申请日2017.07.03
公开(公告)日2017.09.01
IPC分类号C12P5/02; C02F11/10; C02F11/04
摘要
本发明公开了一种棘白菌素菌渣与污泥混合湿式厌氧消化协同处置的方法，包括对棘白菌素菌渣的碱热改性，然后将改性菌渣与污泥混合湿式厌氧消化，实现两类有机废弃物的协同处置。通过碱热改性，将棘白菌素菌渣快速破胞，细胞质溶出，长链有机物水解成短链有机物，菌渣的可生化性提升。而且，菌渣与污泥的合理配伍改变了厌氧消化系统的营养配比，保证了甲烷菌活性，厌氧消化速率和产气量显著提升。采用本发明方法处理后棘白菌素基本无残留，具有显著的环保效益和经济效益。
权利要求书
1.一种棘白菌素菌渣与污泥混合湿式厌氧消化协同处置的方法，其特征在于该方法包括：对棘白菌素菌渣进行碱热改性，对污泥进行热水解，然后将经过碱热改性的棘白菌素菌渣与经过热水解的污泥混合，接种厌氧消化泥，进行湿式厌氧消化制取沼气。
2.根据权利要求1所述的棘白菌素菌渣与污泥混合湿式厌氧消化协同处置的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)棘白菌素菌渣的碱热改性：向棘白菌素菌渣悬液中加入碱，将上述混合物于60-80℃充分搅拌2-8h，进行碱热水解反应，冷却至室温;
(2)污泥热水解：将污泥置于120-180℃下热水解10-40min，冷却至室温;
(3)菌渣与污泥的混合：将经过碱热改性的棘白菌素菌渣与经过热水解的污泥按体积比10:1-5混合均匀，得到菌渣与污泥的混合物料;
(4)厌氧消化制取沼气：向厌氧消化反应器中投入菌渣与污泥的混合物料，接种厌氧消化泥，控制有机负荷为1-10gVS/(L·d)，水力停留时间为10-15d，温度30-55℃;产气后，从第10d-15d开始，每天向厌氧消化反应器内投加新的步骤(3)获得的菌渣和污泥的混合物料、排出厌氧消化后的物料进行动态发酵，收集产生的沼气。
3.根据权利要求1所述的棘白菌素菌渣与污泥混合湿式厌氧消化协同处置的方法，其特征在于该方法还包括消化产物的处理：厌氧消化后的物料进行固液分离，沼液用于园林绿化，沼渣堆肥制成有机肥料。
4.根据权利要求2所述的棘白菌素菌渣与污泥混合湿式厌氧消化协同处置的方法，其特征在于步骤(1)中，所述的棘白菌素菌渣悬浮液中总固体含量为30-60g/L;所述的碱和棘白菌素菌渣悬浮液中总固体的投加比例为0.04-0.1g：1g。
5.根据权利要求4所述的棘白菌素菌渣与污泥混合湿式厌氧消化协同处置的方法，其特征在于所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化镁中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的棘白菌素菌渣与污泥混合湿式厌氧消化协同处置的方法，其特征在于所述的碱为氢氧化钠。
7.根据权利要求2所述的棘白菌素菌渣与污泥混合湿式厌氧消化协同处置的方法，其特征在于步骤(2)中，所述的污泥的总固体含量为20-40g/L。
8.根据权利要求2所述的棘白菌素菌渣与污泥混合湿式厌氧消化协同处置的方法，其特征在于步骤(4)中，按照菌渣与污泥的混合物料的体积比10-50%接种厌氧消化泥。
9.根据权利要求2所述的棘白菌素菌渣与污泥混合湿式厌氧消化协同处置的方法，其特征在于所述的厌氧消化泥为污水处理厂厌氧消化池内黑色污泥，pH值为7.2-8.2，总固体量为18-25g/L，溶解性COD 430-750mg/L，厌氧下具有产甲烷活性，产甲烷速率为50-100mLCH4/g VSS污泥/天。
10.根据权利要求2所述的棘白菌素菌渣与污泥混合湿式厌氧消化协同处置的方法，其特征在于按照反应器中所有的物料体积的5-15%，每天向厌氧消化反应器内投加新的菌渣和污泥的混合物料，并排出与投加的新物料相同体积的厌氧消化后的物料。
说明书
一种棘白菌素菌渣与污泥混合湿式厌氧消化协同处置的方法
技术领域
本发明属于固体废弃物治理技术领域，涉及一种棘白菌素菌渣的无害化处理方法，特别是涉及一种棘白菌素菌渣与污泥混合湿式厌氧消化协同处置的方法。
背景技术
棘白菌素是20世纪70年代发现的天然微生物产物，是一类全新的脂肽类抗真菌药，其抗菌谱广、抗菌作用强、半衰期长、不良反应少且轻，在临床上广泛使用。据统计，我国棘白菌素源药的生产量占全球70%以上。然而，在棘白菌素的生物合成、提取过程中会产生一类危险废弃物—菌渣(《国家危险废物名录》将其归为HW02医疗废物)。棘白菌素菌渣的主要成分为菌丝体、剩余培养基以及残留的棘白菌素，其含水率高、粘度大、富含有机质。如何安全、经济高效的处置棘白菌素菌渣已成为我国生物制药行业可持续发展和环境质量改善中许多学科共同感兴趣的问题。
