專利名稱：一種餐飲垃圾資源化利用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于餐飲垃圾處理方法，更具體說(shuō)，它涉及到將餐飲垃圾完全資源化利用的方法，將垃圾中含有的動(dòng)植物油脂合成生物柴油，將含有的淀粉和纖維素糖化生產(chǎn)燃料乙醇，將含蛋白質(zhì)、淀粉、纖維素的餐飲垃圾，以及乙醇發(fā)酵殘?jiān)a(chǎn)蛋白飼料和有機(jī)肥料。
背景技術(shù)：
餐飲垃圾治理是一個(gè)世界性難題，同時(shí)餐飲垃圾治理也迫在眉睫，長(zhǎng)期以來(lái)它引起了來(lái)自社會(huì)各個(gè)層面的高度關(guān)注。大量餐廚垃圾被城郊養(yǎng)豬戶毫無(wú)處理地用于喂豬，造成了千萬(wàn)頭“垃圾豬”，“垃圾雞”，豬肥了，人病了，各種病菌、病毒在人畜間形成惡性循環(huán)；而廢油脂則被不法商販提煉后摻入食用油銷售往各類飲食店檔，后患無(wú)窮。餐廚垃圾不僅污染環(huán)境、破壞城市景觀，而且傳播疾病，威脅人類生命安全，成為社會(huì)公害。而且，隨著城市發(fā)展和居民生活水平提高，城市生活垃圾產(chǎn)生量與日俱增，城市生活垃圾已是我國(guó)和世界各大城市面臨的重大環(huán)境問(wèn)題。
餐飲垃圾不治理的危害是嚴(yán)重的，但其作為資源的數(shù)量也是龐大的。有專家統(tǒng)計(jì)，陜西省每天倒掉5000噸剩飯菜，西安市每天產(chǎn)生餐飲廢棄物500噸以上。武漢市每天倒掉500噸剩飯菜，濟(jì)南每天倒掉300噸，青島市每天產(chǎn)生300余噸，上海市日產(chǎn)餐飲垃圾約1100噸，寧波每日400噸，大連年產(chǎn)餐飲垃圾超過(guò)6萬(wàn)噸，遼寧全省每年餐飲垃圾約50萬(wàn)噸，沈陽(yáng)產(chǎn)餐飲廢物約7萬(wàn)噸。長(zhǎng)春市大小飯店食堂約6000家，按每家日均產(chǎn)餐廚垃圾50公斤算，則年產(chǎn)餐廚垃圾約10萬(wàn)噸，吉林省餐廚垃圾年產(chǎn)約100萬(wàn)噸。新疆克拉瑪依年產(chǎn)生餐飲垃圾萬(wàn)余噸，全國(guó)一年餐廚垃圾至少5000萬(wàn)噸。餐飲廢物這是一個(gè)數(shù)量極其龐大的物質(zhì)資源，從近期和長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)看，都應(yīng)該將餐廚垃圾當(dāng)作社會(huì)的重要循環(huán)資源加以充分利用。
餐廚廢物成份主要是動(dòng)植物油脂類、動(dòng)植物蛋白質(zhì)(包括雜骨角蛋白)、淀粉纖維類等。近年來(lái)，一些城市開(kāi)始對(duì)餐飲垃圾進(jìn)行處理。有的將餐飲垃圾粉碎由下水道排出，但不能消除二次污染；有進(jìn)行填埋或堆肥，而資源未得到充分利用；有進(jìn)行烘干粉碎作飼料，但滅菌不徹底；有將餐飲廢油加工生物柴油，而沒(méi)能加以全面利用；長(zhǎng)春農(nóng)機(jī)所在吸收國(guó)外技術(shù)基礎(chǔ)上于1988年研制了廢物處理機(jī)，其分離廢油脂可作為工業(yè)油脂使用。
中國(guó)專利98103203.6公開(kāi)了一種廚余廢棄物再生成禽畜飼料的方法，其特征在于直接將收集的廚余廢棄物經(jīng)來(lái)源分類、破碎、計(jì)量配方、脫水后至累批待料槽送入臥式攪拌槽進(jìn)行蒸煮殺菌、發(fā)酵和干燥處理后制成半成品。然后依所需進(jìn)行造?；蚍蹌┲瞥婶~(yú)、禽、畜飼料。
中國(guó)專利00123345.9公開(kāi)了一種餐飲垃圾的處理方法，該方法包括熱解、擠壓脫水、粉碎和滅菌、干燥四個(gè)步驟，最終將垃圾變?yōu)轱暳稀?br> 中國(guó)專利02125722.1公開(kāi)了一種餐飲垃圾飼料化處理方法，該方法包括以下步驟，(1)物料第一次粉碎；(2)脫水；(3)物料第二次粉碎；(4)干燥；(5)造粒。該方法經(jīng)過(guò)兩次粉碎便于后續(xù)脫水。
