CN104593436A - 一种提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法 - Google Patents

一种提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法 Download PDF

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Abstract

一种提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法，本发明涉及提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法。本发明要解决现有青霉属菌渣含有大量菌丝体和少量青霉素残留，对厌氧消化会产生抑制，降低沼气产量的问题。方法：一、取生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣，然后加入蒸馏水并搅拌均匀，得到发酵原料，将发酵原料置于微波炉内，在高温下消解，得到消解后的青霉素菌渣；二、将消解后的青霉素菌渣与厌氧污泥混合均匀，得到混合液，并调节混合液pH值及C/N，得到了发酵液，即完成提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理。本发明用于一种提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法。

Description

一种提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法
技术领域
本发明涉及提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法，属于生物技术、新能源、绿色化学技术和环境保护等领域。
背景技术
青霉素菌渣是抗生素生产企业在生产过程中产生的废弃物，因其含有一定量的抗生素残留而被国家有关部门列为危险废弃物，不合理的处理方法极易造成环境污染和生态危害，同时也会造成资源浪费。目前，青霉素菌渣的处理已成为制约抗生素生产企业发展的重要因素。如何降解菌渣中的抗生素残留，使之资源化，已成为抗生素生产企业迫切需要解决的难题。
青霉素菌渣富含有机物，利用厌氧发酵处理技术可以将菌渣转化成利用价值高的沼气，发酵后沼渣可以用来做肥料，残留青霉素在发酵过程中也能被降解，同时实现了青霉素菌渣的减量化、无害化和资源化。青霉属菌渣含有大量菌丝体和少量青霉素残留，对厌氧消化会产生抑制。
发明内容
本发明要解决现有青霉属菌渣含有大量菌丝体和少量青霉素残留，对厌氧消化会产生抑制，降低沼气产量的问题，而提供一种提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法。
一种提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、取生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣，然后加入蒸馏水并搅拌均匀，得到发酵原料，将发酵原料置于微波炉内，在温度为100℃～105℃下消解55s～65s，冷却至室温，得到消解后的青霉素菌渣；
所述的生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣的质量与蒸馏水的体积比为1g:(0.2～0.5)mL；
所述的生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣中水含量为72.0％～78.0％，固体含量为22.0％～28.0％，所述的固体中C的质量百分含量为45％～49.0％，N的质量百分含量为9.5％～11.5％，H的质量百分含量为6.7％～7.5％，青霉素残留为1.6mg/g～2.5mg/g；
二、将消解后的青霉素菌渣与厌氧污泥混合均匀，得到混合液，并利用NaHCO3调节混合液pH值为7.0，用淀粉将pH值为7.0的混合液中C/N调至20，得到发酵液，即完成提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理；
所述的厌氧污泥的体积与步骤一中生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣的质量比为(1.0～1.5)mL:1g；所述的厌氧污泥取自生产抗生素的企业的污水处理站厌氧池污泥。
步骤一中所述的取生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣为未经任何预处理及保存冷藏的新鲜青霉素菌渣，即青霉素菌渣取后直接使用。
步骤二中所述的C/N为固体中C与N的质量比。
本发明的有益效果是：本发明一种提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法，所用的青霉素菌渣、厌氧污泥和水的混合物，pH趋近7.0，可不必额外添加酸碱调节，微波技术更为成熟，无需特殊设备，家用微波炉即可完成前处理操作，厌氧发酵启动更快，发酵时间略长，降解更充分，其原因在于经微波消解后，菌渣中的大部分青霉素药物残留会被分解，有助于降低菌渣的残留效价，减少微生物抑制作用，微波消解对菌渣细胞破壁效果明显，发酵液中的蛋白质和糖类等营养物质含量大大增加，有利于厌氧消化过程的顺利进行，既提高了厌氧发酵的效果，同时也降低了污泥排放，实现了环境和效益的双赢，产气量比未经前处理的高40％～50％。
本发明用于一种提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法。
附图说明
图1为青霉素菌渣累计的产气量变化趋势图，1为对比实验二空白实验累计的产气量，2为对比实验一未消解的青霉素菌渣累计的产气量，3为实施例一消解后的青霉素菌渣累计的产气量。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式所述的一种提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、取生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣，然后加入蒸馏水并搅拌均匀，得到发酵原料，将发酵原料置于微波炉内，在温度为100℃～105℃下消解55s～65s，冷却至室温，得到消解后的青霉素菌渣；
所述的生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣的质量与蒸馏水的体积比为1g:(0.2～0.5)mL；
所述的生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣中水含量为72.0％～78.0％，固体含量为22.0％～28.0％，所述的固体中C的质量百分含量为45％～49.0％，N的质量百分含量为9.5％～11.5％，H的质量百分含量为6.7％～7.5％，青霉素残留为1.6mg/g～2.5mg/g；
二、将消解后的青霉素菌渣与厌氧污泥混合均匀，得到混合液，并利用NaHCO3调节混合液pH值为7.0，用淀粉将pH值为7.0的混合液中C/N调至20，得到发酵液，即完成提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理；
所述的厌氧污泥的体积与步骤一中生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣的质量比为(1.0～1.5)mL:1g；所述的厌氧污泥取自生产抗生素的企业的污水处理站厌氧池污泥。
