一种连续固态发酵餐厨垃圾生产丁醇的方法技术

本发明专利技术公开了一种连续固态发酵餐厨垃圾生产丁醇的方法。其基本步骤如下：(1)利用离心脱水机对餐厨垃圾进行液固分离；(2)对脱水后的餐厨垃圾进行汽爆处理；(3)根据重量向处理过的餐厨垃圾中添加糖化酶，纤维素酶送入连续固态发酵反应器中；(4)将培养好的丙酮丁醇梭菌种子液连续接种培养基；(5)在设定的条件下连续向反应器中输入原料进行连续的丁醇发酵和提取；(6)冷凝得到的溶剂通过精馏得到丙酮，乙醇和丁醇的纯品；(7)发酵完成的残渣通过连续干燥器进一步干燥至含水量低于14％后用作有机肥料。本发明专利技术采用连续固态发酵工艺避免了废水处理，增加了处理效率，减少了能耗，降低了丁醇的生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于废弃物资源化利用技术，特别涉及一种连续固态发酵餐厨垃圾生产丁醇方法。
技术介绍
餐厨垃圾指的是指居民日常生活以及食品加工中产生的食物废料，来源主要集中在酒店、食品工厂、学校、政府、科研机构等，是城市生活垃圾的丰要组成部分。餐厨垃圾主要成分包括米和面粉类食物残余、蔬菜、动植物油、肉骨等，从化学组成上，有淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐。近年来，随着我国城市人民生活水平的提高，餐厨垃圾的产生量迅速增加。清华大学环境系固体废物污染控制及资源化研究所的统计数据表明，中国城市每年产生餐厨垃圾不低于6000万吨。国内主要城市的餐厨垃圾产生量均已超过1000吨/天，其中北京高达1600吨/天，上海达1300吨/天，杭州也在1000吨/天左右。从目前国内外技术发展看，适合大规模集中处理餐厨垃圾的技术主要有：高温消毒或微生物发酵制取动物饲料、好氧发酵堆肥、厌氧消化制取沼气和肥料、热解处理、焚烧处理和酶解发酵乙醇等技术。餐厨垃圾制取饲料虽然可以充分利用餐厨垃圾中的营养成分，具有很好的资源化效果，但是这种方式生产的饲料的安全性较差，比如这种饲料可能引起口蹄疫和疯牛病。基于这种考虑，从餐厨垃圾生产动物饲料在许多国家是明令禁止的。通过好氧堆肥可以生产有机肥料。但是这种技术生产能耗较大，操作过程较复杂，设备投资大，目前餐厨垃圾主要集中产生于大城市，而有机肥的使用却在农村地区，肥料的销路也有问题。通过生物厌氧消化处理可以生产沼气并可能联产热能和电能，但是沼气发酵周期较长，菌种存在安全管理问题。热解处理餐厨垃圾可以得到燃油等产品，但是餐厨垃圾的热值偏低，含水量较高，热解前期需要消耗较多的外部热能，从而增加成本。焚烧处理可以实现较好的减容性，但是餐厨垃圾热值偏低，高含水率会导致焚烧炉内燃烧不完全，促进二噁英的生成。丁醇是重要的化工原料和有机溶剂，在工业、医药、食品中有广泛的用途。作为比燃料乙醇更具有广泛应用前景的新型生物燃料，丁醇具有良好的水不溶性，低蒸汽压，高热值等特点，与燃料乙醇相比，能够与汽油达到更高的混合比，能量密度接近汽油，更适合在现有的燃料供应和分销系统中使用。同时，与石油炼制的运输燃料相比，生物丁醇还具有显著的环保效益，减少石油精炼过程中温室气体的排放。相比较而言，利用餐厨垃圾酶解发酵燃料丁醇是一种较有潜力的一种餐厨垃圾处理技术。
技术实现思路
