。当所述餐厨垃圾的处理系统还包括厌氧发酵装置时，所述一级液固分离系统的排液口和/或所述二级液固分离系统的排液口与所述厌氧发酵装置的入口连接。优选地，所述二级液固分离系统的排渣口处设有所述排放池。

本发明中，所述通断部件可为本领域常规的各种形式的控制管路通断的部件，例如关断阀，再例如为电磁阀。优选地，所述通断部件包括设置于所述一级水热反应器与所述液固分离系统之间的一级通断部件，和设置于所述二级水热反应器与所述液固分离系统之间的二级通断部件。

本发明中，所述一级水热反应器和所述二级水热反应器中可设有搅拌电机。所述供热装置可为本领域常规的装置，例如蒸汽锅炉。

本发明中，所述餐厨垃圾的处理系统还可包括控制装置，用于控制所述餐厨垃圾的处理系统。

本发明还提供一种餐厨垃圾处理的控制系统，所述控制系统包括一控制模块，所述控制模块的控制方式按如下步骤进行：

(1)将所述餐厨垃圾进行一级水热处理，将所得产物进行液固分离，得到一级水热浆态产物和一级水热固态残渣；

(2)将所述一级水热固态残渣进行二级水热处理，将所得产物进行液固分离，得到二级水热浆态产物和二级水热固态残渣。

所述一级水热处理和所述二级水热处理的温度时间可通过人工调节反应器控制，更佳的可通过本发明的餐厨垃圾处理的控制系统控制。优选地，所述一级水热处理和所述二级水热处理的温度时间如前所述。

所述的控制方式还可包括：在所述步骤(2)之后，将所述一级水热浆态产物和/或所述二级水热浆态产物进行厌氧发酵处理。优选地，所述厌氧发酵处理的条件为如前所述。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时运行前述控制系统。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时运行前述控制系统。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各优选实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：本发明的方法能够有效抑制水热处理餐厨垃圾过程中类黑精物质的生成，从而降低水热处理后的发酵底液中还原糖类的消耗量，以提高后续厌氧发酵的甲烷产量，提升餐厨垃圾的资源化利用效率。

附图说明

图1为实施例6和7的餐厨垃圾的处理方法的工艺流程图。

图2为实施例1的餐厨垃圾的处理系统示意图。

其中，1.供热装置；3.一级水热反应器；4.餐厨垃圾的入口；6.一级通断部件；9.一级水热固态残渣的管道；10.二级水热反应器；12.二级通断部件；17.液固分离系统。

图3为实施例2仅含一个液固分离系统的餐厨垃圾的处理系统示意图。

其中，1.供热装置；2.控制装置；3.一级水热反应器；4.餐厨垃圾的入口；6.一级通断部件；9.一级水热固态残渣的管道；10.二级水热反应器；12.二级通断部件；15.厌氧发酵装置；16.排放池；17.液固分离系统；18.水热浆态产物的管道。

图4为实施例3含两个液固分离系统的餐厨垃圾的处理系统示意图。

其中：1.供热装置；2.控制装置；3.一级水热反应器；4.餐厨垃圾的入口；6.一级通断部件；7.一级液固分离系统；8.一级水热浆态产物管道；9.一级水热固态残渣的管道；10.二级水热反应器；12.二级通断部件；13.二级液固分离系统；14.二级水热浆态产物的管道；15.厌氧发酵装置；16.排放池。

图5为本发明效果实施例中实验组A、实验组B、实验组C不同水热处理条件下餐厨垃圾底物中还原糖的消耗量。

图6为本发明效果实施例中实验组A、实验组B、实验组C的产甲烷总量；

图7为本发明一实施例控制系统的控制步骤示意图。

图8为实施例4中控制系统的控制步骤示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

下述实施例中涉及的一级通断部件、二级通断部件均为电磁阀。

下述实施例中涉及的液固分系统为筛网式液固分离系统。

实施例1餐厨垃圾的处理系统(仅含有一个液固分离系统)

如图2所示的餐厨垃圾的处理系统，其包括供热装置1、一级水热反应器3、液固分离系统17和二级水热反应器10；供热装置1分别与一级水热反应器3、二级水热反应器10连接；一级水热反应器3的出口与液固分离系统17的入口连接；液固分离系统17的排渣口与二级水热反应器10的入口连接；二级水热反应器10的出口与液固分离系统17的入口连接；一级水热反应器3与液固分离系统17之间设有一级通断部件6；二级水热反应器10与液固分离系统17之间设有二级通断部件12，通断部件用于控制一级水热反应器3与液固分离系统17之间、以及二级水热反应器10与液固分离系统17之间的连通和关断。

