CN113355183A - 一种通过低成本厌氧发酵处理底锅水的方法 - Google Patents

一种通过低成本厌氧发酵处理底锅水的方法 Download PDF

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CN113355183A CN202110807761.8A CN202110807761A CN113355183A CN 113355183 A CN113355183 A CN 113355183A CN 202110807761 A CN202110807761 A CN 202110807761A CN 113355183 A CN113355183 A CN 113355183A
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任志强
黄治国
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Abstract

本发明公开了一种通过低成本厌氧发酵处理底锅水的方法，包括以下步骤：(1)将底锅水原液依次经过滤和稀释，调节pH值至5‑5.5，得发酵液；(2)将步骤(1)所得发酵液装入发酵罐中，加入15‑25g/L含有厌氧微生物的窖泥，在30‑45℃温度下培养7‑15d，完成底锅水处理。本发明使白酒生产过程中产生的工业废水实现了零排放，所得发酵完成液可以再次用于白酒酿造发酵过程，实现白酒行业的“增己降乳”的生产需求，有效解决了现有技术中底锅水处理难度大、处理成本高、底锅水中有机质未有效利用和排放造成二次污染等问题。

Description

一种通过低成本厌氧发酵处理底锅水的方法
技术领域
本发明涉及底锅水处理及生物发酵技术领域，具体涉及一种通过低成本厌氧发酵处理底锅水的方法。
背景技术
近年来白酒经济迅猛发展，随之带来的环境的污染也日益严重，其主要水污染物来源于蒸酒过程发酵过程和清洗过程产生的底锅废水。通常企业在蒸酒过程中，会在甄桶底部加入有助于蒸馏的使用水，即为底锅水。底锅水会在蒸料、蒸酒过程大量聚集有机质、有机酸等物质。底锅水的化学需氧量(CODcr值：指一定的条件下，采用重铬酸钾强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。)是评定水质污染程度的重要综合指标之一，一般CODcr值大，则水体污染严重，洁净饮用水的CODcr值＜100mg/L普遍超过50000mg/L，故直接稀释处理的方式失去了意义。底锅水呈酸性，有机物浓度较高，采取间歇式排放，对水体的污染最为突出，且底锅水可生化性好，处理难度大，故常成为白酒企业在处理废水方面的难题。
通过检测发现，底锅水内含有的大量乳酸、2,3-丁二醇等物质，可被厌氧菌如己酸菌、丁酸菌等通过代谢合成己酸、丁酸等物质，而底锅水中的大量的乳酸和有机质可作为底物被厌氧微生物利用而大量繁殖和产生相应代谢产物，其菌群及代谢物应用在多种行业，并且能一定程度降低底锅水的CODcr值和悬浮颗粒物(SS)值，而目前对于底锅水的处理办法一般仅仅通过降低底锅水中的CODcr、和SS等污染物含量进行排放，效率低，且耗费了大量的经济成本，并不能完全排除对水环境的污染，底锅水中丰富的有机质未得到有效的利用，而是排放到水环境中进行二次污染。目前，急需一种处理底锅废水使其再利用的方法。
综上所述，针对现有的底锅水处理方式对白酒企业的经济发展和水环境保护的重要影响，发明一种处理底锅废水使其再利用的方法迫在眉睫。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种通过低成本厌氧发酵处理底锅水的方法，使白酒生产过程中产生的工业废水实现了零排放，所得发酵完成液可以再次用于白酒酿造发酵过程，实现白酒行业的“增己降乳”的生产需求，有效解决了现有技术中底锅水处理难度大、处理成本高、底锅水中有机质未有效利用和排放造成二次污染等问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种通过低成本厌氧发酵处理底锅水的方法，包括以下步骤：
(1)将底锅水原液依次经过滤和稀释，调节pH值至5-5.5，得发酵液；
(2)将步骤(1)所得发酵液装入发酵罐中，加入15-25g/L含有厌氧微生物的窖泥，在30-45℃温度下培养7-15d，完成底锅水处理。
