一种基于氨基酸肥制备技术的餐厨垃圾精细化利用工艺的制作方法

1.本技术涉及餐厨垃圾资源化利用技术领域，尤其是涉及一种基于氨基酸肥制备技术的餐厨垃圾精细化利用工艺。


背景技术：

2.随着全球人口基数的不断增长和人们生活水平的提高，餐厨垃圾的排放量日益增大。大量的餐厨垃圾一方面带来了严重的污染，另一方面造成了巨大的浪费，给各国带来很大的困扰。针对餐厨垃圾的处理，发达国家早在20世纪60年代就已开始，经过几十年的摸索尝试，目前已经形成一定的处理规模，处理技术主要是饲料化处理技术、好氧堆肥处理技术、厌氧能源化处理技术。
3.按照中国生态环境部发布的《2020年全国大、中城市固体废物污染环境防治年报》数据显示，2019年度全国196个大中型城市的生活垃圾产生量达到23560.2万吨，其中餐厨垃圾产生量约为1亿吨。我国餐厨垃圾具有产生量大、含水率高、有机质含量丰富、盐分和油脂含量高等特点，极易腐败变质和滋生病菌；且高含水率还会增加污染物渗入水生态环境和土壤环境的风险。另一方面，餐厨垃圾可生物利用度高，丰富的有机质具备较好的资源化回收利用潜力。因此，随着我国垃圾分类和餐厨垃圾收运体系的逐步完善，寻求高效资源化的处理处置方式是关键。现有处理技术主要有填埋、制沼气、焚烧、好氧堆肥，虽然能在一定程度上实现减量化和资源化，但会伴随产生沼液、沼渣、渗滤液、恶臭温室气体等新问题。更为重要的是，现有处理工艺的产品附加值偏低，从而制约了餐厨垃圾治理行业的可持续发展。
4.餐厨垃圾经精细化分选和三相分离后，餐厨固渣中有机组分主要包括淀粉、蛋白质和纤维素类物质，蛋白质在餐厨垃圾中含量丰富（15%~35%）是餐厨固渣的主要组分之一，而且随着居民生活水平的提高，餐厨垃圾中的蛋白质比重将持续增加；如果得不到有效回收利用，将会是对资源的极大浪费。由于同源性污染，餐厨垃圾直接制备成蛋白饲料具有生物安全隐患，并且其产品经济价值低，已经不再是合理的利用方式；将餐厨垃圾氮源转化成更高值的产品则是今后的发展趋势，而其中氮源的有效回收是关键。
5.目前国内外研究较多的蛋白提取方法为超声法、酸碱法和酶法。超声法提取效率低下，一般仅作为辅助技术使用。酸碱法提取蛋白质会产生一些有害副产物，且杂质含量高，很难实现蛋白质的有效分离。酶提取方法的反应条件温和，转化产物的专一度高，具有明显的优势，因而采用酶法将餐厨垃圾氮源转化成更高值的产品则是今后的发展趋势，产物也具有多样化形式，如生物活性肽、多肽有机肥、微生物菌剂、单细胞蛋白等。目前在餐厨垃圾处理相关研究方面，酶解方法主要是作为预处理手段来强化后续厌氧生物处理效率；而以酶法为基础转化利用餐厨垃圾的技术工艺未见报道。