顯然，現(xiàn)有技術(shù)存在以下不足(1)餐飲垃圾中含有大量動(dòng)植物油脂和鹽份，簡(jiǎn)單經(jīng)過(guò)脫水工序并不能將其徹底回收，如果不將其除去將影響微生物發(fā)酵，同時(shí)也是一種資源浪費(fèi)；(2)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)垃圾的利用率不高，一般都是將餐飲垃圾中的固體廢棄物利用制成飼料；(3)有的技術(shù)需要將餐飲垃圾首先進(jìn)行熱解處理，因此能源消耗較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種餐飲垃圾徹底無(wú)害化處理和完全資源化利用的方法，充分利用餐飲垃圾中含有的動(dòng)植物油脂、動(dòng)植物蛋白質(zhì)、淀粉纖維類等以提高其資源利用效率，生產(chǎn)生物柴油、燃料乙醇、蛋白飼料和有機(jī)肥料系列產(chǎn)品，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
本發(fā)明的目的是通過(guò)采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
一種餐飲垃圾資源化利用方法，其特征在于包括如下步驟(1)餐飲垃圾固液分離將餐飲垃圾在酸溶液中酸化，然后固液分離得到液相物料和固相物料；(2)油水分離將上述液相物料油水分離得廢油脂和污水；
(3)廢油脂用于合成生物柴油；(4)污水進(jìn)行達(dá)標(biāo)處理；(5)固相物料除雜、粉碎固相物料經(jīng)揀除雜物塑料、玻璃、石頭和金屬，剩余物進(jìn)行粉碎；(6)經(jīng)粉碎的物料加水加料調(diào)質(zhì)水解糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇；或者經(jīng)粉碎的物料進(jìn)行配料、滅菌、發(fā)酵、干燥得動(dòng)物飼料；或者經(jīng)粉碎的物料進(jìn)行配料、滅菌、發(fā)酵生產(chǎn)肥料。
餐飲垃圾酸化使用的是無(wú)機(jī)酸，所述的無(wú)機(jī)酸為硫酸、鹽酸、磷酸或硝酸；經(jīng)粉碎的物料加水加料調(diào)質(zhì)水解糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的剩余物經(jīng)脫水、干燥可作為蛋白飼料，或經(jīng)粉碎的物料進(jìn)行配料、滅菌、發(fā)酵、干燥得動(dòng)物飼料；經(jīng)粉碎的物料加水加料調(diào)質(zhì)水解糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇剩余物可作為有機(jī)肥料的添加組分，或經(jīng)粉碎的物料進(jìn)行配料、滅菌、發(fā)酵生產(chǎn)肥料；廢油脂采用微波法合成生物柴油，微波法合成生物柴油包括如下步驟步驟1、將油脂原料進(jìn)行預(yù)熱、脫水處理；步驟2、用所述的酯化/酯交換反應(yīng)設(shè)備單元進(jìn)行微波酯化/酯交換反應(yīng)；步驟3、將步驟2的出料用低碳醇回收設(shè)備單元進(jìn)行脫醇處理，留下的為粗脂肪酸烷基酯液體；步驟4、對(duì)所述粗脂肪酸烷基酯液體進(jìn)行離心分相分出親水相；步驟5、對(duì)所述粗脂肪酸烷基酯液體進(jìn)行離心分出親水相后的脂肪酸烷基酯加熱到260℃-335℃使汽化并冷凝，該餾出物就是生物柴油。
污水進(jìn)行大孔載體微生物處理，或污水酸堿中和處理、絮凝劑處理、離子交換除鹽后可灌溉花卉。污水進(jìn)行處理后回到生產(chǎn)環(huán)節(jié)作工藝水。經(jīng)粉碎的物料加水加料調(diào)質(zhì)微波水解糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。(1)采用本發(fā)明工藝，可以實(shí)現(xiàn)餐飲廢棄物的徹底無(wú)害化處理，全利用零排放，封閉循環(huán)的綠色化生產(chǎn)。(2)本發(fā)明的餐飲廢棄物處理和綜合利用所具有的顯著特點(diǎn)，全面突出以廢棄物為原料發(fā)展生物燃油和燃料乙醇等生物可再生能源，實(shí)施徹底無(wú)害化處理和完全資源化綜合利用。