一種基于調(diào)控水分形態(tài)的廚余垃圾好氧發(fā)酵處理工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于調(diào)控水分形態(tài)的廚余垃圾好氧發(fā)酵處理工藝，包括如下步驟：（1）收集廚余垃圾進行油水分離，去除雜質(zhì)后進行破碎，得到破碎后的廚余垃圾；（2）調(diào)節(jié)破碎后的廚余垃圾的含水率為50～75%，然后與好氧發(fā)酵菌劑混合，進行好氧發(fā)酵，好氧發(fā)酵開始前調(diào)節(jié)好氧發(fā)酵體系總纖維素的含量至15%～25%，或在好氧發(fā)酵體系中添加保水劑，實現(xiàn)廚余好氧發(fā)酵體系中水分形態(tài)的調(diào)控。本發(fā)明通過調(diào)控廚余垃圾好氧發(fā)酵體系中水分形態(tài)的調(diào)控，從而提高廚余垃圾好氧發(fā)酵的效率。
【專利說明】一種基于調(diào)控水分形態(tài)的廚余垃圾好氧發(fā)酵處理工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有機廢棄物好氧發(fā)酵【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于調(diào)控水分形態(tài)的廚余垃圾好氧發(fā)酵處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]廚余垃圾是有機垃圾的一種，包括剩菜、剩飯、菜葉、果皮、蛋殼、茶渣、骨等，泛指飲食活動中產(chǎn)生的廢棄食材及廢棄或殘留的食物。
[0003]廚余垃圾作為一種有機質(zhì)廢棄物，有機質(zhì)含量豐富，在實際處理處置過程中常采用好氧發(fā)酵技術(shù)對廚余垃圾進行資源化。好氧發(fā)酵過程中，含水率是關(guān)鍵的控制因素之一，過高的含水率會阻礙氣體在好氧發(fā)酵體系中的傳質(zhì)，從而使得好氧發(fā)酵體系趨于厭氧；過低的含水率會使得體系中微生物的活動受到抑制，不利于有機質(zhì)的分解和腐殖化。
[0004]好氧發(fā)酵過程中含水率會持續(xù)下降，為了使體系的含水率保持在一個合適的范圍，通常采用外源補充水分的方式實現(xiàn)，但在好氧發(fā)酵產(chǎn)物貯藏、運輸和使用過程中又要求含水率保持在較低的水平，因此這部分外源添加的水分在好氧發(fā)酵后期又需要被去除，這在無形中增加了好氧發(fā)酵的成本。而通過調(diào)控廚余垃圾好氧發(fā)酵體系的水分形態(tài)，在不外源添加水分的前提下，能改善好氧發(fā)酵體系的含水率狀況，并有效促進好氧發(fā)酵體系的穩(wěn)定和腐熟。
[0005]廚余垃圾好氧發(fā)酵體系中存在三種水分形態(tài),分別為滯化水、毛細水和結(jié)合水,其中滯化水和毛細水能夠被微生物利用，同時這三種形態(tài)的水的散失難易程度依次為結(jié)合水、毛細水和滯化水。
[0006]在一定條件下這三種形態(tài)的水分可以互相轉(zhuǎn)化和發(fā)生遷移，因此通過調(diào)控水分形態(tài)，降低易散失的滯化水的比例，從而減緩含水率的下降速度，提高好氧發(fā)酵體系的處理效率，同時不給廚余垃圾好氧發(fā)酵體系增加脫水的壓力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種基于調(diào)控水分形態(tài)的廚余垃圾好氧發(fā)酵處理工藝，通過調(diào)控廚余垃圾好氧發(fā)酵體系的水分形態(tài)，從而提高廚余垃圾好氧發(fā)酵的效率。
[0008]一種基于調(diào)控水分形態(tài)的廚余垃圾好氧發(fā)酵處理工藝，包括如下步驟:
[0009](I)收集廚余垃圾進行油水分離，去除雜質(zhì)后進行破碎，得到破碎后的廚余垃圾；
[0010](2)調(diào)節(jié)破碎后的廚余垃圾的含水率為50%~75%，然后與好氧發(fā)酵菌劑混合，進行好氧發(fā)酵，好氧發(fā)酵開始前添加調(diào)理劑調(diào)節(jié)好氧發(fā)酵體系總纖維素的含量至15%~25%，或者在好氧發(fā)酵體系中添加保水劑。
[0011]廚余垃圾好氧發(fā)酵體系中存在三種水分形態(tài),分別為滯化水、毛細水和結(jié)合水,其中滯化水和毛細水能夠被微生物利用，同時這三種形態(tài)的水的散失難易程度依次為結(jié)合水、毛細水和滯化水。在一定條件下這三種形態(tài)的水分可以互相轉(zhuǎn)化和發(fā)生遷移，因此通過調(diào)控水分形態(tài)，降低易 散失的滯化水的比例，從而減緩含水率的下降速度，提高好氧發(fā)酵體系的處理效率，同時不給體系增加脫水的壓力。