进一步，步骤(1)中，将底锅水原液经纱布过滤，然后加入3-6倍质量的去离子水稀释。
进一步，纱布目数为50-80目。
进一步，纱布目数为60目。
进一步，加入5倍质量的去离子水稀释。
进一步，发酵罐设置有安全阀，压力值为0.2kPa。
进一步，发酵产气超过0.2kPa发酵罐会通过安全阀降压且通过放气使罐内营养物通过气压差自动混匀。
进一步，步骤(2)中，加入20g/L含有厌氧微生物的窖泥。
进一步，厌氧微生物为丁酸菌和己酸菌。
进一步，步骤(2)中，在35℃温度下培养10d。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、本发明使白酒生产过程中产生的工业废水实现了零排放，所得发酵完成液可以再次用于白酒酿造发酵过程，提高己酸、丁酸、己酸乙酯，丁酸乙酯，等总酸、总酯的含量，其中丰富的厌氧微生物(己酸菌、丁酸菌)主要消耗乳酸，实现白酒行业的“增己降乳”的生产需求，提高香味物质含量，提升酒质，且可用于窖池的养护，快速而低成本的减少了环境污染和提高了企业的经济效益；有效解决了现有技术中底锅水处理难度大、处理成本高、底锅水中有机质未有效利用和排放造成二次污染等问题。
2、利用底锅水通过稀释、调pH、接种菌群、利用气压差持续混合发酵液等步骤，处理底锅废水使其再利用的方法，其发酵产物的CODCr显著降低，其将乳酸等大分子酸几乎消耗殆尽，发酵完成液富含产酸微生物菌群，此技术方案克服了处理底锅水对企业造成经济损失和水体污染的问题，发酵完成液可对窖池进行养护，投入白酒酿造中可有效提高白酒中的主要风味物质成分含量，提升酒质，实现了底锅水的零排放。
3、本发明未添加除氢氧化钠以外的任何沉降物质和其他有毒有害的化学物，能直接应用于酿酒发酵过程；处理成本低且发酵周期短，短时间内即可大量的富集厌氧菌群，尤其是丁酸、己酸菌群，其他处理方式周期普遍更长或者其在同等时间内富集的丁酸、己酸的产量远低于本方案或者根本无法进行丁酸或者己酸菌等白酒酿造有益菌的发酵。本方案的处理方式具有简便，成本低，实际效果好，具有极佳的应用生产适用性，恰到好处的使绝大多数的底锅水的得到有效处理。
具体实施方式
实施例1
一种通过低成本厌氧发酵处理底锅水的方法，包括以下步骤：
(1)将底锅水原液，将底锅水原液经纱布过滤，然后加入4倍质量的去离子水稀释，调节pH值至5，得发酵液；
(2)将步骤(1)所得发酵液装入发酵罐中，加入15g/L含有厌氧微生物(丁酸菌、己酸菌)的窖泥，在30℃温度下培养7d，完成底锅水处理。发酵罐设置有安全阀，压力值为0.2kPa；发酵产气超过0.2kPa发酵罐会通过安全阀降压且通过放气使罐内营养物通过气压差自动混匀。
将最后发酵完成后的完成液通过顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用法(Headspace Solid Phase Microextraction-Gas Chromatography-Mass Spectrometer，HS-SPME-GC-MS)定性、定量分析发酵完成液，对比发酵前后发酵液主要醇、酸成分差异，并测定反应前后的底锅水的CODCr和SS，其结果如表1-2所示。
表1发酵前后发酵液主要醇、酸成分差异结果
Figure BDA0003167000650000041
Figure BDA0003167000650000051
注：-表示未检出，下同。
表2污染物指标检测结果
底锅水 CODCr SS
发酵前(mg/L) 51640±260 1960±230
发酵后(mg/L) 8263±370 1250±140
由表1和2可知，底锅水经本发明的方法处理后提高了己酸、丁酸、己酸乙酯，丁酸乙酯，等总酸、总酯的含量，实现白酒行业的“增己降乳”的生产需求，提高香味物质含量，提升酒质。且处理后的CODCr和SS显著降低，避免造成大量污染。
实施例2
一种通过低成本厌氧发酵处理底锅水的方法，包括以下步骤：
(1)将底锅水原液，将底锅水原液经纱布过滤，然后加入5倍质量的去离子水稀释，调节pH值至5.3，得发酵液；
(2)将步骤(1)所得发酵液装入发酵罐中，加入20g/L含有厌氧微生物(丁酸菌、己酸菌)的窖泥，在35℃温度下培养10d，完成底锅水处理。发酵罐设置有安全阀，压力值为0.2kPa；发酵产气超过0.2kPa发酵罐会通过安全阀降压且通过放气使罐内营养物通过气压差自动混匀。
