CN114804560A - 一种啤酒糟资源化利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种啤酒糟资源化利用方法，涉及工业废弃物资源化利用技术领域。一种啤酒糟资源化利用方法包括以下步骤：将啤酒糟晾干，然后与贮存污泥混合，调节含水率至70‑80％，然后转入生物干化反应装置进行生物干化，生物干化过程中采用间歇通风，30‑50min为一个通风周期，每个周期内开10‑20min、关20‑30min，干化周期为18‑20d。本发明的啤酒糟资源化利用方法通过利用啤酒糟与贮存污泥混合进行生物干化，啤酒糟中丰富的微生物可提高贮存污泥的生物干化效果，因此本发明可拓展酒糟类工业废弃物的资源化利用新途径，也可降低贮存污泥的含水率，提高干化物料的稳定性，便于贮存污泥后续的处理处置。
Description
技术领域
本发明涉及工业废弃物资源化利用技术领域，具体而言，涉及一种啤酒糟资源化利用方法。
背景技术
啤酒糟又称麦糟、麦芽糟，是啤酒生产过程中的主要副产物，经过糖化提取籽实中碳水化合物之后剩余的残渣，约占啤酒生产量的四分之一。啤酒生产过程中会产生大量的啤酒糟，因为含有较多的水分，不便于长途运输，更不能长期贮存，得不到很好的利用。而由于啤酒糟中含有丰富的蛋白质、残糖等物质，排放后恰恰给微生物带来很好的繁殖场所，从而成为江、河、湖、海及地下水的一大污染源，破坏了生态平衡。这不仅对环境造成了严重污染，还花费了大量的排污费，既不经济也不环保。因此应该以啤酒糟为原料，深入开发啤酒糟的应用。目前国内外啤酒糟的应用已经很广泛，主要应用于酶制剂制取、饲料生产、栽培食用菌、制作吸附材料等方面。但是关于啤酒糟作为调理剂，用于贮存污泥生物干化方面的研究尚无报道。
贮存污泥主要是由城镇污水处理厂产生，城镇污水厂产生的污泥经过简单脱水之后便运往污泥填埋场进行贮存，在贮存的过程中只经过简单的毒性处理(例如撒生石灰)，贮存时间可达几年甚至十几年。由于贮存污泥没有合适的出路以及缺乏合适的处置方法，导致贮存污泥的产量越来越多。贮存污泥只是将污泥进行了转移，并没有彻底消除其产生的危害，在长期的贮存过程中会对土壤、大气、地下水产生污染，甚至威胁周边居民的身体健康，因此，亟需对贮存污泥进行处理处置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种啤酒糟资源化利用方法，通过利用啤酒糟与贮存污泥混合进行生物干化，啤酒糟中丰富的微生物可提高贮存污泥的生物干化效果，因此本发明可以改善啤酒生产过程中废糟对生产环境造成污染的现状，实现废物的循环利用，增加经济效益和社会效益，能够拓展酒糟类工业废弃物的资源化利用新途径，也可降低贮存污泥的含水率，提高干化物料的稳定性，便于贮存污泥后续的处理处置。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种啤酒糟资源化利用方法，包括以下步骤：
将啤酒糟晾干，然后与贮存污泥混合，调节含水率至70-80％，然后转入生物干化反应装置进行生物干化，生物干化过程中采用间歇通风，30-50min为一个通风周期，每个周期内开10-20min、关20-30min，干化周期为18-20d。
本发明实施例至少具有以下有益效果：
本发明采用啤酒糟与贮存污泥混合进行生物干化，长期贮存的污泥本身粘度大、孔隙度及C/N低，与新鲜组污泥相比有机质含量及好氧微生物含量更低，不利于生物干化的进行。而啤酒糟中含有丰富的微生物，例如毕赤酵母(Pichia)和生丝毕赤酵母属(Hyphopichia)等，其作为调理剂可使生物干化堆体的微生物活性提高，空气流通增强，C/N增高。无需添加其他菌剂，完全依靠微生物自身好氧发酵时产生的热量，以及反应器外壁的保温层堆体的温度，不需要外加热源即可进行生物干化，更加节能。经过生物干化之后，贮存污泥的含水率得以降低，有害物质含量降低，稳定性得以进一步提高，便于后续进一步的资源化处理处置；与此同时，也拓展了啤酒糟的资源化利用新途径，对我国酒糟类废弃物的综合利用具有重大意义，具有良好的推广应用前景。
