CN107986276A - 一种结晶糖脱色活性炭再生工艺 - Google Patents

一种结晶糖脱色活性炭再生工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于生物技术领域,公开了一种结晶糖脱色活性炭再生工艺,其包括如下步骤:步骤1)制备复合藻液,步骤2)制备枯草芽孢杆菌发酵液,步骤3)活性炭再生。本发明再生工艺能够降低活性炭中的色素等吸附物,提高活性炭的比表面积以及吸附能力。

Description

一种结晶糖脱色活性炭再生工艺
技术领域
本发明属于生物技术领域,具体涉及一种结晶糖脱色活性炭再生工艺。
背景技术
活性炭再生(或称活化),是在不破坏活性炭原有结构的前提下,将吸附于活性炭微孔的吸附质予以去除,恢复其吸附性能,达到重复使用的目的。由于活性炭本身价格较高,若只使用一次就丢弃极不经济,造成资源浪费,成本增加。氨基酸生产企业在氨基酸纯化过程中会使用大量的活性炭来进行脱色处理。如何高效再生吸附饱和的活性炭以达到经济合理利用,已成为活性炭工业中必须重点解决的问题,同时亦是国内外研发的热点。
目前,活性炭的造价高影响活性炭吸附处理成本的主要因素是炭再生问题。活性炭再生方法主要有热再生法、湿式氧化再生法、生物再生法等。传统的热再生法在各企业中使用较多,不仅再生设备复杂而且炭的损耗量也很大,同时消耗了大量能源,这对能源和资金缺乏的行业及小型企业来说很难承受。湿式氧化再生法在再生过程中无需另外加热,随吸附种类不同,氧化难易程度相差很大,需选用催化剂,增加了成本;最佳氧化温度不易控制,而且所需设备需耐腐蚀、耐高压,增加了成本。生物再生法是利用微生物来降解活性炭吸附物,微生物比活性炭的孔径大得多,只能进入活性炭的大孔而不能进入其微孔内,只有微生物所分泌的胞外酶能够降解吸附在微孔中的有机物。胞外酶是由蛋白质组成的生物催化剂可将细胞外的大分子有机物和不溶性有机物分解成为小分子物质和可溶性物质,供微生利用。虽然不如热再生彻底,但此法成本低廉,节约能源,减少炭耗,减轻了企业压力。目前生物法的难点是选择合适的微生物来进行复配,以达到预期的效果。申请人之前的专利“CN201410029229.8,一种废弃粉末活性炭的再生利用方法”,公开了氨基酸纯化过程的使用的活性炭的再生工艺,包括酸处理,微生物处理以及碱处理,该方法实现了活性炭的再生,但是存在微生物制剂配伍较为复杂,采用四种菌株进行配伍,多种菌株培养操作步骤繁琐,对配伍比例要求较高,而且容易造成杂菌污染,给企业带来困难。在上述发明的基础上,开发一种更加简单的生物再生方法是我们需要解决的技术问题。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷,本发明提供了一种结晶糖脱色活性炭再生工艺。
为了实现本发明目的,采用如下技术方案:
一种结晶糖脱色活性炭再生工艺,其包括如下步骤:步骤1)制备复合藻液,步骤2)制备枯草芽孢杆菌发酵液,步骤3)活性炭再生。
进一步地,
所述步骤1)制备复合藻液,包括如下步骤:取小新月藻按照5-7%的接种量接种到含有培养液的容器中进行培养,控制光强为5000-8000lux,光暗比为12:12,水温为25-28℃, pH值为7-8,培养2天,然后按照1:10的体积比接入四尾栅藻,继续培养3天,得到复合藻液。
优选地,