一级水热反应器3和二级水热反应器10中分别设有一级搅拌电机和二级搅拌电机，用于搅拌反应物，加速反应。

将餐厨垃圾由入口4进入一级水热反应器3，通过供热装置1中的蒸汽对有机废弃物进行加热，进行一级水热处理，打开一级通断部件6，将所得产物通至液固分离系统17中进行分离，得到一级水热固态残渣和一级水热浆态产物；一级水热固态残渣经一级水热固态残渣管道9进入二级水热反应器10；再通过供热装置1中的蒸汽对二级水热反应器10中的物质进行加热，进行二级水热处理，打开二级通断部件12，将所得产物通至液固分离系统17进行分离，得到二级水热浆态产物和二级水热固态残渣；一级水热浆态产物和二级水热浆态产物的进入后续的厌氧发酵装置进行发酵，二级水热固态残渣可进行回收。

实施例2餐厨垃圾的处理系统(仅含有一个液固分离系统)

如图3所示的餐厨垃圾的处理系统，其包括供热装置1、一级水热反应器3、液固分离系统17和二级水热反应器10；供热装置1分别与一级水热反应器3、二级水热反应器10连接；一级水热反应器3的出口与液固分离系统17的入口连接；液固分离系统17的排渣口与二级水热反应器10的入口连接；二级水热反应器10的出口与液固分离系统17的入口连接；一级水热反应器3与液固分离系统17之间设有一级通断部件6；二级水热反应器10与液固分离系统17之间设有二级通断部件12，通断部件用于控制一级水热反应器3与液固分离系统17之间、以及二级水热反应器10与液固分离系统17之间的连通和关断。

一级水热反应器3和二级水热反应器10中分别设有一级搅拌电机和二级搅拌电机，用于搅拌反应物，加速反应。

本实施例的餐厨垃圾的处理系统还包括厌氧发酵装置15和控制装置2，液固分离系统17的排液口与厌氧发酵装置15的入口连接；控制装置2中设有实施例4的控制系统，用于控制餐厨垃圾处理系统。液固分离系统17的排渣口设有一排放池16。

将餐厨垃圾由入口4进入一级水热反应器3，通过供热装置1中的蒸汽对有机废弃物进行加热，进行一级水热处理，打开一级通断部件6，将所得产物通至液固分离系统17中进行分离，得到一级水热固态残渣和一级水热浆态产物；一级水热固态残渣经一级水热固态残渣管道9进入二级水热反应器10；再通过供热装置1中的蒸汽对二级水热反应器10中的物质进行加热，进行二级水热处理，打开二级通断部件12，将所得产物通至液固分离系统17进行分离，得到二级水热浆态产物和二级水热固态残渣；二级水热固态残渣排放至排放池16进行回收；一级水热浆态产物和二级水热浆态产物通过水热浆态产物管道18进入厌氧发酵装置15进行发酵。

实施例3餐厨垃圾的处理系统(含有两个液固分离系统)

如图4所示的餐厨垃圾的处理系统，其包括供热装置1、一级水热反应器3、二级水热反应器10、一级液固分离系统7和二级液固分离系统13；供热装置1分别与一级水热反应器3、二级水热反应器10连接；一级水热反应器3的出口与一级液固分离系统7的入口连接；一级液固分离系统7的排渣口与二级水热反应器10的入口连接；二级水热反应器10的出口与二级液固分离系统13的入口连接；一级水热反应器3与一级液固分离系7之间设有一级通断部件6；二级水热反应器10与二级液固分离系统13之间设有二级通断部件12，通断部件用于控制一级水热反应器3与一级液固分离系统7之间、以及二级水热反应器10与二级液固分离系统13之间的连通和关断。

一级水热反应器3和二级水热反应器10中分别设有一级搅拌电机和二级搅拌电机，用于搅拌反应物，加速反应。

本实施例的餐厨垃圾的处理系统还包括厌氧发酵装置15，一级液固分离系统7的排液口和二级液固分离系统13的排液口与厌氧发酵装置15的入口连接；二级液固分离系统13的排渣口设有排放池16。

