CN113308429A - 一种利用餐厨垃圾制备生物有机肥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用餐厨垃圾制备生物有机肥的方法，包括如下内容：将分离出油脂后的餐厨垃圾、酒糟、尿素、茶树生物质炭与菌种驯化液混合发酵后，两相分离，得到液体速效有机肥、固体肥。绝大部分现有专利和技术都不处理餐厨垃圾液态部分，都作为污水排放出去，对环境容易造成污染，增加污水处理压力，增加处理成本，而餐厨垃圾液态部分却占餐厨垃圾的80％，固体部分只占20％，本发明利用餐厨垃圾制备得到的液体速效有机肥、固体肥的肥效要优于传统的沼液和沼渣，并且发酵过程中可以有效去除农药、黄曲霉毒素、有害菌、激素和重金属；本发明采用餐厨垃圾制备生物有机肥时间短，只需7天，处理成本低，零排放适合工业化。

Description

一种利用餐厨垃圾制备生物有机肥的方法

技术领域

本发明属于餐厨垃圾利用技术领域，具体涉及一种利用餐厨垃圾制备生物有机肥的方法。

背景技术

随着城市化和餐饮业的蓬勃发展，一个中型城市每天产生的餐厨垃圾在1000吨以上，一个大型城市每天可产生3000吨餐厨垃圾。餐厨垃圾含有大量的有机质和各种营养成分，如果不及时处理，极易滋生有害细菌、霉菌、蛆虫等，并产生大量有害物质，严重污染环境并影响人们的健康。

现有的餐厨垃圾处理方式包括：(1)生产饲料：由于餐厨垃圾的成分复杂，做饲料容易引起同源性污染；同源性污染是指动物食用其同类动物的肉、骨、血液等动物组织生产的动物源性饲料，产生潜在的、不确定的传播疾病风险；研究表明，在我国发生的前21起非洲猪瘟疫情中，有62％的疫情与饲喂餐厨剩余物有关。(2)焚烧：由于餐厨垃圾水分含量高和热值低，处理成本很高，而且焚烧会产生大量有害气体。(3)填埋：此方式要占用大量的土地资源，而且由于含水量高，容易产生大量的垃圾渗滤液，污染环境和地下水。(4)好氧堆肥:由于餐厨垃圾液体部分占80％左右，而好氧堆肥只针对固体部分，餐厨垃圾的液体部分会作物污水排放掉，极大的增加了污水处理的负担，或者加入其他辅料降低含水率，由于餐厨垃圾含油、含盐高，直接进行好氧堆肥处理效率低，肥效不理想。(5)厌氧发酵：将餐厨垃圾通过接种活性污泥进行厌氧发酵处理，以生产沼气为目的，副产物沼液和沼渣可作为肥料使用。

基于现有的技术，人们发明了多种不同的处理工艺方法和设备，如申请号200810017436.6的发明专利公开了一种餐厨垃圾厌氧消化处理方法：包括将餐厨垃圾经油脂分离、初步分选、机械破碎、水力碎浆、调配浆料、厌氧发酵和控氧堆肥，该工艺的目的是为了通过厌氧消化回收沼气和有机肥沼渣，产生的液体一部分回用，一部分作为污水排放。

申请号200910082993.0的发明专利公开了一种餐厨垃圾处理工艺方法及处理设备，包括如下内容：餐厨垃圾经破袋、磁分选、筛分粗渣、热水冲洗、固液分离细渣、二次油水分离和水在油水细渣分选装置中回用，该工艺的目的是为了实现餐厨垃圾分级筛选、固液分离、油水分离、最后固体渣制作固体肥，产生的液体一部分回用，一部分作为污水排放。

申请号201010224280.6的发明专利公开了一种利用餐厨垃圾制气制肥的综合处理方法：包括使用震动格栅的粗分选、破碎处理、匀质处理和厌氧发酵；将厌氧发酵产生的沼气经沼气净化系统处理；将厌氧发酵产生的消化液进行固液分离，产生沼渣和沼液，其中沼渣通风堆放后用作有机肥，沼液进行蒸发浓缩，生成的浓缩液可直接作为普通的有机肥使用，或者是加工成专用肥来使用。该工艺的目的是为了生产沼气和制造沼液有机肥料，且沼液蒸发浓缩耗能巨大，而且伴随大量挥发性气体产生，需要进一步处理，工业化操作的处理成本高。