此外，将贮存污泥与啤酒糟混合进行生物干化，不仅在一定程度上扩展了啤酒糟的资源化利用新途径，而且解决了贮存污泥带来的一系列环境问题。并且，生物干化反应装置不需要外加热源，主要依靠好氧微生物自身发酵产生的热量去除水分，反应器外包裹的保温层可以减少系统中微生物自身产生热量的散失，因此生物干化更加经济环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的生物干化反应装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的生物干化前溶解性有机物(DOM)的三维荧光光谱(EEM)；
图3为本发明实施例提供的生物干化后溶解性有机物(DOM)的三维荧光光谱(EEM)。
图标：1-定时曝气装置；2-曝气泵；3-反应器；31-穿孔板；311-气孔；32-气室；33-物料室；34-入气口；35-物料出口；36-温度传感器；37-保温层；38-保温覆盖层；4-气管；41-流量计；5-数据记录仪。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本发明。
一种啤酒糟资源化利用方法，包括以下步骤：
将啤酒糟晾干，然后与贮存污泥混合，调节含水率至70-80％，然后转入生物干化反应装置进行生物干化，生物干化过程中采用间歇通风，30-50min为一个通风周期，每个周期内开10-20min、关20-30min，干化周期为18-20d。
啤酒糟是啤酒工业的主要副产品，是以大麦为原料，经发酵提取籽实中可溶性碳水化合物后的残渣。每生产1吨啤酒大约产生1/4吨的啤酒糟，我国啤酒糟年产量已达1000多万吨，并且还在不断增加。啤酒糟含有丰富的蛋白质、氨基酸及微量元素，多用于养殖方面，还可用于酶制剂制取、栽培食用菌、制作吸附材料等方面，但是未见作为调理剂用于生物干化的报道，而且由于啤酒糟本身含有大量的微生物，因此其作为调理剂的效果要优于稻草等农业废弃物。啤酒糟主要由麦芽的皮壳、叶芽、不溶性蛋白质、半纤维素、脂肪、灰分及少量未分解的淀粉和未洗出的可溶性浸出物组成。
贮存污泥是指污水厂产生的污泥脱水之后运往污泥填埋场进行贮存后产生的污泥。由于经过长期的贮存，其性质与新鲜的污泥有较大的差别，例如有机质、微生物、营养元素等。由于贮存污泥含量的增加，导致其载贮存过程中对土壤、地下水、大气等产生二次污染，随着《污泥处理处置污染防治最佳可行技术指南》、《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南(试行)》等政策法规的出台，今后，污泥处理处置工作将是环境污染治理攻坚战的重点，是生态文明建设的重要组成部分。因此，贮存污泥的处理处置具有重要的意义。
生物干化技术主要是利用好氧微生物降解有机物产生的生物热去除污泥中的水分，不需要外加热源，而且不产生有毒有害的尾气，是一种经济环保的干化方法，将贮存污泥与啤酒糟混合进行生物干化，不仅在一定程度上扩展了啤酒糟的资源化利用新途径，而且解决了贮存污泥带来的一系列的问题，因此此方法非常有意义。
采用啤酒糟与贮存污泥混合进行生物干化，长期贮存的污泥本身粘度大、孔隙度及C/N低，与新鲜污泥相比有机质含量及好氧微生物含量更低，不利于生物干化的进行。而啤酒糟中含有丰富的微生物，例如毕赤酵母(Pichia)和生丝毕赤酵母属(Hyphopichia)等，其作为调理剂可使生物干化堆体的微生物活性提高，空气流通增强，C/N增高。无需添加其他菌剂，完全依靠微生物自身好氧发酵时产生的热量，以及反应器外壁的保温层堆体的温度，不需要外加热源即可进行生物干化，更加节能。经过生物干化之后，贮存污泥的含水率得以降低，有害物质含量降低，稳定性提高，便于后续进一步的资源化处理处置；与此同时，也拓展了啤酒糟的资源化利用新途径，对我国酒糟类废弃物的综合利用具有重大意义，具有良好的推广应用前景。此外，将贮存污泥与啤酒糟混合进行生物干化，不仅在一定程度上扩展了啤酒糟的资源化利用新途径，而且解决了贮存污泥带来的一系列环境问题。并且，生物干化反应装置不需要外加热源，主要依靠好氧微生物自身发酵产生的热量去除水分，使得生物干化过程操作简单，便于实际应用。
