利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法
技术领域
本发明属于酿酒废水菌渣处理领域,具体涉及一种利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法。
背景技术
酿酒过程中产生的废水主要为酿酒底锅水、冲洗水和冷凝水。在酿酒废水处理过程中需要添加菌种及辅助剂。菌种主要包括硝化细菌、反硝化细菌,枯草芽孢杆菌等;辅助剂为氢氧化钠、聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺。废水处理过程中会产生大量菌渣有机物,其主要成分及来源为(1)酿酒废水中未处理完全的淀粉、还原糖、有机酸、酯类、醇类等大分子难降解有机物,(2)废水过程中所产生的微生物残体。
菌渣含有大量有机物(含量约70%)、氮、磷等营养物以及少量有害物质,呈半固体状态,产量大,含水率高,脱水性差,不易贮存、且容易腐败。如不及时有效地处理,则会造成环境污染。目前国内外常用的处理方法有填埋、焚烧、热处置和堆肥等方法。焚烧法处理菌渣会产生烟气、粉尘等物质,造成环境污染;菌渣填埋法则造成资源的浪费;因菌渣含磷偏高,碳氮比不适宜,如将菌渣不经发酵直接施用于土壤,不仅容易造成烧苗,还会导致养分溶淋进入地下水造成二次污染;目前现生物处理技术仍不成熟,多为单一的微生物发酵处理,发酵时间长,发酵过程产生大量臭气,污染环境,处理工艺繁琐,操作技术严格,设备投资大。添加化学辅助剂虽可以缩短发酵时间,但是会对环境产生二次污染。
因此,现有处理方法处理成本过高,难以在酿酒行业中推广应用;为使酿酒废水中菌渣有机物得到无害、稳定的处理,需要一种针对酿酒废水菌渣有机物的经济有效的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题为:酿酒废水处理时产生的废渣产量大、污染环境且无法资源化利用的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案为:提供一种利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法。该方法包括以下步骤:
a、将乳杆菌、芽孢杆菌、曲霉和木霉进行活化,加入大麦粒、高粱叶、甘蔗叶和水,室温培养10~20天,制备得到微生物菌剂;
b、在酿酒废水菌渣中加入步骤a得到的微生物菌剂和辅助剂,混匀;
c、对混匀的物料进行发酵,1~3天后开始升温,2~7天温度达到最高温度62~73℃,维持最高温度7~15天,再发酵10~13天,发酵总时间20~38天。
其中,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤a所述的乳杆菌为嗜酸乳杆菌;所述芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌按重量比1~4︰1~4混合而成的混合物;曲霉菌为黑曲霉;木霉菌为哈茨木霉菌和绿色木霉菌按重量比1~8︰1~8混合而成的混合物。
其中,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤a所述的乳杆菌和芽孢杆菌活化是指采用液体牛肉膏蛋白胨培养基培养至菌体浓度≥108/mL。
其中,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤a所述的芽曲霉和木霉的活化是指采用马铃薯蔗糖培养基培养至孢子浓度≥108/mL。
其中,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤a所述的微生物菌剂的组成包括:按重量份数计,乳杆菌2~8份、芽孢杆菌1~5份、曲霉4~10份,木霉2~6份,大麦粒5~15份,高粱叶10~28份,甘蔗叶8~18份,水30~50份。
优选的,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤a所述的微生物菌剂的组成包括:按重量份数计,乳杆菌5份、芽孢杆菌3份、曲霉6份,木霉3份,大麦粒10份,高粱叶20份,甘蔗叶13份,水40份。