申请号201310545970.5的发明专利公开了一种餐厨垃圾制备液态有机肥料的方法：包括(1)投料过程：将餐厨垃圾进行分类，分离混杂在其中的无机物与有机物；(2)发酵过程：有机物物料投入发酵仓体与少量锯末、菌群进行混合，经过发酵后被降解液化；(3)肥料调配过程：液化物通过输送导管，进入肥料调配箱配比为液态有机肥料。该工艺一方面在增量处理固态餐厨垃圾，而另一方面却没有提出处理液态餐厨垃圾的方案。

申请号201510926698.4的发明专利公开了一种餐厨垃圾的厌氧消化方法：包括在厌氧消化装置的反应器主体内设置固相反应区和液相反应区，在对餐厨垃圾进行厌氧消化时，通过浸没式厌氧消化和淋滤反应交替运行的方式，可以使得餐厨垃圾的固相残渣和液相废液都得以充分厌氧消化反应。该工艺的目的是为了最大程度资源化处理餐厨垃圾，最后消化产生的固体垃圾作为固体肥，而液体垃圾再作为污水排放掉，且整个餐厨垃圾的厌氧消化过程总耗时为24～42天，由3～5个消化周期组成，处理周期长，无论是设备成本还是时间成本都难以实现工业化处理。

申请号201610562398.7的发明专利公开了一种高效降解餐厨垃圾的生物处理剂及其制备方法，该发明提供的高效降解餐厨垃圾的生物处理剂将金黄短杆菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、光滑假丝酵母和乳酸片球菌在载体上协同作用，可高效降解餐厨垃圾，24h投入餐厨垃圾减少量可达95％以上。该工艺仅针对餐厨垃圾的固体部分进行减量，而对液体部分的餐厨垃圾不进行处理，仍然对环境是一种威胁。

申请号202010205653.9的发明专利公开了一种餐厨垃圾制备液态有机肥的方法和系统：包括餐厨垃圾的分拣过程，挤压过程、粉碎过程和发酵过程。该工艺的目的是为了利用固态餐厨垃圾制备液态有机肥，而把液态餐厨垃圾作为污水进行处理后达标排放。

通过以上分析可知，目前餐厨垃圾厌氧处理的处理技术存在以下问题：(1)处理的重点几乎都在固态餐厨垃圾上，而液态餐厨垃圾都全部或一部分作为污水排放掉，造成污水处理厂更大的处理压力。(2)对于高油、高盐的餐厨垃圾发酵效率低，固态和液态餐厨垃圾全面处理的发酵时间在20到40天。(3)由于全面处理餐厨垃圾时间太长，发酵反应又不可完全控制，导致该技术难以工业化推广，因为处理时间长，就意味着对设备、场地和资金要求巨大。(4)由于对发酵反应的不可控，导致对最终有机肥产品质量的不可控。

因此，现亟需开发出一种全面、高效、低成本的工业化餐厨垃圾处理方法。

发明内容

目前饭店、餐馆等常将餐厨垃圾中的液态部分，都作为污水排放，对环境容易造成污染，增加污水处理压力，增加处理成本，而液体这部分占餐厨垃圾的80％，固体部分只占20％。

因此，本发明的目的在于提供一种利用餐厨垃圾制备生物有机肥的方法，该方法可做到餐厨垃圾全面资源化处理零排放。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种菌种驯化液，每15L驯化液中包括如下重量份组分：红糖0.1～2kg、鱼粉0.1～2kg、酒糟0.1～2kg、餐厨垃圾0.1～5kg、0.01～0.1kg生物质炭、0.1～0.5％复合益生菌，余下为水。

进一步地，每15L驯化液中包括如下重量份组分：红糖0.3～1.5kg、鱼粉0.3～1.5kg、酒糟0.3～1.5kg、餐厨垃圾0.5～2.5kg、0.02～0.05kg生物质炭、0.1～0.3％复合益生菌，余下为水；

进一步地，每15L驯化液中包括如下重量份组分：红糖0.3～1kg、鱼粉0.3～1kg、酒糟0.3～1kg、餐厨垃圾0.5～2kg、0.02kg生物质炭、0.1％复合益生菌，余下为水。

酒糟可提供碳源，并且含有大量的酿酒酵母，有利于发酵，本发明实施例中采用的酒糟的粒径为100目。

鱼粉富含B族维生素，尤以维生素B12、B2含量高，还含有维生素A、D和维生素E等脂溶性维生素，是良好的矿物质来源，钙、磷的含量很高，并且中含有促生长的因子，可促进复合益生菌的生长和繁殖。

