CN104550199B - 厨余垃圾资源化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明创造提供了一种厨余垃圾制备蛋白发泡剂的方法及一种厨余垃圾资源化分级处理方法，包括将厨余垃圾含水率调整至80‑90％，加入碱性药剂，加热使之水解完成；降温后进行固液分离，得固体残渣经pH调节至7‑8后作为肥料利用，得上清液进行离心滗油；将离心滗油后分离的油脂回收作为生物柴油的原料利用，将离心滗油后的混合液进行膜浓缩，分别获得分子量在5‑20kDa的蛋白分子形成蛋白浓液作为蛋白发泡剂，以及分子量小于5kDa的蛋白分子形成蛋白浓液作为液体有机肥。本发明创造提供的方法能够使厨余垃圾处理后产生高附加值资源化产品并得到更充分的利用。
Description
技术领域
本发明创造属于厨余垃圾处理技术领域，具体涉及一种厨余垃圾的资源化处理方法。
背景技术
近年随着我国经济的迅猛发展，人民生活水平的不断提高，厨余垃圾的产生量逐年增加，给城市的生活垃圾处理带来了沉重的负担。同时，不稳妥地处理方式如转化成地沟油重新回到餐桌成为一大社会问题。如何有效地处理厨余垃圾，让其变废为宝的同时不造成新的健康威胁，这是众多研究者努力的目标。
目前我国厨余垃圾的主要处理方式还是混入生活垃圾填埋或者焚烧，不仅造成了资源的浪费，也增加了生活垃圾处理难度和费用。厨余垃圾成分复杂，突出表现为含水率高、有机质含量高、蛋白成分复杂，使得一些新开发的技术，如厨余垃圾厌氧消化产沼、生物菌剂制作生物肥料或生物饲料等单一的处理利用方式存在一些问题：(1)厨余垃圾的生物菌种复杂难以保障安全；(2)蛋白成分的复杂性导致单一的处理利用方式整体资源化利用率低，在高附加价值领域的利用率更低；(3)有机质的高含量和复杂性容易使生物处理系统受到较大的冲击，投入和维护成本高，处理效率低。
上述问题直接限制和制约了现有厨余垃圾处理技术的应用，如何科学合理、经济有效地对厨余垃圾进行处理并使之得到全方位的应用，成为厨余垃圾处理技术的关键。
发明内容
本发明创造的一个目的是提供一种厨余垃圾制备蛋白发泡剂的方法，能够分离提纯特定组成的蛋白作为发泡剂在高附加值领域得到更充分的利用。包括的过程为：将厨余垃圾含水率调整至80-90％，加入碱性药剂，加热使之水解完成，降温后进行固液分离，得上清液进行离心滗油，得混合液进行膜浓缩，截留分子量在5-20kDa的蛋白分子形成蛋白浓液，即为可作为蛋白发泡剂的材料。
具体的，所述利用厨余垃圾制备蛋白发泡剂的方法包括的过程为：将厨余垃圾含水率调整至80-90％，添加干物质量5-20％的碱性药剂并使之混合均匀，加热至120-170℃使之水解完成，降温至50-80℃后进行固液分离，得上清液在2500-3000r/min转速下进行离心滗油，滗油后得混合液在36±1℃下进行膜浓缩，先后经滤布、微滤膜和超滤膜进行截留，获得蛋白分子量在5-20kDa的蛋白浓液。
其中，所述厨余垃圾制备蛋白发泡剂的方法还包括在对厨余垃圾含水率调整之前，首先进行破袋、初筛，去除塑料袋等杂质后进行粉碎的步骤。在获得蛋白分子量在5-20kDa的蛋白浓液后，还可以对其进行蒸发浓缩，进而获得蛋白浓度为25％的蛋白浓缩液。在该蒸发浓缩过程中获得的蒸汽可以回收，用于水解过程的加热升温或保温，或用于对厨余垃圾含水率的调整，实现循环利用。
其中，所述碱性药剂可以是NaOH、CaO、Na2CO3、Ca(OH)2的一种或者是几种药剂混合物。
其中，厨余垃圾的水解过程一股在反应釜中完成。在120-170℃的条件下，水解时间优选为20-120min。水解过程能够使厨余垃圾中40-50％的有机物水解成可溶性小分子有机物进入液相，形成的液体中蛋白含量约为2.5-3.5％，同时液相中还溶解有大量氮、磷、钾及氨基酸等营养物质。经热碱水解后，厨余垃圾中病原菌完全灭活，有机质消解而稳定化。
其中，所述固液分离过程一股在板框系统中完成；所述离心滗油过程一股在离心机中完成。固液分离前的降温过程中也能够回收部分热量，返回反应釜用于加热升温或保温。