本实施例中，将啤酒糟晾干前还需要进行筛选，将一些杂质或质量不好的啤酒糟去除，这样可以提高啤酒糟对贮存污泥的处理效果，使得贮存污泥中的含水率降低，有害物质含量降低，减少贮存污泥对环境的破坏。将啤酒糟晾干，然后与贮存污泥混合，调节含水率至70-80％。这样可以让啤酒糟中的微生物可以随着水分渗透进贮存污泥，进而让微生物与贮存污泥中的物质发生反应，降低贮存污泥的污染物质，同时还可以利用微生物自身好氧发酵时产生的热量对贮存污泥进行干化，使得干化过程简单，操作方便。干化过程中，采用间歇通风，这样可以不间断的为微生物提供氧气，从而保证微生物有充足的的氧气进行好氧发酵，使得微生物更好地与贮存污泥中的物质发生反应，提高对贮存污泥的处理效果。以30-50min为一个通风周期，每个周期内开10-20min、关20-30min，干化周期为18-20d。在一个通风周期内关闭或打开通风，可以破坏微生物好氧发酵的平衡状态，进而增强微生物在贮存污泥中的运动，加快对贮存污泥的处理速率。
啤酒糟和贮存污泥的重量比为(3-8)：1。在该配比下，可以确保啤酒糟中的微生物可以与贮存污泥充分反应，使得微生物可以完全利用或消除贮存污泥中的有害物质，从而解决贮存污泥难以治理的问题。
间歇通风时，通风速率为每公斤干物质1.5-2.2L/min。这样可以便于给微生物提高氧气，使得微生物好氧发酵效果更好，进而提高对贮存污泥的处理效率。
生化干化过程中，每3-5d翻堆一次。通过翻堆，可以让啤酒糟(微生物)与贮存污泥改变混合状态，将贮存污泥内部或外部重新进行调整，可以让内部的微生物更好地接触到氧气，进一步提高微生物发酵效率，使得产生的热量增加，提高贮存污泥干化时间。
生物干化反应装置包括定时曝气装置、曝气泵和反应器，定时曝气装置与曝气泵电性连接，曝气泵通过气管与反应器内部连通。
定时曝气装置可以使得间歇通风的时间更加精准，从而更好地为微生物提高氧气，让微生物发酵效果更好，发酵程度更彻底，提供更多地热量，加快生物干化速率。曝气泵可以更精确地掌握曝气量，避免曝气量太少，影响微生物发酵，使得产生的热量少，增加生物干化时间；还可以避免曝气量太多，使得热量散失，反应的温度降低，贮存污泥处理效率降低。
气管上设置有流量计。流量计可以准确掌握通风速率，避免通风速率过快或过慢使得贮存污泥处理效率降低，使得通入的气体可以更好地被微生物利用，进而产生出更多的热量，提高啤酒糟与贮存污泥的反应效率。
反应器内部通过穿孔板分割成物料室和气室，物料室位于气室上方。这样可以确保通入的气体可以更均匀地进入到物料室，避免气体不均匀使得物料室的物料处理效果不一致，进而降低对贮存污泥的处理效果，使得贮存污泥中的有害物质含量偏高，无法解决贮存污泥难以治理的问题。
反应器外壁设置有保温层，物料室顶部设置有保温覆盖层。其中，保温层为保温棉，保温棉的厚度为12-18cm。保温层可以减少系统中微生物自身产生热量的散失，因此生物干化更加经济环保；且在该厚度下，保温层的保温效果最佳，微生物产生的热量可以更好地保留。而保温覆盖层可以减少物料产生的热量散失，使得贮存污泥处理效果更好。
还包括数据记录仪，反应器内壁设置有温度传感器，温度传感器与数据记录仪电性连接。设置温度传感器可以随时掌握反应器内的温度，更便于掌握贮存污泥的处理程度，同时可以根据反应器内温度变化，掌握微生物的发酵程度或速度，进而调整通气速率，使得微生物发酵情况更好。数据记录仪可以记录生物干化过程中温度变化，进而通过数据来判断生物干化最佳条件或影响生物干化的因素，从而让啤酒糟和贮存污泥更好地进行生物干化。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例中一种啤酒糟资源化利用方法，包括以下步骤：
(1)将新鲜的啤酒糟筛选、晾干；
(2)将贮存污泥与啤酒糟按5:1(w/w，湿重)混合，调节含水率至70％，然后放入生物干化反应装置进行生物干化；
(3)通风周期为30min，采用10min开/20min关的间歇通风方式，通风速率为每公斤干物质1.5L/min，生物干化周期为18天，每3天进行一次翻堆。生物干化反应装置外壁用15cm后的保温棉包裹防止热量散失。
实施例2
