CN117862196A - 一种餐厨垃圾湿热水解液酶解预处理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种餐厨垃圾湿热水解液酶解预处理的方法，将餐厨垃圾浆液湿热水解后三相分离，其中液相产物为湿热水解液；将所述湿热水解液的一部分送入液态发酵罐，并投加酶制剂菌液进行液态发酵，得到复合酶液；将所述复合酶液与湿热水解液的另一部分混合进行酶解反应，完成所述预处理。本发明还公开了一种餐厨垃圾处理方法，先利用所述餐厨垃圾湿热水解液酶解预处理的方法完成预处理，然后将酶解反应后的湿热水解液送入高效厌氧反应器进行厌氧处理。本发明可降低酶解预处理乃至餐厨垃圾处理的投资成本，且不影响处理效率。
Description
技术领域
本发明属于餐厨垃圾处理技术领域，特别涉及一种餐厨垃圾湿热水解液酶解预处理的方法。
背景技术
废水的生物处理主要包括好氧生物处理及厌氧生物处理，其中，厌氧生物处理因能耗低、负荷高、运行成本低、可产生生物能源等诸多优点而得到广泛应用，且以高效厌氧反应器为主要技术。高效厌氧反应器以升流式厌氧污泥床(UASB)反应器和膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器为典型代表，两者有机负荷均可达到3KgCOD/m3·d，操作简单，停留时间短，处理效率高，广泛应用于工业废水、城市污水的处理中。
餐厨垃圾湿热水解液是餐厨垃圾浆液经湿热水解后其三相分离的液相产物，占比高达70-80％，富含淀粉、蛋白质、脂类、无机盐等多种有机质，悬浮物含量高，可生化特性强。若将高效厌氧反应器直接用于餐厨垃圾湿热水解液的处理中，因湿热水解液中悬浮物含量过高，会造成反应器的处理负荷增高，反应器中污泥含量及活性降低，最终导致反应器的处理效率下降，产甲烷量减少。
为解决上述问题，保证高效厌氧反应器的处理效率，提高甲烷产量，在实际应用中，则需要采用各种预处理手段，降低餐厨垃圾湿热水解液中悬浮物含量，继而利用厌氧消化技术实现资源的回收利用。酶预处理因环保性强、处理效率高而被广泛应用，但由于生物酶的成本较高，因此，应用由各种有机废物经发酵产生的酶进行预处理，可以有效提高酶预处理的经济效益。
目前制备生物酶的方法以微生物发酵生产为主，黑曲霉作为重要的工业酶制剂菌种，可产生淀粉酶、纤维素酶、酸性蛋白酶、果胶酶等，因此在现有技术中，常通过各种液体/固体培养基对黑曲霉进行液态/固态发酵，以制得各种生物酶。
针对餐厨垃圾湿热水解液特性，若采用传统微生物发酵产酶方式对其进行酶解预处理，因生物酶产量受发酵生产场所限制，加之培养基物料投入，总体成本偏高，且不利于实现大规模工业化生产。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种餐厨垃圾湿热水解液酶解预处理的方法，以降低酶解预处理乃至餐厨垃圾处理的投资成本，并不影响处理效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明的第一方面，提供了一种餐厨垃圾湿热水解液酶解预处理的方法，包括如下步骤：
步骤1，将餐厨垃圾浆液湿热水解后三相分离，其中液相产物为湿热水解液；
步骤2，将所述湿热水解液的一部分送入液态发酵罐，并投加酶制剂菌液进行液态发酵，得到复合酶液；
步骤3，将所述复合酶液与湿热水解液的另一部分混合进行酶解反应，完成所述预处理。
在一个实施例中，所述步骤2，以体积计，将所述湿热水解液总量的5-10％送入液态发酵罐参与液态发酵。
在一个实施例中，将所述三相分离得到的固相产物进行干式厌氧消化，产生的消化液经高温灭菌后进入液态发酵罐中，调节其中湿热水解液的TCOD至20-30g/L，TN含量至3-6g/L，TP含量至0.1-0.25g/L。