优选的,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤a所述的室温培养为14天。
其中,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤a所述的高粱叶和甘蔗叶粒径为3~8cm。
其中,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤b所述的辅助剂的组成包括:按重量份数计,硫酸钙60~90份,尿素10~40份。
优选的,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤b所述的辅助剂的组成包括:按重量份数计,硫酸钙70份,尿素30份。
其中,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤b所述的微生物菌剂与菌渣的重量比为1︰50~100。优选为1︰80。
其中,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤b所述的辅助剂与菌渣的重量比为1︰500~2000。优选为1︰1000。
优选的,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤c发酵条件为:1天后开始升温,2天温度达到最高温度73℃,维持最高温度10天,再发酵10天,发酵总时间23天。
其中,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤c发酵时每1~4天翻堆一次,优选为每3天翻堆一次。
本发明的有益效果为:
本发明利用微生物菌剂处理酿酒废水中的菌渣,通过添加微生物菌剂,优化发酵过程,使酿酒废水处理过程中产生的菌渣有机物得到无害化处理,在发酵过程中好氧微生物生长迅速,升温快,高温阶段持续时间相对较长,发酵周期短,仅23天,发酵过程无臭味产生,菌渣中的含水率降低至35%以下,对环境无二次污染。本发明的处理工艺简单,工艺更加快捷,通过微生物间产生的协同增效作用,从而提高了对酿酒废水中菌渣的处理效果。
具体实施方式
本发明提供了一种利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法,包括以下步骤:
a、将乳杆菌、芽孢杆菌、曲霉和木霉进行活化,加入大麦粒、高粱叶、甘蔗叶和水,室温培养10~20天,制备得到微生物菌剂;
b、在酿酒废水菌渣中加入步骤a得到的微生物菌剂和辅助剂,混匀;
c、对混匀的物料进行发酵,1~3天后开始升温,2~7天温度达到最高温度62~73℃,维持最高温度7~15天,再发酵10~13天,发酵总时间20~38天。
其中,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,为了使发酵效果更好,步骤a所述的乳杆菌为嗜酸乳杆菌;所述芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌按重量比1~4︰1~4混合而成的混合物;曲霉菌为黑曲霉;木霉菌为哈茨木霉菌和绿色木霉菌按重量比1~8︰1~8混合而成的混合物。
其中,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤a所述的乳杆菌和芽孢杆菌活化是指采用液体牛肉膏蛋白胨培养基培养至菌体浓度≥108/mL。
其中,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤a所述的芽曲霉和木霉的活化是指采用马铃薯蔗糖培养基培养至孢子浓度≥108/mL。
其中,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤a所述的微生物菌剂的组成包括:按重量份数计,乳杆菌2~8份、芽孢杆菌1~5份、曲霉4~10份,木霉2~6份,大麦粒5~15份,高粱叶10~28份,甘蔗叶8~18份,水30~50份。
