发酵处理（通用11篇）
发酵处理 篇1
苹果汁在生产过程中, 易发生褐变, 为了防止褐变, 生产企业一般采用往榨取的苹果汁中添加一定量的SO2来抑制褐变的产生, 同时SO2还可以抑制苹果汁中的杂菌生长, 起到防腐和抗氧化的作用。SO2若用量少, 则不能起到有效的杀菌、抗氧化作用;若用量大, 则会延缓酵母繁殖及导致增酸效应, 添加过量的SO2还会影响人体的健康。为了增加出汁率和提高果汁的澄清效果, 生产过程中还使用果胶酶。据文良娟等[1]研究, 应用果胶酶在苹果酒生产过程中既能提高乙醇的含量, 同时也会提高发酵醪液中甲醇等有害物质的含量。果胶酶的用量过多时会使酒液中蛋白质含量增高, 给后期贮酒带来蛋白质浑浊等不利影响[2]。为生产安全优质的苹果酒, 针对苹果汁的制备和处理环节, 展开果胶酶澄清果汁试验、SO2抑菌试验及相关发酵试验。
1 材料与方法
1.1 试验材料
鲜苹果 (红富士) , 白砂糖, 苹果酸 (食品级) , 果胶酶 (食品级) , 活性果酒干酵母, 亚硫酸 (分析纯) 。
1.2 仪器与设备
JYL-C090型九阳榨汁机 (九阳股份有限公司) ;HWS-160恒温恒湿箱 (西安明克斯检测设备有限公司) ;立式自动高压灭菌锅 (上海申安医疗仪器厂) ;WB32T糖度计 (广州市铭睿电子科技有限公司) ;PHSCAN10型酸度计 (上海理达仪器厂) ;JY6001电子天平 (上海方瑞仪器有限公司) 。
1.3 试验方法
1.3.1 果汁榨取。
原料选择:选择糖酸含量高、出汁率高、香气浓、肉质紧密的红富士品种。清洗:采用人工清洗, 除去果实表面的污物。如有残留农药, 可用浓度为1%~2%的稀盐酸浸洗。去核、破碎:对苹果进行切分、去核, 果实破碎程度不宜太细, 否则榨汁困难。破碎后的碎块直径以0.15~0.20 cm为宜。榨汁:取适量的苹果块倒入榨汁机进行榨汁, 然后用细网筛将果渣与果汁分离, 把得到的苹果汁倒入桶中待用。
1.3.2果胶酶澄清试验。
果胶酶溶液的配制:在使用前1 h, 称取1 g果胶酶, 用蒸馏水在25℃条件下定容到100 m L, 得10 mg/m L酶溶液。用苹果酸调节苹果汁的p H值在4.0左右, 分5个处理:分别向盛有100 m L鲜苹果汁的锥形瓶中滴加一定量的果胶酶, 使果汁中果胶酶含量分别为0、150、200、250、300 mg/L。置于45℃的恒温箱中, 24 h后, 检测果汁的A420、T650及沉淀生成情况。
1.3.3 SO2抑菌试验。
取100 m L鲜苹果汁各5份, 分别按苹果汁中所要求添加SO2, 根据H2SO3=SO2+H2O, 折换成添加亚硫酸 (浓度为6%) 的量 (表1) , 然后滴加一定量的亚硫酸, 最后将5种亚硫酸浓度灭菌的果汁放入20℃的培养箱中, 观察不同浓度的SO2的抑菌情况。
1.3.4 苹果汁初发酵试验。
取500 m L鲜苹果汁各2份, 分别按要求添加一定量的果胶酶和亚硫酸。相应的果汁添加果胶酶处理后, 去除沉淀;然后, 统一调果汁糖度为15°Bx, 用苹果酸调p H值为3.5, 接种活性果酒干酵母 (0.05%) 后, 各平均分成2等份, 分别置于15℃和23℃条件下进行发酵观察 (表2) 。
1.3.5 分析方法。
果汁吸光度的测定:用分光光度计测定处理前后苹果汁在420 nm处的吸光度A420。同时, 以A420表明果汁的褐变强度。果汁透光度的测定:用分光光度计测定处理前后苹果汁在650 nm处的透光度T650。
1.3.6 苹果酒感官评定。