步骤一中所述的取生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣为未经任何预处理及保存冷藏的新鲜青霉素菌渣，即青霉素菌渣取后直接使用。
步骤二中所述的C/N为固体中C与N的质量比。
微波消解的工作原理：微波炉的磁控管将电能转化为微波能，当磁控管以2450MHz的频率发射出微波能时，置于微波炉炉腔内的水分子以每秒钟24亿5千万次的变化频率进行振荡运行，产生高频电磁场的核心元件是磁控管。物料分子在高频磁场中发生震动，分子间相互碰撞、磨擦而产生热能，结果导致物料被加热，细胞被破坏，发酵液中蛋白质和糖类浓度增加。
微波是一种电磁波中波长较长的一种，这种电磁波的能量不仅比通常的无线电波大得多，这种肉眼看不见的微波，能穿透物料达5cm深，并使物料中的水分子也随之运动，剧烈的运动产生了大量的热能，于是物料“煮”熟了。
微波一碰到金属就发生反射，金属根本没有办法吸收或传导它；微波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料，但不会消耗能量；而含有水分的物料，微波不但不能透过，其能量反而会被吸收。
本实施方式的有益效果是：本实施方式一种提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法，所用的青霉素菌渣、厌氧污泥和水的混合物，pH趋近7.0，可不必额外添加酸碱调节，微波技术更为成熟，无需特殊设备，家用微波炉即可完成前处理操作，厌氧发酵启动更快，发酵时间略长，降解更充分，其原因在于经微波消解后，菌渣中的大部分青霉素药物残留会被分解，有助于降低菌渣的残留效价，减少微生物抑制作用，微波消解对菌渣细胞破壁效果明显，发酵液中的蛋白质和糖类等营养物质含量大大增加，有利于厌氧消化过程的顺利进行，既提高了厌氧发酵的效果，同时也降低了污泥排放，实现了环境和效益的双赢，产气量比未经前处理的高40％～50％。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣中水含量为75.0％，固体含量为25.0％。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：步骤一中所述的固体中C的质量百分含量为47.0％，N的质量百分含量为10.5％，H的质量百分含量为7.1％，青霉素残留为2.1mg/g。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中取生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣，然后加入蒸馏水并搅拌均匀，得到发酵原料，将发酵原料置于微波炉内，在温度为100℃下消解60s，冷却至室温，得到消解后的青霉素菌渣。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中所述的生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣的质量与蒸馏水的体积比为1g:0.25mL。其它与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中所述的厌氧污泥的体积与步骤一中生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣的质量比为1.25mL:1g。其它与具体实施方式一至五相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例所述的一种提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、取40g生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣，然后加入10mL蒸馏水并搅拌均匀，得到发酵原料，将发酵原料置于微波炉内，在温度为100℃下消解60s，冷却至室温，得到消解后的青霉素菌渣；
所述的生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣中水含量为75.0％，固体含量为25.0％；所述的固体中C的质量百分含量为47.0％，N的质量百分含量为10.5％，H的质量百分含量为7.1％，青霉素残留为2.1mg/g；
二、将消解后的青霉素菌渣与50mL厌氧污泥混合均匀，得到混合液，并利用NaHCO3调节混合液pH值为7.0，用淀粉调节混合液C/N为20，得到发酵液，即完成提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理；
所述的厌氧池污泥取自生产抗生素的哈药集团制药总厂污水处理站厌氧池污泥。
对比实验一：
取生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣，将40g生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣、10mL蒸馏水及50mL厌氧污泥混合均匀，得到混合液，并利用NaHCO3调节混合液pH值为7.0，用淀粉调节混合液C/N为20，即完成未消解的青霉素菌渣的前处理；
所述的生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣中水含量为75.0％，固体含量为25.0％；所述的固体中C的质量百分含量为47.0％，N的质量百分含量为10.5％，H的质量百分含量为7.1％，青霉素残留为2.1mg/g；
所述的厌氧池污泥取自生产抗生素的哈药集团制药总厂污水处理站厌氧池污泥。
对比实验二，即空白试验：
将50mL厌氧污泥及10mL蒸馏水混合均匀，得到混合液，并利用NaHCO3调节混合液pH值为7.0，用淀粉调节混合液C/N为20，即完成空白试验；
所述的厌氧池污泥为生产抗生素的哈药集团制药总厂污水处理站厌氧池污泥。
将实施例一得到提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理液、对比实验一得到的未消解的青霉素菌渣的前处理液及对比实验二得到的空白试验液均放置于35℃恒温水浴锅，每12小时进行一次摇瓶，每次摇30秒，并记录产气量。
CH4含量：对比实验二测得CH4含量0，对比实验一未经消解样品测得CH4含量58.8％，本实施例消解样品测得CH4含量为62.9％。
产气量分析：
图1为青霉素菌渣累计的产气量变化趋势图，1为对比实验二空白实验累计的产气量，2为对比实验一未消解的青霉素菌渣累计的产气量，3为实施例一消解后的青霉素菌渣累计的产气量，图中横坐标表示为每12小时进行一次摇瓶并记录产气量。由图可知，对比实验二测得因温度变化产生少量微气泡，于第4天达到最大值30mL，此后基本无变化；对比实验一未经消解的样品在第8天达到最大产气量300毫升，此后基本无变化；本实施例经过微波消解的样品在刚开始的前2天产气量增加迅速，并于第10天达到最大值420mL，此后基本无变化。
由此可知，实施例一经过微波消解的样品，CH4含量比未处理高4.1％，累计产气量多120mL，厌氧发酵启动更快，发酵时间略长，降解更充分，其原因在于经微波消解后，菌渣中的大部分青霉素药物残留会被分解，有助于降低菌渣的残留效价，减少微生物抑制作用，微波消解对菌渣破壁效果明显，发酵液中蛋白质和糖类等营养物质含量大大增加，有利于厌氧消化过程的顺利进行，既提高了厌氧发酵的效果，同时也降低了污泥排放，实现了环境和效益的双赢。

