專利名稱：一種由餐廚垃圾通過微生物發(fā)酵制備生物燃料和蛋白飼料的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢棄物再利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用餐廚垃圾生產(chǎn)生物柴油、
醇基燃料和蛋白飼料的方法及其專用裝置。
背景技術(shù)：
餐廚垃圾是家庭、餐飲單位拋棄的剩飯菜的通稱，是城市生活垃圾的重要組成部分。我國(guó)廚余垃圾產(chǎn)生量巨大，據(jù)國(guó)家環(huán)境公報(bào)顯示，2006年城市生活垃圾的清運(yùn)量?jī)汕Ф嗳f噸，其中廚余垃圾占城市生活垃圾總量30% 50%。餐廚垃圾主要包括米和面粉類食物殘余、蔬菜、植物油、動(dòng)物油、肉骨等。從化學(xué)組成上，有淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)、脂類和無機(jī)鹽等。其特點(diǎn)如下1、粗蛋白和粗纖維等有機(jī)物含量較高，開發(fā)利用價(jià)值較大，但易腐并產(chǎn)生惡臭；2、含水率高，不便收集運(yùn)輸，處理不當(dāng)容易產(chǎn)生二次污染物；3、油類和鹽類物質(zhì)含量較其它生活垃圾高，對(duì)資源化產(chǎn)品品質(zhì)影響較大，需要妥善處理。 目前，國(guó)內(nèi)外餐廚垃圾資源化技術(shù)主要有飼料化技術(shù)、肥料化處理技術(shù)、生物厭氧發(fā)酵處理技術(shù)和生物柴油技術(shù)等。其中，厭氧消化技術(shù)不僅具有很高的廢物處理效率，得到較高肥效的有機(jī)肥產(chǎn)物，而且可產(chǎn)生沼氣作為能源利用，在世界能源緊缺的時(shí)代，這點(diǎn)尤為重要。 人們對(duì)餐廚垃圾的研究已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究2002年陳建樂申請(qǐng)專利CN02155417.X公開了一種利用餐廚廢棄物生產(chǎn)高鈣多維酵母蛋白飼料的方法，2003年丁志勇申請(qǐng)發(fā)明專利CN03132556. 4提供的是一種餐廚垃圾生物飼料化方法。它包括固液分離、油水分離，分離出的油脂制成脂肪酸鈣顆粒。2004年上海銘新環(huán)衛(wèi)工程科技有限公司申請(qǐng)專利CN200410017324. 2采用除雜、脫水、脫脂預(yù)處理，再生蛋白飼料和再生發(fā)酵飼料工藝處理餐廚垃圾。2004年華東理工大學(xué)環(huán)境工程系鄔蘇煥等利用固態(tài)發(fā)酵的方法對(duì)城市餐廚垃圾進(jìn)行處理，制造富含菌體蛋白的飼料。這些專利技術(shù)主要以飼料作為單一的產(chǎn)品，附加值不高。因此我們?cè)诂F(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)之上提出了一種綜合利用的技術(shù)方案。
技術(shù)路線 餐廚垃圾首先通過固液分離，得到粗固料和油水混合物(1)，對(duì)粗固料進(jìn)行機(jī)械分揀得到可用以及不可用的成分，可用部分經(jīng)過粉碎后被壓濾機(jī)壓濾得到細(xì)固料和油水混合物(2)，不可用部分做垃圾處理。油水混合物(1)和油水混合物(2)混合后再經(jīng)過無動(dòng)力油水分離器(附圖1)得到油脂和含有大量有機(jī)質(zhì)的廢水(3)，分離后得到油脂經(jīng)過酯化和酯交換技術(shù)制備生物柴油；壓濾后的細(xì)固料固液比為1 : 2，加入2_5%淀粉酶、糖化酶以及O. 5_2%釀酒酵母(1%。丙丁梭菌)混合發(fā)酵制備醇基燃料和高蛋白飼料(也可以通過生物柴油與微生物聯(lián)合萃取發(fā)酵)，再蒸餾得到乙醇(丁醇)等醇基燃料；放走蒸餾釜內(nèi)上層液，并將此液收集起來，混合殘?jiān)俅螇簽V，得到殘?jiān)塘虾蛷U水(4)，然后向殘?jiān)塘现屑尤臌熎さ任陨镔|(zhì)進(jìn)行干燥和粉碎，制成蛋白飼料；部分廢水(4)留做和細(xì)固料再發(fā)酵，上述分離后的廢水(3)與部分廢水(4)混合后加入甲烷菌進(jìn)行發(fā)酵得到沼氣，最后的廢液通過光合細(xì)菌處理等技術(shù)處理達(dá)標(biāo)后排放；整個(gè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣使用空氣除臭系統(tǒng)進(jìn)行無害化處理，最后達(dá)標(biāo)排放。