一种餐厨垃圾真菌发酵同步制备菌丝纤维和乙醇的方法与流程

本发明涉及固体废弃物处理与资源化领域，尤其是涉及一种餐厨垃圾真菌发酵同步制备菌丝纤维和乙醇的方法。

背景技术：

随着人民生活水平的提高，餐厨垃圾产量不断增大。餐厨垃圾含水量大、有机物含量高、营养丰富，极易引起蚊蝇滋生而发生腐烂变质、传播病菌和散发恶臭气体，已然成为城市环境的极大负担。因此，对餐厨垃圾进行合理高效的处理处置已经刻不容缓。

餐厨垃圾含有大量的淀粉、蛋白、脂肪、纤维素等有机营养物质，蕴含着巨大的潜能和丰富的资源性物质。目前餐厨垃圾主要的处置方法包括厌氧发酵、好氧堆肥、填埋、焚烧等，由于填埋需占用土地资源且渗滤液容易产生二次污染；同时，餐厨垃圾水量大、热值低、盐含量高，不适合进行焚烧处理；而采用生物处理的厌氧发酵和好氧堆肥技术因为能够回收沼气和有机肥等资源性物质是目前餐厨垃圾处理的主流技术。

然而，现有的生物处理工艺也存在以下几个方面的缺点：(1)餐厨垃圾中的大分子有机物水解速率慢，厌氧消化效率和好氧堆肥的周期长；(2)油脂的提取回收困难，利用率低且影响后续的发酵效率；(3)在页岩气取得重大成功后沼气的市场价格低而有机肥则面临产品销售困难。因此，如何实现餐厨垃圾高效处理和高附加值资源化利用仍是值得关注的问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种餐厨垃圾真菌发酵同步制备菌丝纤维和乙醇的方法，能够对餐厨垃圾进行有效的资源化利用。

本发明所采取的技术方案是：

本发明的第一方面，提供一种餐厨垃圾真菌发酵同步制备菌丝纤维和乙醇的方法，包括以下步骤：

s1、将餐厨垃圾进行分选和破碎处理，获得匀质浆化餐厨垃圾；

s2、取所述匀质浆化餐厨垃圾进行热水解预处理，获得热水解产物；

s3、取将所述热水解产物进行三相分离，得到油脂、热水解上清液和固体残渣；s4、取所述热水解上清液接种能生长成真菌菌丝且具备代谢产乙醇能力的真菌菌株进行真菌发酵，获得真菌菌丝和真菌代谢产物乙醇，真菌发酵后回收所述真菌菌丝和真菌代谢产物乙醇，得到剩余真菌发酵液。

根据本发明的一些实施例，步骤s4中所述真菌包括黑曲霉和少根霉中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，步骤s2中所述热水解预处理的温度为80～140℃，时间为0.5～2.0h。

根据本发明的一些实施例，步骤s2具体为：取所述匀质浆化餐厨垃圾，加水稀释到固含量为6～20％，在80～140℃温度下进行热水解预处理0.5～2.0h得到热水解产物，后进行热交换处理使得温度降至50～60℃。

根据本发明的一些实施例，步骤s4中所述真菌发酵的温度为25～35℃，所述真菌发酵的时间为3～7天。

根据本发明的一些实施例，步骤s4中真菌发酵后，采用离心或真空抽滤回收所述真菌菌丝；采用蒸馏或电吸附回收所述真菌代谢产物乙醇。

根据本发明的一些实施例，步骤s4中所述剩余真菌发酵液经过灭菌处理后可再次进行真菌发酵3-7天，真菌发酵后回收真菌菌丝和真菌代谢产物乙醇，直至所述热水解上清液中的有机物利用率超过85％以上。

根据本发明的一些实施例，还包括对回收的所述真菌菌丝加工形成纸基材料的过程，具体为：取所述真菌菌丝加人水进行疏解，疏解后的真菌菌丝加入到抄片器中形成纸页，后干燥形成纸基材料。