感官评定采用百分制法, 请5名品酒师按照表3苹果酒感官评分标准[3]的要求, 对各个酒样从色泽、香气、滋味、风格等4个方面进行感官评定, 对得分进行加权平均。
2 结果与分析
2.1 果胶酶澄清试验
果汁中滴加不同量的果胶酶, 然后在45℃恒温处理24 h, 检测果汁的A420、T650及沉淀生成情况, 结果见表4。
A420-果汁的褐变情况曲线与T650-果汁的澄清效果曲线见图1和图2。由图1和图2可知, 随果胶酶浓度增大, 沉淀的生成量逐渐增多, T650值逐渐增大, 当酶浓度增大到250 mg/L后, 曲线变化趋于平缓, 说明果汁中添加果胶酶有助于果汁的澄清作用, 且果胶酶用量在250 mg/L左右比较适宜。但随果胶酶浓度增大, 苹果汁的褐变程度反而随果胶酶浓度增大而降低, 说明使用果胶酶有助于减缓苹果的褐变作用。
2.2 SO2抑菌试验
由表5可知, 对于未添加SO2的果汁, 48 h后在果汁表层观察菌落生长, 在这段时间内, 如果苹果汁还未启动发酵, 则苹果汁已被杂菌污染。对于添加SO2的量为50 mg/L时, 也是48 h后可以观察看到菌落生长, 说明该添加量对抑制杂菌效果不理想;如果SO2的添加量增至70 mg/L后, 60 h内无菌落出现, 抑制杂菌效果明显。综合考虑, SO2的添加量为70~90 mg/L比较理想。亚硫酸的防腐作用原理是H2SO3葑SO2+H2O, 该反应是可逆的, 产生游离态的SO2和新生氧对杂菌起到抑制作用。
经常喝适量的苹果酒具有美容美颜功效, 可调节人体新陈代谢作用, 但目前SO2在果酒中残留的副作用已引起人们的重视。虽然SO2在果酒中有抗氧化、抑制有害微生物的作用, 但残留在苹果酒中的SO2对人体并不利[4,5,6]。
2.3 苹果汁初发酵试验
苹果汁经过9 d的初发酵处理后, 苹果汁发酵期间的观察情况见表6。根据表6可以看出, 没有添加果胶酶和SO2的苹果汁, 通过发酵一段时间后, 褐色的苹果汁最后都转变成了黄色。通过该试验可以得知, 虽然SO2对果汁具有抗氧化和阻止褐变的作用, 但不使用SO2的果汁, 随发酵时间的延长, 最后也达到消除褐变的效果。对于添加SO2的果汁, 会使启动发酵的时间延迟;果酒发酵中添加SO2的主要作用不在于防止果汁褐变作用, 而是它的防腐作用, 延迟杂菌感染果汁的时间。此外, 在低温条件下发酵, 发酵时间会延迟, 发酵比较平稳, 在23℃条件下发酵, 反应比较剧烈。根据苹果汁初发酵感观评价 (表7) 和果汁发酵前后颜色对照 (图3) 可以得知, 通过发酵可以改变产生褐变的果汁颜色;使用果胶酶处理的果汁在高温条件下发酵, 会影响苹果酒的品质, 导致酒体不协调, 果香味淡, 口味单薄。由浑浊汁发酵的苹果酒含更多的挥发性物质, 香气更浓郁, 有典型的苹果酒特征。在酿造高品质的苹果酒时, 最好不使用果胶酶处理果汁, 低温条件下进行发酵比较平稳, 有利于香气物质积累。
3 结论与讨论
试验结果表明, 果汁在20℃条件下放置48 h后, 杂菌就会大量繁殖, 如果36 h内发酵仍未启动, 果汁就会受杂菌感染而影响发酵;添加一定量的SO2在短时间内可对杂菌起抑制作用。本研究结果表明, 苹果汁暴露在空气, 充分与氧气接触后, 发酵出来的酒更具有苹果酒香特质;发生褐变的苹果汁, 随发酵进程的推移, 褐色的发酵液会慢慢变成黄色, 发酵中的生化反应可以消除褐变;对于未加果胶酶处理的苹果酒, 果香味更浓, 香气更复杂。
参考文献