(3)可采用申請(qǐng)人同日申請(qǐng)的微波合成生物柴油和微波快速水解糖化淀粉和纖維素生產(chǎn)燃料乙醇，在乙醇發(fā)酵和蛋白飼料發(fā)酵中采用微波輔助殺菌技術(shù)等手段，集中體現(xiàn)了微波反應(yīng)的快速高效率和高的原料轉(zhuǎn)化率，也是微波化學(xué)反應(yīng)的首次工業(yè)化。(4)本發(fā)明通過(guò)設(shè)置水處理裝置而做到水循環(huán)使用和廢水零排放。(5)可有效地大量處理餐飲廢棄物和其它食品加工剩余物，做到當(dāng)天收集當(dāng)天處理，變廢物為清潔能源和再生可利用資源；(6)餐飲廢棄物全部轉(zhuǎn)為能源和再生資源，不產(chǎn)生廢渣、廢水，無(wú)二次污染；(7)產(chǎn)品附加值或利用價(jià)值高，品種多樣，可形成燃料、飼料和肥料系列；(8)工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投入少，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；(9)由于本發(fā)明的采用，切斷了人畜共患疾病的傳染渠道。
上述說(shuō)明僅是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的概述。為了更清楚地了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書(shū)內(nèi)容予以實(shí)施，以下將配合附圖加以詳細(xì)說(shuō)明。


圖1一種餐飲垃圾資源化利用工藝流程示意圖；圖2物理/化學(xué)組合微波快速糖化發(fā)酵燃料乙醇裝置圖；圖3大孔載體微生物處理法工藝流程示意圖；具體實(shí)施方式
參看附圖1。本發(fā)明在餐飲垃圾固液分離時(shí)使用了酸溶液，酸溶液的使用明顯提高了油脂的回收率，回收率約可提高10-30％；酸溶液的使用也利于油水分離操作。所述的酸溶液可以是無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸，當(dāng)然，考慮成本的原因，使用無(wú)機(jī)酸更為經(jīng)濟(jì)，無(wú)機(jī)酸中，尤其是硫酸、鹽酸或磷酸等為佳，達(dá)到較好分離效果的PH為3-5。
廢油脂可用于合成生物柴油，其方法如下廢油脂經(jīng)除機(jī)械雜質(zhì)、除磷脂和甾醇，然后加入甲醇鈉催化劑，其加入量為預(yù)處理后廢油脂重量的0.7-1.3％；低碳醇加入量為預(yù)處理后廢油脂重量的15％-35％。反應(yīng)溫度控制在30-80℃之間，反應(yīng)時(shí)間40-90min；反應(yīng)后，對(duì)甲酯層進(jìn)行水洗，干燥，蒸餾得到生物柴油。
例如首先將廢油脂加熱到45℃進(jìn)行預(yù)處理，即，真空抽濾除去機(jī)械雜質(zhì)，然后加入30％的磷酸進(jìn)行酸洗除去磷脂等，旋轉(zhuǎn)分離、水洗、多羥基吸水性樹(shù)脂脫水，然后加入甲醇，加入量為預(yù)處理后廢油脂重量的25％，在溫度為30℃，采用甲醇鈉作為堿性催化劑，催化劑濃度相對(duì)于處理后廢油的重量為1.0％，反應(yīng)時(shí)間為60min情況下，廢油的轉(zhuǎn)化率達(dá)到92.4％。
廢油脂合成生物柴油的方法也可采取發(fā)明人同日申請(qǐng)的中國(guó)發(fā)明專利“工業(yè)化微波合成生物柴油的裝置及其方法”中記載的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1、將油脂原料進(jìn)行預(yù)熱、脫水處理；步驟2、用所述的酯化/酯交換反應(yīng)設(shè)備單元進(jìn)行微波酯化/酯交換反應(yīng)；步驟3、將步驟2的出料用低碳醇回收設(shè)備單元進(jìn)行脫醇處理，留下的為粗脂肪酸烷基酯液體；步驟4、對(duì)所述粗脂肪酸烷基酯液體進(jìn)行離心分相分出親水相；步驟5、對(duì)所述粗脂肪酸烷基酯液體進(jìn)行離心分出親水相后的脂肪酸烷基酯加熱到260℃-335℃使汽化并冷凝，該餾出物就是生物柴油。
