一種利用超聲波破碎技術(shù)提高青霉素菌渣厭氧產(chǎn)沼氣量的前處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及提高青霉素菌渣厭氧產(chǎn)沼氣量的前處理方法，屬于生物技術(shù)、新能源、綠色化學(xué)技術(shù)和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]青霉素菌渣是抗生素生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物，因其含有一定量的抗生素殘留而被國(guó)家有關(guān)部門(mén)列為危險(xiǎn)廢棄物，不合理的處理方法極易造成環(huán)境污染和生態(tài)危害，同時(shí)也會(huì)造成資源浪費(fèi)。目前，青霉素菌渣的處理已成為制約抗生素生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的重要因素。如何降解菌渣中的抗生素殘留，使之資源化，已成為抗生素生產(chǎn)企業(yè)迫切需要解決的難題。
[0003]青霉素菌渣富含有機(jī)物，利用厭氧發(fā)酵處理技術(shù)可以將菌渣轉(zhuǎn)化成利用價(jià)值高的沼氣，發(fā)酵后沼渣可以用來(lái)做肥料，殘留青霉素在發(fā)酵過(guò)程中也能被降解，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了青霉素菌渣的減量化、無(wú)害化和資源化。青霉屬菌渣含有大量菌絲體和少量青霉素殘留，對(duì)厭氧消化會(huì)產(chǎn)生抑制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決現(xiàn)有青霉屬菌渣含有大量菌絲體和少量青霉素殘留，對(duì)厭氧消化會(huì)產(chǎn)生抑制，降低沼氣產(chǎn)量的問(wèn)題，而提供一種利用超聲波破碎技術(shù)提高青霉素菌渣厭氧產(chǎn)沼氣量的前處理方法。
[0005]一種利用超聲波破碎技術(shù)提高青霉素菌渣厭氧產(chǎn)沼氣量的前處理方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0006]一、①、取生產(chǎn)抗生素的藥廠脫水后的青霉素菌渣，加入蒸餾水并攪拌均勻，得到發(fā)酵原料，將發(fā)酵原料置于超聲波破碎機(jī)內(nèi)、超聲波破碎機(jī)選用6mm超聲探頭，并在功率為200W?400W及電流為8A?12A的條件下破碎3s?5s，停止破碎5s 、重復(fù)步驟一②3次?5次，冷卻至室溫，得到破碎處理后的青霉素菌渣；
[0007]步驟一①中所述的生產(chǎn)抗生素的藥廠脫水后的青霉素菌渣的質(zhì)量與蒸餾水的體積比為 Ig: (0.2 ?0.5)mL ;
[0008]步驟一①中所述的生產(chǎn)抗生素的藥廠脫水后的青霉素菌渣中水含量為72.0%?78.0%，固體含量為22.0%?28.0%，所述的固體中C的質(zhì)量百分含量為45%?49.0%,N的質(zhì)量百分含量為9.5%?11.5%, H的質(zhì)量百分含量為6.?%?7.5%，青霉素殘留為1.6mg/g ?2.5mg/g ；
[0009]二、將破碎處理后的青霉素菌渣與厭氧污泥混合均勻，得到混合液，并利用NaHCO3調(diào)節(jié)混合液PH值為7.0，用淀粉將pH值為7.0的混合液中C/N調(diào)至20，得到了發(fā)酵液，即完成利用超聲波破碎技術(shù)提高青霉素菌渣厭氧產(chǎn)沼氣量的前處理；
[0010]所述的厭氧污泥的體積與步驟一①中所述的生產(chǎn)抗生素的藥廠脫水后的青霉素菌渣的質(zhì)量比為(1.0?1.5)mL:1g ;所述的厭氧污泥取自生產(chǎn)抗生素的企業(yè)的污水處理站厭氧池污泥。
[0011]步驟一中所述的取生產(chǎn)抗生素的藥廠脫水后的青霉素菌渣為未經(jīng)任何預(yù)處理及保存冷藏的新鮮青霉素菌渣，即青霉素菌渣取后直接作為原料使用。