在一个实施例中，所述酶制剂菌液为黑曲霉菌液、泡盛曲霉菌液或米曲霉菌液，菌液浓度为108-109CFU/mL，以体积计，投加量为发酵罐中液体总量的3-5％。
在一个实施例中，所述步骤2，液态发酵的温度为28-32℃、罐压为0.02-0.03MPa、通气量为160-180L/h，发酵时长为5-7天。
在一个实施例中，所述步骤3，酶解反应的温度为28-32℃，酶解时间为12-36小时。
在一个实施例中，所述步骤3，复合酶液与湿热水解液的重量比例为1：18-19。
本发明的第二方面，还提供了一种餐厨垃圾处理方法，先利用所述餐厨垃圾湿热水解液酶解预处理的方法完成预处理，然后将酶解反应后的湿热水解液送入高效厌氧反应器进行厌氧处理。
在一个实施例中，所述高效厌氧反应器厌氧的消化液部分回流，经高温灭菌后进入所述液态发酵罐中，单独或与干式厌氧消化产生的消化液共同调节液态发酵罐中湿热水解液的TCOD至20-30g/L，TN含量至3-6g/L，TP含量至0.1-0.25g/L。
在一个实施例中，所述液态发酵罐中湿热水解液、干式厌氧消化液及高效厌氧反应器厌氧消化回流液的总量之和为液态发酵罐总容积的50-80％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提供了一种餐厨垃圾湿热水解液酶解预处理的方法，利用黑曲霉菌液等酶制剂菌液对餐厨垃圾的部分湿热水解液进行液态发酵产生复合酶，并利用该复合酶对其余的湿热水解液进行酶解预处理，在保证高处理效率的基础上，有效降低了酶解预处理的投资成本，更利于实现工业化生产。
(2)本发明利用干式厌氧消化液和/或高效厌氧反应器厌氧消化回流液调节液态发酵罐中湿热水解液的TCOD、TN及TP含量，因两者总量较少，故有效降低了湿热水解液预处理的能源消耗，节省了占地面积，极大程度地提高了资源的循环利用效率，对于餐厨垃圾的高效处理利用具有重要意义。
(3)本发明中的湿热水解液经酶解预处理后，悬浮物含量降低，可用于高效厌氧处理，环境效益和社会效益显著。
附图说明
图1是本发明提供的餐厨垃圾湿热水解液酶解预处理方法的流程图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的目的、技术方案及有益效果，下面结合具体实例对本发明做进一步地详细说明。所描述的具体实例仅对本发明作进一步解释说明，并不用于限定本发明。本发明可以通过多个不同形式的实施例来得以体现，保护范围并非仅限于该处所描述的实施例。
本实施例中未明确注明测试方法者，均为常规方法。所用的试剂和仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
本发明餐厨垃圾湿热水解液酶解预处理的方法，将餐厨垃圾浆液经湿热水解后三相分离的液相产物一部分进入液态发酵罐参与液态发酵，另一部分参与酶解反应，具体如图1所示，主要包括如下步骤：
步骤1，取餐厨垃圾浆液进行湿热水解，然后进行三相分离，得到液相产物、固相产物和油相产物，其中液相产物即为湿热水解液。
步骤2，将步骤1所得湿热水解液的其中一部分送入液态发酵罐，并在液态发酵罐中投加酶制剂菌液，调节发酵罐参数，进行液态发酵，得到复合酶液。该复合酶液中包含大量生物酶及真菌，其中生物酶主要包括酸性蛋白酶及α-淀粉酶。
步骤3，将步骤2所得复合酶液与湿热水解液的另一部分混合进行酶解反应，在酶制剂菌液发酵产生的复合酶的作用下，餐厨垃圾湿热水解液中大量悬浮颗粒物被分解，完成预处理。
本发明利用酶制剂菌液对一部分湿热水解液进行液态发酵产生复合酶，并利用所得复合酶对其它湿热水解液进行酶解。本发明餐厨垃圾湿热水解液做为反应物既参与液态发酵，又参与酶解，避免了现有技术中制取生物酶需额外投入液体/固体培养基的缺陷，有效降低了酶解预处理的投资成本，且有利于提高后续厌氧处理效率及甲烷产量，环境效益和社会效益显著。