优选的,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤a所述的微生物菌剂的组成包括:按重量份数计,乳杆菌5份、芽孢杆菌3份、曲霉6份,木霉3份,大麦粒10份,高粱叶20份,甘蔗叶13份,水40份。
本发明配制了特别的微生物菌剂,发酵过程涉及微生物的生长、原料的降解、氧气的消耗、底物的利用、水溶性小分子物质等的积累。在生态系统中,微生物不仅与环境因子有关系,而且与其他微生物之间也存在相互作用。本发明采用混合菌发酵,通过接种特定的功能菌,增加有机物的降解程度,其中霉菌和细菌是最重要的发酵微生物,霉菌的一个重要功能就是分泌水解酶类降解大分子物质,为细菌生长和发酵提供底物,而细菌则将底物转化为小分子有机物。在整个发酵过程中。其中,曲霉生长速度快,产生大量有机酸,能够较好的抑制杂菌生长,分泌酸性蛋白酶、淀粉酶活性高,淀粉酶耐酸能力强。木霉则具有很强的生态适应性,繁殖方式多种多样,繁殖能力强,能产生多种具有生物活性的酶系,其产生的纤维素酶活性在众多微生物中活性最高,其通过分泌纤维素酶降解菌渣混合物中的纤维素。在高温阶段则以好热性真菌、乳杆菌、芽孢杆菌等为主。乳杆菌和芽孢杆菌是重要的养分降解释放菌,能够分解淀粉、糖和蛋白质物质。各种微生物间相互无拮抗,还能起到协同增效的作用。各微生物发挥群体联合效应,最终形成一个稳定的,功能广泛的微生物群落,可促进发酵过程中菌渣有机物的分解,菌剂中加入大麦粒则为复合微生物提供必要的营养物质,产生的活菌数高,高活菌数持续的时间长;甘蔗叶和大麦叶一方面可以作为吸附和包覆载体,给有效菌提供足够的生长空间,促进有效活菌数的生长,提高存活率,另一方面甘蔗叶和大麦叶作为发酵过程的疏松剂增加了微生物生长的氧气供给量,好氧菌大量繁殖,能够更好的维持高温过程,避免厌氧发酵,减少臭气的产生。本发明所用的复合微生物菌剂能够使发酵初始阶段菌落迅速生长,维持高温时间长,从而缩短发酵时间。
优选的,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤a所述的室温培养为14天。
其中,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,为了更好的利用营养物质,步骤a所述的高粱叶和甘蔗叶粒径为3~8cm。
其中,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,其中,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤b所述的辅助剂的组成包括:按重量份数计,硫酸钙60~90份,尿素10~40份。
优选的,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤b所述的辅助剂的组成包括:按重量份数计,硫酸钙70份,尿素30份。
其中,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤b所述的微生物菌剂与菌渣的重量比为1︰50~100。优选为1︰80。
其中,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤b所述的辅助剂与菌渣的重量比为1︰500~2000。优选为1︰1000。
优选的,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤c发酵条件为:1天后开始升温,2天温度达到最高温度73℃,维持最高温度10天,再发酵10天,发酵总时间23天。
其中,上述利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣的方法中,步骤c发酵时每1~4天翻堆一次,优选为每3天翻堆一次。
本发明特别的对发酵温度,发酵天数,翻堆时间等参数范围进行了设定,微生物特别是好氧微生物在生长繁殖过程中,需要提供氧气来代谢,如果通风不良,好氧微生物的生长就会受到抑制,导致其数量和种类减少,进而导致厌氧发酵,不但有机物分解不完全,而且产生臭气。如果通风太强,则会导致物料的水分散失过快,有机质强烈分解,氨气等营养物质散失,导致物料有机质总量减少。因此本发明通过实验,确定采用翻堆的方式进行通风,每1~4天翻堆一次,为发酵过程提供氧气。