[0012]因此本發(fā)明通過添加保水劑和調(diào)控好氧發(fā)酵體系中總纖維素的含量這兩種方式，實現(xiàn)廚余垃圾好氧發(fā)酵體系中水分形態(tài)的調(diào)控，從而提高廚余垃圾好氧發(fā)酵的效率。
[0013]所述的總纖維素是半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的總和。
[0014]作為優(yōu)選,步驟(1)中所述破碎后的廚余垃圾的粒徑為Icm~8cm。進一步優(yōu)選為5cm。
[0015]作為優(yōu)選，步驟(2)中向好氧發(fā)酵體系中添加調(diào)理劑以調(diào)節(jié)其總纖維素的含量至19.99% ~22.69%。
[0016]進一步優(yōu)選，所述調(diào)理劑的總纖維素含量為20%~45%;廚余垃圾與調(diào)理劑的干重比值為1:3~1:1。所述調(diào)理劑優(yōu)選為廢棄食材。
[0017]另一種優(yōu)選方式，步驟(2)中向好氧發(fā)酵體系中添加保水劑，保水劑添加量為好氧發(fā)酵體系濕重的0.25%~2.00%，保水劑的吸水倍率為150~400。
[0018]進一步優(yōu)選，所述保水劑為陰離子型聚丙烯酰胺、吸水樹脂或淀粉接枝丙烯酸鹽。
[0019]進一步優(yōu)選，所述保水劑在好氧發(fā)酵體系進入高溫期之前或高溫期初期添加。所述好氧發(fā)酵的發(fā)酵高溫期溫度為50~70°C。
[0020]作為優(yōu)選，所述好氧發(fā)酵的發(fā)酵時間為14~18天。更優(yōu)選為16天。
[0021]作為優(yōu)選，所述好氧發(fā)酵的過程中充氧方式為強制曝氣或靜置翻堆，曝氣量為
0.04L/ (min.L)~0.1L/ (min.L)，翻堆頻率為 I ~4 天。
[0022]在廚余垃圾好氧發(fā)酵體系中調(diào)整廚余垃圾與調(diào)理劑的比例控制廚余垃圾好氧發(fā)酵體系中總纖維素含量，或添加保水劑，從而實現(xiàn)對廚余垃圾好氧發(fā)酵體系中水分形態(tài)的調(diào)控，在上述優(yōu)選條件組合下，好氧發(fā)酵啟動2天至6天這段時期內(nèi)，滯化水占總水分的比例為55%~70%，毛細水占總水分的比例為20%~40%，結(jié)合水占總水分的比例為2%~15% ；好氧發(fā)酵結(jié)束時，滯化水占總水分的比例為80%~92%，毛細水占總水分的比例為5%~15%，結(jié)合水占總水分的比例為4%~7%。
[0023]所述好氧發(fā)酵菌劑分離自廚余垃圾中，為廚余垃圾體系中的土著菌，為混菌體系，也可以使用商業(yè)應(yīng)用的普通發(fā)酵菌劑((例如EM菌劑，金寶貝一型等)，添加菌劑能降低發(fā)酵周期，其添加量在IO8~1015CFU/kg (濕重)之間。
[0024]所述廚余垃圾為飲食結(jié)束后產(chǎn)生的有機質(zhì)廢棄物。
[0025]所述油水分離是指將原始的廚余垃圾放置在篩網(wǎng)上，實現(xiàn)油水和廚余垃圾之間的分離。
[0026]所述好氧發(fā)酵過程在好氧發(fā)酵裝置中進行，裝置配有曝氣裝置、在線溫度監(jiān)測裝置和保溫層，實行強制曝氣或靜置翻堆，曝氣量在0.04L/(min.L)~0.1L/(min.L)之間，翻堆頻率為I~4天。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0028]本發(fā)明通過添加保水劑和調(diào)控好氧發(fā)酵體系中總纖維素的含量，實現(xiàn)廚余垃圾好氧發(fā)酵體系中水分形態(tài)的調(diào)控，從而提高廚余垃圾好氧發(fā)酵的效率。
【具體實施方式】
[0029]實施例1:[0030]廚余垃圾好氧發(fā)酵原料:取杭州某高校食堂廚余垃圾12kg (含水率為73.90±0.69%)，風(fēng)干的廢棄食材6kg (含水率為12.85±0.22%)。
[0031]取廚余垃圾浸提后的上清液接種入以淀粉、葡萄糖和蛋白質(zhì)其中之一為碳源的無機鹽培養(yǎng)基中，分別篩選得到具有降解淀粉、葡萄糖和蛋白質(zhì)功能的菌群，在使用前將三類菌群在LB培養(yǎng)基中混合培養(yǎng)得到所需的菌液。
[0032]將上述廚余垃圾和風(fēng)干的廢棄食材均破碎成粒徑5cm，然后進行充分混合，加入18ml濃度為lX1015CFU/mL的菌液，并調(diào)節(jié)含水率為60%，最后將混合的材料分成三等份。
[0033]第一份材料直接放入好氧發(fā)酵裝置A中；第二份材料添加保水劑(陰離子型聚丙烯酰胺)，保水倍率為200，其質(zhì)量為濕重的0.5%，然后混合均勻后放入好氧發(fā)酵裝置B中；第三份材料直接放入好氧發(fā)酵裝置C中，當(dāng)體系的溫度穩(wěn)定在50°C左右時，將裝置C內(nèi)的物料全部取出添加保水劑(陰離子型聚丙烯酰胺)，其質(zhì)量為濕重的0.5%，混合均勻后重新填入裝置C中。所有裝置的曝氣量均為0.05L/(min.L)，好氧發(fā)酵時間為16天。