5M3不銹鋼罐反應(yīng)器擴(kuò)試。將3000g脫水除雜餐飲廢油，600g甲醇(98％)，35g催化劑NaOH，分別加入反應(yīng)器。開(kāi)動(dòng)攪拌進(jìn)行混相，開(kāi)動(dòng)循環(huán)泵，使反應(yīng)混合物在攪拌式反應(yīng)器和微波靜態(tài)反應(yīng)器形成的環(huán)路中進(jìn)行循環(huán)，并開(kāi)動(dòng)微波反應(yīng)器使進(jìn)行酯化/酯交換，反應(yīng)溫度35-55℃，循環(huán)反應(yīng)20min(使用固體催化劑如硫酸鐵或SO42-/TiO2或CaO/MgO適當(dāng)延長(zhǎng))。然后送入經(jīng)改裝的兩個(gè)串聯(lián)的二級(jí)微波管式反應(yīng)器，進(jìn)一步進(jìn)行酯化/酯交換反應(yīng)70秒。上述經(jīng)酯化/酯交換的反應(yīng)物進(jìn)入微波加熱器，控制溫度70℃以上使醇汽化蒸發(fā)，至無(wú)甲醇逸出為止。然后用高速離心機(jī)分離出甘油水相。剩余粗甲酯進(jìn)行熱水洗和酸洗(使用固體催化劑時(shí)可免去洗滌)，離心分相，然后進(jìn)入微波反應(yīng)器在110-120℃進(jìn)行脫水干燥處理，至無(wú)水泡逸出為止。上述脫水干燥粗甲酯，于反應(yīng)器內(nèi)預(yù)熱到250-260℃，已汽化物直接進(jìn)入冷凝器經(jīng)冷凝收集，未汽化部分隨后進(jìn)入改裝的兩個(gè)串聯(lián)的微波管式反應(yīng)器以最大輻射功率進(jìn)行再沸汽化，再經(jīng)冷凝收集。反應(yīng)結(jié)果得脫水粗甲酯3108.6g，260℃前餾分2707.8g(占92.2％)，260℃以上餾分228.5g(占7.8％)，合計(jì)液體餾分2936.3g，殘留液渣128g(回收于再酯化/酯交換)。
對(duì)生物柴油產(chǎn)品用公知方法進(jìn)行測(cè)定與定量[中國(guó)油脂，2004，29(4)56-58](1)氣相色譜條件DB-1毛細(xì)管柱，F(xiàn)ID檢測(cè)器，檢測(cè)器微電流放大器量程8，衰減比0，汽化室溫度300℃，檢測(cè)器溫度310℃，柱溫采用程序升溫初溫190℃，保留2min，以10℃/min升至300℃，保留10min。(2)轉(zhuǎn)化率計(jì)算由于甘三酯的沸點(diǎn)比一酯二酯和甲酯的沸點(diǎn)高，轉(zhuǎn)化率計(jì)算法是將氣相色譜圖中生物柴油比原料油小的峰以前的峰全部相加(空氣峰除外)作為轉(zhuǎn)化率。則微波酯交換制備生物柴油的甘油三酯轉(zhuǎn)化率100％，脂肪酸甲酯含量96％(wt％)以上，收率≥95％。
在固液分離操作中，餐飲垃圾中的固態(tài)物已基本除去，因此，污水中含有的固態(tài)物質(zhì)已較少，可直接采取大孔載體微生物處理法(圖3)，或采用化學(xué)凈化處理方法。污水處理可采用以下方法先投放石灰乳(質(zhì)量百分濃度2-5％)，對(duì)水體進(jìn)行中和，將水體pH調(diào)至7.6-8.8，再加入硫酸亞鐵溶液(質(zhì)量百分濃度5-10％)，使其在水體中的濃度為100-1000ppm，攪拌均勻，靜置1-2小時(shí)。然后將污水過(guò)濾得到工藝回用水，過(guò)濾在過(guò)濾器中完成，過(guò)濾器可采用稀土瓷砂作基層，活性炭作過(guò)濾介質(zhì)。通過(guò)上述處理方法后，水體的COD(mg/l)＜100。
固液分離后固相物料經(jīng)揀除雜物塑料、玻璃、石頭和金屬，剩余物進(jìn)行粉碎；剩余物中主要含有淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)，經(jīng)粉碎的物料加水加料調(diào)質(zhì)水解糖化發(fā)酵可生產(chǎn)乙醇。乙醇發(fā)酵的酵母菌只能轉(zhuǎn)化單糖使成乙醇，而不能直接利用淀粉和纖維素轉(zhuǎn)化成乙醇。因此，餐飲垃圾固相物料制備乙醇的第一步是把含淀粉和纖維素的餐飲垃圾固相物料通過(guò)各種方法如酸水解或酶水解轉(zhuǎn)化成糖即所謂糖化，第二步由酵母菌發(fā)酵生成乙醇。