技术实现要素：

6.本技术提出了一种基于氨基酸肥制备技术的餐厨垃圾精细化利用工艺，该工艺提
升餐厨垃圾的资源产品价值，生产过程无废弃物排放，实现餐厨固渣的高值化、精细化、全量化利用，解决了餐厨垃圾常见处理方式如填埋、焚烧、饲料化和沼气化普遍存在的资源化利用效率不高的缺陷。
7.本技术采用酶法对餐厨垃圾进行分质处理，利用淀粉酶解法先提取出餐厨垃圾中的糖类物质，提高底物的蛋白质纯度；再采用梯度酶解定向催化制备氨基酸肥，实现了产物的定向制备和高效分离，在此基础上，进一步采用黑水虻饲养技术资源化处理酶法分质后的残渣，以实现餐厨垃圾的全量化处理，提高了产品的附加值。
8.本技术所提出的工艺可以产出溶解性碳源、氨基酸肥、昆虫蛋白、虫沙。溶解性碳源用于污水处理厂脱氮除磷过程，缓解污水处理厂普遍存在碳源缺乏问题，可以有效降低运行成本。氨基酸肥含有种类丰富的氨基酸，可以用作液态肥料和土壤改良剂使用，具有提高施肥对象抗病性，改善施肥作物品质的功能。昆虫蛋白可以作为饲料用于水产养殖和畜禽饲养，或者生产高价值的抗菌肽，而虫沙则可以作为有机肥料使用。
9.本技术的目的是提出一种基于氨基酸肥制备技术的餐厨垃圾精细化利用工艺，包含以下步骤：（1）以餐厨垃圾为原料进行预处理，得到餐厨固渣，并分析餐厨固渣的成分组成；（2）将餐厨固渣用水调节浓度后进行糊化反应，并添加淀粉酶进行酶解反应，反应结束后灭活淀粉酶，固液分离后提取上清液，即为包含低聚糖和还原糖的溶解性碳源；（3）将步骤（2）固液分离后的固相物用水调节浓度，并加入蛋白酶进行梯度酶解，反应结束后灭活蛋白酶，将灭活后的混合液固液分离，分离得到的上清液即为氨基酸肥；（4）将步骤（3）固液分离后得到的固相物接种黑水虻，养殖完成后，获得黑水虻昆虫蛋白和虫沙。
10.本技术的有益效果：（1）开辟了餐厨垃圾资源化利用的全新途径，产出多种高价值的产品可以直接使用或者用作进一步深加工的原料。
11.（2）开发了基于氨基酸肥制备技术的餐厨垃圾精细化利用工艺，实现对餐厨垃圾有机组分的分质处理和资源化利用，生产过程无废弃物排放，具有显著环境和社会效益。
12.（3）餐厨垃圾精细化利用工艺可以达到80-90%的有机质总减量率。
附图说明
13.图1是本技术实施例中餐厨垃圾精细化利用工艺流程图；图2是本技术实施例中转化过程中黑水虻幼虫营养组成结构的变化。
具体实施方式
14.以下对本技术的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本技术，不用于限制本技术。
15.实施例：（1）对取自某公司的餐厨垃圾进行机械分拣、制浆、三相分离等预处理后得到餐厨固渣，分析餐厨固渣的成分组成，餐厨固渣主要由蛋白质、糖类、油脂及其它杂质组成，其它杂质主要为粗纤维，具体如表1所示：
表1餐厨固渣主要组成成分（g/100g干重）物质成分tsvs粗蛋白粗淀粉粗脂肪其他含量/'.992.8
±
4.138.7
±
1.733.2
±
1.41.8
±
0.216.5
±
0.9（2）餐厨固渣样品采集完成后，在105℃下烘干并用高速粉碎机粉碎，然后放置密封袋中于4℃下保藏待用。称取20 g餐厨固渣（以ts 计）分别加至血清瓶中，用去离子水调节底物质量浓度至200 g/l；接着在恒温摇床中进行糊化反应，糊化反应的条件为转速120 r/min、温度60℃、反应时间60min。
16.（3）添加α淀粉酶和γ淀粉酶构成的复合淀粉酶进行酶解反应，反应条件为：底物质量浓度190 g/l、酶添加质量分数0.6%、复合淀粉酶质量比3:1、酶解温度57.0℃、酶解ph 6.2。反应结束后，将血清瓶置于100℃水浴锅中热处理15 min 以灭活淀粉酶，5000 r/min 离心10 分钟后，提取上清液，得到的上清液即为溶解性碳源。
17.（4）将离心后得到的固相物放入锥形瓶中，用去离子水调节底物质量浓度至55 g/l（以蛋白质的量计）。
18.（5）加入酸性蛋白酶酶解，酶活为50 u/mg，蛋白酶添加量3%，在50℃ 恒温摇床中、转速150 r/min进行酶解反应，4小时后将反应后的锥形瓶取出。
19.（6）反应结束后进行高温灭活，灭活条件为90℃水浴15分钟。
20.（7）将灭活后的混合液进行固液分离，固液分离条件：转速5000 r/min 、离心10 分钟，分离得到的上清液即为氨基酸肥。
21.（8）将步骤（7）固液分离后得到的固相物，接种黑水虻进行昆虫转化。
22.（9）采用的黑水虻接种比为1500只/kg固相物，接种后，用有孔的薄膜将实验盒封好，放入气候培养箱中培养，饲养温度为30℃左右，湿度为70%-75%。
23.（10）黑水虻转化后期固相物基本被消纳，约一半幼虫化蛹时结束实验，将幼虫与残渣分离，得到黑水虻虫体，剩余残渣即为虫沙。
24.（11）将得到的溶解性碳源、氨基酸肥、昆虫、虫沙进行性能测试，蛋白质和淀粉的总溶出率分别高达77.1%和89.9%，氨基酸肥中分子量小于10000 的小肽和多肽总占比达94.3%，而大分子蛋白质仅为5.7%，具有很好的高值化利用潜力。黑水虻幼虫蛋白质和脂肪含量分别达到43.0%和38.7%（见图2），营养价值高。
25.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。