其中，滗油后得混合液在36±1℃下进行膜浓缩可保证不损害滤膜同时的最佳过滤效果。优选的膜浓缩过程为先用75μm(200目)滤布过滤将杂质去除，然后用微滤膜(陶瓷复合膜，过滤孔径0.2μm)截留20kDa以上黏度大、容易堵塞超滤膜的物质，最后利用超滤膜(截留分子量5kDa)将分子量5000以上蛋白等大分子有机物截留。100吨含水率在85％左右的厨余垃圾可形成蛋白含量为4-6％浓度的蛋白浓液(5-20kDa)约20吨，蒸发浓缩后可形成蛋白浓度为25％的蛋白浓缩液约3-4吨。
本发明创造的另一个目的是提供一种厨余垃圾资源化分级处理方法，包括在上述厨余垃圾制备蛋白发泡剂的过程中，将固液分离后产生的固体残渣经pH调节至7-8后作为肥料利用，将离心滗油后分离的油脂回收作为生物柴油的原料利用，将膜浓缩后与蛋白分子量在5-20kDa的蛋白浓液同时获得的蛋白分子量小于5kDa的蛋白浓液回收作为液体有机肥加以利用。
其中，所述固体残渣的pH调节可采用酒糟、糠醛等偏酸性有机废弃物，既调节固体残渣的pH值又可以利用其它有机废弃物。所述固体残渣中有机质含量稳定而适中，含水率适中，能够直接作为肥料投入使用，改善植物土壤条件，持续稳定为植物提供生长所需的各类营养物质，且利于植物的快速吸收利用。
其中，所述离心滗油过程中，相对于一股的处理方式，本发明创造的油脂回收率可提高20-30％，100吨含水率85％的厨余垃圾约可提取油脂3.6吨。
其中，在分子量小于5kDa的蛋白溶液中，还富含有易于植物吸收的无机离子、小分子蛋白、多肽和氨基酸等营养物质，进一步蒸发浓缩后可作为高效的浓缩液体有机肥，不仅安全高效、而且节能环保，蒸发浓缩过程中获得的蒸汽可以回收，用于水解过程的加热升温或保温，或用于对厨余垃圾含水率的调整，实现循环利用。100吨含水率在85％左右的厨余垃圾可形成蛋白含量为1.5-2％浓度的蛋白浓液(＜5kDa)约60吨，蒸发浓缩后可形成蛋白浓度为25％的蛋白浓缩液约3-4吨。
本发明创造厨余垃圾资源化分级处理方法，相对于现有技术能够使厨余垃圾的资源化利用率达到99％以上，其中高附加值领域的利用率可达30％以上。由于采用了分级化资源利用，使得厨余垃圾中复杂的有机质得到分级，并使分级后的产品分别应用于最适领域，并在最适领域获得更高的利用率。本发明创造采用的方法工艺过程简单，易于操作和控制，且能够实现蒸汽、水等资源的循环利用，降低能耗。本发明创造的方法还避免了对生物发酵过程中生物系统的复杂控制，降低使用和维护成本。作为本发明创造一部分的厨余垃圾制备蛋白发泡剂的方法，为厨余垃圾的资源化利用提供了一种新的方向和途径，产量高，产品发泡效果显著，能够在工业范围内得到普遍应用。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明创造进行进一步说明。
将收集的厨余垃圾首先进行破袋、初筛，去除塑料袋等杂质后进行粉碎，然后用部分回收的蒸发冷凝水将其含水率调节至85％，并利用蒸发冷凝水80℃的温度将厨余温度调节到60℃。
添加干物质量15％的碱性药剂，如CaO、NaOH等，充分搅拌30分钟，使药剂与厨余充分混合均匀。
在反应釜中加热至120℃，反应100分钟后，完成厨余垃圾的水解，厨余垃圾中50％的有机物水解成可溶性小分子有机物进入液相，形成的液体中蛋白含量约为3.5％。
水解后的厨余垃圾经过泄压降温至温度50℃后，进入板框系统进行固液分离，固体残渣经过高温处理后病原菌灭活而无害化、含水率降低至40％、有机质消解50％而稳定化，经pH调节至8后作为肥料利用；
固体残渣pH调节采用酒糟、糠醛等偏酸性有机废弃物，既调节固体残渣的pH值又可以利用其它有机废弃物。
固液分离的上清液进入离心机，转速设定在2500-3000rpm，进行离心滗油，提取油质作为生物柴油等制品的原料加以利用。
滗油后的液体采用膜浓缩方法进行分离提纯，通过部分回流及换热方式将过滤温度调节到36±1℃，先用75μm(200目)滤布过滤将杂质去除，然后用微滤膜(陶瓷复合膜，过滤孔径0.2μm)截留20kDa以上黏度大，容易堵塞超滤膜的物质，最后利用超滤膜(截留分子量5kDa)将分子量5000以上蛋白等大分子有机物截留，形成蛋白含量为4-6％浓度的蛋白浓液(5-20kDa)，蛋白浓液进一步进行蒸发浓缩，形成蛋白浓度为25％的蛋白浓缩液，此蛋白浓缩液可作为发泡剂原料进行利用；同时，形成小于5kDa的有机物及蛋白滤过液，浓度在1.5-2％，经进一步蒸发浓缩，形成蛋白浓度为25％的蛋白浓缩液，作为液体有机肥应用于园林花卉、农业等。