相比淀粉，纖維素更難水解。在固相物料預(yù)處理過(guò)程中，可采用酸水解。固相物料酸水解可通過(guò)如下步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)稀酸水解中，水中氫離子可與纖維素上氧原子結(jié)合使其變得不穩(wěn)定，容易與水反應(yīng)，纖維素長(zhǎng)鏈即在該處斷裂，同時(shí)又放出氫離子。所得葡萄糖還會(huì)進(jìn)一步反應(yīng)，生成不希望的副產(chǎn)品乙酰丙酸和甲酸。可把纖維素稀酸水解表示為串聯(lián)一級(jí)反應(yīng)纖維素→葡萄糖→降解產(chǎn)物，式中兩個(gè)反應(yīng)速率常數(shù)既與溫度有關(guān)，也和液相中酸濃度有關(guān)。大部分天然生物質(zhì)對(duì)酸度變化顯示一定緩沖能力，故加入酸液的pH值和反應(yīng)器內(nèi)實(shí)際pH值并不完全相同。不過(guò)一般認(rèn)為纖維素水解反應(yīng)的活化能要比葡萄糖分解的活化能高，故在條件可能情況下，采用較高水解溫度有利。對(duì)硫酸來(lái)說(shuō)，原來(lái)常用水解溫度170-200℃間，最高可達(dá)230℃以上。高溫下半纖維素水解機(jī)理類似于纖維素，但在較低溫度下(低于160℃時(shí))，半纖維素各部分水解難易程度不同。一般反應(yīng)初期半纖維素在酸作用下生成聚合度不同低聚糖，低聚糖再進(jìn)一步水解為單糖。不同聚合度低聚糖濃度比單糖低得多。半纖維素水解產(chǎn)物也會(huì)進(jìn)一步反應(yīng)，如木糖可分解為糠醛。影響水解效率的主要因素有原料粉碎度、液固比、反應(yīng)溫度、時(shí)間、酸種類和濃度等。原料越細(xì)，原料和酸液的接觸面積越大水解效果越好，特別是在反應(yīng)速率較快時(shí)可使生成的單糖及時(shí)從固體表面移去。液固比即所用水解液體積和固體原料質(zhì)量比(單位L/kg)，常用液固比8-10之間，也有低到5。溫度對(duì)水解速率影響很大，一般溫度上升10℃水解速度可提高0.5-1倍。但高溫也使單糖分解速度加快。故當(dāng)水解溫度高時(shí)所用時(shí)間可短些，反之用時(shí)間可長(zhǎng)些。從理論上看，酸濃度提高1倍而其他條件不變時(shí)水解時(shí)間可縮短1/3～1/2。但這時(shí)酸成本增大，對(duì)設(shè)備抗腐蝕要求也會(huì)提高。常用酸濃度不超過(guò)3％。稀酸水解一般用硫酸和鹽酸，鹽酸水解效率優(yōu)于硫酸。在實(shí)驗(yàn)室磷酸和硝酸也被用于水解。馬來(lái)酸也可(二羧酸)水解纖維素，不但可得到和硫酸相同轉(zhuǎn)化率，而且生成糖降解產(chǎn)物較少。
某些無(wú)機(jī)鹽(如ZnCl2、FeCl3等)可促進(jìn)酸催化作用。FeCl2與FeCl3有助催化能力，且價(jià)格低廉(用廢鹽酸和鐵屑就能方便生產(chǎn))?？偟恼f(shuō)，稀酸水解工藝較簡(jiǎn)單，原料處理時(shí)間短。但糖產(chǎn)率較低，且會(huì)生成對(duì)發(fā)酵有害的副產(chǎn)品。
如原料粉碎到直徑小于2.5cm后進(jìn)入一級(jí)酸浸泡器，加熱到50℃，并浸泡于0.7％硫酸溶液。出浸泡器原料入二級(jí)水解反應(yīng)器，在這里溫度升到190℃，用0.7％硫酸水解，停留3min，可把約20％纖維素和80％半纖維素水解，部分淀粉也得到水解。每級(jí)水解反應(yīng)器的水解液含有約30％固體(包括懸浮和溶解)。水解液入閃蒸器減壓降溫到約130℃，在閃蒸器內(nèi)停留約2h，大部分低聚糖進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為單糖；然后使水解液進(jìn)入逆流淤漿洗滌器進(jìn)行液固分離，并洗去固體中糖和其他可溶物，洗滌水用量是固體質(zhì)量3-4倍；分離得到糖液和洗滌水混合后入一級(jí)pH值調(diào)節(jié)器；出洗滌器固體流(固體濃度30％)經(jīng)螺旋壓榨器進(jìn)一步脫水，使固體濃度提高到45％，然后入二級(jí)酸浸泡器。浸透了酸的固體原料入二級(jí)水解反應(yīng)器并溫升到220℃，用1.6％硫酸水解，停留時(shí)間3min，可把剩余纖維素約70％轉(zhuǎn)化為葡萄糖，其余30％轉(zhuǎn)化為HMF和其他副產(chǎn)品，而淀粉幾乎完全得到水解。排出二級(jí)水解反應(yīng)器水解液同樣入閃蒸器減壓降溫，不再洗滌。在一級(jí)pH值調(diào)節(jié)器中加入石灰水中和硫酸，把溶液pH值升到約5.5，可使大部分硫酸鈣(石膏)沉淀經(jīng)過(guò)濾除去，濾液冷卻到35℃后入發(fā)酵器。