所述培养液的组分为:硫酸铵2g/L,硫酸镁2g/L,磷酸二氢钾1g/L,磷酸氢二钾1g/L,玉米浆1g/L,硫酸亚铁0.5g/L,氯化钠0.5g/L,乙酸钠0.1g/L。
进一步地,
所述步骤2)制备枯草芽孢杆菌发酵液,包括如下步骤:将枯草芽孢杆菌种子液按照3-5%的接种量接种到发酵培养基中,在温度25-28℃,溶氧值30-50mg/L,发酵培养至48小时,得到枯草芽孢杆菌发酵液。
优选地,
所述发酵培养基的组分为:麦麸2g/L,豆粕2g/L,玉米浆1g/L,碳酸钙0.1g/L,氯化钠0.3g/L,磷酸氢二钾0.4g/L,磷酸二氢钾 0.2g/L,硫酸镁0.02g/L,硫酸锰0.02g/L。
进一步地,
所述步骤3)活性炭再生,包括如下步骤:往结晶糖脱色后的活性炭中添加5倍重量的枯草芽孢杆菌发酵液,100rpm搅拌3min,然后25-28℃培养6-9h,再添加占枯草芽孢杆菌发酵液2-3倍体积的复合藻液,继续培养12-15h;过滤,收集活性炭,用去离子水清洗1-2遍,再经过脱水、干燥处理,得到再生的活性炭。
本发明还要求保护按照任其一所述工艺制备的活性炭。
本发明所述的藻类或菌株均可通过常规的培养方法得到所需浓度的菌液或者藻液,限于篇幅,并不一一赘述。
本发明取得的有益效果主要包括但是并不限于几个方面:
本发明再生工艺能够降低活性炭中的色素等吸附物,提高活性炭的比表面积以及吸附能力;
本发明采用两种藻类和枯草芽孢杆菌进行系统处理活性炭,比表面积、碘吸附值以及亚甲基蓝吸附值等指标均大幅提高,与仅采用两种微生物的对比例相比,本发明工艺对活性炭再生效果更好,说明由枯草芽孢杆菌可以有效酶解活性炭中吸附的色素、多肽、油脂等物质,进一步产生的小分子物质可以被复合藻类吸收利用,小新月藻和四尾栅藻可以相互共生,释放出氧气供枯草芽孢杆菌使用,提高水体溶解氧含量,为枯草芽孢杆菌生长提供了良好的生态环境,从而大大提高了活性炭的再生效率;
由于四尾栅藻较小新月藻增殖速度更快,因此首先将小新月藻进行培养,然后接入四尾栅藻,从而达到藻群的平衡;
本发明仅采用微生物法进行处理,无需酸碱处理,减轻了酸碱废水对环境的污染,节能减排;采用本发明再生工艺后,结晶糖脱色过程中产生的废弃活性炭经处理再生后,回用于结晶糖生产循环利用,实现了变废为宝,大大节约了企业成本。
说明书附图
图1:不同微生物种类对再生活性炭比表面积指标的影响;
图2:不同微生物种类对再生活性炭碘吸附值指标的影响;
图3:不同微生物种类对亚甲基蓝吸附值等指标的影响。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案,下面将结合本申请具体实施例,对本发明进行更加清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种结晶糖脱色活性炭再生工艺,其包括如下步骤:
制备复合藻液:取小新月藻(浓度为1×104cell/mL),按照7%的接种量接种到含有培养液的容器中进行培养,控制光强为8000lux,光暗比为12:12,水温为25-28℃, pH值为7-8,培养2天,然后按照1:10的体积比接入四尾栅藻(浓度为5×104cell/mL),继续培养3天,得到复合藻液;
所述培养液的组分为:硫酸铵2g/L,硫酸镁2g/L,磷酸二氢钾1g/L,磷酸氢二钾1g/L,玉米浆1g/L,硫酸亚铁0.5g/L,氯化钠0.5g/L,乙酸钠0.1g/L;