本实施例中一种啤酒糟资源化利用方法，包括以下步骤：
(1)将新鲜的啤酒糟筛选、晾干；
(2)将贮存污泥与啤酒糟按8:1(w/w，湿重)混合，调节含水率至80％，然后放入生物干化反应装置进行生物干化；
(3)通风周期为50min，采用20min开/30min关的间歇通风方式，通风速率为每公斤干物质2.2L/min，生物干化周期为20天，每5天进行一次翻堆。生物干化反应装置外壁用18cm后的保温棉包裹防止热量散失。
实施例3
本实施例中一种啤酒糟资源化利用方法，包括以下步骤：
(1)将新鲜的啤酒糟筛选、晾干；
(2)将贮存污泥与啤酒糟按3:1(w/w，湿重)混合，调节含水率至80％，然后放入生物干化反应装置进行生物干化；
(3)通风周期为40min，采用15min开/25min关的间歇通风方式，通风速率为每公斤干物质2L/min，生物干化周期为19天，每4天进行一次翻堆。生物干化反应装置外壁用12cm后的保温棉包裹防止热量散失。
实施例4
本实施例与实施例1不同的是，选用稻草与贮存污泥进行生物干化，具体步骤如下：
(1)将贮存污泥与稻草按5:1(w/w，湿重)混合，调节含水率至70％，然后放入生物干化反应装置进行生物干化；
(3)通风周期为30min，采用10min开/20min关的间歇通风方式，通风速率为每公斤干物质1.5L/min，生物干化周期为18天，每3天进行一次翻堆。生物干化反应装置外壁用15cm后的保温棉包裹防止热量散失。
实施例5
本实施例啤酒糟资源化利用方法与实施例1相同，其中，生物干化反应装置包括定时曝气装置1、曝气泵2和反应器3，定时曝气装置1与曝气泵2电性连接，曝气泵2通过气管4与反应器3内部连通。
定时曝气装置1更便于精确掌握通气时间，避免通气时间过短或过长，使得啤酒糟与贮存污泥生物干化反应效果不佳。曝气泵2更便于控制曝气量，进而使得微生物发酵程度更好。
气管4上设置有流量计41。这样可以准确掌握通气速率，使得通入的气体量更适合微生物发酵。
反应器3内部通过穿孔板31分割成物料室33和气室32，物料室33位于气室32上方。反应器3外壁设置有保温层37，物料室33顶部设置有保温覆盖层38。保温层37为保温棉，保温棉的厚度为12-18cm。保温层37和保温覆盖层38可以更好地储备热量，减少热量散失，提高啤酒糟和贮存污泥的反应效率。
反应器3侧壁上还设有入气口34和物料出口35，入气口34与气管4连接。物料出口35设置有三个，更便于取出物料。穿孔板31上还设有多个气孔311，相邻气孔311之间间距相同，这样可以确保通入到物料室33的气体更加均匀。
还包括数据记录仪5，反应器3内壁设置有温度传感器36，温度传感器36与数据记录仪5电性连接。这样更便于精确掌握反应器3内物料的反应情况，从而对异常情况作出一定的补救措施，提高生物干化处理效果。
生物干化反应装置的原理是：先将混合后的啤酒糟和贮存污泥放入到反应器3内，然后关闭物料出口35，打开数据记录仪5，启动定时曝气装置1，定时曝气装置1控制曝气泵2开启，从而给反应器3内通入气体，当通入气体一定时间后，定时曝气装置1控制曝气泵2关闭，结束向反应器3内通入气体；当到达一个通风周期后，定时曝气装置1再次控制曝气泵2开启，然后结束，由此循环往复；当啤酒糟和贮存污泥反应一定时间后，翻动反应器3内的物料，然后每到一定时间就翻动物料，直至反应结束。
待结束生物干化反应后，关闭仪器，将物料从物料出口35取出，对反应器3进行清洗。
试验结果
本发明实施例使用的啤酒糟的主要成分如下：
表1啤酒糟的主要成分
根据表1可知，本发明使用的啤酒糟含有木质素、半纤维素、纤维素、蛋白质、淀粉、脂肪和水分，且蛋白质、纤维素和半纤维素含量较多。采用啤酒糟进行生物干化反应时，啤酒糟中本身含有毕赤酵母(Pichia)和生丝毕赤酵母属(Hyphopichia)，两者利用啤酒糟本身的营养物质进行微生物发酵或代谢，从而对贮存污泥进行处理，使得贮存污泥中有害物质含量降低，含水率下降，让贮存污泥达到卫生标准，减少其对环境的污染。
将实施例1-4的贮存污泥处理过程的最高温度、有机物降解率、最终贮存污泥含水率进行记录，结果如下：
表2生物干化效果