在發(fā)酵階段液體停留時(shí)間為32h，可采用既能發(fā)酵葡萄糖，又能發(fā)酵木糖的轉(zhuǎn)基因菌種。發(fā)酵液用傳統(tǒng)精餾方法得共沸酒精，再用分子篩脫水制得99.9％酒精，加入5％汽油制成變性酒精貯存。
也可使用微波輔助水解淀粉和/或纖維素生產(chǎn)燃料乙醇，其使用裝置可采取申請(qǐng)人同日申請(qǐng)的中國(guó)發(fā)明專利“工業(yè)化微波輔助水解淀粉和/或纖維素生產(chǎn)燃料乙醇的裝置”。
如圖2所示，將經(jīng)過(guò)預(yù)處理(如粉碎、液化等)的淀粉或纖維素漿液，打入微波釜式反應(yīng)器A1，A2、A3分別是無(wú)機(jī)酸和無(wú)機(jī)鹽高位計(jì)量罐，A4是第一微波反應(yīng)器，具體的說(shuō)在此是微波管式反應(yīng)器，A5、A6是物料輸送泵，A7、A8組成第二微波反應(yīng)器。
初始開(kāi)車是將計(jì)算量原料淀粉或纖維素打入微波釜式反應(yīng)器A1，開(kāi)動(dòng)攪拌器和循環(huán)泵A5進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)，并開(kāi)動(dòng)微波釜式反應(yīng)器A1上的微波發(fā)生器以及第一微波反應(yīng)器A4(在此為微波管式反應(yīng)器)，保持一定溫度進(jìn)行一級(jí)回流水解糖化反應(yīng)(時(shí)間控制)；一級(jí)微波水解反應(yīng)結(jié)束時(shí)，開(kāi)動(dòng)送料泵A6(流量控制)使物料進(jìn)入第二微波反應(yīng)器A7與A8進(jìn)行連續(xù)兩級(jí)水解反應(yīng)。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)一級(jí)回流水解反應(yīng)終了，同時(shí)進(jìn)入并聯(lián)的下一個(gè)A1反應(yīng)器(依次類推)，以反應(yīng)器組合程序切換可以實(shí)現(xiàn)程控連續(xù)化操作[以程控多反應(yīng)器水解法，實(shí)現(xiàn)連續(xù)均衡的水解糖化過(guò)程，如發(fā)明人在專利86108906中的MOS數(shù)字電路可實(shí)現(xiàn)這種水解反應(yīng)的自動(dòng)控制]。如此，物料連續(xù)通過(guò)微波反應(yīng)器，以比較短的時(shí)間就可以完成碳水化合物(淀粉和纖維素)的水解糖化，經(jīng)過(guò)水解糖化的淀粉或纖維素物料，進(jìn)入公知的多級(jí)發(fā)酵工段、蒸餾和精餾及分子篩脫水工段，最終得到燃料乙醇，從而實(shí)現(xiàn)微波催化糖化的工業(yè)化。
以西安市餐飲垃圾為例，說(shuō)明餐飲廢棄物無(wú)害化處理和資源化利用的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模及其工藝。
依西安市餐飲垃圾數(shù)量，設(shè)計(jì)確定為年處理餐飲廢棄物為15萬(wàn)噸。據(jù)此其綜合利用的生產(chǎn)項(xiàng)目的年產(chǎn)能為合成生物柴油1萬(wàn)噸；糖化生產(chǎn)燃料乙醇1萬(wàn)噸；微生物發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料2萬(wàn)噸；發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)肥料2萬(wàn)噸以上；年處理餐飲垃圾分離污水10萬(wàn)M3。依據(jù)概略設(shè)計(jì)，該餐飲垃圾處理和資源化利用產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的總投資約7500萬(wàn)元，可實(shí)現(xiàn)年銷售額1.3-1.5億元人民幣，可獲稅利3500萬(wàn)元，同時(shí)取得垃圾無(wú)害化環(huán)保效益和其它綜合效益。
