0371-65785622 037156739666
>> 您当前的位置:首页 > 行业动态

技术解析:餐厨垃圾生物处理

time:2015-03-28 13:46:49浏览次数:217 来源:http://www.dlhmhgj.cn

  技术趋势餐厨垃圾处理的发展方向为减量化、无害化、资源化、产业化与标准化。国外的处理思路偏向减量化、无害化,我国因餐厨废弃物量大且有机质含量高,处理思路要寻求资源化,发展循环经济、实现循环利用。目前国内外采用的餐厨垃圾处理方法主要有物理法、化学法及生物法等,具体的处理技术有焚烧、填埋、堆肥、湿热法、发酵及高温炭化处理等方式。传统物理方法由于不利于资源循环利用且易产生二次污染,生物法已经成为人们更加关注的处理技术。利用关键词设计的检索式检索美国汤森路透科技(Thomson ReutersScientific)公司的TI(Thomson Innovation)平台的增值专利信息数据库(DWPI和DCPI),共计检出相关专利8968条,数据检索日期为2014年5月14日,采用的主要分析工具为TI。
  餐厨垃圾产业专利数量年代变化趋势
  全球有关餐厨垃圾的专利申请最早可追溯到上世纪60年代,1963年日本KANAZAWAT申请了将餐厨垃圾经水解转化为动物饲料和肥料的专利(专利公开号JP65013771B)。在2005年前餐厨垃圾专利年申请量呈现平缓增长态势,随着人们环保意识的提高,自2005年起餐厨垃圾相关技术专利申请量急剧增长,2012年申请量达1077件,说明餐厨垃圾相关技术进入快速成长阶段。由于从专利申请到专利公开存在时滞,2013年数据有所回落。
  专利国家/地区分布
  从专利技术的国家/地区来源看,韩国专利申请量最多,占全部专利的41.81%;中国专利申请量占总量的24.69%,位居世界第2位;日本以15.16%的份额位居世界第3位,排名第4位的美国专利申请量占总量的6.83%,这与东西方的饮食习惯具有一定的关系。第5位至第10位的国家/地区依次是德国、台湾、英国、俄罗斯和法国。上述国家/地区专利申请量总和占全部专利的95.81%,说明餐厨垃圾主要专利技术都掌握在这些国家/地区。
  专利技术布局
   通过对餐厨垃圾专利技术的研究主题进行分析,可以看出餐厨垃圾专利的热点技术领域包括:1.餐厨垃圾的生物处理,包括厌氧发酵和堆肥化;2.餐厨垃圾的贮存设备及回收处理装置;3.餐厨垃圾的预处理方法及餐厨垃圾处理设备,例如分离装置、破碎装置及搅拌装置等;4.餐厨垃圾资源化及能源化的其他处理技术和装置,例如利用废弃油脂发电、制备生物柴油或作为轻油的替代产品等。可见餐厨垃圾的生物处理技术较于物理法有优势,是餐厨垃圾处理的核心技术。
  核心技术
  利用微生物代谢的生物技术处理生物质固体废物,可以达到降解有机物、获得代谢产物及新的生物体的目的。例如,好氧降解与稳定化(包括好氧堆肥、生物干化等),既可以获得腐熟的堆肥产物,同时有机物也被大量降解实现稳定化;厌氧转化与稳定化(厌氧发酵产沼气、发酵制醇),降解有机物的同时产生了沼气、有机酸、氢气等有价值的产物;蚯蚓堆肥,既可以利用蚯蚓降解有机物获得腐熟堆肥,同时收获可做药用、食用和饲料的蚯蚓。
  国家地区分布分析