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在產(chǎn)品單一的缺陷，研制一種通過對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行綜合處理，通過微生物發(fā)酵制備生物柴油、醇基燃料、沼氣燃料和飼料蛋白的方法，使其實(shí)現(xiàn)對(duì)生物質(zhì)原料中有用組份的充分利用，并從源頭上杜絕了廢物和廢液的排放，有利于環(huán)境保護(hù)。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的餐飲垃圾首先經(jīng)過固液分離處理，接著對(duì)固體物質(zhì)采用機(jī)械化分揀，可利用部分粉碎后，通過壓濾以及油水分離后；油水分離得到油脂用于制備生物柴油，所得壓濾后的固體部分與上述廢水混合經(jīng)過通過微生物發(fā)酵(如果制備丁醇為了消除產(chǎn)物抑制，可以通過添加生物柴油與微生物聯(lián)合萃取發(fā)酵制備丁醇)得到醇基燃料和蛋白飼料；發(fā)酵之后的廢水加入甲烷菌進(jìn)行處理可以得到沼氣，最后的廢液經(jīng)光合細(xì)菌處理達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)后排放。 與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，尤其采用無動(dòng)力自然分離油水得到的油脂，通過酯化酯交換反應(yīng)相結(jié)合提取生物柴油；通過添加生物柴油與固液混合聯(lián)合發(fā)酵制備醇基燃料以及生物法與干燥粉碎等技術(shù)相結(jié)合制取蛋白飼料；在廢液中加入甲烷菌獲得沼氣燃料；使本技術(shù)經(jīng)濟(jì)性更好。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程。
實(shí)施例1 :從食堂收集剩飯剩菜混合物制備生物柴油及醇基燃料、蛋白飼料。
向1000g剩飯剩菜混合物加入水得到粗固料和油水混合物，固體部分經(jīng)過組織搗
碎機(jī)粉碎后被壓濾機(jī)壓濾得到細(xì)固料和油水混合物。兩部分的油水混合物混合后再經(jīng)過無
動(dòng)力油水分離器(附圖1)得到油脂和含有大量有機(jī)質(zhì)的廢水，分離后得到油脂分離提取
油脂86g，通過酯化、酯交換兩步法得到生物柴油81g;上述分離后的廢水與壓濾后的細(xì)固
料固液比為l : 1.5，加入2%淀粉酶、2%糖化酶以及1%釀酒酵母混合發(fā)酵。之后，在蒸
餾釜中8(TC蒸餾得到乙醇，產(chǎn)生乙醇73. 3g ;蒸餾后放走蒸餾釜內(nèi)上層液，并將此液收集起
來，混合殘?jiān)俅瓮ㄟ^壓濾，得到殘?jiān)塘虾蛷U水；向殘?jiān)塘现屑尤臌熎さ任陨镔|(zhì)
進(jìn)行干燥和粉碎，制成蛋白飼料得到蛋白飼料153g，經(jīng)過測(cè)定蛋白質(zhì)含量33.9X;部分廢水
回用和細(xì)固料混合發(fā)酵，其它部分和收集起來的上層液加入10%的甲烷菌種厭氧發(fā)酵得到
沼氣300L左右，最后的廢液通過光合細(xì)菌處理達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。 實(shí)施例2 :從大排檔收集泔水制備生物柴油及醇基燃料、蛋白飼料 1000g泔水物經(jīng)壓濾得到粗固料和油水混合物，固體部分經(jīng)過組織搗碎機(jī)粉碎后
壓濾得到細(xì)固料和油水混合物。兩部分的油水混合物混合后再經(jīng)過無動(dòng)力油水分離器得到
油脂和含有大量有機(jī)質(zhì)的廢水，分離后得到油脂分離提取油脂120g，通過酯化、酯交換兩步
法得到生物柴油103g ;上述分離后的廢水與壓濾后的細(xì)固料加入淀粉酶、糖化酶以及釀酒
酵母通過混合發(fā)酵后，再蒸餾得到乙醇，產(chǎn)生乙醇67. 2g;蒸餾后放走蒸餾釜內(nèi)上層液，并
將此液收集起來，混合殘?jiān)俅瓮ㄟ^壓濾，得到殘?jiān)塘虾蛷U水，然后向殘?jiān)塘现屑尤臌熎さ任陨镔|(zhì)進(jìn)行干燥和粉碎，制成蛋白飼料得到蛋白飼料162g，經(jīng)過測(cè)定蛋白質(zhì)含量41.7% ;部分廢水回用和細(xì)固料混合發(fā)酵，其它部分和收集起來的上層液加入甲烷菌種厭氧發(fā)酵得到沼氣280L左右。 實(shí)施例3 :從賓館收集泔水制備生物柴油及醇基燃料、蛋白飼料