进一步地，所述餐厨垃圾的粒径为100～200目；

进一步地，所述餐厨垃圾选自固态、液态餐厨垃圾中的一种，优选为固态餐厨垃圾。

本发明通过把餐厨垃圾磨浆至100～200目增加了餐厨垃圾发酵反应颗粒的表面积，从而增加反应颗粒与活性酶、复合益生菌的接触表面积，最大程度地增加发酵反应速度。

进一步地，所述生物质炭选自茶树生物质炭、松木生物质炭、杨木生物质炭中的一种；由于松木生物质炭、杨木生物质炭的孔隙结构均没有茶树生物质炭发达，发酵增速效果不明显，发酵时间均大于18天，不仅烧制成本要高于茶树生物质炭，而且还会增加设备投资、土地占用、生产耗能等方面成本，因此为了节约成本，本发明生物质炭优选为茶树生物质炭。

茶树生物质炭可以选自茶田里不同季度修剪和丢弃的茶树枝干。

本发明还提供了一种菌种驯化液的制备方法，包括如下内容：将以上所述的菌种驯化液密封厌氧发酵，即得。

本发明通过驯化使复合益生菌能够适应高油高盐的餐厨垃圾，并积累细胞外蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、淀粉酶等高效降解酶后能在发酵反应时极大的提高发酵速度，从而缩短发酵时间。

进一步地，所述发酵的温度为25～37℃，时间为10～15d。

本发明还提供了一种利用餐厨垃圾制备生物有机肥的方法，包括如下内容：将分离出油脂后的餐厨垃圾、酒糟、尿素、茶树生物质炭与上述的菌种驯化液混合发酵后，两相分离，得到液体速效有机肥、固体肥。

进一步地，所述餐厨垃圾30～80kg、酒糟3～8kg、尿素40～80g、茶树生物质炭30～70g、菌种驯化液2～10L；

进一步地，所述餐厨垃圾30kg、酒糟3kg、尿素40g、茶树生物质炭30g、菌种驯化液2L；

或餐厨垃圾80kg、酒糟8kg、尿素80g、茶树生物质炭70g、菌种驯化液10L；

更进一步地，所述餐厨垃圾：菌种驯化液的质量体积比为5～10：1～3。

尿素可提供额外的氮源，并且可提高发酵液pH值，防止因系统酸化而导致的发酵减缓；本发明添加茶树生物质炭可利用茶树本身的强吸附性和碳化后的孔隙结构，可极大的提高发酵反应的速度，并且可使发酵液pH值保持为5.5～7.5。

本发明所述餐厨垃圾：菌种驯化液的质量体积比指的是质量与体积的比值，为kg/L。

进一步地，所述发酵的温度为30～37℃，时间为5～15d，优选温度为35℃，时间为7d。

进一步地，所述固体肥含水量为10～25％，优选20％；

所述油脂酯化后得到生物柴油。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明解决了传统沼气发酵因系统酸化严重而难以启动或半途终止的问题，使厌氧发酵变得稳定、可控、高效，并且将传统厌氧发酵的时间从20～40天缩短到了7～10天，将设备投资、土地占用、生产耗能等方面成本降低了60％～80％。

(2)本发明生产的液体速效有机肥保质期可达3年以上，含有植物或农作物生长所需速效氮磷钾和各种营养物质，可用于蔬菜、水果、茶叶、中药材、粮食作物等的喷施、滴灌和浇施，能够提高茶树作物的品质，能使茶树叶芽更柔嫩翠绿。

(3)本发明生产得到的固体菌肥含有大量有机质和有益菌，可用作底肥和追肥，并可改良土壤。

(4)本发明生产得到的液体速效有机肥和固体菌肥的肥效要优于传统的沼液和沼渣，并且发酵过程中可以有效去除农药、黄曲霉毒素、有害菌、激素和重金属。

(5)本发明利用餐厨垃圾分离出的油脂作为工业油脂原料销售或进一步深加工成生物柴油；发酵产生的可燃性气体包括甲烷和氢气，通过脱水脱硫装置进行净化处理后，可用于燃烧加热恒温水箱，热水用于循环加热发酵罐，实现了餐厨垃圾全面资源化处理零排放，低成本，有机肥产品能产生客观的经济效益，适合工业化推广，具有极大的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为采用本发明液体速效有机肥、固体肥与对照组肥料施肥对茶树影响图；

