CN113042019A - 一种Vc发酵生产中废弃活性炭的再生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Vc发酵生产中废弃活性炭的再生方法，包括以下步骤：(1)在反应池中接种活性污泥，把Vc废弃活性炭加入到反应池中，补充除碳源以外的营养物质，进行曝气；(2)常温下，保持溶解氧浓度在3.0～8.0mg/L、每天的曝气时间≥5小时，经过18～22天时间驯化培养，活性污泥驯化完成；(3)把再生完成的活性炭取出，烘干或风干即得到再生活性炭；同时将下一批Vc废弃活性炭放入活性污泥驯化完成后的反应池；直至活性炭再生完成；(4)重复步骤(3)一次至多次。本发明用于对Vc发酵生产中废弃活性炭的再生，工艺简单、能耗低，且可以无数次对废弃活性炭进行重复再生，降低了生产成本，而且提高了再生效率。

Description

一种Vc发酵生产中废弃活性炭的再生方法
技术领域
本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种Vc发酵生产中废弃活性炭的再生技术。
背景技术
维生素C(Vitamin C,Vc)，又称L-抗坏血酸(L-Ascorbic Acid)，是一种植物体内常见，但人类却无法自身合成的维生素。Vc具有多种功能，如抗氧化作用等，广泛应用于药品、食品、饲料和化妆品领域，市场需求巨大。我国Vc年产量约13万吨，占世界总产量的100％，Vc的市场需求量也呈逐年上升趋势。
Vc工业发酵生产中包括中间体纯化过程，采用的是以活性炭吸附杂质的工艺。但目前吸附杂质后的活性炭即作为废物弃掉，一个年产3万吨的Vc企业，每年排放废弃活性炭约3000-5000吨，既浪费了资源，又有环保问题。
目前工业上处理废弃活性炭的方法较多，有加热再生法、生物再生法、湿式氧化法、溶剂再生法、电化学再生法、催化湿式氧化法等。以上方法均存在生产成本高，生产工艺复杂以及效率低的问题。
Vc废活性炭中的主要污染物是Vc发酵过程、古龙酸提取过程及Vc提取过程中的杂质和色素类物质，如核酸、多肽、甲酸、乙酸、丙酸、草酸和古龙酸等，本技术通过提供特定营养物质和环境条件，来筛选或驯化适宜菌株或菌群，把上述被活性炭吸附的污染物高效地分解为H2O和CO2，从而达到废活性炭再生的目的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种工艺简单、再生效率高且可以重复利用、生产成本低的Vc发酵生产中废弃活性炭的再生方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种Vc发酵生产中废弃活性炭的再生方法，包括以下步骤：
(1)在反应池中接种来源于好氧曝气池的活性污泥，把Vc废弃活性炭加入到反应池中，在反应池中补充除碳源以外的营养物质，使所述反应池中的污水循环流动，并进行曝气；使活性污泥利用Vc废弃活性炭中的养分开始生长，从而去除Vc废弃活性炭中以碳源为主的污染物；
(2)常温下，保持溶解氧浓度在3.0～8.0mg/L、水体温度波动保持在5℃/天以内，每天的曝气时间≥5小时，经过18～22天时间驯化培养，所述活性污泥驯化完成，同时Vc废弃活性炭再生完成；
(3)把反应池中再生完成的活性炭取出，烘干或风干即得到再生活性炭；同时将下一批Vc废弃活性炭放入活性污泥驯化完成后的反应池中，保持溶解氧浓度在3.0～8.0mg/L、水体温度波动保持在5℃/天以内，每天的曝气时间≥5小时；经过2～5天直至活性炭再生完成；
(4)重复步骤(3)一次至多次。
作为优选的一种技术方案，步骤(2)中，所述营养物质包括尿素、五氧化二磷、氧化钾，以及微量元素锌、硼、钼、锰、铁、铜。
作为优选的一种技术方案，步骤(2)中，所述营养物质的加入量为尿素0.1～5g/L、五氧化二磷0.1～2g/L、氧化钾0.1～2g/L，以及微量元素的混合物0.01～0.2g/L。
作为改进的一种技术方案，步骤(2)中，驯化完成后所述活性污泥中的α-变形菌纲中的斯科曼氏球菌属(Skermanella)、酸杆菌门的酸杆菌属(Acidobacteriaceae)和绿弯菌门热微菌属(Thermomicrobium)被大量富集。