1000g泔水物分離得到粗固料和油水混合物，油水混合物再經(jīng)過無動(dòng)力油水分離器得到油脂和廢水，分離后得到油脂分離提取油脂88g，通過酯化酯交換兩步法得到生物柴油73g;上述分離后的廢水與壓濾后的細(xì)固料調(diào)整固液比為l : IO，滅菌后加入丙丁梭菌通過厭氧發(fā)酵制備丁醇43. lg ;混合殘?jiān)俅瓮ㄟ^被壓濾，得到殘?jiān)塘虾蛷U水，然后向殘?jiān)塘现屑尤臌熎さ任陨镔|(zhì)，再進(jìn)行干燥和粉碎，制成蛋白飼料得到蛋白飼料207g，經(jīng)過測(cè)定蛋白質(zhì)含量42. 0% ;廢水經(jīng)過發(fā)酵得到甲烷260L左右。


圖1.無動(dòng)力油水分離器示意圖。
圖2.利用生物柴油與餐廚剩余物偶聯(lián)生產(chǎn)醇基燃料、沼氣以及再生飼料工藝流程。
權(quán)利要求
一種利用餐廚垃圾生產(chǎn)生物柴油、醇基燃料、沼氣和蛋白飼料的方法，其特征在于處理餐廚剩余物分類提取，通過微生物發(fā)酵同時(shí)得到生物柴油、醇基燃料、沼氣和蛋白飼料四種產(chǎn)品。具體步驟包括餐廚垃圾通過固液分離，得到粗固料和油水混合物，對(duì)粗固料進(jìn)行機(jī)械分揀分別得到可用和不可用的成分，可用部分經(jīng)過粉碎后被壓濾機(jī)壓濾得到細(xì)固料和油水混合物。油水混合物和油水混合物混合后再經(jīng)過多級(jí)油水分離器得到油脂和含有大量有機(jī)質(zhì)的廢水，分離后得到油脂經(jīng)過酯化和酯交換技術(shù)制備生物柴油；上述分離后的廢水與壓濾后的細(xì)固料加入淀粉酶液化、滅菌后，再加入糖化酶以及釀酒酵母(或丙丁梭菌)混合發(fā)酵，再蒸餾得到乙醇(丁醇)等醇基燃料；蒸餾后放走蒸餾釜內(nèi)上層液，并將此液收集起來，混合殘?jiān)俅瓮ㄟ^壓濾，得到殘?jiān)塘虾蛷U水，然后向殘?jiān)塘现屑尤臌熎さ任陨镔|(zhì)進(jìn)行干燥和粉碎，制成蛋白飼料；部分廢水回用細(xì)固料發(fā)酵，其它部分廢水和收集起來的上層液經(jīng)過甲烷菌發(fā)酵得到沼氣，最后的廢水通過光合細(xì)菌處理等技術(shù)處理實(shí)現(xiàn)零排放。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于采用多級(jí)油水分離器自然分離油水混合 物，油水混合物先進(jìn)入初級(jí)分離器，通過油水的密度實(shí)現(xiàn)自然分層，依次通過位于油水分離 器上部的溢出口溢出而逐步實(shí)現(xiàn)油水的高效分離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過添加生物柴油到丁醇微生物發(fā)酵體系 之中，實(shí)現(xiàn)萃取發(fā)酵制備丁醇燃料，消除丁醇對(duì)微生物的活性抑制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過中加入麩皮等吸水性生物質(zhì)進(jìn)行干燥 和粉碎制取高蛋白飼料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于加入甲烷菌對(duì)后一階段產(chǎn)生的廢夜進(jìn)行發(fā) 酵處理得到沼氣等燃料。
全文摘要
本工藝將餐廚剩余物通過壓濾機(jī)壓濾實(shí)現(xiàn)固液分離，通過油水分離器實(shí)現(xiàn)油水的自然分離，分離得到油脂用于制備生物柴油；固體殘?jiān)?jīng)液化、滅菌后，添加糖化酶和菌種進(jìn)行邊糖化邊發(fā)酵的發(fā)酵工藝，蒸餾后可得到醇基燃料和高蛋白飼料，也可通過生物柴油與微生物聯(lián)合萃取發(fā)酵制備醇基燃料；蒸餾釜底液經(jīng)光合細(xì)菌處理達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。該工藝特點(diǎn)在于將餐廚垃圾中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和殘液全部資源化再生利用，利用餐廚垃圾組份的差異再生出多種不同的產(chǎn)品，降低產(chǎn)品成本，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。
文檔編號(hào)C12P7/64GK101775414SQ200910060450
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2009年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月8日
發(fā)明者李慶, 李霞, 蔡皓, 鄧金華, 郝勃 申請(qǐng)人:華中農(nóng)業(yè)大學(xué);湖北天基生物能源科技發(fā)展有限公司