图2为采用本发明液体速效有机肥、固体肥对茶树施肥的影响的放大效果图；

其中，图1中，A为对照组肥料对茶树施肥的效果，B为本发明液体速效有机肥、固体肥对茶树施肥的效果。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及端点之间任何一个数值均可选用。

实施例中的铵态氮用纳氏比色法检测；有效磷用钼兰比色法检测；速效钾用四苯硼钠比浊法检测。

实施例1

(1)菌种驯化：将0.3～1千克红糖、0.3～1千克鱼粉、0.3～1千克酒糟，0.5～2千克固态餐厨垃圾(磨浆至100～200目)、0.02千克茶树生物质炭混合后，加水至15升，加入0.1％复合益生菌，在25～37℃密封厌氧发酵10～15天，获得驯化发酵菌液。

(2)收取员工食堂餐厨垃圾35kg，含固率15％～20％，含盐率0.28％，挑出塑料袋、筷子、腿骨等，油水分离出来的油脂加入8％硫酸和20％甲醇，在55℃的条件下进行酯化，酯化后蒸发除去水分，然后加入8％氢氧化钠和20％甲醇，在55℃的条件下进行酯交換和蒸馏，制得生物柴油；剩余固相和液相餐厨垃圾进粉碎机粉碎至200目，将粉碎后的餐厨垃圾再加入100目的酒糟3kg，尿素40g，茶树生物质炭30g，装入25L容积的带有排气阀的塑料发酵桶，再加入2L驯化发酵菌液，35℃密封厌氧发酵7d，每天搅拌一次，酵过程中有效去除了农药、黄曲霉毒素、有害菌、激素和重金属。

(3)发酵7天后检测发酵液中铵态氮、有效磷、速效钾的含量。其中，铵态氮含量：480mg/L、有效磷含量：153mg/L、速效钾含量：695mg/L。将发酵液固体和液体分离，收集发酵液，用活性炭过滤，然后经紫外灯杀菌，再经过袋式过滤器过滤，即得到液体速效有机肥；分离出的固体经风干至含水20％，造粒做固体肥。

实施例2

(1)菌种驯化：将0.3～1千克红糖、0.3～1千克鱼粉、0.3～1千克酒糟，0.5～2千克固态餐厨垃圾(磨浆至100～200目)、0.02千克茶树生物质炭混合后，加水至15升，加入0.1％复合益生菌，在25～37℃密封厌氧发酵10～15天，获得驯化发酵菌液。

(2)收取员工食堂餐厨垃圾800kg，含固率15％～20％，含盐率0.36％，挑出塑料袋、筷子、腿骨等，油水分离出的分离出的油脂加入8％硫酸和20％甲醇，在55℃的条件下进行酯化，酯化后蒸发除去水分，然后加入8％氢氧化钠和20％甲醇，在55℃的条件下进行酯交換和蒸馏，制得生物柴油；剩余餐厨垃圾进粉碎机粉碎至200目，将粉碎后的餐厨垃圾再加入100目的酒糟80公斤，尿素800克，生物炭700克，装入1000L容积的带有排气阀的塑料发酵桶，再加入100L驯化发酵菌液，35℃密封厌氧发酵7d，每天搅拌一次，发酵过程中有效去除了农药、黄曲霉毒素、有害菌、激素和重金属。

(3)发酵7天后检测发酵液中铵态氮、有效磷、速效钾的含量。其中，铵态氮含量：436mg/L、有效磷含量：142mg/L、速效钾含量：680mg/L。将发酵液固体和液体分离，收集发酵液，用活性炭过滤，然后经紫外灯杀菌，再经过袋式过滤器过滤，即得到液体速效有机肥，分离出的固体经风干至含水20％，造粒做固体肥。

对比例1

(1)非驯化菌液的制备：将0.3～1千克红糖，加水至15升，加入0.1％复合益生菌，25～37℃密封厌氧发酵10～15天，获得菌液。

(2)收取员工食堂餐厨垃圾35kg，含固率15％～20％，含盐率0.28％，挑出塑料袋、筷子、腿骨等，把表层浮油打出到收集桶，剩余餐厨垃圾进粉碎机粉碎至200目，将粉碎后的餐厨垃圾再加入100目的酒糟3kg，尿素40g，茶树生物质炭30g，装入25L容积的带有排气阀的塑料发酵桶，再加入2L非驯化发酵菌液，35℃密封厌氧发酵，每天搅拌一次。