餐飲廢棄物主要成分是油脂和蛋白質(zhì)，其中水分占75％，干物質(zhì)占25％。干物質(zhì)內(nèi)含粗蛋白質(zhì)20％，含能量15.9J/kg(蛋白和能量水平大致介于玉米和豆粕之間)。上述指出主成分是油脂和蛋白質(zhì)，能量物質(zhì)包括油脂和淀粉。依據(jù)干物質(zhì)總占25％，故油脂取6-8％，蛋白取5-8％、蔬菜和淀粉取7-9％。依此計(jì)算，全年廢水量是11.25萬(wàn)噸，廢油脂0.9-1.2萬(wàn)噸，蛋白0.75-1.2萬(wàn)噸、多糖類1.05-1.35萬(wàn)噸。據(jù)此可生產(chǎn)①生物柴油0.8-1.1萬(wàn)噸(產(chǎn)能按1萬(wàn)噸設(shè)計(jì))；②燃料乙醇產(chǎn)能按1萬(wàn)噸設(shè)計(jì)。在1萬(wàn)噸基礎(chǔ)上，根據(jù)生物能源發(fā)展需要，逐步擴(kuò)大乙醇生產(chǎn)規(guī)模。另根據(jù)對(duì)有機(jī)垃圾水解后用酒精酵母進(jìn)行的發(fā)酵乙醇實(shí)驗(yàn)表明，每噸垃圾可生產(chǎn)約80L酒精，據(jù)此計(jì)算，年15萬(wàn)噸餐飲垃圾應(yīng)可生產(chǎn)酒精是12000噸。說(shuō)明計(jì)算與實(shí)驗(yàn)是符合的。全國(guó)每年約產(chǎn)1.5億噸有機(jī)垃圾，應(yīng)可生產(chǎn)乙醇1200萬(wàn)噸，是一筆很大的再生資源和能源；③蛋白飼料產(chǎn)能按2萬(wàn)噸設(shè)計(jì)。即餐飲廢棄物外加諸如麩皮和酒糟等一起發(fā)酵，生產(chǎn)蛋白飼料2萬(wàn)噸(如蛋白含量20％以上飼料)；④有機(jī)肥料產(chǎn)能按2萬(wàn)噸設(shè)計(jì)。燃料乙醇等發(fā)酵廢棄物和剩余餐飲垃圾以及添加農(nóng)業(yè)固體廢物，經(jīng)發(fā)酵而制成有機(jī)肥料2萬(wàn)噸。另一種制肥路線是將餐飲污水處理后的污泥和餐飲垃圾剩余物及發(fā)酵殘留物，連同農(nóng)業(yè)廢棄物一起進(jìn)行固體發(fā)酵，將發(fā)酵混合料與無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素輔料混拌配料，經(jīng)造粒烘干，可得到顆粒肥料；⑤年處理餐飲垃圾分離污水10萬(wàn)M3。
以上合計(jì)年處理餐飲垃圾約15萬(wàn)噸。若西安餐飲廢棄物總量發(fā)生變化，則上述加工制品量也做相應(yīng)增減，以最終能徹底無(wú)害化處理和全部利用餐飲廢棄物為最終目標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種餐飲垃圾資源化利用方法，其特征在于包括如下步驟(1)餐飲垃圾固液分離將餐飲垃圾用酸溶液酸化，然后固液分離得到液相物料和固相物料；(2)油水分離將上述液相物料油水分離得廢油脂和污水；(3)廢油脂用于合成生物柴油；(4)污水進(jìn)行達(dá)標(biāo)處理；(5)固相物料除雜、粉碎固相物料經(jīng)揀除雜物塑料、玻璃、石頭和金屬，剩余物進(jìn)行粉碎；(6)經(jīng)粉碎的物料加水加料調(diào)質(zhì)水解糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇；或者經(jīng)粉碎的物料進(jìn)行配料、滅菌、發(fā)酵、干燥得動(dòng)物飼料；或者經(jīng)粉碎的物料進(jìn)行配料、滅菌、發(fā)酵生產(chǎn)肥料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的餐飲垃圾資源化利用方法，其特征在于餐飲垃圾酸化使用的是無(wú)機(jī)酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的餐飲垃圾資源化利用方法，其特征在于所述的