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发酵处理 篇2
采用好氧发酵工艺处理厨余垃圾堆肥试验
摘要：在环保安全倍受关注的`今天,垃圾的分类处理是总的发展趋势.所谓垃圾处理,就是把垃圾经过分类、分选、粉碎、配料以后,采用生物发酵(好氧发酵)方式堆成有机肥料的过程.厨余垃圾是生活垃圾的主要组成部分,由于它含水率高,易腐烂发臭,影响人的视觉和味觉以及生活卫生条件,如不经过适当的处理而直接利用,会造成疾病的传播.作 者：买日江・热西提 卡德尔・艾山 艾斯坎尔 作者单位：新疆农科院吐鲁番农业科学研究所,新疆,吐鲁番,858000期 刊：中国园艺文摘 Journal：CHINESE HORTICULTURE ABSTRACTS年，卷(期)：,26(6)分类号：X7
发酵处理 篇3
生物发酵无害化处理技术起源于日本民间，在日本、韩国被大力推广和广泛应用，是近年我国引进的一项新兴无害化处理技术。目前病死动物生物发酵无害化处理使用的发酵剂主要有酵母素、EM液、高温菌发酵剂、活力发酵床复合菌等，是由细菌、酵母菌、丝状菌、放线菌、枯草杆菌和芽孢杆菌等多种天然有益微生物组成的复合菌群，具有极强的好氧性发酵分解能力，是符合国家环保要求的微生物发酵菌剂。下面简要介绍几种病死动物生物发酵无害化处理技术及其优缺点。
一、生物堆肥无害化处理技术
养殖业中的病死动物尸体生物堆肥无害化处理技术，开始于上世纪80年代。该技术是将死亡动物埋在堆起的含碳堆里，通过不同微生物的作用使其分解的过程，最终产物是水蒸气、二氧化碳、热和稳定的有机残留物。堆肥时，要求温度在50℃以上，至少3天才能灭活其中的病原体。堆肥主要有条垛式堆肥和谷仓式堆肥两种方法，堆肥处理病死动物尸体过程随尸体大小、环境温度不同而不同，一般堆沤时间在1～4个月。
优点：成本低，易于操作。缺点：锯末、秸秆等垫料不能重复使用，垫料需求量相对较大，堆沤时间较长、处理能力有限。适合中小规模养殖场采用。
二、生物发酵床无害化处理技术
该技术是结合病死动物堆肥处理技术和发酵床养猪技术形成的，核心在于发酵床的建设，营造具有高浓度有益微生物的发酵床。发酵床根据地下水位高低及管理的便利性确定，可以设计为地上式、地下式和半地上式，形状可以是方形、圆形等各种形状。例如3000头母猪群的自繁自育猪场，建设发酵床的宽度为8米、长度为15米、深度为1.2米。发酵床内的垫料成分主要由稻壳、锯末、米糠、菌种和水组成，其中稻壳占70%、锯末占30%，米糠每立方米夏季添加2公斤，冬季添加3公斤，菌种每立方米夏季添加700克，冬季添加1000克。垫料湿度控制在50%～60%。菌种及相关垫料可循环使用，如管理得当，菌种的使用周期可达1.5年，垫料可达3年以上。
优点：处理时产生大量生物热，平均温度在45℃以上，能杀灭病原、虫卵等，疫病扩散风险大大降低;处理过程耗氧反应少，臭味小，不污染水源;垫料可重复利用，无大型装备配置，成本较低，易于操作。缺点：翻耙工作量相对较大。该技术适合各种规模养殖场采用。
三、滚筒式生物降解无害化处理技术
该技术采用一个密闭的旋转桶作为基本构造。由投料口投入病死动物及秸秆等垫料原料，经过缓慢旋转滚筒，尸体与垫料充分混合，在微生物作用下迅速分解。电机作用下滚筒旋转达到翻耙垫料的功能，风机外源送风，加速了微生物的耗氧发酵。尸体逐渐被分解，经7～14 天的生化以及机械处理后，最后到达末端，只剩下骨头，垫料经过处理变成了无病原微生物的复合肥，从滚筒仓的另一端被筛离出来。