将最后发酵完成后的完成液通过顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用法(Headspace Solid Phase Microextraction-Gas Chromatography-Mass Spectrometer，HS-SPME-GC-MS)定性、定量分析发酵完成液，对比发酵前后发酵液主要醇、酸成分差异，并测定反应前后的底锅水的CODCr和SS，其结果如表3、表4所示。
表3发酵前后发酵液主要醇、酸成分差异结果
Figure BDA0003167000650000061
表4污染物指标检测结果
底锅水 CODCr SS
发酵前(mg/L) 51640±260 1960±230
发酵后(mg/L) 5263±370 1050±140
由表3和4可知，底锅水经本发明的方法处理后提高了己酸、丁酸、己酸乙酯，丁酸乙酯，等总酸、总酯的含量，实现白酒行业的“增己降乳”的生产需求，提高香味物质含量，提升酒质。且处理后的CODCr和SS显著降低，避免造成大量污染。
实施例3
一种通过低成本厌氧发酵处理底锅水的方法，包括以下步骤：
(1)将底锅水原液，将底锅水原液经纱布过滤，然后加入6倍质量的去离子水稀释，调节pH值至5.5，得发酵液；
(2)将步骤(1)所得发酵液装入发酵罐中，加入25g/L含有厌氧微生物(丁酸菌、己酸菌)的窖泥，在45℃温度下培养15d，完成底锅水处理。发酵罐设置有安全阀，压力值为0.2kPa；发酵产气超过0.2kPa发酵罐会通过安全阀降压且通过放气使罐内营养物通过气压差自动混匀。
将最后发酵完成后的完成液通过顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用法(Headspace Solid Phase Microextraction-Gas Chromatography-Mass Spectrometer，HS-SPME-GC-MS)定性、定量分析发酵完成液，对比发酵前后发酵液主要醇、酸成分差异，并测定反应前后的底锅水的CODCr和SS，其结果如表5、表6所示。
表5发酵前后发酵液主要醇、酸成分差异结果
Figure BDA0003167000650000071
表6污染物指标检测结果
底锅水 CODCr SS
发酵前(mg/L) 51640±260 1960±230
发酵后(mg/L) 4263±370 980±140
由表5和6可知，底锅水经本发明的方法处理后提高了己酸、丁酸、己酸乙酯，丁酸乙酯，等总酸、总酯的含量，实现白酒行业的“增己降乳”的生产需求，提高香味物质含量，提升酒质。且处理后的CODCr和SS显著降低，避免造成大量污染。
实验例1
以高粱为原料，粉碎，润粮，加入粮食占比为10wt％的糠壳、蒸粮至粮熟，摊凉，添加粮食占比15wt％的大曲，加入粮食占比1wt％的底锅水发酵完成液，总水分控制在55％；周期发酵65d。
发酵周期结束后进行蒸酒，测定取酒样测定成品酒的总酸、总酯，通过GC-MS进行定性、定量分析酒体的主要酸类、酯类及2,3-丁二醇等风味成分。并从色、香、味三个角度寻找30名的不同年龄、性别的喜爱喝白酒的成年群众对酒进行感官评价。主要酸类、酯类等风味成分结果如表7所示，总酯、总酸结果如表8所示，感官评价结果如表9所示。
表7风味成分结果单位：(mg/100mL)
组别 实施例1 实施例2 实施例3 对照组
己酸乙酯 189.50±0.13 173.50±3.21 183.20±1.02 143.20±0.25
乳酸乙酯 65.20±0.01 43.50±0.68 52.50±0.58 72.10±1.11
乙酸乙酯 150.00±0.09 135.20±2.55 144.30±0.99 133.00±2.32
丁酸乙酯 24.90±0.54 26.80±1.25 25.50±0.32 20.00±0.15
己酸 29.10±0.35 23.10±0.51 22.10±0.65 21.20±1.22
乳酸 9.00±0.15 8.70±0.12 10.30±0.12 15.70±1.02
丁酸 46.20±0.68 51.10±0.98 27.80±0.65 18.30±0.21
丙酸 0.38±0.03 0.41±0.68 0.72±0.02 -