【专利技术目的】随着社会生活的日益发展，人民生活水平日益提高，餐厨垃圾在我国的产量逐年增加。餐厨垃圾如果不能及时处理将会产生异味、滋生细菌和病毒并传播疾病，给环境卫生带来恶劣的影响。但是另一方面，餐厨垃圾又是放错地方的资料，其含有丰富的-->养分，如能充分利用将会产生显著的社会和经济效益。本专利技术的目的就是针对目前餐厨垃圾利用中存在的生产效率低下，同时还会产生二次污染等问题，专利技术一种连续固态发酵餐厨垃圾生产丁醇的方法，在解决环境问题的同时，通过高效率、低成本、清洁的生产工艺生产液体燃料满足社会对液体燃料日益增长的需求。【本专利技术的构思】传统的燃料丁醇的生产是通过液态发酵的方法生产的，这种生产方法针对较纯的、且容易溶解的底物是比较适宜的。餐厨垃圾的一个特点是其组成十分复杂，且还有较多的不溶性底物，这样的底物作为液态发酵培养基时需要先进行粉碎均浆，然后再加入一定比例的水。这样的工艺就造成了生产能耗增加，同时发酵结束后还要处理大量的有机废水。相对于液态发酵，固态发酵是在不含有游离水的固态物料上进行的节水节能的绿色发酵方式，而餐厨垃圾这样的发酵底物实际上更适于固态发酵。已有的餐厨垃圾发酵生产乙醇的方式还有一个问题就是生产为分批操作方式，这样的操作方式生产效率较低，在面对大批量物理时往往需要增加反应设备来增加生产效率，从而使投资增加，所占用的生产场地面积巨大。固态发酵，尤其是连续的固态发酵如果能用于餐厨垃圾的处理，将有可能很好的解决这个问题。【本专利技术技术方案】本专利技术通过以下步骤实现连续固态发酵餐厨垃圾生产丁醇：(1)利用离心脱水机对餐厨垃圾进行液固分离，使餐厨垃圾的含水量降低到40-50％(w/w)之间；(2)对脱水后的餐厨垃圾进行汽爆处理，通过此步骤在1.0-2.0MPa，30-900秒的汽爆条件下对餐厨垃圾进行灭菌，同时对餐厨垃圾中的淀粉类和纤维素类原料进行预处理便于后续的酶解发酵；(3)根据重量向处理过的餐厨垃圾中添加糖化酶，纤维素酶送入连续固态发酵反应器中，糖化酶的用量为1000-5000U/100g干汽爆餐厨垃圾，纤维素酶的用量为200-1000IU/100g干汽爆餐厨垃圾；(4)将培养好的丙酮丁醇梭菌种子液连续接种培养基，接种量为50-200L/吨干汽爆餐厨垃圾；(5)发酵的同时通过控制二氧化碳气体的循环速度控制发酵塔的温度在35-40℃之间，通过控制螺旋进料器的进料和出料速度控制物料在发酵塔中的停留时间在36-44h之间，通过控制热泵系统的冷凝器温度在40-60℃，蒸发器温度在4-8℃进行发酵产物(丙酮，丁醇和乙醇)的回收；(6)冷凝得到的溶剂通过精馏得到丙酮，乙醇和丁醇的纯品；(7)发酵完成的残渣通过连续干燥器进一步干燥至含水量低于14％后用作有机肥料。本专利技术具有以下特点和优势：1.通过汽爆对餐厨垃圾进行处理同时实现了餐厨垃圾的消毒灭菌和纤维素原料的预处理，既优化了生产环境条件，又增加了纤维素原料的降解率；2.采用固态发酵生产丁醇，避免了后续的废水处理，消除了治污的同时又产生新的环境污染的问题；3.采用连续发酵的生产工艺相对分批发酵大大增加了垃圾处理的效率，完全可以处理日益增加的垃圾处理量；4.生产过程中将丁醇的发酵和提取通过热泵系统进行了耦合，这种耦合充分利用了发酵过程中所产生的发酵热用于丁醇的提取，增加了丁醇的浓度，降低了丁醇的蒸馏能耗；5.生产过程中除得到丁醇外还可以得到有机肥料，生产过程中完全无废弃物和新的污染物产生，实现了餐厨垃圾的全消化和全利用。