作为优选的一种技术方案，驯化完成后所述活性污泥中的α-变形菌纲中的斯科曼氏球菌属(Skermanella)、酸杆菌门的酸杆菌属(Acidobacteriaceae)和绿弯菌门热微菌属(Thermomicrobium)的数量分别达到1.2～6.5×105个/ml、3.4×106～7.2×107个/ml、0.7～4.9×105个/ml。
作为进一步改进的一种技术方案，驯化后的活性污泥中，还含有α-变形菌纲(Proteobacteria)、γ-变形菌纲(Proteobacteria)、δ变形菌纲(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)，拟杆菌门(Bacteriodete)和绿弯菌门(Chloroflexi)微生物。
作为改进的一种技术方案，所述再生方法使用的反应装置包括所述反应池；所述反应池的底部设置多个曝气器，多个所述曝气器通过曝气管连通到所述反应池外部；所述反应池还设有循环管路连通有循环水池。
作为进一步改进的一种技术方案，所述循环管路包括进水管路和出水管路；所述进水管路和出水管路在所述反应池中分别连通过滤器的进口和出口；所述出水管路上设有循环水泵。
作为进一步改进的一种技术方案，所述进水管路上还设有反冲洗水泵。
作为进一步改进的一种技术方案，所述过滤器为纤维滤布过滤器。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明的Vc发酵生产中废弃活性炭的再生方法，采用对维C生产中废弃活性炭中的污染物进行针对性驯化活性污泥，使活性污泥中对废弃活性炭中的核酸、多肽、甲酸、乙酸、丙酸、草酸和古龙酸等物质有特定分解作用的菌群大量富集，这些菌群特异性地利用活性炭中的污染物为主要营养进行生长，从而达到高效去除活性炭中特定污染物的目的，具有工艺简单、能耗低、效率高等特点，而且驯化后的活性污泥可以无数次对废弃活性炭进行重复再生，即降低了生产成本，而且提高了再生效率。
2、本发明再生方法使用的反应装置包括反应池；所述反应池的底部设置多个曝气器，多个所述曝气器通过曝气管连通到所述反应池外部；所述反应池还设有循环管路连通有循环水池。还包括间歇交替式反冲洗装置，既能使活性污泥获得足够的曝气，又能使活性炭颗粒在停止曝气阶段被充分沉降或被纤维滤布过滤器拦截回反应池而不流失，还可以定期对过滤器进行反冲洗，防止堵塞。
3、本发明方法对废弃活性炭再生后，可使其脱色能力恢复至原来脱色能力的75～90％，从而为本技术领域的资源化利用提供了一个新技术。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明再生方法使用的反应装置的结构示意图；
图中，1.反应池；2.曝气器；3.曝气管；4.循环水池；5.进水管路；6.出水管路；7.过滤器；8.循环水泵；9.反冲洗水泵。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明方法所用的再生装置，如图1所示，所述再生方法使用的反应装置包括所述反应池1；所述反应池1的底部设置多个曝气器2，多个所述曝气器2通过曝气管3连通到所述反应池1外部；所述反应池1还设有循环管路连通有循环水池4。所述循环管路包括进水管路5和出水管路6；所述进水管路5和出水管路6在所述反应池1中分别连通过滤器7的进口和出口；所述出水管路6上设有循环水泵8；所述进水管路5上还设有反冲洗水泵9。
实施例1
(1)在反应池中接种来源于好氧曝气池的活性污泥，把Vc废弃活性炭加入到反应池中，在反应池中补充除碳源以外的营养物质，包括尿素、五氧化二磷、氧化钾，以及微量元素锌、硼、钼、锰、铁、铜等，使所述反应池中的污水循环流动，并进行曝气；使活性污泥利用Vc废弃活性炭中的养分开始生长，从而去除Vc废弃活性炭中以碳源为主的污染物；
(2)常温下，保持溶解氧浓度在3.5～5.0mg/L、水体温度波动保持在4℃/天以内，每天的曝气时间12小时，经过20天时间驯化培养，所述活性污泥驯化完成，同时Vc废弃活性炭再生完成；