乙酸 51.80±0.55 47.20±0.58 44.50±0.88 26.50±0.58
表8总酸、总酯测定结果单位：％
组别 实施例1 实施例2 实施例3 对照组
总酸 0.36±0.02 0.33±0.03 0.34±0.02 0.28±0.02
总酯 1.51±0.03 1.67±0.01 1.72±0.01 1.43±0.01
表9感官评价结果单位：分
Figure BDA0003167000650000081
Figure BDA0003167000650000091
由表7-9可知，随着发酵完成液的添加，成品酒的己酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯等白酒重要风味物质均有不同程度的所提升，同时乳酸乙酯较对照组有一定下降，由此可见，发酵液的添加增加了白酒的风味，同时一定程度降低了乳酸乙酯的含量，酒体协调性得到上升，满足了“增己降乳”的风味要求；同时，随着发酵完成液的添加，成品酒的总酸及总酯也显著上升，促进了酒体质量的进一步提升；感官评分结果表明，综合得分，实施例酿造的酒较对照组口感更佳，综合上述结果，本方案的发酵液对于白酒酿造的应用具有显著功效，可显著提高就提丰富度，提升酒质。
实验例2
以高粱为原料，粉碎，润粮，加入粮食占比为10wt％的糠壳、蒸粮至粮熟，摊凉，添加粮食占比15wt％的大曲，加入粮食占比3wt％的底锅水发酵完成液，总水分控制在55％；周期发酵65d。
发酵周期结束后进行蒸酒，测定取酒样测定成品酒的总酸、总酯，通过GC-MS进行定性、定量分析酒体的主要酸类、酯类及2,3-丁二醇等风味成分。并从色、香、味三个角度寻找30名的不同年龄、性别的喜爱喝白酒的成年群众对酒进行感官评价。主要酸类、酯类及2,3-丁二醇等风味成分结果如表10所示，总酯、总酸结果如表11所示，感官评价结果如表12所示。
表10风味成分结果单位：(mg/100mL)
Figure BDA0003167000650000092
Figure BDA0003167000650000101
表11总酸、总酯测定结果单位：％
组别 实施例1 实施例2 实施例3 对照组
总酸 0.34±0.02 0.31±0.02 0.32±0.02 0.26±0.04
总酯 1.62±0.03 1.53±0.01 1.57±0.01 1.47±0.02
表12感官评价结果单位：分
组别 色(20分) 香(30分) 味(50分) 总分(100分)
实施例1 16±2 26±2 45±2 87±1
实施例2 18±1 24±1 45±1 87±2
实施例3 15±1 27±2 43±1 85±1
对照组 16±2 22±3 41±2 79±1
由表10-12可知，随着发酵完成液的添加，成品酒的己酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯等白酒重要风味物质均有不同程度的所提升，同时乳酸乙酯较对照组有一定下降，同时，成品酒的总酸及总酯也显著上升，实施例酿造的酒较对照组口感更佳，综合上述结果，本方案的发酵液对于白酒酿造的应用具有显著功效，可显著提高就提丰富度，提升酒质。
实验例3
以高粱为原料，粉碎，润粮，加入粮食占比为10wt％的糠壳、蒸粮至粮熟，摊凉，添加粮食占比15wt％的大曲，加入粮食占比5wt％的底锅水发酵完成液，总水分控制在55％；周期发酵65d。
发酵周期结束后进行蒸酒，测定取酒样测定成品酒的总酸、总酯，通过GC-MS进行定性、定量分析酒体的主要酸类、酯类及2,3-丁二醇等风味成分。并从色、香、味三个角度寻找30名的不同年龄、性别的喜爱喝白酒的成年群众对酒进行感官评价。主要酸类、酯类及2,3-丁二醇等风味成分结果如表13所示，总酯、总酸的结果如表14所示，感官评价结果如表15所示。
表13主要酸类、酯类检测结果单位：(mg/100mL)
组别 实施例1 实施例2 实施例3 对照组
己酸乙酯 233.10±0.21 187.20±0.35 199.66±0.21 118.60±0.14
乳酸乙酯 41.20±0.11 35.22±0.49 41.20±0.29 76.10±0.32
乙酸乙酯 147.04±0.66 104.70±0.55 132.28±0.47 96.27±0.23
丁酸乙酯 21.29±0.69 20.85±0.63 23.12±0.69 15.50±0.36