本实施例的餐厨垃圾的处理系统还包括控制装置2，控制装置2中设有实施例4的控制系统，用于控制餐厨垃圾处理系统。

将餐厨垃圾由入口4进入一级水热反应器3，通过供热装置1中的蒸汽对有机废弃物进行加热，进行一级水热处理，打开一级通断部件6，将所得产物通至一级液固分离系统7中进行分离，得到一级水热固态残渣和一级水热浆态产物；一级水热固态残渣经一级水热固态残渣管道9进入二级水热反应器10，一级水热浆态产物经一级水热浆态产物管道8进入厌氧发酵装置15；再通过供热装置1中的蒸汽对二级水热反应器10中的物质进行加热，进行二级水热处理，打开二级通断部件12，将所得产物通至二级液固分离系统13进行分离，得到二级水热浆态产物和二级水热固态残渣；二级水热浆态产物经二级水热浆态产物的管道14进入厌氧发酵装置15，二级水热固态残渣排放至排放池16进行回收。

实施例4餐厨垃圾处理的控制系统

实施例2和实施例3中的控制装置2中设有本实施例的控制系统，控制实施例2和实施例3的餐厨垃圾的处理系统按如图7所示的步骤进行：

步骤S1：一级水热处理

将餐厨垃圾输入至一级水热反应器3中，进行一级水热处理；

步骤S2：第一次液固分离

将步骤S1中一级水热处理所得产物进行第一次液固分离，得到一级水热固态残渣和一级水热浆态产物；

步骤S3：二级水热处理

将步骤S2中的一级水热固态残渣输入至二级水热反应器10中，进行二级水热处理；

步骤S4：第二次液固分离

将步骤S3中二级水热处理所得产物进行第二次液固分离，得到二级水热固态残渣和二级水热浆态产物。

控制实施例2和实施例3的餐厨垃圾的处理系统还可以按如图8所示的步骤进行，即步骤4之后还可以包括步骤S5：厌氧发酵

将一级水热浆态产物和二级水热浆态产物通入厌氧发酵装置15中进行厌氧发酵。

实施例5餐厨垃圾的处理方法

采用实施例1中的装置，将餐厨垃圾(其中餐厨垃圾混有25％的秸秆)由一级水热反应器3的入口通入，通过供热装置1中的蒸汽对有机废弃物进行加热，加热至120℃，反应30min；将所得产物通至液固分离系统17中进行分离，得到一级水热固态残渣和一级水热浆态产物；一级水热固态残渣进入二级水热反应器10，一级水热浆态产物参与后续发酵过程；再通过供热装置1中的蒸汽对二级水热反应器10中的物质进行加热，加热至180℃，反应30min；将所得产物通至液固分离系统17(其中液固分离系统的筛网为0.5mm)进行分离，得到二级水热固态残渣和二级水热浆态产物；将二级水热浆态产物进行后续发酵过程，将二级水热固态残渣回收。

实施例6餐厨垃圾的处理方法

采用实施例3中的装置，按照图1的流程示意图进行操作。

(1)餐厨垃圾的一级水热处理

将由华东理工大学徐汇校区第一食堂所得的餐厨垃圾200g(水含量85％，其中餐厨垃圾干物质组成为：粗蛋白10.81％；粗脂肪31.51％；总糖(粗淀粉)44.27％；半纤维素：2.14％；纤维素：3.32％；木质素：2.18％；其他成分为盐类、塑料、金属器皿等)送至一级水热反应器3，进行一级水热处理(一级水热反应器3通过蒸汽锅炉提供低温饱和蒸汽，维持一级水热反应器3的温度为120℃，并反应30min)，得到一级水热产物。

(2)一级水热产物的液固分离

将一级水热产物自然冷却至室温后送至一级液固分离系统7进行分离，筛网筛孔当量直径为6mm，得到一级水热固态残渣和一级水热浆态产物。一级水热固态残渣送至二级水热反应器10进行二级水热处理，一级水热浆态产物经一级水热浆态产物管道8送至厌氧发酵装置15生产富甲烷的生物燃气。