[0034]好氧發(fā)酵期間，實時監(jiān)測溫度，每兩天取樣一次，測定含水率、滯化水、毛細水和結(jié)合水，初始樣和好氧發(fā)酵結(jié)束時的樣品還需測定PHA (胡敏酸占總腐殖酸的百分比)。整個好氧發(fā)酵過程中裝置A在80h時溫度達到50°C，過程中最高溫度為57.8V ;裝置B在24h時溫度達到了 50°C，過程中最高溫度為57.80C;裝置C在72h時溫度達到50°C，并且在88h時添加了保水劑，過程中最高溫度為60.2 0C。裝置A初始的PHA為8.86%，結(jié)束時PHA為
21.36% ;裝置B初始的PHA為8.86%，結(jié)束時PHA為24.07% ;裝置B初始的PHA為8.86%，結(jié)束時 PHA 為 25.53%。
[0035]裝置A、B和C的含水率、滯化水、毛細水和結(jié)合水的狀況見表1
[0036]表1
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種基于調(diào)控水分形態(tài)的廚余垃圾好氧發(fā)酵處理工藝，其特征在于，包括如下步驟: (1)收集廚余垃圾進行油水分離，去除雜質(zhì)后進行破碎，得到破碎后的廚余垃圾； (2)調(diào)節(jié)破碎后的廚余垃圾的含水率為50%~75%，然后與好氧發(fā)酵菌劑混合，進行好氧發(fā)酵，好氧發(fā)酵開始前添加調(diào)理劑調(diào)節(jié)好氧發(fā)酵體系總纖維素的含量至15%~25%，或者在好氧發(fā)酵體系中添加保水劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于調(diào)控水分形態(tài)的廚余垃圾好氧發(fā)酵處理工藝，其特征在于，步驟(1)中所述破碎后的廚余垃圾的粒徑為Icm~8cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于調(diào)控水分形態(tài)的廚余垃圾好氧發(fā)酵處理工藝，其特征在于，步驟(2)中向好氧發(fā)酵體系中添加調(diào)理劑以調(diào)節(jié)其總纖維素的含量至19.99%~22.69%ο
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于調(diào)控水分形態(tài)的廚余垃圾好氧發(fā)酵處理工藝，其特征在于，所述調(diào)理劑的總纖維素含量為20%~45% ;廚余垃圾與調(diào)理劑的干重比值為1:3~1:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于調(diào)控水分形態(tài)的廚余垃圾好氧發(fā)酵處理工藝，其特征在于，步驟(2)中向好氧發(fā)酵體系中添加保水劑，保水劑添加量為好氧發(fā)酵體系濕重的0.25%~2.00%，保水劑的吸水倍率為150~400。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于調(diào)控水分形態(tài)的廚余垃圾好氧發(fā)酵處理工藝，其特征在于，所述保水劑在好氧發(fā)酵體系進入高溫期之前或高溫期初期添加?！?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于調(diào)控水分形態(tài)的廚余垃圾好氧發(fā)酵處理工藝，其特征在于，所述好氧發(fā)酵的發(fā)酵高溫期溫度為50~70°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于調(diào)控水分形態(tài)的廚余垃圾好氧發(fā)酵處理工藝，其特征在于，所述好氧發(fā)酵的發(fā)酵時間為14~18天。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于調(diào)控水分形態(tài)的廚余垃圾好氧發(fā)酵處理工藝，其特征在于，所述好氧發(fā)酵的過程中充氧方式為強制曝氣或靜置翻堆，曝氣量為0.04L/(min.L)~·0.1L/ (min.L),翻堆頻率為I~4天。
【文檔編號】C05F9/04GK103819235SQ201410029921
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】龍於洋, 楊煜強, 王坤, 葉凌麗, 沈東升, 馮華軍, 申屠佳麗, 汪美貞, 殷峻, 周玉央, 李娜 申請人:浙江工商大學(xué)