-->附图说明图1连续固态发酵餐厨垃圾生产丁醇工艺流程图，1餐厨垃圾，2废水，3脱水餐厨垃圾，4汽爆处理后的餐厨垃圾，5糖化酶和纤维素酶制剂，6丙酮丁醇梭菌种子液，7溶剂回收液，8丙酮，9丁醇，10乙醇，11发酵渣，12有机肥，13高速离心机，14汽爆罐，15进料器，16发酵罐，17螺旋进料器，18连续固态发酵反应塔，19热泵系统蒸发器，20热泵系统冷凝器，21热泵系统压缩机，22罗茨循环风机，23螺旋出料器，24连续干燥器，25精馏塔。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1从某大型企业食堂收集的餐厨垃圾，首先对其营养成分进行了分析，分析结果显示每100g餐厨垃圾中含有脂肪2.04g，总糖3.45g，还原糖1.88g，非还原糖1.57g，纤维素1.82g，含水量85％。首先使用高速离心机在5000转的速度下将餐厨垃圾中的多余水分去除，脱水完成后餐厨垃圾的含水量降低到47.5％。脱出的液体含有一定量的有机成分，用作液体肥料。脱水后的餐厨垃圾在500L的汽爆罐14中对这种餐厨垃圾进行汽爆处理，采用的条件为压力1.4MPa，处理时间180秒。处理完成后按照每100g餐厨垃圾加入4000U糖化酶，200IU纤维素酶后通过螺旋进料器17送入连续固态发酵反应塔18。丙酮丁醇梭菌(Cl本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种连续固态发酵餐厨垃圾生产丁醇的方法，其特征在于该方法以餐厨垃圾为原料通过以下步骤生产丁醇：（１）利用离心脱水机对餐厨垃圾进行液固分离；（２）对脱水后的餐厨垃圾进行汽爆处理；（３）根据重量向处理过的餐厨垃圾中添加糖化酶，纤维素酶送入连续固态发酵反应器中；（４）将培养好的丙酮丁醇梭菌种子液连续接种培养基；（５）在设定的条件下连续向反应器中输入原料进行连续的丁醇发酵和提取；（６）冷凝得到的溶剂通过精馏得到丙酮，乙醇和丁醇的纯品；（７）发酵完成的残渣通过连续干燥器进一步干燥至含水量低于１４％后用作有机肥料。

【技术特征摘要】
1.一种连续固态发酵餐厨垃圾生产丁醇的方法，其特征在于该方法以餐厨垃圾为原料通过以下步骤生产丁醇：(1)利用离心脱水机对餐厨垃圾进行液固分离；(2)对脱水后的餐厨垃圾进行汽爆处理；(3)根据重量向处理过的餐厨垃圾中添加糖化酶，纤维素酶送入连续固态发酵反应器中；(4)将培养好的丙酮丁醇梭菌种子液连续接种培养基；(5)在设定的条件下连续向反应器中输入原料进行连续的丁醇发酵和提取；(6)冷凝得到的溶剂通过精馏得到丙酮，乙醇和丁醇的纯品；(7)发酵完成的残渣通过连续干燥器进一步干燥至含水量低于14％后用作有机肥料。2.如权利要求1所述的一种连续固态发酵餐厨垃圾生产丁醇的方法，其特征在于，所述的固液分离是指将餐厨垃圾的含水量降低至40-50％(w/w)。3.如权利要求1所述的一种连续固态发酵餐厨垃圾生产丁醇的方法，其特征在于，所述的汽爆预处...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈洪章，李宏强，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：11