[0012]步驟二中所述的C/N為固體中C與N的質(zhì)量比。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明一種利用超聲波破碎技術(shù)提高青霉素菌渣厭氧產(chǎn)沼氣量的前處理方法，所用的青霉素菌渣、厭氧污泥和水的混合物，pH趨近7.0，可不必額外添加酸堿調(diào)節(jié)，超聲波破碎技術(shù)更為成熟，無(wú)需特殊設(shè)備，實(shí)驗(yàn)室已有的超聲波破碎機(jī)即可完成前處理操作，啟動(dòng)更快，發(fā)酵時(shí)間略長(zhǎng)，降解更充分，其原因在于經(jīng)微波破碎后，菌渣中的大部分青霉素藥物殘留會(huì)被分解，有助于降低菌渣的殘留效價(jià)，減少微生物抑制作用，超聲波破碎對(duì)菌渣細(xì)胞破壁效果明顯，發(fā)酵液中的蛋白質(zhì)和糖類等營(yíng)養(yǎng)物含量大大增加，有利于厭氧消化過(guò)程的順利進(jìn)行，既提高了厭氧發(fā)酵的效果，同時(shí)也降低了污泥排放，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境和效益的雙贏，產(chǎn)沼氣量比未經(jīng)破碎的處理高65%?75%。
[0014]本發(fā)明用于一種利用超聲波破碎技術(shù)提高青霉素菌渣厭氧產(chǎn)沼氣量的前處理方法。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為青霉素菌渣累計(jì)的產(chǎn)氣量變化趨勢(shì)圖，I為對(duì)比實(shí)驗(yàn)二空白實(shí)驗(yàn)累計(jì)的產(chǎn)氣量，2為對(duì)比實(shí)驗(yàn)一未經(jīng)超聲波破碎的青霉素菌渣累計(jì)的產(chǎn)氣量，3為實(shí)施例一經(jīng)超聲波破碎后的青霉素菌渣累計(jì)的產(chǎn)氣量。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】之間的任意組合。
[0017]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式所述的一種利用超聲波破碎技術(shù)提高青霉素菌渣厭氧產(chǎn)沼氣量的前處理方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0018]一、①、取生產(chǎn)抗生素的藥廠脫水后的青霉素菌渣，加入蒸餾水并攪拌均勻，得到發(fā)酵原料，將發(fā)酵原料置于超聲波破碎機(jī)內(nèi)、超聲波破碎機(jī)選用6mm超聲探頭，并在功率為200W?400W及電流為8A?12A的條件下破碎3s?5s，停止破碎5s 、重復(fù)步驟一②3次?5次，冷卻至室溫，得到破碎處理后的青霉素菌渣；
[0019]步驟一①中所述的生產(chǎn)抗生素的藥廠脫水后的青霉素菌渣的質(zhì)量與蒸餾水的體積比為 Ig: (0.2 ?0.5)mL ;
[0020]步驟一①中所述的生產(chǎn)抗生素的藥廠脫水后的青霉素菌渣中水含量為72.0%?78.0%，固體含量為22.0%?28.0%，所述的固體中C的質(zhì)量百分含量為45%?49.0%,N的質(zhì)量百分含量為9.5%?11.5%, H的質(zhì)量百分含量為6.7%?7.5%，青霉素殘留為
1.6mg/g ?2.5mg/g ；
[0021]二、將破碎處理后的青霉素菌渣與厭氧污泥混合均勻，得到混合液，并利用NaHCO3調(diào)節(jié)混合液PH值為7.0，用淀粉將pH值為7.0的混合液中C/N調(diào)至20，得到了發(fā)酵液，即完成利用超聲波破碎技術(shù)提高青霉素菌渣厭氧產(chǎn)沼氣量的前處理；
[0022]所述的厭氧污泥的體積與步驟一①中所述的生產(chǎn)抗生素的藥廠脫水后的青霉素菌渣的質(zhì)量比為(1.0?1.5)mL:1g ;所述的厭氧污泥取自生產(chǎn)抗生素的企業(yè)的污水處理站厭氧池污泥。