根据表2可知，实施例4与实施例1-3相比，其最高温度和有机物降解率较低，最终贮存污泥含水率与最初含水率70-80％相比，含水率更高，由此可知本发明中实施例4中用稻草做调理剂时的干化效果比啤酒糟要差，说明啤酒糟更加适合作为贮存污泥生物干化过程中的调理剂。将贮存污泥与啤酒糟混合进行生物干化，可以充分利用啤酒糟本身含有的丰富微生物菌群，可以极大提高贮存污泥的生物干化效果，不仅在一定程度上扩展了啤酒糟的资源化利用新途径，而且解决了贮存污泥带来的一系列环境问题。
对生物干化前后溶解性有机物(DOM)的三维荧光光谱(EEM)进行了检测，EEM的荧光区域范围的划分如表3所示，具体的EEM图谱如图2、图3所示。
表3荧光区域积分范围的划分
根据表3、图2和图3可知，生物干化过程导致物料中EEM发生了很大变化，区域I、II和IV的荧光强度逐渐在减弱，区域V的荧光强度增强，生物干化结束时区域V成为最主要的荧光峰，说明生物干化过程有利于腐殖酸类大分子物质的形成，以及随着生物干化的进行物料的腐殖化或稳定化程度在逐渐提高。生物干化结束时，DOM的主要成分发生了显著的变化，腐殖酸成为DOM的主要成分，说明经过生物干化DOM由结构简单的物质逐渐转化为缩合度较高的化合物，干化物料的稳定性逐渐提升。
综上所述，本发明实施例的啤酒糟资源化利用方法，采用啤酒糟与贮存污泥混合进行生物干化，长期贮存的污泥本身粘度大、孔隙度及C/N低，与新鲜组污泥相比有机质含量及好氧微生物含量更低，不利于生物干化的进行。而啤酒糟中含有丰富的微生物，例如毕赤酵母(Pichia)和生丝毕赤酵母属(Hyphopichia)等，其作为调理剂可使生物干化堆体的微生物活性提高，空气流通增强，C/N增高。无需添加其他菌剂，完全依靠微生物自身好氧发酵时产生的热量，以及反应器外壁的保温层堆体的温度，不需要外加热源即可进行生物干化，更加节能。经过生物干化之后，贮存污泥的含水率得以降低，有害物质含量降低，稳定性提高，便于后续进一步的资源化处理处置；与此同时，也拓展了啤酒糟的资源化利用新途径，减轻了废糟对环境的危害，实现了废物的循环利用，对我国酒糟类废弃物的综合利用具有重大意义，具有良好的推广应用前景。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种啤酒糟资源化利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
将啤酒糟晾干，然后与贮存污泥混合，调节含水率至70-80％，然后转入生物干化反应装置进行生物干化，生物干化过程中采用间歇通风，30-50min为一个通风周期，每个周期内开10-20min、关20-30min，干化周期为18-20d。
2.根据权利要求1所述的啤酒糟资源化利用方法，其特征在于，所述啤酒糟和所述贮存污泥的重量比为(3-8)：1。
3.根据权利要求2所述的啤酒糟资源化利用方法，其特征在于，间歇通风时，通风速率为每公斤干物质1.5-2.2L/min。
4.根据权利要求3所述的啤酒糟资源化利用方法，其特征在于，生化干化过程中，每3-5d翻堆一次。
5.根据权利要求1所述的啤酒糟资源化利用方法，其特征在于，所述生物干化反应装置包括定时曝气装置、曝气泵和反应器，所述定时曝气装置与所述曝气泵电性连接，所述曝气泵通过气管与所述反应器内部连通。
6.根据权利要求5所述的啤酒糟资源化利用方法，其特征在于，所述气管上设置有流量计。
7.根据权利要求6所述的啤酒糟资源化利用方法，其特征在于，所述反应器内部通过穿孔板分割成物料室和气室，所述物料室位于所述气室上方。
8.根据权利要求7所述的啤酒糟资源化利用方法，其特征在于，所述反应器外壁设置有保温层，所述物料室顶部设置有保温覆盖层。
9.根据权利要求8所述的啤酒糟资源化利用方法，其特征在于，所述保温层为保温棉，所述保温棉的厚度为12-18cm。
10.根据权利要求5-9任一项所述的啤酒糟资源化利用方法，其特征在于，还包括数据记录仪，所述反应器内壁设置有温度传感器，所述温度传感器与所述数据记录仪电性连接。
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