在本发明的实施例中，将湿热水解液的其中一部分送入液态发酵罐，具体可以是：以体积计，将三相分离所得湿热水解液的5-10％送入液态发酵罐，利用酶制剂菌液进行液态发酵产生复合酶，其余部分则在所述复合酶的作用下进行酶解反应。
本发明的实施例中，为进一步降低能耗，提高资源的循环利用效率，可选择将三相分离得到的固相产物进行干式厌氧消化，干式厌氧消化产生的消化液经高温灭菌，之后进入液态发酵罐中，用于调节湿热水解液中TCOD、TN及TP含量，保证液态发酵效果，产生活性较高的复合酶。示例地，其调节目标是：TCOD至20-30g/L，TN含量至3-6g/L，TP含量至0.1-0.25g/L。示例地，高温灭菌的温度为121℃，灭菌时间为20-30分钟。
在本发明的实施例中，所述的酶制剂菌液可以为黑曲霉菌液、泡盛曲霉菌液、米曲霉菌液等，菌液浓度建议为108-109CFU/mL。以体积计，其投加量为发酵罐中液体总量的3-5％。
在本发明的实施例中，所述步骤2，湿热水解液与酶制剂菌液混合形成发酵混合液，调整发酵罐参数，使湿热水解液在此条件下液态发酵5-7天。示例地，调整液态发酵罐的温度为28-32℃、罐压为0.02-0.03MPa、通气量为160-180L/h，湿热水解液在此条件下液态发酵为5-7天，并可调整发酵罐转速为250r/min。
在本发明的实施例中，所述步骤3，酶解反应的温度为28-32℃，酶解时间为12-36小时。
在本发明的实施例中，所述步骤3，复合酶液与湿热水解液的重量比例为1：18-19。
值得说明的是，本发明中，还可以根据实际条件调节参与酶解反应的湿热水解液的量以及来源。例如，采用前一餐厨垃圾的湿热水解液进行液态发酵制取复合酶，所得复合酶用于与后一餐厨垃圾的湿热水解液进行酶解反应。或者，参与液态发酵的湿热水解液和参与酶解反应的湿热水解液的总和，并不等于同一餐厨垃圾的湿热水解液的总量。由此，可以获得一种连续性的运行机制。液态发酵与酶解反应均处于持续运行中。
本发明还提供了一种餐厨垃圾处理方法，先利用所述餐厨垃圾湿热水解液酶解预处理的方法完成预处理，然后将酶解反应后的湿热水解液送入高效厌氧反应器进行厌氧处理。湿热水解液经酶解预处理后，悬浮物含量降低，便于高效厌氧处理。示例地，所述的高效厌氧反应器以升流式厌氧污泥床(UASB)反应器和膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器为典型代表。
在本发明的实施例中，为进一步降低能耗，提高资源的循环利用效率，可选择高效厌氧反应器厌氧的消化液部分回流，经高温灭菌后进入液态发酵罐中，单独或与干式厌氧消化产生的消化液共同调节液态发酵罐中湿热水解液的TCOD、TN及TP含量，保证液态发酵效果，产生活性较高的复合酶。示例地，调节目标仍为：TCOD至20-30g/L，TN含量至3-6g/L，TP含量至0.1-0.25g/L。示例地，高温灭菌的温度为121℃，灭菌时间为20-30分钟。
在本发明的实施例中，所述液态发酵罐中湿热水解液、干式厌氧消化液及高效厌氧反应器厌氧消化回流液的总量之和为液态发酵罐总容积的50-80％。
为验证本发明的效果，提供一个具体的实施例如下：
步骤1，取餐厨垃圾湿热水解液1L(TCOD含量为25.4g/L，TN含量为0.9g/L，TP含量为0.15g/L,SS含量为12.84g/L)，经干式厌氧消化液及高效厌氧消化回流液调节后，TCOD含量为25.7g/L，TN含量为4.5g/L，TP含量为0.2g/L。
步骤2，将干式厌氧消化液及高效厌氧消化回流液在立式高温灭菌器中灭菌20分钟，灭菌结束后将混合液加投至液态发酵罐中。其中，所述立式高温灭菌器温度为121℃。