[0023]步驟一中所述的取生產(chǎn)抗生素的藥廠脫水后的青霉素菌渣為未經(jīng)任何預(yù)處理及保存冷藏的新鮮青霉素菌渣，即青霉素菌渣取后直接使用。
[0024]步驟二中所述的C/N為固體中C與N的質(zhì)量比。
[0025]超聲波破碎法(Ultrasonicat1n)原理:
[0026]超聲波破碎法利用超聲波破碎機(jī)發(fā)射的15?25kHz的超聲波探頭處理細(xì)胞懸浮液。超聲波破碎機(jī)有不同的類型，常用的為電聲型，它是由發(fā)生器和換能器組成，發(fā)生器能產(chǎn)生高頻電流，換能器的作用是把電磁振蕩轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)。
[0027]超聲波是物質(zhì)介質(zhì)中的一種彈性機(jī)械波，它是一種波動(dòng)形式，又是一種能量形式，當(dāng)達(dá)到一定劑量的超聲在生物體內(nèi)傳播時(shí)，通過(guò)它們之間的相互作用，能引起生物體的功能和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，即超聲生物效應(yīng)。
[0028]超聲波細(xì)胞破碎機(jī)的原理簡(jiǎn)單說(shuō)就是將電能通過(guò)換能器轉(zhuǎn)換為聲能，這種能量通過(guò)液體介質(zhì)而變成一個(gè)個(gè)密集的小氣泡，這些小氣泡迅速炸裂，產(chǎn)生的象小炸彈一樣的能量，從而起到破碎細(xì)胞等物質(zhì)的作用。
[0029]超聲波細(xì)胞破碎機(jī)具有破碎組織、細(xì)菌、病毒、孢子及其它細(xì)胞結(jié)構(gòu)，勻質(zhì)、乳化、混合、脫氣、崩解和分散、浸出和提取，加速反應(yīng)等功能，故廣泛應(yīng)用于生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)、制藥、食品、化妝品、環(huán)保等實(shí)驗(yàn)室研宄及企業(yè)生產(chǎn)。
[0030]本實(shí)施方式的有益效果是:本實(shí)施方式一種利用超聲波破碎技術(shù)提高青霉素菌渣厭氧產(chǎn)沼氣量的前處理方法，所用的青霉素菌渣、厭氧污泥和水的混合物，PH趨近7.0，可不必額外添加酸堿調(diào)節(jié)，超聲波技術(shù)更為成熟，無(wú)需特殊設(shè)備，實(shí)驗(yàn)室已有的超聲波破碎機(jī)即可完成前處理操作，啟動(dòng)更快，發(fā)酵時(shí)間略長(zhǎng)，降解更充分，其原因在于經(jīng)超聲波破碎后，菌渣中的大部分青霉素藥物殘留會(huì)被分解，有助于降低菌渣的殘留效價(jià)，減少微生物抑制作用，超聲波破碎對(duì)菌渣菌渣細(xì)胞破壁效果明顯，發(fā)酵液中的蛋白質(zhì)和糖類大大增加，有利于厭氧消化過(guò)程的順利進(jìn)行，既提高了厭氧發(fā)酵的效果，同時(shí)也降低了污泥排放，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境和效益的雙贏，比未處理高65%?75%。
[0031]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟一①中所述的生產(chǎn)抗生素的藥廠脫水后的青霉素菌渣中水含量為75.0%，固體含量為25.0%。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0032]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二之一不同的是:步驟一①中所述的固體中C的質(zhì)量百分含量為47.0%，N的質(zhì)量百分含量為10.5%，H的質(zhì)量百分含量為7.1%，青霉素殘留為2.lmg/go其它與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0033]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是:步驟一②中