制备枯草芽孢杆菌发酵液:将枯草芽孢杆菌种子液(浓度为1×108cfu/mL)按照5%的接种量接种到发酵培养基中,在温度25-28℃,溶氧值30-50mg/L,发酵培养至48小时,得到枯草芽孢杆菌发酵液;所述发酵培养基的组分为:麦麸2g/L,豆粕2g/L,玉米浆1g/L,碳酸钙0.1g/L,氯化钠0.3g/L,磷酸氢二钾0.4g/L,磷酸二氢钾 0.2g/L,硫酸镁0.02g/L,硫酸锰0.02g/L;
活性炭再生:将结晶糖液进行活性炭脱色处理,然后过滤,收集结晶糖脱色活性炭,然后添加5倍重量的枯草芽孢杆菌发酵液,100rpm搅拌3min,然后25-28℃培养6h,再添加占枯草芽孢杆菌发酵液2倍体积的复合藻液,继续培养15h;过滤,收集活性炭,用去离子水清洗2遍,再经过脱水、干燥处理,得到再生的活性炭。
实施例2
一种结晶糖脱色活性炭再生工艺,其包括如下步骤:
制备复合藻液:取小新月藻(浓度为5×104cell/mL),按照5%的接种量接种到含有培养液的容器中进行培养,控制光强为5000-8000lux,光暗比为12:12,水温为25-28℃, pH值为7-8,培养2天,然后按照1:10的体积比接入四尾栅藻(浓度为2×104cell/mL),继续培养3天,得到复合藻液;
所述培养液的组分为:硫酸铵2g/L,硫酸镁2g/L,磷酸二氢钾1g/L,磷酸氢二钾1g/L,玉米浆1g/L,硫酸亚铁0.5g/L,氯化钠0.5g/L,乙酸钠0.1g/L;
制备枯草芽孢杆菌发酵液:将枯草芽孢杆菌种子液(浓度为5×108cfu/mL)按照3%的接种量接种到发酵培养基中,在温度25-28℃,溶氧值30-50mg/L,发酵培养至48小时,得到枯草芽孢杆菌发酵液;所述发酵培养基的组分为:麦麸2g/L,豆粕2g/L,玉米浆1g/L,碳酸钙0.1g/L,氯化钠0.3g/L,磷酸氢二钾0.4g/L,磷酸二氢钾 0.2g/L,硫酸镁0.02g/L,硫酸锰0.02g/L;
活性炭再生:将结晶糖液进行活性炭脱色处理,然后过滤,收集结晶糖脱色活性炭,然后添加5倍重量的枯草芽孢杆菌发酵液,100rpm搅拌3min,然后25-28℃培养9h,再添加占枯草芽孢杆菌发酵液3倍体积的复合藻液,继续培养12h;过滤,收集活性炭,用去离子水清洗1-2遍,再经过脱水、干燥处理,得到再生的活性炭。
实施例3
一种结晶糖脱色活性炭再生工艺,其包括如下步骤:
制备复合藻液:取小新月藻(浓度为3×104cell/mL),按照6%的接种量接种到含有培养液的容器中进行培养,控制光强为5000-8000lux,光暗比为12:12,水温为25-28℃, pH值为7-8,培养2天,然后按照1:10的体积比接入四尾栅藻(浓度为3×104cell/mL),继续培养3天,得到复合藻液;
所述培养液的组分为:硫酸铵2g/L,硫酸镁2g/L,磷酸二氢钾1g/L,磷酸氢二钾1g/L,玉米浆1g/L,硫酸亚铁0.5g/L,氯化钠0.5g/L,乙酸钠0.1g/L;
制备枯草芽孢杆菌发酵液:将枯草芽孢杆菌种子液(浓度为3×108cfu/mL)按照3-5%的接种量接种到发酵培养基中,在温度25-28℃,溶氧值30-50mg/L,发酵培养至48小时,得到枯草芽孢杆菌发酵液;所述发酵培养基的组分为:麦麸2g/L,豆粕2g/L,玉米浆1g/L,碳酸钙0.1g/L,氯化钠0.3g/L,磷酸氢二钾0.4g/L,磷酸二氢钾 0.2g/L,硫酸镁0.02g/L,硫酸锰0.02g/L;
