一种利用餐厨垃圾联产氢气与昆虫蛋白的方法
技术领域
本发明涉及一种利用餐厨垃圾联产氢气与昆虫蛋白的方法，具体涉及一种利用预处理脱除油脂后的餐厨垃圾联产氢气与昆虫蛋白的方法，属于有机固体废弃物无害化处置领域。
背景技术
随着我国经济的快速发展，人民生活水平的提高，餐厨垃圾的问题日益严峻，据统计，我国目前每年餐厨垃圾的产生量已超过6000万吨。由于餐厨垃圾含水率高、营养丰富，如不能得到妥善处置，很容易产生环境问题。
目前，餐厨垃圾的主要处理方式包括堆肥法、填埋法、焚烧法、饲料化以及厌氧发酵产氢气/甲烷等。其中，厌氧发酵制取氢气/甲烷的方法不仅能够对餐厨垃圾进行减量化处理，并且产生的气体——氢气或甲烷——也是一种重要的可再生能源。但是，在厌氧发酵过程中，餐厨垃圾的利用率仅为15-50％，剩余大量含有高盐度和高有机物的发酵残余物。餐厨垃圾发酵残余物的无害化和资源化利用，也是餐厨垃圾合理处置的重要方面之一。当前针对餐厨垃圾厌氧发酵残余物的主要处理手段为堆肥，但是，餐厨垃圾厌氧发酵残余物高盐的特性大大限制了堆肥后产品作为有机肥的使用和推广。因此，急需一种合理、有效的方式对餐厨垃圾厌氧发酵残余物进行资源化及无害化利用。
黑水虻，学名亮斑扁角水虻，营腐性，取食范围非常广泛，能以腐烂的植物、动物尸体粪便为生，是自然界食物链的重要环节。黑水虻生长迅速、抗逆能力强，其不仅能用于快速处理有机废弃物等，并且所产生的虫砂等也是一种优良的有机肥原料，是处理餐厨垃圾发酵残余物一种极具潜力的处理方式。
发明内容
【技术问题】
现有餐厨垃圾处理方式存在利用率低，剩余大量高盐度、高有机物的发酵残余物难以处理等问题。
【技术方案】
针对以上问题，本发明提供了一种餐厨垃圾联产氢气与昆虫蛋白的方法。餐厨垃圾经分拣去除塑料袋等垃圾后，利用微生物对餐厨垃圾进行预处理，再进入厌氧发酵系统进行产氢；产氢后可直接用于黑水虻养殖生产昆虫蛋白，无需加入辅料。不仅能够从餐厨垃圾中获得氢气等清洁能源，并且能够对厌氧发酵产氢后的废弃物进一步利用生产昆虫蛋白，生产昆虫蛋白过程中的虫砂可以作为良好生物肥回用农业。整个系统餐厨垃圾的利用率能够达到85％以上，实现了餐厨垃圾资源化利用。
具体的，本发明的技术方案为：一种利用餐厨垃圾联产氢气与昆虫蛋白的方法，包括以下步骤：(1)对餐厨垃圾进行分拣，除去的塑料袋等废物；(2)将餐厨垃圾接种微生物进行1-2天的预处理；(3)预处理后的餐厨垃圾接种热处理后的厌氧污泥进行固态厌氧发酵产氢；(4)在产氢结束后的发酵残渣中接种黑水虻幼虫，进行黑水虻饲养；(5)分离虫体与底料：当第一个虫蛹出现时进行虫体与底料分离，得到鲜虫和底料；(6)鲜虫经烘干或晾干后得到昆虫蛋白饲料，底料经腐熟后得到生物有机肥。
进一步的，所述微生物为芽孢杆菌属微生物，例如枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等。
进一步的，所述微生物的接种量为餐厨垃圾的有效体积的0.1-2.0％，其中，所述微生物的菌体浓度为2-10×109CFU/mL。
进一步的，厌氧污泥的热处理条件为温度80-100℃，时间为10-30分钟。
进一步的，所述固态厌氧发酵产氢的固含量为15-20wt％。
进一步的，所述餐厨垃圾和厌氧污泥的干重比为8:1-2:1。
进一步的，所述固态厌氧发酵产氢的温度为35-55℃。
进一步的，所述固态厌氧发酵产氢的时间为3-9天。
进一步的，黑水虻虫卵的接种量是80-200g/吨底物，其中，底物的量按湿重计。
进一步的，使用餐厨垃圾固态发酵残渣饲养黑水虻的温度为25-35℃。
进一步的，黑水虻的饲养时间为7-14天。
进一步的，黑水虻饲养结束后，虫体与底料分离前需首先将料虫混合物翻整、晾晒至含水率低于50％，分离，得到鲜虫和底料。
本发明所具有的优点：
本发明所提出的一种利用餐厨垃圾联产氢气与昆虫蛋白的方法，不仅能够强化从餐厨垃圾中获得氢气等清洁能源，并且能够对厌氧发酵产氢后的废弃物进一步利用生产昆虫蛋白，且无需添加任何辅料，可直接通过饲养黑水虻生产昆虫蛋白，生产昆虫蛋白的过程中的虫砂可以作为良好生物肥回用农业。整个系统餐厨垃圾的利用率能够达到85％以上，实现了餐厨垃圾资源化利用，且本发明无需对餐厨垃圾进行额外的处理，成本更低，易于推广。