发酵过程的温度是影响微生物发酵的关键因素。物料在微生物的作用下,温度会发生变化,特别是在微生物大量繁殖时和产微生物活动加剧时都会使物料温度升高。一般发酵过程分为升温阶段(50℃以下)、高温阶段(50-70℃)和降温阶段(50℃以下),本发明发酵过程为对混匀的物料进行发酵,1~3天后开始升温,2~7天温度达到最高温度62~73℃,维持最高温度7~15天,再发酵10~13天,发酵总时间20~38天。在发酵过程中,还需控制物料温度不能过高,以免影响微生物的繁殖,本发明通过每1~4天翻堆一次的方式来降温。
本发明的利用微生物菌剂处理酿酒废水菌渣方法,针对发酵过程分别添加微生物菌剂,从而抑制厌氧微生物和酵母菌生长,好氧微生物得到迅速生长,升温快,24小时便开始升温,且可以迅速达到目标温度,且高温阶段持续时间长,通过添加含有乳杆菌、芽孢杆菌、曲霉和木霉的微生物菌剂,优化了发酵过程。使酿酒废水中的菌渣有机物得到充分发酵,其含水量降至35%以下,发酵周期缩短为23天,该方法原料混合和发酵过程易于操作,发酵周期短,菌渣有机物发酵彻底,无臭味产生,发酵产物含水率低,便于运输和储存,对环境无二次污染。本发明处理方法简单,工艺更加快捷,通过微生物间产生的协同增效作用,提高了菌渣有机物的处理效果。
下面将通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明,但不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。
实施例1采用本发明方法处理酿酒废水中菌渣
具体的操作步骤如下:
a、将乳杆菌和芽孢杆菌分别采用液体牛肉膏蛋白胨培养基进行培养,培养至菌体浓度达108/mL,曲霉和木霉分别用马铃薯蔗糖培养基进行培养,培养至孢子浓度达108/mL;
配备微生物菌剂原料,按重量份数计,噬酸乳杆菌3份、芽孢杆菌3份、黑曲霉7份,木霉4份,大麦粒12份,高粱叶18份,甘蔗叶15份,水38份;室温培养17天,制成微生物菌剂。
b、在1000kg酿酒废水菌渣中加入20kg微生物菌剂和1.25kg辅助剂,混匀;
辅助剂的组成包括:按重量份数计,硫酸钙60份,尿素40份;
c、对混匀的物料进行发酵,1天后开始升温,2天温度达到最高温度68℃,维持最高温度9天,再发酵13天,每2天翻堆1次,发酵总时间25天。
实施例2采用本发明方法处理酿酒废水中菌渣
具体的操作步骤如下:
a、将乳杆菌和芽孢杆菌分别采用液体牛肉膏蛋白胨培养基进行培养,培养至菌体浓度达108/mL,曲霉和木霉分别用马铃薯蔗糖培养基进行培养,培养至孢子浓度达108/mL;
配备微生物菌剂原料,按重量份数计,噬酸乳杆菌4份、芽孢杆菌1份、黑曲霉6份,木霉5份,大麦粒10份,高粱叶22份,甘蔗叶10份,水42份;室温培养15天,制成微生物菌剂。
b、在1000kg酿酒废水菌渣中加入16.7kg微生物菌剂和0.67kg辅助剂,混匀;
辅助剂的组成包括:按重量份数计,硫酸钙68份,尿素32份;
c、对混匀的物料进行发酵,1天后开始升温,2天温度达到最高温度69℃,维持最高温度10天,再发酵11天,每4天翻堆一次,发酵总时间24天。
实施例3采用本发明方法处理酿酒废水中菌渣
具体的操作步骤如下:
a、将乳杆菌和芽孢杆菌分别采用液体牛肉膏蛋白胨培养基进行培养,培养至菌体浓度达108/mL,曲霉和木霉分别用马铃薯蔗糖培养基进行培养,培养至孢子浓度达108/mL;
配备微生物菌剂原料,按重量份数计,噬酸乳杆菌5份、芽孢杆菌2份、黑曲霉4份,木霉4份,大麦粒13份,高粱叶19份,甘蔗叶8份,水45份;室温培养16天,制成微生物菌剂。
b、在1000kg酿酒废水菌渣中加入10kg微生物菌剂和0.56kg辅助剂,混匀;
辅助剂的组成包括:按重量份数计,硫酸钙75份,尿素25份;
c、对混匀的物料进行发酵,1天后开始升温,2天温度达到最高温度71℃,维持最高温度11天,再发酵10天,每2天翻堆一次,发酵总时间24天。
实施例4采用本发明方法处理酿酒废水中菌渣
具体的操作步骤如下:
a、将乳杆菌和芽孢杆菌分别采用液体牛肉膏蛋白胨培养基进行培养,培养至菌体浓度达108/mL,曲霉和木霉分别用马铃薯蔗糖培养基进行培养,培养至孢子浓度达108/mL;
