本发明涉及餐厨垃圾处理
技术领域：
，尤其涉及一种利用真菌固态发酵餐厨垃圾产生甲烷的方法。
背景技术：
：餐厨垃圾是城市生活垃圾的主要组成部分，约占30％-40％，它的处理是解决城市生活垃圾问题的重要环节。餐厨垃圾以有机组分为主，平均总淀粉含量达22.3-31.4％，粗蛋白含量达14.2-19.1％，具有较高的资源利用价值，采用传统的生活垃圾处理方式如填埋、焚烧等都存在着一定的弊端，而厌氧消化处理技术作为一种比较理想的处理方式得到了广泛应用。然而，目前的餐厨垃圾厌氧发酵制甲烷工艺还存在若干关键的科学及技术难题：(1)参见图1，所示为餐厨垃圾厌氧发酵制甲烷的四个阶段，餐厨垃圾中的营养物质通常以大分子形式(如淀粉和蛋白质)存在，这些大分子营养物质需要经水解生成小分子营养物质(如葡萄糖和氨基酸)后，才可以被微生物利用发酵制甲烷，而这一水解过程是餐厨垃圾厌氧发酵制甲烷的限速步骤，增加了产甲烷的成本；(2)不同于液态有机废弃物，餐厨垃圾中的营养物质多数是以固态形式存在的，导致底物利用率低，进而造成餐厨垃圾厌氧发酵制甲烷的产量低；(3)餐厨垃圾中含有大量油脂，在其厌氧发酵制甲烷过程中，这些油脂会附着在发酵产甲烷微生物表面上，抑制了产甲烷微生物活性，减少了底物与微生物接触的比表面积，从而影响厌氧发酵制甲烷系统的产甲烷效率。故，针对现有技术的缺陷，实有必要提出一种技术方案以解决现有技术存在的问题。技术实现要素：有鉴于此，确有必要提供一种水解速度快且易于产业化应用的新工艺，该工艺利用真菌固态发酵餐厨垃圾产生甲烷，能够加快餐厨垃圾的水解液化速度，提高底物利用率，降低油脂对厌氧发酵制甲烷系统的影响，进而提高甲烷产量、降低产甲烷成本。为了解决现有技术存在的技术问题，本发明的技术方案如下：一种利用真菌固态发酵餐厨垃圾产生甲烷的方法，包括以下步骤：步骤s1：将一定量的餐厨垃圾分选除杂后机械破碎形成待处理餐厨垃圾；步骤s2：在步骤s1形成的待处理餐厨垃圾中选取5％-20％，添加真菌泡盛曲霉和米曲霉进行固态发酵培养富含淀粉酶和蛋白质酶的固态物质，并将其余部分的待处理餐厨垃圾加水混合形成混水餐厨垃圾；其中，固态发酵的过程为在待发酵餐厨垃圾中按比例加入真菌溶液进行固态发酵培养淀粉酶和蛋白质酶，所述比例为每10kg-20kg待发酵餐厨垃圾中加入1l真菌溶液；步骤s3：将步骤s2中培养好的富含淀粉酶和蛋白质酶的固态物质加入到所述混水餐厨垃圾中进行水解后形成富含小分子营养物质(葡萄糖和氨基酸)的水解产物；步骤s4：将步骤s3形成的水解产物先后经固液分离和油水分离后制取餐厨垃圾水解液；步骤s5：将餐厨垃圾水解液加入到厌氧发酵罐制取甲烷。上述技术方案中，通过对一定比例的餐厨垃圾进行固态发酵培养淀粉酶和蛋白质酶后再进行水解，从而极大加快餐厨垃圾的水解液化速度，提高底物利用率。作为优选的技术方案，在所述步骤s2中，固态发酵的过程为将待发酵餐厨垃圾平均分配到2个培养容器中，按照质量体积比10kg-20kg/l分别均匀接种真菌泡盛曲霉溶液和米曲霉溶液至餐厨垃圾表面上，在恒温箱内进行固态发酵80-100小时，分别制取淀粉酶和蛋白质酶。通过不同培养容器分别培养淀粉酶和蛋白质酶，隔断了培养过程中两种酶的相互作用，提高了酶培养质量和效率。作为优选的技术方案，所述真菌泡盛曲霉溶液的浓度为1×105-2.8×108spores/ml；所述米曲霉溶液的浓度为1×106-6.3×107spores/ml。作为优选的技术方案，在恒温箱内进行固态发酵的过程中，恒温箱内温度维持30℃。作为优选的技术方案，上述步骤s1中将餐厨垃圾机械破碎成直径≤5mm的颗粒。作为优选的技术方案，将上述步骤s3，水解温度控制在50-55℃，搅拌速率为300-500rpm，水解液化时间为20-24h。作为优选的技术方案，上述步骤s4中将餐厨垃圾水解混合产物在2-6℃温度条件下离心，实现固液分离，离心速率为8000-10000rpm。作为优选的技术方案，将固液分离后的混合物通过滤纸真空过滤进行油水分离以去除油脂，得到富含葡萄糖和氨基酸的餐厨垃圾水解液。上述技术方案中，通过油水分离处理，降低油脂对厌氧发酵制甲烷系统的影响。作为优选的技术方案，上述步骤s5中将制取的餐厨垃圾水解液加入到厌氧发酵罐发酵制取甲烷，其中，控制厌氧发酵温度为35-38℃，转速为150-220rpm。