优点： 能彻底处理病死动物，尸块分解成骨仅需7～14天;很好地解决了垫料翻耙、通风等问题;采用全自动操作，工厂化作业，操作简便;垫料可重复利用。缺点：一次性设备投入资金大。该技术适合大型规模养殖场和病死畜禽集中处理采用。
四、粉碎加温生物降解无害化处理技术
该技术将病死动物进行粉碎或切成小块，投入降解主机，自动加热，搅拌叶搅动，使病死猪充分与垫料集合;所产生的气体由除臭系统处理，最后形成二氧化碳和水蒸气，由专门排气口排出。尸体在搅拌过程中快速降解，24小时基本降解完毕，48小时基本彻底分解。该技术需具备两个条件要求：一是安装要求。设备存放及操作场地面积不少于待安装设备要求的最低面积;地面平坦及有完善防洪排水系统，能承受设备的重量;存放场地可防风防雨，且通风透气;能提供待安装设备要求的电力（三相电，380伏）。二是入料要求。投入处理设备的病死动物体重在5公斤以下者，不用破碎，直接投入处理;体重大于5公斤的需要适当破碎到5公斤以下，体积越小分解越快。同时，按照所处理病死动物体重1∶1的比例配置锯末等农林副产物作为辅料，湿度调整到40%左右。
优点：能在24小时内彻底处理病死动物尸块，处理效果能满足不同规模养殖场及病死动物无害化集中处理场点的需要;处理过程中剩余部分分解产物，不用每次添加微生物菌种;接入了臭气处理系统，没有臭气污染;该设备占地面积少，可移动。缺点：一次性设备投入资金大， 需要配套尸体破碎设备，运营费用较高。该技术适合不同规模养殖场和病死动物集中处理场点采用。
（广西 卢珍兰）
（酵母素、EM液、高温菌发酵剂、活力发酵床复合菌，本刊读者服务部有售，咨询电话：0791-86635947）
发酵床猪舍垫料的处理技巧 篇4
在垫料的管护过程中, 养成每天定期检查发酵床的习惯, 主要看发酵床菌群的活力和垫料的踩实状况, 当发酵床温度过低或者床面垫料被猪踩踏变硬时, 应当深度翻松床面, 通常深翻20～40 cm即可, 有条件可采用机械翻耕。在每次翻耕时应注意观察垫料温度和湿度, 根据情况, 采取具体的措施。通常垫料容易被踩实有四种情况:一是垫料湿度较高时容易踩实;二是饲养密度较大时容易踩实;三是猪的体重大时容易踩实;四是垫料过细时容易踩实。
在日常管护中, 根据发酵床不同部位的干湿程度、松硬程度有选择地翻松垫料, 根据实际情况进行翻耕, 避免发酵床全翻一遍, 造成劳力的浪费。
发酵处理 篇5
摘 要 通过对雪茄烟叶发酵过程中不同物料处理，探索人工物料发酵方式对雪茄烟叶香气成分和评吸质量的影响。实验结果表明：在烟叶发酵时，通过添加绿茶浸提液处理、稀释纯牛奶处理、稀释米酒处理和菊花浸提液处理，能使烟叶各香气成分更加协调，烟叶的香吃味较对照明显提升。
关键词 雪茄烟；发酵添加物；香气成分；评吸质量
中图分类号：S572 文献标志码：A 文章编号：1673-890X（2016）01--03
烟叶发酵是在一定的温度和湿度条件下，使烟叶物理和化学特性发生深刻变化，香吃味得到明显改善，叶片颜色更加均匀一致，减少刺激性、青杂气和土杂气，增加烟叶弹性，增加烟叶燃烧性并降低吸湿能力。在工艺上制造雪茄烟之前，烟叶必须经过发酵和陈化，这样内在香味质量才能得以充分显现和发挥，使用价值才会有所提高[1]。
烟叶发酵包括自然发酵和人工干预发酵，自然发酵具有工艺简单，操作简便，提高香气和吃味等优点，但是发酵时间较长，受环境影响较大，存在较大风险。而通过人为控制温湿度条件，提供给烟叶最适宜的发酵环境，能够克服自然发酵的不足，缩短发酵所需时间，使烟叶朝着理想的发酵方向进行。现在国内所采用的雪茄烟发酵方法，主要有堆积发酵法、装箱发酵法、糊米发酵法和红米发酵法[2]。