配备微生物菌剂原料,按重量份数计,噬酸乳杆菌5份、芽孢杆菌3份、黑曲霉6份,木霉3份,大麦粒10份,高粱叶20份,甘蔗叶13份,水40份;室温培养14天,制成微生物菌剂。
b、在1000kg酿酒废水菌渣中加入12.5kg微生物菌剂和1kg辅助剂,混匀;
辅助剂的组成包括:按重量份数计,硫酸钙70份,尿素30份;
c、对混匀的物料进行发酵,1天后开始升温,2天温度达到最高温度73℃,维持最高温度10天,再发酵10天,每3天翻堆一次,发酵总时间23天。
对比例5不采用本发明方法处理酿酒废水中菌渣
具体的操作步骤如下:
a、将乳杆菌和芽孢杆菌分别采用液体牛肉膏蛋白胨培养基进行培养,培养至菌体浓度达108/mL,曲霉和木霉分别用马铃薯蔗糖培养基进行培养,培养至孢子浓度达108/mL;
配备微生物菌剂原料,按重量份数计,噬酸乳杆菌1份、芽孢杆菌6份、黑曲霉2份,木霉1份,大麦粒20份,甘蔗叶30份,水40份;室温培养15天,制成微生物菌剂。
b、在1000kg酿酒废水菌渣中加入16.7kg微生物菌剂和0.67kg辅助剂,混匀;
辅助剂的组成包括:按重量份数计,硫酸钙68份,尿素32份;
c、对混匀的物料进行发酵,2天后开始升温,3天温度达到最高温度55℃,维持最高温度8天,再发酵11天,每2天翻堆一次,发酵总时间24天。
对比例6不采用本发明方法处理酿酒废水中菌渣
具体的操作步骤如下:
a、将乳杆菌和芽孢杆菌分别采用液体牛肉膏蛋白胨培养基进行培养,培养至菌体浓度达108/mL,曲霉和木霉分别用马铃薯蔗糖培养基进行培养,培养至孢子浓度达108/mL;
配备微生物菌剂原料,按重量份数计,噬酸乳杆菌8份、黑曲霉8份,大麦粒10份,高粱叶22份,甘蔗叶10份,水42份;室温培养15天,制成微生物菌剂。
b、在1000kg酿酒废水菌渣中加入16.7kg微生物菌剂和0.67kg辅助剂,混匀;
辅助剂的组成包括:按重量份数计,硫酸钙68份,尿素32份;
c、对混匀的物料进行发酵,2天后开始升温,3天温度达到最高温度53℃,维持最高温度9天,再发酵13天,每2天翻堆一次,发酵总时间25天。
对比例7不采用本发明方法处理酿酒废水中菌渣
具体的操作步骤如下:
a、将乳杆菌和芽孢杆菌分别采用液体牛肉膏蛋白胨培养基进行培养,培养至菌体浓度达108/mL,曲霉和木霉分别用马铃薯蔗糖培养基进行培养,培养至孢子浓度达108/mL;
配备微生物菌剂原料,按重量份数计,噬酸乳杆菌3份、芽孢杆菌3份、黑曲霉7份,木霉4份,大麦粒12份,高粱叶18份,甘蔗叶15份,水38份;制成微生物菌剂,不进行培养。
b、在1000kg酿酒废水菌渣中加入20kg微生物菌剂和1.25kg辅助剂,混匀;
辅助剂的组成包括:按重量份数计,硫酸钙60份,尿素40份;
c、对混匀的物料进行发酵,3天后开始升温,4天温度达到最高温度48℃,维持最高温度7天,再发酵13天,每4天翻堆一次,发酵总时间26天。
对实施例和对比例发酵后的产物进行分析,得到了如下表1~3所示的结果。
表1不同方法处理后酿酒废水中菌渣相关指标
表2不同方法处理后酿酒废水中菌渣中重金属含量
项目(mg/kg) |
实施例1 |
实施例2 |
实施例3 |
实施例4 |
对比例5 |
对比例6 |
对比例7 |
总砷(As) |
1.48 |
1.55 |
1.49 |
1.54 |
1.46 |
1.54 |
1.41 |
总汞(Hg) |
0.04 |
0.04 |
0.04 |
0.04 |
0.03 |
0.03 |
0.04 |
总铅(Pb) |
23.40 |
25.36 |
22.28 |
23.64 |
22.49 |
23.54 |
24.18 |
总镉(Cd) |
0.39 |
0.40 |
0.38 |
0.38 |
0.31 |
0.36 |
0.39 |
总铬(Cr) |
34.60 |
35.21 |
35.60 |
35.11 |
34.52 |
35.23 |
34.24 |
表3不同方法处理后酿酒废水中菌渣有害微生物含量
由实施例和对比例结果可知:采用本发明的方法对酿酒废水中菌渣进行发酵处理,发酵时间短,高温持续时间长,发酵过程无臭味产生,还能有效降低酿酒废水中菌渣的含水率,便于运输和储存,减少环境压力。