厌氧消化产沼气是国际上大力发展的一项清洁能源技术，也是规模化处置有机废弃物的有效途径。但从已有的研究实践来看，大多数的发酵类抗生素菌渣直接进行厌氧消化处理的效果并不理想，尤其是长期连续运行工况下的稳定性较差。这主要是由于菌渣原料的可生化性较差所致。一方面，菌渣中菌丝体具有刚性的细胞壁，胞内有机质释放困难;另一方面，剩余培养基和中间代谢产物中大分子有机物(粗蛋白、粗脂肪、粗纤维等)难以被水解菌有效利用。因此，为了提升生物制药菌渣厌氧消化的效率和稳定性，必须对菌渣进行必要的改性处理。例如：通过对菌渣的溶胞破壁，释放胞内有机物或者将大分子有机物降解为易利用的小分子。现有的溶胞破壁方法主要采用臭氧、微波消解、高温蒸煮(>100℃)、嗜热菌酶解等物化或生化途径对菌渣进行改性。这些方法在工程应用中普遍存在资源消耗大、处理效率低、臭味大、设备占地面积大等弊端。迄今为止，国内外尚无棘白菌素菌渣改性和处置的成功范例。
生物制药企业净化废水过程中会大量产生一种副产品—污泥。污泥是一类与菌渣具有诸多相似理化特性的固体废弃物，比如，高含水率、富含有机质。此外，由于污泥主要由生物聚集体构成，其微生物类群极为丰富且含有大量的营养物质。污泥的妥善处置亦是许多生物制药企业面临的另一个亟需解决的难题。因此，若能将菌渣与污泥合理配伍，进行混合湿式厌氧消化，则可以通过“以废制废”，实现生物制药企业两类废弃物的协同处置，彻底解决其出路难题，同时，处置的经济和环境效益亦会大幅提高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种棘白菌素菌渣化学改性及其与污泥混合湿式厌氧消化协同处置的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种棘白菌素菌渣与污泥混合湿式厌氧消化协同处置的方法，包括：对棘白菌素菌渣进行碱热改性，对污泥进行热水解，然后将经过碱热改性的棘白菌素菌渣与经过热水解的污泥混合，接种厌氧消化泥，进行湿式厌氧消化制取沼气。
具体包括以下步骤：
(1)棘白菌素菌渣的碱热改性：向棘白菌素菌渣悬液中加入碱，将上述混合物于60-80℃充分搅拌2-8h，进行碱热水解反应，冷却至室温;
(2)污泥热水解：将污泥置于120-180℃下热水解10-40min，冷却至室温;
(3)菌渣与污泥的混合：将经过碱热改性的棘白菌素菌渣与经过热水解的污泥按体积比10:1-5混合均匀，得到菌渣与污泥的混合物料;
(4)厌氧消化制取沼气：向厌氧消化反应器中投入菌渣与污泥的混合物料，接种厌氧消化泥，控制有机负荷为1-10gVS/(L·d)，水力停留时间为10-15d，温度30-55℃;产气后，从第10d-15d开始，每天向厌氧消化反应器内投加新的步骤(3)获得的菌渣和污泥的混合物料、排出厌氧消化后的物料进行动态发酵，收集产生的沼气;
(5)消化产物的处理：厌氧消化后的物料进行固液分离，沼液用于园林绿化，沼渣堆肥制成有机肥料。
步骤(1)中，所述的棘白菌素菌渣悬浮液中总固体(TS)含量为30-60g/L;所述的碱和棘白菌素菌渣悬浮液中总固体(TS)的投加比例为0.04-0.1g：1g。
所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化镁中的至少一种，优选为氢氧化钠。
步骤(2)中，所述的污泥的总固体含量为20-40g/L。
步骤(4)中，按照菌渣与污泥的混合物料的体积比10-50%接种厌氧消化泥。
所述的厌氧消化泥为污水处理厂厌氧消化池内黑色污泥，pH值为7.2-8.2，总固体量为18-25g/L，溶解性COD 430-750mg/L，厌氧下具有产甲烷活性，产甲烷速率为50-100mLCH4/g VSS污泥/天。
按照反应器中所有的物料体积的5-15%，每天向厌氧消化反应器内投加新的菌渣和污泥的混合物料，并排出与投加的新物料相同体积的厌氧消化后的物料。
本发明的有益效果：
(1)通过碱热改性，将棘白菌素菌渣菌丝体快速破胞，细胞质溶出，难利用的长链有机物水解成易利用的短链有机物，菌渣的可生化性提升。此外，碱热处理还能大量去除菌渣中残存的棘白菌素，降低抗生素残留风险。
(2)与单一物料相比，混合物料能改善厌氧消化系统的营养配比，保证甲烷菌活性，厌氧消化速率和产气量显著提升。