目前，对于烟叶发酵机制的研究有3种假说，即其发酵过程中涉及到微生物作用、酶的作用和化学作用[3]。在发酵过程中，这3个作用相辅相成共同促使烟叶品质的提升。本实验是以该假说为依据，通过喷施不同添加物以增加烟叶表面微生物群里数量，提高酶的活性及数量，通过微生物和酶的代谢，促进烟叶大分子物质降解，改善烟叶的品质。
1 材料与方法
1.1 实验设计
实验材料采用国产雪茄烟叶。对添加物进行不同处理，喷施于叶面。实验为14个处理，分别为不发酵M0（CK1）、清水M1（CK2）、红茶处理M2、绿茶处理M3、普洱茶处理M4、丁香浸提液处理M5、菊花浸提液处理M6、发酵奶处理M7、纯牛奶处理M8、肉桂浸提液处理M9、啤酒处理M10、白酒处理M11、红酒处理M12、米酒稀释5倍处理M13、米酒稀释10倍处理M14。处理后样品用自封袋包裹放置于温度为45 ℃烘箱内，2 d进行一次翻叶，处理时间70 d。
1.2 测定项目与方法
实验采用中性致香物质定性定量分析和雪茄烟样品的感官评析的方法进行分析研究。
2 结果与分析
2.1 不同发酵添加物对烟叶致香成分含量的影响
2.1.1 烟叶致香成分含量
使用不同发酵添加物料的烟叶与对照无发酵和喷施清水烟叶比较，在测定的16种致香成分（见表1）中整体含量增加的有6-甲基5-庚烯-2-酮、2-乙酰吡啶、苯甲醇和巨豆三烯酮-3。其中米酒稀释5倍处理中6-甲基5-庚烯-2-酮和2-乙酰吡啶含量降低，白酒和红茶的巨豆三烯酮-3含量减少。香气成分中整体含量减少的有糠醛、苯乙醛、糠醇、茄酮、香叶基丙酮、巨豆三烯酮-1、巨豆三烯酮-2、巨豆三烯酮-4和吲哚。其中米酒稀释5倍處理的糠醇含量是增加的。各处理中2-乙酰吡啶和2，3'-联吡啶含量较高，糠醛、苯甲醛、糠醇、巨豆三烯酮-3和苯甲醇含量较低。
2.1.2 烟叶致香成分分类分析
本实验按香气前体物分类方法（见图1），将致香物质分为苯丙氨酸类、棕色化产物类、类西柏烷类和类胡萝卜素类[4]。
实验所测致香成分类胡萝卜素包括6-甲基-5庚烯-2-酮、香叶基丙酮、巨豆三烯酮-1、巨豆三烯酮-2、巨豆三烯酮-3和巨豆三烯酮-4。分类中，该类成分在各处理香气成分中所占比例最大。对照M0与其他处理存在显著差异。M7和M5含量较高，与其他处理差异显著。棕色化产物类致香成分包括糠醛和糠醇。M13与对照M0相比增加，其他处理含量都降低。表现显著的有处理M4、M7、M13和M14、苯丙氨酸类包括苯甲醛、苯乙醛和苯甲醇，该类整体含量差异不显著。类西柏烷类致香成分主要是茄酮，M3、M4、M12、M13和M14表现显著。
2.2 不同发酵添加物对烟叶评吸结果的影响
M0：劲头较大，烟气较粗糙，香气质地中到稍差，浓度中+，杂气稍有，余味尚舒适，略滞舌。M1：劲头适中，烟气稍粗糙，甜感好，杂气稍有，香气质地中等到中+，有生津感，浓度中等，余味较舒适，微滞舌。M2：劲头适中，甜感好，烟气尚细腻，微有刺激，杂气稍有，香气质地中-，烟气较集中，余味较舒适、尚净。M3：劲头适中略大，烟气尚细腻，烟气微苦，略生津回甜，有茶香，刺激小，余味较舒适、较净。M4：劲头较小，晒烟香气风格未变，香气质地中，浓度中等，微有杂气，烟气较细腻，甜感好，余味较舒适、较净，刺激小，微滞舌。M5：劲头稍小，有一定的特殊香气，烟气较浓，有颗粒感，刺激小，余味尚净、尚适。M6：劲头适中，香气质地中等，稍有甜感，烟气较飘逸、略粗。