己酸 27.10±0.58 29.42±0.84 28.20±0.35 11.20±0.66
乳酸 3.52±0.54 2.70±0.17 6.80±0.47 11.00±0.18
丁酸 46.20±0.25 37.10±0.14 38.800.36 33.10±0.88
丙酸 -- 0.41±0.91 0.72±0.45 0.24±0.47
乙酸 51.41±0.93 44.20±0.40 40.50±0.14 34.60±0.69
2,3-丁二醇 0.79±0.50 0.61±0.55 -- --
表14总酸、总酯测定结果单位：％
组别 实施例1 实施例2 实施例3 对照组
总酸 0.31±0.02 0.31±0.03 0.37±0.04 0.24±0.04
总酯 1.65±0.03 1.63±0.05 1.62±0.01 1.44±0.02
表15感官评价结果单位：分
Figure BDA0003167000650000111
Figure BDA0003167000650000121
由表13-15可知，随着发酵完成液的添加，成品酒的己酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯等白酒重要风味物质均有不同程度的所提升，成品酒的总酸及总酯也显著上升，实施例酿造的酒较对照组口感更佳，综合上述结果，本方案的发酵液对于白酒酿造的应用具有显著功效，可显著提高就提丰富度，提升酒质。
实验例4
于川南某浓香型酒厂取退化窖池、正常窖池、优质窖池的养窖期进行窖池养护试验，打扫窖池，除去窖壁及窖底的底糟。在窖壁四周打孔，小孔排列呈耙齿状，孔径为8mm，孔距80mm，孔深40mm。窖壁上的孔径45°倾斜。从上至下打多个孔位，取实施例2方案生产的发酵完成液从上至下浸淋窖泥，泥封抹匀，养护两轮后，均匀取样，对窖泥的指标进行测定，作为窖池品质变化判断的参考指标，窖泥测定结果如表16所示。
表16窖泥指标测定结果
Figure BDA0003167000650000122
由表16可知，将发酵液投入窖池进行养护后，窖泥的氨态氮、有效磷、腐殖质等指标有所改善，退化窖池的窖泥参数升高，趋向于正常化，正常窖池经过养护，指标参数向优质窖池靠拢，优质窖泥的态氮、有效磷、腐殖质等指标也随养护后有所上升，其中，各窖池的厌氧菌群数也显著上升，厌氧菌群数是评价窖池好坏的一个重要指标，一般认为，厌氧微生物越多，窖池质量越好，结果显示，养护液对窖池品质具有有益功效。
虽然本发明的具体实施方式对本发明进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (9)

1.一种通过低成本厌氧发酵处理底锅水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将底锅水原液依次经过滤和稀释，调节pH值至5-5.5，得发酵液；
(2)将步骤(1)所得发酵液装入发酵罐中，加入15-25g/L含有厌氧微生物的窖泥，在30-45℃温度下培养7-15d，完成底锅水处理。
2.如权利要求1所述的通过低成本厌氧发酵处理底锅水的方法，其特征在于，步骤(1)中，将底锅水原液经纱布过滤，然后加入3-6倍质量的去离子水稀释。
3.如权利要求2所述的通过低成本厌氧发酵处理底锅水的方法，其特征在于，纱布目数为50-80目。
4.如权利要求2所述的通过低成本厌氧发酵处理底锅水的方法，其特征在于，加入5倍质量的去离子水稀释。
5.如权利要求1所述的通过低成本厌氧发酵处理底锅水的方法，其特征在于，所述发酵罐设置有安全阀，压力值为0.2kPa。
6.如权利要求5所述的通过低成本厌氧发酵处理底锅水的方法，其特征在于，发酵产气超过0.2kPa发酵罐会通过安全阀降压且通过放气使罐内营养物通过气压差自动混匀。
7.如权利要求1所述的通过低成本厌氧发酵处理底锅水的方法，其特征在于，步骤(2)中，加入20g/L含有厌氧微生物的窖泥。
8.如权利要求1所述的通过低成本厌氧发酵处理底锅水的方法，其特征在于，所述厌氧微生物为丁酸菌和己酸菌。
9.如权利要求1所述的通过低成本厌氧发酵处理底锅水的方法，其特征在于，步骤(2)中，在35℃温度下培养10d。
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