附图说明
图1为实施例2中餐厨垃圾固态厌氧发酵过程中沼气及氢气产量。
图2为实施例2中餐厨垃圾发酵剩余物饲养黑水虻所得昆虫蛋白的营养组分。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
下述实施例中涉及的检测方法如下：
沼气产量检测方法：排水法。
沼气中氢气含量检测方法：气相色谱法(SP6890，鲁南瑞虹化工仪器有限公司)。
实施例1
(1)将取自江南大学食堂的餐厨垃圾，经人工分拣经分拣去除塑料袋等垃圾，匀浆后作为底物；
(2)将取自无锡市污水处理厂厌氧工艺的厌氧污泥经过100℃加热15分钟，抑制产甲烷菌活力后作为接种物。将餐厨垃圾中接种热处理后的厌氧污泥，在37℃下进行厌氧产氢实验，设置厌氧发酵体系固含量为20wt％，底物与接种物干重比为3:1，发酵6天后，餐厨垃圾厌氧发酵过程中氢气与甲烷产量分别为45.6和15.4mL/g VS。
此时，餐厨垃圾的利用率为15.8％(餐厨垃圾利用率＝(餐厨垃圾加入量-发酵后餐厨垃圾剩余量)/餐厨垃圾加入量×100％，式中所列量的概念均以挥发性物质重量(volatile solid，VS)计)
实施例2
(1)将取自江南大学食堂的餐厨垃圾，经人工分拣经分拣去除塑料袋等垃圾，匀浆后作为底物；
(2)对步骤(1)获得的餐厨垃圾接种餐厨垃圾的有效体积的0.5％的枯草芽孢杆菌菌液(菌液中菌体的浓度为4×109CFU/mL)，预处理2天；
(3)将取自无锡市污水处理厂厌氧工艺的厌氧污泥经过100℃加热15分钟，抑制产甲烷菌活力后作为接种物。将微生物预处理后的餐厨垃圾中接种热处理后的厌氧污泥，在37℃下进行厌氧产氢实验，设置厌氧发酵体系固含量为20wt％，底物与接种物干重比为3:1，餐厨垃圾厌氧发酵过程中沼气和氢气产量变化如图1所示，可见发酵6天后，沼气和氢气产量分别为76.4和23.4mL/g VS。
此时，餐厨垃圾的利用率为18.6％。可见，微生物处理能够提高餐厨垃圾的利用率。
(4)将餐厨垃圾厌氧发酵后的残余物收集置于培养瓶中，直接接入孵化3日龄的黑水虻幼虫，接种量为120g虫卵/吨餐厨垃圾发酵残余物(湿重)，将培养瓶中置于28℃培养箱中。当第一个蛹出现时，停止实验(试验持续10天)，将黑水虻取出，称重。55℃烘箱烘至恒重后，测定其中蛋白质、脂肪含量。经饲养后黑水虻平均重量可达212mg，其蛋白质、脂质含量分别占干重的47.2％和12.4％(如图2所示)，是一种优良的昆虫蛋白。
黑水虻养殖后，餐厨垃圾残余物的利用率为85％(餐厨垃圾发酵残余物利用率＝(餐厨垃圾发酵残余物加入量-黑水虻养殖后餐厨垃圾剩余量)/餐厨垃圾发酵残余物加入量×100％，式中所列量的概念均以挥发性物质重量(volatile solid，VS)计)。
总的餐厨垃圾利用率为87.8％。
实施例3
(1)将取自江南大学食堂的餐厨垃圾，经人工分拣经分拣去除塑料袋等垃圾，匀浆后作为底物；
(2)对步骤(1)获得的餐厨垃圾接种餐厨垃圾的有效体积的2％的枯草芽孢杆菌菌液(菌液中菌体的浓度为4*109CFU/mL)，预处理1天；
(3)将取自无锡市污水处理厂厌氧工艺的厌氧污泥经过90℃加热25分钟，抑制产甲烷菌活力后作为接种物。将微生物预处理后的餐厨垃圾中接种热处理后的厌氧污泥，在40℃下进行厌氧产氢实验，设置厌氧发酵体系固含量为15wt％，底物与接种物干重比为6:1；
(4)将餐厨垃圾厌氧发酵后的残余物收集置于培养瓶中，直接接入孵化3日龄的黑水虻幼虫，接种量为160g虫卵/吨餐厨垃圾发酵残余物(湿重)，将培养瓶中置于30℃培养箱中。当第一个蛹出现时，停止实验(试验持续12天)，将黑水虻取出，称重。55℃烘箱烘至恒重后，测定其中蛋白质、脂肪含量。经饲养后黑水虻平均重量可达205mg，其蛋白质、脂质含量分别占干重的45.4％和12.8％，是一种优良的昆虫蛋白。
总的餐厨垃圾利用率为88.2％
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