(3)把反应池中再生完成的活性炭取出，烘干或风干即得到再生活性炭；同时将下一批Vc废弃活性炭放入活性污泥驯化完成后的反应池中，保持溶解氧浓度在3.5～5.0mg/L、水体温度波动保持在4℃/天以内，每天的曝气时间12小时；经过4天直至活性炭再生完成；
(4)反复重复步骤(3)。
实施例2
(1)在反应池中接种来源于好氧曝气池的活性污泥，把Vc废弃活性炭加入到反应池中，在反应池中补充除碳源以外的营养物质，包括尿素1.5g/L、五氧化二磷1.0g/L、氧化钾1.0g/L，以及微量元素锌、硼、钼、锰、铁、铜等的混合物1.0g/L，使所述反应池中的污水循环流动，并进行曝气；使活性污泥利用Vc废弃活性炭中的养分开始生长，从而去除Vc废弃活性炭中以碳源为主的污染物；
(2)常温下，保持溶解氧浓度在6.0mg/L、水体温度波动保持在5℃/天以内，每天的曝气时间8小时，经过21天时间驯化培养，所述活性污泥驯化完成，同时Vc废弃活性炭再生完成；驯化完成后所述活性污泥中的α-变形菌纲中的斯科曼氏球菌属(Skermanella)、酸杆菌门的酸杆菌科(Acidobacteriaceae)和绿弯菌门热微菌属(Thermomicrobium)被大量富集；数量分别达到3.5×105个/ml、2.2×107个/ml、2.0×105个/ml。
(3)把反应池中再生完成的活性炭取出，烘干或风干即得到再生活性炭；同时将下一批Vc废弃活性炭放入活性污泥驯化完成后的反应池中，保持溶解氧浓度在6.0mg/L、水体温度波动保持在5℃/天以内，每天的曝气时间8小时；经过5天直至活性炭再生完成；
(4)反复重复步骤(3)。
实施例3
(1)在反应池中接种来源于好氧曝气池的活性污泥，把Vc废弃活性炭加入到反应池中，在反应池中补充除碳源以外的营养物质，包括尿素3.5g/L、五氧化二磷1.8g/L、氧化钾1.2g/L，以及微量元素锌、硼、钼、锰、铁、铜等的混合物1.6g/L，使所述反应池中的污水循环流动，并进行曝气；使活性污泥利用Vc废弃活性炭中的养分开始生长，从而去除Vc废弃活性炭中以碳源为主的污染物；
(2)常温下，保持溶解氧浓度在5.0mg/L、水体温度波动保持在3℃/天以内，每天的曝气时间15小时，经过19天时间驯化培养，所述活性污泥驯化完成，同时Vc废弃活性炭再生完成；驯化完成后所述活性污泥中的α-变形菌纲中的斯科曼氏球菌属(Skermanella)、酸杆菌门的酸杆菌科(Acidobacteriaceae)和绿弯菌门热微菌属(Thermomicrobium)被大量富集；数量分别达到3.5×105个/ml、3.5×107个/ml、2.2×105个/ml。
(3)把反应池中再生完成的活性炭取出，烘干或风干即得到再生活性炭；同时将下一批Vc废弃活性炭放入活性污泥驯化完成后的反应池中，保持溶解氧浓度在5.0mg/L、水体温度波动保持在3℃/天以内，每天的曝气时间15小时；经过3天直至活性炭再生完成；
(4)反复重复步骤(3)。
应用例
将以上述实施例3中获得的再生活性炭来处理由染色剂配制的溶液。
将40g实施例3获得的再生活性炭投加到150mL的酸性红B(偶氮染料)溶液或碱性品绿(三芳基甲烷染料)溶液中，染料的初始浓度为50mg/L，环境温度23℃，进行搅拌，10分钟后静置观察和对比溶液色度。酸性红B溶液的脱色率为71.9％，碱性品绿溶液的脱色率为73.9％。
对比例1
对比例1与应用例的不同之处在于，使用新活性炭代替再生活性炭加入到上述应用例的酸性红B溶液和碱性品绿溶液中，同样的环境温度和脱色时间后，脱色率分别为89.7％和91.4％。
对比例2
将实施例3中使用的废气活性炭使用加热再生法进行再生，具体工艺步骤为：将废弃活性炭在抽真空或惰性气氛下，把温度加热到800～900℃保持10分钟，废弃活性炭得到再生。
对比例2与应用例的不同之处在于，使用加热再生法得到的再生活性炭代替实施例3得到的再生活性炭加入到上述应用例的酸性红B溶液和碱性品绿溶液中，同样的环境温度和脱色时间后，脱色率分别为87.4％和90.6％。
对比例3
将实施例3中使用的废弃活性炭使用溶剂再生法进行再生，具体工艺步骤为：将废弃活性炭加入到2.5wt％的NaOH溶液中，并加热至50℃保持10分钟，达到从活性炭中置换出污染物的目的，废弃活性炭得到再生。