与现有技术相比较，本发明通过真菌固态发酵培养淀粉酶和蛋白质酶，利用培养的淀粉酶和蛋白质酶水解餐厨垃圾，可加快餐厨垃圾的水解液化速度，提高底物利用率；通过油水分离处理降低油脂对厌氧发酵制甲烷系统的影响，进而提高甲烷产量、降低产甲烷成本。附图说明图1为现有技术中餐厨垃圾厌氧发酵制甲烷过程。图2为本发明的工艺流程图。如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。具体实施方式以下将结合附图对本发明提供的技术方案作进一步说明。参见图2，所示为本发明提供一种利用真菌固态发酵餐厨垃圾产生甲烷的方法的流程图，包括以下步骤：步骤s1：将一定量的餐厨垃圾分选除杂后机械破碎形成待处理餐厨垃圾；步骤s2：在步骤s1形成的待处理餐厨垃圾中选取5％-20％，添加真菌泡盛曲霉和米曲霉进行固态发酵培养富含淀粉酶和蛋白质酶的固态物质，并将其余部分的待处理餐厨垃圾加水混合形成混水餐厨垃圾；其中，固态发酵的过程为在待发酵餐厨垃圾中按比例加入真菌溶液进行固态发酵培养淀粉酶和蛋白质酶，所述比例为每10kg-20kg待发酵餐厨垃圾中加入1l真菌溶液；步骤s3：将步骤s2中培养好的富含淀粉酶和蛋白质酶的固态物质加入到所述混水餐厨垃圾中进行水解后形成富含小分子营养物质(葡萄糖和氨基酸)的水解产物；步骤s4：将步骤s3形成的水解产物先后经固液分离和油水分离后制取餐厨垃圾水解液；步骤s5：将餐厨垃圾水解液加入到厌氧发酵罐制取甲烷。其中，真菌溶液为真菌泡盛曲霉(aspergillusawamori)和米曲霉(aspergillusoryzae)。在一种优选实施方式中，包括以下步骤：(1)将餐厨垃圾分选除杂后机械破碎成直径≤5mm的颗粒；(2)在2个培养皿中各加入10g餐厨垃圾，分别均匀接种真菌1ml泡盛曲霉(2.8×107spores/ml)或米曲霉(6.3×106spores/ml)至餐厨垃圾表面上，在恒温箱内(30℃)进行固态发酵96h制取淀粉酶和蛋白质酶；(3)利用制取的富含淀粉酶和蛋白质酶的固态物质，在自动发酵罐内(有效容积为1l)，将不同质量(40-100g)的餐厨垃圾水解，水解温度控制在50-55℃，搅拌速率为300-500rpm，水解液化时间为20-24h；(4)将餐厨垃圾水解混合产物在低温(2-6℃)条件下离心，实现固液分离，离心速率为8000-10000rpm；将离心后的混合物通过沃特曼no.1滤纸真空过滤(油水分离)去除油脂，最后得到富含葡萄糖和氨基酸的餐厨垃圾水解液；(5)将制取的餐厨垃圾水解液加入到厌氧发酵罐(有效容积1l)发酵制取甲烷，控制厌氧发酵温度为35-38℃，转速为150-220rpm。表1、表2、表3为通过本发明新工艺处理餐厨垃圾的实验数据。如表1和表2分别为不同质量(40-100g)的餐厨垃圾水解后葡萄糖和氨基酸的产量情况，从表1和2中可以看出，餐厨垃圾水解产物中葡萄糖和氨基酸的产量随着水解时间的增加而增加，并在水解时间为24h达到最大并稳定，实现餐厨垃圾的快速水解；表3为不同质量(40-100g)的餐厨垃圾水解产物累计产甲烷(ml)情况，从表3中可以看出，随着发酵时间的增加累计产甲烷逐步增加，并且在发酵时间为66-72h范围内达到最大。表1不同质量(40-100g)的餐厨垃圾水解后葡萄糖产量(g/l)情况表2不同质量(40-100g)的餐厨垃圾水解后氨基酸产量(mg/l)情况表3不同质量(40-100g)的餐厨垃圾水解产物累计产甲烷(ml)情况发酵时间(h)4％6％8％10％000002000040000640.654.9102122.818386.3522.4605.6728.924671907.41007.21212.1281067.51443.61565.21883.7421403.11897.32191.32637.3481504.82034.72422.72915.7521535.3207625183030.4661545.42089.72565.63087.7721565.82117.22586.13112.3以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。当前第1页12