分别于4d、7d、20d后检测实施例1(驯化组)、对比例1(非驯化组)中发酵桶内发酵液中的铵态氮、有效磷、速效钾的含量，结果如下表：

由于化学反应有一个极限值，如果底物积累到一定程度，反应就会减缓或停止，由上表可知，7天后驯化组、非驯化组溶解的速效氮磷钾增加较缓慢，但相比非驯化组(对比例1)，本发明处理时间快、反应更迅速，7天内的铵态氮、有效磷、速效钾含量就达到了非驯化组发酵20天的含量水平。

试验例1

四川雅安名山区高岗村台地茶1.7亩均加装了喷灌系统，按1：1000兑水喷施本发明实施例1所生产的液体速效有机肥，喷施频率为5到7天喷施一次，每次500公斤水加0.5公斤液体速效有机肥，根部追施本发明所生产固体菌肥。对照组施用复合肥(N-P₂O₅-K₂O 22-8-10),每亩地每次20斤，每30天施肥一次。

2个月后，茶叶由深绿色转为翠绿或黄绿色，茶芽比化肥对照组更柔嫩(图1)。

施肥三个月后，通过酶抑制率比色法检测茶叶的有机磷和氨基甲酸酯类农药残留，采集对照田和试验田的茶叶鲜叶进行检测，结果显示为，对照田农药残留量33.2％，试验田农药残留量3.1％，可见，试验田农残已降至对照组的十分之一。试验田茶叶收成与对照组相当，品质明显提高，鲜茶叶售价提高了30％。

用该试验田的鲜茶叶制作成了绿茶和红茶，并提交到“国家茶叶产品质量监督检验中心(四川)”按照“有机茶”检验标准NY5196-2002进行了检测，结果各项结果都“合格”。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种菌种驯化液，其特征在于，每15L驯化液中包括如下重量份组分：红糖0.1～2kg、鱼粉0.1～2kg、酒糟0.1～2kg、餐厨垃圾0.1～5kg、0.01～0.1kg生物质炭、0.1～0.5％复合益生菌，余下为水。

2.根据权利要求1所述的菌种驯化液，其特征在于，每15L驯化液中包括如下重量份组分：红糖0.3～1.5kg、鱼粉0.3～1.5kg、酒糟0.3～1.5kg、餐厨垃圾0.5～2.5kg、0.02～0.05kg生物质炭、0.1～0.3％复合益生菌，余下为水；

进一步地，每15L驯化液中包括如下重量份组分：红糖0.3～1kg、鱼粉0.3～1kg、酒糟0.3～1kg、餐厨垃圾0.5～2kg、0.02kg生物质炭、0.1％复合益生菌，余下为水。

3.根据权利要求1或2所述的菌种驯化液，其特征在于，所述餐厨垃圾的粒径为100～200目；

进一步地，餐厨垃圾选自固态、液态餐厨垃圾中的一种，优选为固态餐厨垃圾。

4.根据权利要求1或2所述的菌种驯化液，其特征在于，所述生物质炭选自茶树生物质炭、松木生物质炭、杨木生物质炭中的一种，优选茶树生物质炭。

5.一种菌种驯化液的制备方法，其特征在于，包括如下内容：将权利要求1～4任一项所述的菌种驯化液密封厌氧发酵，即得。

6.根据权利要求5所述的菌种驯化液的制备方法，其特征在于，所述发酵的温度为25～37℃，时间为10～15d。

7.一种利用餐厨垃圾制备生物有机肥的方法，其特征在于，包括如下内容：将分离出油脂后的餐厨垃圾、酒糟、尿素、茶树生物质炭与权利要求1～4任一项所述的菌种驯化液混合发酵后，两相分离，得到液体速效有机肥、固体肥。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述餐厨垃圾30～80kg、酒糟3～8kg、尿素40～80g、茶树生物质炭30～70g、菌种驯化液2～10L；

进一步地，所述餐厨垃圾30kg、酒糟3kg、尿素40g、茶树生物质炭30g、菌种驯化液2L；

或餐厨垃圾80kg、酒糟8kg、尿素80g、茶树生物质炭70g、菌种驯化液10L；

更进一步地，所述餐厨垃圾：菌种驯化液的质量体积比为5～10：1～3。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述发酵的温度为30～37℃，时间为5～15d，优选温度为35℃，时间为7d。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述油脂酯化后得到生物柴油。

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