無(wú)機(jī)酸為硫酸、鹽酸、磷酸或硝酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的餐飲垃圾資源化利用方法，其特征在于經(jīng)粉碎的物料加水加料調(diào)質(zhì)水解糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的剩余物經(jīng)脫水、干燥可作為蛋白飼料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的餐飲垃圾資源化利用方法，其特征在于經(jīng)粉碎的物料加水加料調(diào)質(zhì)水解糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇剩余物可作為有機(jī)肥料的添加組分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的餐飲垃圾資源化利用方法，其特征在于廢油脂采用微波法合成生物柴油。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的餐飲垃圾資源化利用方法，其特征在于，微波法合成生物柴油包括如下步驟步驟1、將油脂原料進(jìn)行預(yù)熱、脫水處理；步驟2、用所述的酯化/酯交換反應(yīng)設(shè)備單元進(jìn)行微波酯化/酯交換反應(yīng)；步驟3、將步驟2的出料用低碳醇回收設(shè)備單元進(jìn)行脫醇處理，留下的為粗脂肪酸烷基酯液體；步驟4、對(duì)所述粗脂肪酸烷基酯液體進(jìn)行離心分相分出親水相；步驟5、對(duì)所述粗脂肪酸烷基酯液體進(jìn)行離心分出親水相后的脂肪酸烷基酯加熱到260℃-335℃使汽化并冷凝，該餾出物就是生物柴油。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的餐飲垃圾資源化利用方法，其特征在于污水處理采用大孔載體微生物處理法，再經(jīng)除鹽；或采用酸堿中和、絮凝劑沉淀處理、再經(jīng)除鹽后可灌溉花卉。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的餐飲垃圾資源化利用方法，其特征在于污水進(jìn)行凈化和無(wú)害化處理后回到生產(chǎn)環(huán)節(jié)作工藝水。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的餐飲垃圾資源化利用方法，其特征在于經(jīng)粉碎的物料加水加料調(diào)質(zhì)微波水解糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種餐飲垃圾資源化利用方法，具體涉及如下步驟(1)餐飲垃圾固液分離將餐飲垃圾用酸溶液酸化，然后固液分離得到液相物料和固相物料；(2)油水分離將上述液相物料油水分離得廢油脂和污水；(3)廢油脂用于合成生物柴油；(4)污水進(jìn)行達(dá)標(biāo)處理；(5)固相物料除雜、粉碎固相物料經(jīng)揀除雜物塑料、玻璃、石頭和金屬，剩余物進(jìn)行粉碎；(6)經(jīng)粉碎的物料加水加料調(diào)質(zhì)水解糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇；或者經(jīng)粉碎的物料進(jìn)行配料、滅菌、發(fā)酵、干燥得動(dòng)物飼料；或者經(jīng)粉碎的物料進(jìn)行配料、滅菌、發(fā)酵生產(chǎn)肥料。采用本發(fā)明工藝，可以實(shí)現(xiàn)餐飲廢棄物的徹底無(wú)害化處理，全利用零排放，封閉循環(huán)的綠色化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C10L1/02GK101058097SQ200710017960
公開(kāi)日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2007年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日
發(fā)明者張虎明, 張付舜 申請(qǐng)人:張虎明, 張付舜