根据本发明的一些实施例，还包括采用蒸馏的方式对所述剩余真菌发酵液中的乙醇进行分离回收。

根据本发明的一些实施例，步骤s1具体为：取餐厨垃圾沥水后将其含有的部分塑料、金属、织物、骨头及筷子等杂质分选出来，然后在转速为20000～30000rpm的条件下进行高速机械破碎，获得匀质浆化餐厨垃圾。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例提供了一种餐厨垃圾真菌发酵同步制备菌丝纤维和乙醇的方法，将餐厨垃圾进行分选破碎后进行热水解预处理可以增强垃圾中淀粉、蛋白等大分子有机物的溶解性和降低其聚合度，同时提高油脂的分离效率；将热水解后的餐厨垃圾进行三相分离分别获得油脂、上清液和固体残渣可以有效实现餐厨垃圾的分质分相资源化利用；热水解上清液真菌发酵制备菌丝纤维同步回收真菌发酵过程中的代谢产物乙醇可以显著提升餐厨垃圾资源化的附加值，克服目前生物发酵以甲烷为单一能源性产品的缺陷，同时，菌丝纤维还后续可以进一步加工制备菌丝纤维纸基材料。

附图说明

图1为实施例1中一种餐厨垃圾真菌发酵同步制备菌丝纤维和乙醇的方法的流程示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例1

参见图1，图1为一种餐厨垃圾真菌发酵同步制备菌丝纤维和乙醇的方法的流程示意图，本实施例提供一种餐厨垃圾真菌发酵同步制备菌丝纤维和乙醇的方法，具体过程为：

将取自校园餐厅的餐厨垃圾沥水后，将塑料、金属、织物、骨头及筷子等杂质分选出来，然后进行高速机械破碎，转速为25000rpm，破碎时间3min。将破碎后获得的均质餐厨垃圾加水稀释，将固含量调节至13wt.％左右，然后进行热水解预处理，预处理温度为120℃，处理时间为1h，搅拌转速为200rpm，反应结束后通过冷凝水降温至50℃。热水解后将餐厨垃圾通过离心进行三相分离，离心转速为12000rpm，离心时间为10min。通过抽吸的分别回收油脂和热水解上清液，回收油脂的回收率约为90％；热水解上清液的cod浓度约为95.2g/l，总糖含量约为62.9g/l。餐厨垃圾热水解上清液接种黑曲霉进行真菌发酵，在28℃和150rpm震荡培养5天后，菌丝纤维的生物量达到11.2g/l，乙醇浓度大于4.0g/l。

实施例2

本实施例提供一种餐厨垃圾真菌发酵同步制备菌丝纤维和乙醇的方法，具体过程为：

将实施例1中经过一次真菌(黑曲霉)发酵回收菌丝纤维和乙醇的餐厨垃圾发酵液再进行灭菌处理，经过一次发酵后的餐厨垃圾cod浓度为70.8g/l，总糖浓度为41.6g/l，灭菌后的剩余真菌发酵液再次接种黑曲霉悬液进行真菌发酵，在28℃和150rpm震荡培养5天后，真菌菌丝纤维浓度达到14.0g/l，乙醇浓度大于6.0g/l。

实施例3

本实施例提供一种餐厨垃圾真菌发酵同步制备菌丝纤维和乙醇的方法，具体过程为：

餐厨垃圾热水解液真菌发酵结束后，通过真空抽滤方法分别回收菌丝颗粒，抽滤筛网为200目。回收得到的菌丝颗粒加水进行疏解，疏解过程中菌丝纤维的浓度为1.0wt.％，疏解转速3500rpm，疏解时间1min，疏解后的菌丝纤维加入到抄片器中，加水调节菌丝纤维稀释后的上网浓度为0.1wt.％，经过搅动或鼓泡使菌丝纤维分散均匀，静置10s后，通过网下脱水元件所产生的负压进行过滤，使菌丝纤维均匀的沉积在网面上，形成纸页，将形成的纸页通过压滤脱水，再经过干燥即可形成菌丝纤维纸，菌丝纤维质的定量是146.6g/cm²，厚度是275.3μm，抗张强度3.70kn/m。