(3)餐厨垃圾的二级水热处理

通过蒸汽锅炉提供饱和蒸汽，维持二级水热反应器10的温度为200℃，并反应30min，促进残留有机废弃物的水解、酸化，得到二级水热产物。

(4)二级水热产物的液固分离

将二级水热产物自然冷却后送至二级液固分离系统13进行分离，筛网筛孔当量直径为8mm，分离得到二级水热固态残渣和二级水热浆态产物。二级水热固态残渣在排放池16完成塑料、金属资源的回收；二级水热浆态产物送至厌氧发酵装置15生产富甲烷的生物燃气。

实验结果：一级和二级水热浆态混合发酵底液中还原糖含量为118g/kg干基底物，将待发酵浆态产物(发酵底液)按照0.055g/mL活性污泥的量，进行11天的厌氧发酵，发酵温度为55±1℃，pH不做调节。经检测，在本实施例中，累积产甲烷量为161mL。

实施例7餐厨垃圾的处理方法

与实施例6的区别仅在于：一级水热处理的温度为180℃，其余步骤和条件与实施例6一致。

实验结果：一级和二级水热浆态混合发酵底液中还原糖含量为90g/kg干基底物，将待发酵浆态产物(发酵底液)按照0.055g/mL活性污泥的量，进行11天的厌氧发酵，发酵温度为55±1℃，pH不做调节。经检测，在本实施例中，累积产甲烷量为101mL。

实施例8餐厨垃圾的处理方法

采用实施例3中的装置，按照图1的流程示意图进行操作。

(1)餐厨垃圾的一级水热处理

将由华东理工大学徐汇校区第一食堂所得的餐厨垃圾200g(水含量85％,其中餐厨垃圾干物质组成为：粗蛋白10.81％；粗脂肪31.51％；总糖(粗淀粉)44.27％；半纤维素：2.14％；纤维素：3.32％；木质素：2.18％；其他成分为盐类、塑料、金属器皿等))送至一级水热反应器3，进行一级水热处理(一级水热反应器3通过蒸汽锅炉提供低温饱和蒸汽，维持一级水热反应器3的温度为140℃，并反应10min，得一级水热产物。

(2)一级水热产物的液固分离

将一级水热产物自然冷却后送至一级液固分离系统7进行分离，筛网筛孔当量直径为9mm，分离得到一级水热固态残渣和一级水热浆态产物。一级水热固态残渣送至二级水热反应器10进行二级水热处理，一级水热浆态产物经一级水热浆态产物管道8送至厌氧发酵装置15生产富甲烷的生物燃气。

(3)餐厨垃圾的二级水热处理

通过蒸汽锅炉提供饱和蒸汽，维持二级水热反应器10的温度为180℃，并反应20min，促进残留有机废弃物的水解、酸化，得二级水热产物。

(4)二级水热产物的液固分离

将二级水热产物自然冷却后送至二级液固分离系统13进行分离，筛网筛孔当量直径为8mm，分离得到二级水热固态残渣和二级水热浆态产物。二级水热固态残渣在排放池16完成塑料、金属资源的回收；二级水热浆态产物送至厌氧发酵装置15生产富甲烷的生物燃气。

实验结果：一级和二级水热浆态混合发酵底液中还原糖含量为105g/kg干基底物，将待发酵浆态产物(发酵底液)按照0.055g/mL活性污泥的量，进行11天的厌氧发酵，发酵温度为55±1℃，pH不做调节。经检测，在本实施例中，累积产甲烷量为128mL。

实施例9～11以及对比例1～2

实施例9～11以及对比例1的水热处理条件如下表1所示，其他处理条件与实施例8保持一致。

表1

效果实施例

(1)模拟城市餐厨垃圾配制

模拟城市餐厨垃圾配制：将鸡肉、米饭、蔬菜、废纸、塑料(PP和PE等比例)、不燃物(金属)按质量分数20：40：34：3：2：1混合。

(2)餐厨垃圾的处理

实验组A、实验组B和实验组C中采用的模拟城市餐厨垃圾的质量相等。

实验组A：采用实施例3中的装置。

取模拟城市餐厨垃圾，与去离子水混合，使总固体质量分数为10％。之后，进行分级水热处理。其中，一级水热处理温度120℃，反应时间为30min，一级水热处理后通过筛孔当量直径为6mm的筛网进行液固分离，分离出的固体残渣进行二级水热处理温度200℃，反应时间为30min，二级水热处理后通过筛孔当量直径为8mm的筛网进行液固分离。混合一级水热浆态产物和二级水热浆态产物得发酵底液，随后送至厌氧发酵罐进行厌氧发酵测试。