M7：香气质地较差，杂气有，有生津感，烟气较浓，有颗粒感，余味不舒适、回苦。M8：劲头较小，甜感好，杂气小，香气风格有变化，但较协调，刺激小，余味较适、较净。M9：劲头稍小，有一定的特殊香气，有回甜感，烟气细腻、飘逸，余味净。M10：劲头适中，香气质地中等，烟气略粗糙，生津感较好，有甜感，余味较舒适，微滞舌，刺激稍有。M11：劲头较小，浓度中等，烟气较细腻，晒烟香气风格变化不大，略甜，刺激小，有杂气，余味较舒适，略有残留。M12：劲头适中，有甜感和生津感，浓度较饱满，杂气小，香气质地中等，刺激小，余味较舒适、较净。M13：劲头较大，烟气较粗糙，香气质地较差，刺激有，甜感欠，不生津，余味不舒适，有残留。M14：劲头适中到较小，香气质地中等，浓度中等，烟气有甜感，余味生津回甜、净、舒适，烟气尚细腻，微有杂气，刺激小。
评吸结果整体表现较好的有M3、M6、M8和M14，表现为劲头适中，烟气细腻、飘逸、香气质中等或偏上，浓度中等，杂气稍有，余味舒适、净、生津和刺激性小等。茶类处理M3、M4、M5，烟叶烟气细腻，有回甜，余味舒适、干净。
香料类处理M5和M9劲头较小，浓度大，并且赋予烟叶特殊香味。
酒类处理整体劲头适中偏小，香气质中等。
牛奶处理中，M8整体质量表现较好，M7烟气较浓，有颗粒感，香气质较差。
3 讨论
研究结果表明，一些关键香气成分间有差异。肖协忠[5]等实验得出，茄酮与烟叶香气量成正相关。绿茶、普洱、红酒和米酒处理茄酮成分含量较高，这些处理能够提高烟叶香气量。糠醛和2-乙酰基吡啶能够提高烟香，有甜感，M3与M6处理糠醛成分比其他处理含量较高，M3、M4和M5处理该成分较高。表面通过以上几个处理能够使得烟叶增香，有甜感。
对于致香成分分类分析：4类致香成分比较，各处理类胡萝卜素致香成分含量最高，占香气成分比重大。因此影响浙江桐乡雪茄烟的主要致香成分为类胡萝卜素类，这与马常力[6]等，宫长荣[7]等研究得出相似结论。其中M3、M5、M7和M14处理类胡萝卜素致香成分含量较高，说明通过该处理能够获得较高的香气成分。
参考文献
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高温好氧发酵堆肥处理技术研究 篇6
1 好氧发酵工艺原理
好氧发酵是好氧微生物如细菌、放线菌和真菌等通过自身的生命活动,通过氧化、还原与合成,把一部分有机质氧化成无机质,提供微生物生长所需要的能量;一部分有机质转化成微生物合成新细胞所需要的营养物质[1,2]。好氧发酵过程见图1。
2 好氧发酵工艺类型
好氧发酵工艺主要分为露天堆肥和封闭堆肥。露天堆肥通常操作环境不良、占地面积较大,不适合人口密集的地区。目前生产常用的方法是封闭堆肥,即容器式好氧发酵,按发酵温度,好氧发酵过程分为:中温、高温、降温。在中温阶段,嗜温菌生长繁殖活跃,在高温阶段,嗜温菌活跃程度受到抑制,而嗜热菌活跃,在降温阶段,嗜温菌再度活跃,发酵过程进入稳定的腐熟阶段。高温好氧发酵-生物降解工艺的主要特点在于省地,省投资,省动力消耗,设备结构简单,操作方便,产品质量稳定,处理效果好。
3 好氧发酵的工艺条件
好氧发酵过程中一些工艺参数,控制和监测的参数主要有含水率、温度、通风供养、pH、发酵周期腐熟度、耗氧量和有机质、C/N,一次发酵时间(强制通风),二次发酵时间(自然通风) 等参数。高温堆肥处理的影响因素主要有C/N、含水量、温度、供氧量和pH[3]。
3.1 温度