活性炭再生:将结晶糖液进行活性炭脱色处理,然后过滤,收集结晶糖脱色活性炭,然后添加5倍重量的枯草芽孢杆菌发酵液,100rpm搅拌3min,然后25-28℃培养8h,再添加占枯草芽孢杆菌发酵液2-3倍体积的复合藻液,继续培养14h;过滤,收集活性炭,用去离子水清洗1-2遍,再经过脱水、干燥处理,得到再生的活性炭。
对比例1
一种结晶糖脱色活性炭再生工艺,其包括如下步骤:
制备复合藻液:取小新月藻(浓度为5×104cell/mL),按照5%的接种量接种到含有培养液的容器中进行培养,控制光强为5000-8000lux,光暗比为12:12,水温为25-28℃, pH值为7-8,培养5天,得到藻液;
所述培养液的组分为:硫酸铵2g/L,硫酸镁2g/L,磷酸二氢钾1g/L,磷酸氢二钾1g/L,玉米浆1g/L,硫酸亚铁0.5g/L,氯化钠0.5g/L,乙酸钠0.1g/L;
制备枯草芽孢杆菌发酵液:将枯草芽孢杆菌种子液(浓度为5×108cfu/mL)按照3%的接种量接种到发酵培养基中,在温度25-28℃,溶氧值30-50mg/L,发酵培养至48小时,得到枯草芽孢杆菌发酵液;所述发酵培养基的组分为:麦麸2g/L,豆粕2g/L,玉米浆1g/L,碳酸钙0.1g/L,氯化钠0.3g/L,磷酸氢二钾0.4g/L,磷酸二氢钾 0.2g/L,硫酸镁0.02g/L,硫酸锰0.02g/L;
活性炭再生:将结晶糖液进行活性炭脱色处理,然后过滤,收集结晶糖脱色活性炭,然后添加5倍重量的枯草芽孢杆菌发酵液,100rpm搅拌3min,然后25-28℃培养9h,再添加占枯草芽孢杆菌发酵液3倍体积的藻液,继续培养12h;过滤,收集活性炭,用去离子水清洗1-2遍,再经过脱水、干燥处理,得到再生的活性炭。
对比例2
一种结晶糖脱色活性炭再生工艺,其包括如下步骤:
制备复合藻液:取小新月藻(浓度为5×104cell/mL),按照5%的接种量接种到含有培养液的容器中进行培养,控制光强为5000-8000lux,光暗比为12:12,水温为25-28℃, pH值为7-8,培养2天,然后按照1:10的体积比接入四尾栅藻(浓度为2×104cell/mL),继续培养3天,得到复合藻液;
所述培养液的组分为:硫酸铵2g/L,硫酸镁2g/L,磷酸二氢钾1g/L,磷酸氢二钾1g/L,玉米浆1g/L,硫酸亚铁0.5g/L,氯化钠0.5g/L,乙酸钠0.1g/L;
活性炭再生:将结晶糖液进行活性炭脱色处理,然后过滤,收集结晶糖脱色活性炭,然后添加占枯草芽孢杆菌发酵液3倍体积的复合藻液,25-28℃培养21h;过滤,收集活性炭,用去离子水清洗1-2遍,再经过脱水、干燥处理,得到再生的活性炭。
对比例3
一种结晶糖脱色活性炭再生工艺,其包括如下步骤:
制备枯草芽孢杆菌发酵液:将枯草芽孢杆菌种子液(浓度为5×108cfu/mL)按照3%的接种量接种到发酵培养基中,在温度25-28℃,溶氧值30-50mg/L,发酵培养至48小时,得到枯草芽孢杆菌发酵液;所述发酵培养基的组分为:麦麸2g/L,豆粕2g/L,玉米浆1g/L,碳酸钙0.1g/L,氯化钠0.3g/L,磷酸氢二钾0.4g/L,磷酸二氢钾 0.2g/L,硫酸镁0.02g/L,硫酸锰0.02g/L;
活性炭再生:将结晶糖液进行活性炭脱色处理,然后过滤,收集结晶糖脱色活性炭,然后添加5倍重量的枯草芽孢杆菌发酵液,100rpm搅拌3min,然后25-28℃培养21h;过滤,收集活性炭,用去离子水清洗1-2遍,再经过脱水、干燥处理,得到再生的活性炭。