实验组B：取模拟城市餐厨垃圾，与去离子水混合，使总固体质量分数为10％。之后，进行水热处理，温度200℃，反应时间为30min。水热处理后通过筛孔当量直径为8mm的筛网进行液固分离。向所得浆态产物中添加去离子水，使得固体浓度与实验组A所得发酵底液一致，然后进行厌氧发酵测试。

实验组C：取模拟城市餐厨垃圾，去除不燃物(金属)，与去离子水混合，使得固体浓度与实验组A所得发酵底液一致，然后进行厌氧发酵测试。

(3)发酵底液还原糖含量测试

取实验组A、B、C的发酵底液，测定其中的还原糖含量(食品中还原糖的测定，按照标准GBT5009.7-2008中的方法进行测定)。

在不同水热处理条件下的餐厨垃圾会产生还原糖，适当提高水热处理温度有利于促进多糖分解为还原糖，但若水热处理温度过高，生成的还原糖易与含游离氨基的化合物反应(美拉德反应)，产生类黑精的物质；若发酵底液中的还原糖含量越高，则说明类黑精类物产量越少，也就是美拉德反应受到抑制；反之，则说明类黑精类物产量较多，美拉德反应未被抑制。

本效果实施例中，实验组A、实验组B、实验组C处理后的每千克干基餐厨垃圾底物的还原糖含量变化如图6所示。从图6可以看出，实验组A的发酵底液中还原糖含量最高，为140g/kg干基底物，说明分级水热处理可有效抑制类黑精类物质的产生，从而提高发酵底物还原糖总量；实验组B和实验组C分别为103g/kg和48g/kg，说明实验组B与实验组C会产生较多类黑精类物质，从而导致总还原糖量降低，影响发酵底液的利用价值。

(4)厌氧发酵产甲烷量

厌氧发酵测试条件：以上海松江湿垃圾处理厂的活性污泥为接种液，将上述实验组A、B和C中待发酵浆态产物(发酵底液)按照0.055g/mL活性污泥的量，进行11天的厌氧发酵，发酵温度为55±1℃，pH不做调节。

经检测，在本实施例的实验组A中，累积产甲烷量最大，为185mL。实验组B和实验组C分别为142mL和62mL。

其中，本实施例实验组A、实验组B、实验组C的累积产甲烷量与水热预处理方式之间的关系曲线图如图5所示，由图5可以看出，将餐厨垃圾分级水热处理，可以较大程度上提高体系的累积产甲烷量。

Claims (10)

1.一种餐厨垃圾的处理方法，其特征在于，其包括下述步骤：

(1)将餐厨垃圾在80～180℃进行一级水热处理，将所得产物进行液固分离，得到一级水热浆态产物和一级水热固态残渣；

(2)将所述一级水热固态残渣在175～350℃进行二级水热处理，将所得产物进行液固分离，得到二级水热浆态产物和二级水热固态残渣；

所述二级水热处理的温度比所述一级水热处理的温度至少高5℃。

2.如权利要求1所述餐厨垃圾的处理方法，其特征在于，所述餐厨垃圾混有农林废弃物，所述农林废弃物的含量为垃圾总质量的40％以下；

和/或，所述餐厨垃圾中蛋白质的含量为垃圾干物质质量的5％～20％；

和/或，所述餐厨垃圾中可溶性还原糖和淀粉的含量为垃圾干物质质量的5～65％，例如40～65％。

3.如权利要求1所述餐厨垃圾的处理方法，其特征在于，所述一级水热处理的温度为100～140℃，优选为120℃；

和/或，所述一级水热处理的时间为10～180min，优选为10～60min，最优选为30min；

所述一级水热处理的条件优选为：温度为100～140℃，反应时间为10～60min；所述一级水热处理的条件最优选为：温度为120℃，反应时间为30min；

和/或，所述二级水热处理的温度为180～260℃，优选为200℃；

和/或，所述二级水热处理的时间为10～180min，优选为10～60min，最优选为30min；

所述二级水热处理的条件优选为：温度为180～260℃，反应时间为10～60min，最优选为：温度为200℃，反应时间为30min。

4.如权利要求1所述餐厨垃圾的处理方法，其特征在于，所述一级水热处理和所述二级水热处理完成后，需将所述一级水热处理所得产物和/或所述二级水热处理所得产物冷却，优选冷却至室温；冷却的方式优选为自然冷却；