  从餐厨垃圾生物处理技术相关专利的国家/地区来源看,韩国、中国、日本、美国、德国为该技术领域专利申请排名前5位的国家,各国的发展趋势不尽相同。我国在该技术领域虽然起步最晚但是发展最为迅速,近5年的专利数量突破了600件,说明现在我国非常关注与重视餐厨垃圾生物处理技术,已投入了大量的研发力量,技术市场潜力巨大。
  主题分析
  国际上关于餐厨垃圾生物处理技术的研究主要为餐厨垃圾资源化利用(好氧堆肥、制备饲料或酒精等)与能源化利用(制备沼气、生物柴油、氢气或焚烧发电等)。从餐厨垃圾生物处理技术主题分布图虚线框所示意的词频集中区域可以看出,目前餐厨垃圾生物处理技术相关专利申请主要集中在厌氧发酵及制备饲料、肥料、沼气、酒精、氢气和生物柴油等。
  1.制备蛋白饲料
  餐厨垃圾制备蛋白饲料的方法有三种:①将餐厨垃圾分选、破碎后进行湿热处理,经固液分离后在固形物中添加麸皮,接种一定量的微生物进行厌氧生物发酵;②将热带假丝菌母、黑曲霉、谷草芽孢杆菌、解脂假丝酵母与经过处理后的餐厨垃圾混合发酵;③利用蚯蚓处置餐厨垃圾生产动物蛋白饲料。各国对餐厨垃圾饲料化规定存在不同之处:欧盟全面禁止餐厨垃圾任何形式的饲料化行为,美国、加拿大、日本和韩国自疯牛病发生后禁止对餐厨垃圾处理后提炼产品作动物饲料,我国尚无法规明确禁止使用餐厨垃圾处理用作饲料。
  2.制备肥料
  餐厨垃圾堆肥技术基本可以分为厌氧发酵堆肥和好氧发酵消化两类。高温好氧堆肥是目前一种较普遍的方法,可以在较短的周期内完成物料堆肥的熟化过程,同时在过程中产生的高温能明显的抑制有害菌。但由于餐厨垃圾中含有很多油及脂肪等,油脂会将固形物包裹起来形成厌氧环境,导致堆肥效果不理想。另外餐厨垃圾中含有盐分,导致制成的肥料中也会含有盐。目前堆肥肥料大都用于林业、草坪或荒漠改造中。厌氧发酵处理可以有效地减少有机物的浓度,并产生甲烷以供利用,但厌氧发酵的处理周期要较好氧堆肥长,一般要2~3周以上反应才进行的比较彻底。
  3.制备沼气
  近年来利用餐厨垃圾制备沼气是一项比较热门的技术,主要关注点包括预处理方法、生物培养基、厌氧发酵设备、产物的回收利用等。其中基于工艺过程的预处理、产氢、肥料化、饲料化等联合利用方式是主要焦点,可以提高利用效率并降低成本。
  4.制备氢气
  氢气具有清洁无污染、能量密度高等特点,被认为是最具应用价值的可再生能源之一。利用餐厨垃圾厌氧发酵产氢成本低,还可以实现餐厨垃圾处理的减量化和资源化。目前的发展方向是提高产氢效率、产氢量和氢气的浓度,采取的主要手段是选育培养高效产氢菌种、调控优势菌种的微生物生态因子,包括添加产氢过程促进剂、降低抑制剂的浓度及改进生物产氢反应器等。
  5.制备乙醇
  餐厨垃圾制备燃料乙醇的基本工艺可以分为预处理、水解、发酵和纯化等4个部分。水解和发酵是影响垃圾降解效率及乙醇发酵产率的关键步骤,因而目前对利用餐厨垃圾制备乙醇的研究主要集中在酶解工艺和发酵工艺。
  6.制备生物柴油
  利用餐厨垃圾加工生物柴油的工艺方法有碱催化酯交换反应、酸催化酯交换法、脂肪酶催化酯交换反应、超临界甲醇流体法和加氢工艺法。目前利用餐厨垃圾制备生物柴油的技术已较为成熟,发展优势明显。
  餐厨垃圾生物处理技术核心专利分析
  餐厨垃圾生物处理技术前10位高被引专利均为美国和日本申请,但是专利权人比较分散。日本的高被引专利主要集中在利用餐厨垃圾制备沼气和氢气,而美国的高被引专利则主要集中在利用餐厨垃圾制备生物质燃料(如生物柴油等)和发电。

版权所有:郑州鼎力新能源技术有限公司 网站地图