实施例4
以实施例1为例,检测了再生活性炭的性能,主要采用比表面积、碘吸附值以及亚甲基蓝吸附值的变化来衡量再生效果,具体见表1
表1
处理前 处理后
比表面积 m2/g 136.2 897.5
碘吸附值 mg/g 96.4 683.1
亚甲基蓝吸附值为 mg/g 18.9 186.7
结论:经过再生工艺处理后,活性炭的各方面指标全面恢复,比表面积、碘吸附值以及亚甲基蓝吸附值等重要指标接近新活性炭的标准,可以重复利用,给企业节省了成本。
实施例5
本发明微生物种类对活性炭再生效果的影响:
以实施例2、对比例1-3进行比较,如图1-3所示,实施例2采用两种藻类和枯草芽孢杆菌进行处理,再生活性炭在比表面积、碘吸附值以及亚甲基蓝吸附值等指标均大幅提高,与对比例1-3相比,实施例2活性炭再生效果最好;提示,由枯草芽孢杆菌酶解活性炭吸附的色素、多肽、油脂等物质,进一步产生的小分子物质可以被复合藻类吸收,小新月藻和四尾栅藻可以相互共生,释放出氧气供枯草芽孢杆菌使用,从而大大提高了活性炭的再生效率。需要指出的是,由于四尾栅藻较小新月藻增殖更快,因此首先将小新月藻进行培养,然后接入四尾栅藻,从而达到藻群的平衡(附图未显示)。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种结晶糖脱色活性炭再生工艺,其包括如下步骤:步骤1)制备复合藻液,步骤2)制备枯草芽孢杆菌发酵液,步骤3)活性炭再生。
2.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于,所述步骤1)制备复合藻液,包括如下步骤:取小新月藻按照5-7%的接种量接种到含有培养液的容器中进行培养,控制光强为5000-8000lux,光暗比为12:12,水温为25-28℃, pH值为7-8,培养2天,然后按照1:10的体积比接入四尾栅藻,继续培养3天,得到复合藻液。
3.根据权利要求2所述的工艺,其特征在于,
所述培养液的组分为:硫酸铵2g/L,硫酸镁2g/L,磷酸二氢钾1g/L,磷酸氢二钾1g/L,玉米浆1g/L,硫酸亚铁0.5g/L,氯化钠0.5g/L,乙酸钠0.1g/L。
4.根据权利要求2或3所述的工艺,其特征在于,所述步骤2)制备枯草芽孢杆菌发酵液,包括如下步骤:将枯草芽孢杆菌种子液按照3-5%的接种量接种到发酵培养基中,在温度25-28℃,溶氧值30-50mg/L,发酵培养至48小时,得到枯草芽孢杆菌发酵液。
5.根据权利要求4所述的工艺,其特征在于,所述发酵培养基的组分为:麦麸2g/L,豆粕2g/L,玉米浆1g/L,碳酸钙0.1g/L,氯化钠0.3g/L,磷酸氢二钾0.4g/L,磷酸二氢钾 0.2g/L,硫酸镁0.02g/L,硫酸锰0.02g/L。
6.根据权利要求4或5所述的工艺,其特征在于,所述步骤3)活性炭再生,包括如下步骤:往结晶糖脱色后的活性炭中添加5倍重量的枯草芽孢杆菌发酵液,100rpm搅拌3min,然后25-28℃培养6-9h,再添加占枯草芽孢杆菌发酵液2-3倍体积的复合藻液,继续培养12-15h;过滤,收集活性炭,用去离子水清洗1-2遍,再经过脱水、干燥处理,得到再生的活性炭。
7.按照权利要求1-6任其一所述工艺制备的活性炭。
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