Claims (6)

1.一种提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法，其特征在于一种提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法是按照以下步骤进行的：
一、取生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣，然后加入蒸馏水并搅拌均匀，得到发酵原料，将发酵原料置于微波炉内，在温度为100℃～105℃下消解55s～65s，冷却至室温，得到消解后的青霉素菌渣；
所述的生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣的质量与蒸馏水的体积比为1g:(0.2～0.5)mL；
所述的生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣中水含量为72.0％～78.0％，固体含量为22.0％～28.0％，所述的固体中C的质量百分含量为45％～49.0％，N的质量百分含量为9.5％～11.5％，H的质量百分含量为6.7％～7.5％，青霉素残留为1.6mg/g～2.5mg/g；
二、将消解后的青霉素菌渣与厌氧污泥混合均匀，得到混合液，并利用NaHCO3调节混合液pH值为7.0，用淀粉将pH值为7.0的混合液中C/N调至20，得到发酵液，即完成提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理；
所述的厌氧污泥的体积与步骤一中生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣的质量比为(1.0～1.5)mL:1g；所述的厌氧污泥取自生产抗生素的企业的污水处理站厌氧池污泥。
2.根据权利要求1所述的一种提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法，其特征在于步骤一中所述的生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣中水含量为75.0％，固体含量为25.0％。
3.根据权利要求1所述的一种提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法，其特征在于步骤一中所述的固体中C的质量百分含量为47.0％，N的质量百分含量为10.5％，H的质量百分含量为7.1％，青霉素残留为2.1mg/g。
4.根据权利要求1所述的一种提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法，其特征在于步骤一中取生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣，然后加入蒸馏水并搅拌均匀，得到发酵原料，将发酵原料置于微波炉内，在温度为100℃下消解60s，冷却至室温，得到消解后的青霉素菌渣。
5.根据权利要求1所述的一种提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法，其特征在于步骤一中所述的生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣的质量与蒸馏水的体积比为1g:0.25mL。
6.根据权利要求1所述的一种提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法，其特征在于步骤二中所述的厌氧污泥的体积与步骤一中生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣的质量比为1.25mL:1g。
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