整个处理过程中产生的臭气经收集后进行处理，处理达标后排放。
最后部分蒸发冷凝水与反冲洗后产生的废水经过水处理系统达到下水道排放标准后排入污水管网。
Claims (7)
1.一种厨余垃圾制备蛋白发泡剂的方法，包括如下步骤：将厨余垃圾含水率调整至80-90％，添加干物质量5-20％的碱性药剂并使之混合均匀，加热至120-170℃使之水解完成，降温至50-80℃后进行固液分离，得上清液在2500-3000r/min转速下进行离心滗油，滗油后得混合液在36±1℃下进行膜浓缩，先后经滤布、微滤膜和超滤膜进行截留，获得蛋白分子量在5-20kDa的蛋白浓液。
2.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾制备蛋白发泡剂的方法，包括如下步骤：对厨余垃圾进行破袋、初筛，去除塑料袋杂质后进行粉碎；将厨余垃圾含水率调整至80-90％，添加干物质量5-20％的碱性药剂并使之混合均匀，加热至120-170℃使之水解，使厨余垃圾中40-50％的有机物进入液相形成蛋白含量为2.5-3.5％的液体；降温至50-80℃后进行固液分离；得上清液在2500-3000r/min转速下进行离心滗油；滗油后得混合液在36±1℃下进行膜浓缩，先用75μm滤布过滤将杂质去除，然后用微滤膜截留20kDa以上的蛋白分子，最后利用超滤膜将分子量5000以上蛋白的大分子有机物截留，获得蛋白分子量在5-20kDa的蛋白浓液。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种厨余垃圾制备蛋白发泡剂的方法，提特征在于：所述碱性药剂是NaOH、CaO、Na2CO3、Ca(OH)2的一种或者是几种药剂混合物。
4.一种厨余垃圾资源化分级处理方法，包括如下步骤：将厨余垃圾含水率调整至80-90％，添加干物质量5-20％的碱性药剂并使之混合均匀，加热至120-170℃使之水解完成；降温至50-80℃后进行固液分离，得固体残渣经pH调节至7-8后作为肥料利用，得上清液在2500-3000r/min转速下进行离心滗油；将离心滗油后分离的油脂回收作为生物柴油的原料利用，将离心滗油后的混合液在36±1℃下进行膜浓缩，先后经滤布、微滤膜和超滤膜进行截留，分别获得分子量在5-20kDa的蛋白分子形成蛋白浓液以及分子量小于5kDa的蛋白分子形成蛋白浓液。
5.根据权利要求4所述的一种厨余垃圾资源化分级处理方法，包括如下步骤：对厨余垃圾进行破袋、初筛，去除塑料袋杂质后进行粉碎；将厨余垃圾含水率调整至80-90％，添加干物质量5-20％的碱性药剂并使之混合均匀，加热至120-170℃使之水解，使厨余垃圾中40-50％的有机物进入液相形成蛋白含量为2.5-3.5％的液体；降温至50-80℃后进行固液分离；得固体残渣经pH调节至7-8后作为肥料利用，得上清液在2500-3000r/min转速下进行离心滗油；将离心滗油后分离的油脂回收作为生物柴油的原料利用，将离心滗油后的混合液在36±1℃下进行膜浓缩，先用75μm滤布过滤将杂质去除，然后用微滤膜截留20kDa以上的蛋白分子，最后利用超滤膜将分子量5000以上蛋白的大分子有机物截留，获得蛋白分子量在5-20kDa的蛋白浓液，分别获得分子量在5-20kDa的蛋白分子形成蛋白浓液以及分子量小于5kDa的蛋白分子形成蛋白浓液，然后分别对两种蛋白浓液进行蒸发浓缩，分别获得可用作发泡剂的蛋白分子量在5-20kDa的蛋白浓缩液和可用作液体有机肥的分子量小于5kDa的蛋白浓缩液。
6.根据权利要求4-5任一项所述的一种厨余垃圾资源化分级处理方法，其特征在于：所述碱性药剂是NaOH、CaO、Na2CO3、Ca(OH)2的一种或者是几种药剂混合物。
7.根据权利要求4-5任一项所述的一种厨余垃圾资源化分级处理方法，其特征在于：所述固体残渣的pH调节采用酒糟、糠醛的偏酸性有机废弃物。
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