和/或，所述液固分离利用筛网进行液固分离；所述筛网的筛孔当量直径优选为0.5～9mm，更优选为6～8mm，最优选为：步骤(1)中，所述筛网的筛孔当量直径为6mm或者9mm，和/或，步骤(2)中，所述筛网的筛孔当量直径为8mm；

和/或，将所述二级水热固态残渣进行回收处理，回收金属和/或塑料；所述回收处理的方式优选为排放池处理。

5.如权利要求1-4任一项所述餐厨垃圾的处理方法，其特征在于，所述餐厨垃圾的处理方法还包括：将所述一级水热浆态产物和/或所述二级水热浆态产物进行厌氧发酵处理；

所述厌氧发酵处理的条件优选为：40～60℃，厌氧消化时间为7～15天，pH不做调节；更优选为：温度为55±1℃，厌氧消化时间为11天，pH不做调节；

所述一级水热浆态产物和/或所述二级水热浆态产物的添加量优选为0.025～0.25g/mL接种液；更优选为0.035～0.15g/mL接种液，最优选为0.055g/mL接种液。

6.一种餐厨垃圾的处理系统，其特征在于，其包括供热装置、一级水热反应器、液固分离系统和二级水热反应器；

所述供热装置分别与所述一级水热反应器、所述二级水热反应器连接；

所述一级水热反应器的出口与所述液固分离系统的入口连接；

所述液固分离系统的排渣口与所述二级水热反应器的入口连接；

所述二级水热反应器的出口与所述液固分离系统的入口连接；

所述一级水热反应器与所述液固分离系统之间、以及所述二级水热反应器与所述液固分离系统之间设有通断部件，所述通断部件用于控制所述一级水热反应器与所述液固分离系统之间、以及所述二级水热反应器与所述液固分离系统之间的连通和关断。

7.如权利要求6所述的餐厨垃圾的处理系统，其特征在于，所述餐厨垃圾的处理系统还包括厌氧发酵装置，所述液固分离系统的排液口与所述厌氧发酵装置的入口连接；

和/或，所述液固分离系统的排渣口设有一排放池，用于回收金属和/或塑料；

和/或，所述液固分离系统为筛网式液固分离系统；

和/或，所述液固分离系统包括一级液固分离系统和二级液固分离系统；所述一级水热反应器的出口与所述一级液固分离系统的入口连接；所述一级液固分离系统的排渣口与所述二级水热反应器的入口连接，所述二级水热反应器的出口与所述二级液固分离系统的入口连接；当所述餐厨垃圾的处理系统还包括厌氧发酵装置时，所述一级液固分离系统的排液口和/或所述二级液固分离系统的排液口与所述厌氧发酵装置的入口连接；优选地，所述二级液固分离系统的排渣口处设有所述排放池；

和/或，所述一级水热反应器和所述二级水热反应器中设有搅拌电机；

和/或，所述通断部件包括设置于所述一级水热反应器与所述液固分离系统之间的一级通断部件，和设置于所述二级水热反应器与所述液固分离系统之间的二级通断部件；

和/或，所述通断部件为关断阀，例如电磁阀；

和/或，所述供热装置为蒸汽锅炉；

和/或，所述餐厨垃圾的处理系统还包括控制装置，用于控制所述餐厨垃圾的处理系统。

8.一种餐厨垃圾处理的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括一控制模块，所述控制模块的控制方式按如下步骤进行：

(1)将所述餐厨垃圾进行一级水热处理，将所得产物进行液固分离，得到一级水热浆态产物和一级水热固态残渣；

(2)将所述一级水热固态残渣进行二级水热处理，将所得产物进行液固分离，得到二级水热浆态产物和二级水热固态残渣；

优选地，所述控制模块按权利要求1或权利要求3中所述一级水热处理和所述二级水热处理的条件进行控制；

优选地，所述的控制方式还包括：在步骤(2)之后，将所述一级水热浆态产物和/或所述二级水热浆态产物进行厌氧发酵处理，优选按权利要求5所述的厌氧发酵处理的条件进行控制。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时运行如权利要求8所述的控制系统。

10.一种电子设备，其特征在于，其包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时运行如权利要求8所述的控制系统。

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