对比例2与应用例的不同之处在于，使用溶剂再生法得到的再生活性炭代替实施例3得到的再生活性炭加入到上述应用例的酸性红B溶液和碱性品绿溶液中，同样的环境温度和脱色时间后，脱色率分别为86.2％和89.9％。
以上对比例可以看出，本发明方法对废弃活性炭再生后的脱色效果优于现有技术中的其他再生方法。应用例和对比例1的数据表明：废活性炭经过本技术再生后，吸附效率恢复到新活性炭水平的80.5％。

Claims (10)

1.一种Vc发酵生产中废弃活性炭的再生方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)在反应池中接种来源于好氧曝气池的活性污泥，把Vc废弃活性炭加入到反应池中，在反应池中补充除碳源以外的营养物质，使所述反应池中的污水循环流动，并进行曝气；使活性污泥利用Vc废弃活性炭中的养分开始生长，从而去除Vc废弃活性炭中以碳源为主的污染物；
(2)常温下，保持溶解氧浓度在3.0～8.0mg/L、水体温度波动保持在5℃/天以内，每天的曝气时间≥5小时，经过18～22天驯化培养，所述活性污泥驯化完成，同时Vc废弃活性炭再生完成；
(3)把反应池中再生完成的活性炭取出，烘干或风干即得到再生活性炭；同时将下一批Vc废弃活性炭放入活性污泥驯化完成后的反应池中，保持溶解氧浓度在3.0～8.0mg/L、水体温度波动保持在5℃/天以内，每天的曝气时间≥5小时；经过2～5天直至活性炭再生完成；
(4)重复步骤(3)一次至多次。
2.如权利要求1所述的Vc发酵生产中废弃活性炭的再生方法，其特征在于：步骤(2)中，所述营养物质包括尿素、五氧化二磷、氧化钾，以及微量元素锌、硼、钼、锰、铁、铜。
3.如权利要求2所述的Vc发酵生产中废弃活性炭的再生方法，其特征在于：所述营养物质的加入量为尿素0.1～5g/L、五氧化二磷0.1～2g/L、氧化钾0.1～2g/L，以及微量元素的混合物0.01～0.2g/L。
4.如权利要求1所述的Vc发酵生产中废弃活性炭的再生方法，其特征在于：步骤(2)中，驯化完成后所述活性污泥中的α-变形菌纲中的斯科曼氏球菌属(Skermanella)、酸杆菌门的酸杆菌属(Acidobacteriaceae)和绿弯菌门热微菌属(Thermomicrobium)被大量富集。
5.如权利要求4所述的Vc发酵生产中废弃活性炭的再生方法，其特征在于：驯化完成后所述活性污泥中的α-变形菌纲中的斯科曼氏球菌属(Skermanella)、酸杆菌门的酸杆菌属(Acidobacteriaceae)和绿弯菌门热微菌属(Thermomicrobium)的数量分别达到1.2～6.5×105个/ml、3.4×106～7.2×107个/ml、0.7～4.9×105个/ml。
6.如权利要求4所述的Vc发酵生产中废弃活性炭的再生方法，其特征在于：驯化后的活性污泥中，还含有α-变形菌纲(Proteobacteria)、γ-变形菌纲(Proteobacteria)、δ变形菌纲(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)，拟杆菌门(Bacteriodete)和绿弯菌门(Chloroflexi)微生物。
7.如权利要求1至6任一权利要求所述的Vc发酵生产中废弃活性炭的再生方法，其特征在于：所述再生方法使用的反应装置包括所述反应池；所述反应池的底部设置多个曝气器，多个所述曝气器通过曝气管连通到所述反应池外部；所述反应池还设有循环管路连通有循环水池。
8.如权利要求7所述的Vc发酵生产中废弃活性炭的再生方法，其特征在于：所述循环管路包括进水管路和出水管路；所述进水管路和出水管路在所述反应池中分别连通过滤器的进口和出口；所述出水管路上设有循环水泵。
9.如权利要求8所述的Vc发酵生产中废弃活性炭的再生方法，其特征在于：所述进水管路上还设有反冲洗水泵。
10.如权利要求7所述的Vc发酵生产中废弃活性炭的再生方法，其特征在于：所述过滤器为纤维滤布过滤器。
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