步骤3，按照3％的投加量向液态发酵罐中投加黑曲霉菌液，湿热水解液与黑曲霉菌液混合形成发酵混合液，设置液态发酵罐温度为30℃、罐压为0.02MPa、转速为250r/min、通气量为170L/h，湿热水解液在此条件下液态发酵7天；其中，所述液态发酵罐容积为1.5L。
步骤4，湿热水解液经液态发酵7天后，测定复合酶液中生物酶活性，其中，酸性蛋白酶活性为113.4U/mL，α-淀粉酶活性为88.9U/mL。
步骤5，将复合酶液与餐厨垃圾湿热水解液(20L)混合，在28℃条件下酶解24小时。
步骤6，测定酶解后混合液中悬浮物含量为1.94g/L，悬浮物去除率达84.89％。
以上详细说明了本发明的具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员可以根据本发明的构思作出诸多修改和改进。因此，凡本技术领域中技术人员依据本发明的构思在现有技术的基础上通过分析推理或实验得到的技术方案，皆应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种餐厨垃圾湿热水解液酶解预处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将餐厨垃圾浆液湿热水解后三相分离，其中液相产物为湿热水解液；
步骤2，将所述湿热水解液的一部分送入液态发酵罐，并投加酶制剂菌液进行液态发酵，得到复合酶液；
步骤3，将所述复合酶液与湿热水解液的另一部分混合进行酶解反应，完成所述预处理。
2.根据权利要求1所述餐厨垃圾湿热水解液酶解预处理的方法，其特征在于，所述步骤2，以体积计，将所述湿热水解液总量的5-10％送入液态发酵罐参与液态发酵。
3.根据权利要求1所述餐厨垃圾湿热水解液酶解预处理的方法，其特征在于，将所述三相分离得到的固相产物进行干式厌氧消化，产生的消化液经高温灭菌后进入液态发酵罐中，调节其中湿热水解液的TCOD至20-30g/L，TN含量至3-6g/L，TP含量至0.1-0.25g/L。
4.根据权利要求1所述餐厨垃圾湿热水解液酶解预处理的方法，其特征在于，所述酶制剂菌液为黑曲霉菌液、泡盛曲霉菌液或米曲霉菌液，菌液浓度为108-109CFU/mL，以体积计，投加量为发酵罐中液体总量的3-5％。
5.根据权利要求1所述餐厨垃圾湿热水解液酶解预处理的方法，其特征在于，所述步骤2，液态发酵的温度为28-32℃、罐压为0.02-0.03MPa、通气量为160-180L/h，发酵时长为5-7天。
6.根据权利要求1所述餐厨垃圾湿热水解液酶解预处理的方法，其特征在于，所述步骤3，酶解反应的温度为28-32℃，酶解时间为12-36小时。
7.根据权利要求1所述餐厨垃圾湿热水解液酶解预处理的方法，其特征在于，所述步骤3，复合酶液与湿热水解液的重量比例为1：18-19。
8.一种餐厨垃圾处理方法，其特征在于，先利用权利要求1至7任一项所述餐厨垃圾湿热水解液酶解预处理的方法完成预处理，然后将酶解反应后的湿热水解液送入高效厌氧反应器进行厌氧处理。
9.根据权利要求8所述餐厨垃圾处理方法，其特征在于，所述高效厌氧反应器厌氧的消化液部分回流，经高温灭菌后进入所述液态发酵罐中，单独或与干式厌氧消化产生的消化液共同调节液态发酵罐中湿热水解液的TCOD至20-30g/L，TN含量至3-6g/L，TP含量至0.1-0.25g/L。
10.根据权利要求9所述餐厨垃圾处理方法，其特征在于，所述液态发酵罐中湿热水解液、干式厌氧消化液及高效厌氧反应器厌氧消化回流液的总量之和为液态发酵罐总容积的50-80％。
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