温度通常与微生物的活动有关。为了使菌充分活动,需要适当的温度,在有机肥发酵机内最适当的温度是60~70℃。通过维持这一温度来蒸发水分,干燥畜粪。常规牛粪堆肥的温度为50℃左右,温度超过55℃就要及时翻堆。若发酵温度低于15℃或高于70℃,微生物将进入休眠状态或大量死亡,发酵缓慢甚至停止。好氧、高温堆肥过程中温度通常高达50℃,考虑到微生物种类的多样性和分解速度,最高的堆肥适宜温度是60℃。高于55℃的堆肥温度可以有效地减少杂草种子的生殖能力和抑制病原体活性。在堆肥系统中,52~62℃使高温活性保持的最好。
3.2 供氧量
氧气是影响好氧堆肥的关键因素之一。为保证微生物充足的氧浓度,缩短堆肥发酵的周期,在操作时应控制垃圾堆层中气相的氧浓度在10%以上。
3.3 水分
堆肥中有机物分解,微生物生长繁殖,都需要水分。其含水量最大值取决于物料的空隙容积。含水量在50%~60%之间最有利于微生物分解。水分超过70%,温度上升困难,分解速度也明显降低,因为水分过多,堆肥物质粒子之间充满水,阻碍通气,造成厌氧状态,不利于好氧微生物生长,并产生硫化氢等恶臭气体。水分含量低于40%,不能满足微生物生长需要,有机物难以分解。堆肥正常进行的含水量下限为40%~50%。当含水量降到20%以下时,生物活性基本停止。微生物最适宜的水分含量是40%~60%,物料含水过高或过低都会对好氧微生物的分解代谢活动产生负面影响。
3.4 酸碱度
通常未处理畜粪是酸性(pH 6.0左右),而菌的活动最适合pH 8.0~9.0。好氧性发酵开始后则产生大量的NH3,使pH变成碱性(pH8.0~9.0),从而具备了好氧性菌容易活动的环境。在堆肥初期,由于酸性细菌的作用,pH降到5.5~6.0,堆肥物料呈酸性;随后由于以酸性物料为养料的细菌生长和繁殖,使pH 上升,堆肥过程结束后物料的pH可上升到8.5~9.0,最后pH基本稳定在8.0~10.0。
3.5 碳氮比
微生物的生长速度与堆肥物料的碳氮比有关。微生物自身的C/N为4~30,做营养基的有机物C/N处于该范围内效果最好。C/N为10~25时,有机物的降解速度最大。发酵后物料的C/N将会减少,一般下降6%~14%,最高则可下降27%以上。有机物质中的碳氮比率一般高于20∶1,碳氮的比率在发酵过程中快速降低。当碳氮比率低于20∶1时,说明发酵已处于稳定阶段。一般好氧发酵前碳氮比率在25∶1~35∶1,当碳氮比率为33∶1时可达到最快发酵速度[4]。
3.6 碳磷比
除碳、氮外,磷对微生物的生长影响也很大。常利用在垃圾中添加污泥进行混合堆肥,通过污泥中丰富的磷来调整堆肥原料的C/P。堆肥原料适宜的C/P为75~150。
3.7 钾与磷
发酵有机物质适量的磷与钾必不可少,磷是形成微生物细胞质的主要成分,而钾能调整细胞内的渗透关系。以氮作为相对的度量标准,磷含量应占20%左右,钾含量应占8%左右,有机物质的磷、钾含量一般都能达到此标准,不需要对其做调整。
3.8 有毒、害物质
某些有机物中也许会存在一部分对发酵中好氧菌有毒、害的物质,许多重金属元素,例如:锰、铜、锌、镍、铬和铅,以及有毒物、浓酸等,若它们的含量过高就会对好氧菌造成危害。导致好氧菌的大量死亡使发酵速度变慢,应避免有毒物质进入发酵场地。
3.9 有机质
高温好氧堆肥中适合的有机质含量在20%~80%,过高和过低均不利于堆肥的正常进行。
3.10 腐熟标志
能较好的反应畜禽废弃物堆肥腐熟的指标有氨态氮(NH4+-N)含量、水溶碳(WSC),均是堆肥过程中各种微生物优先利用的碳源,其含量可以反映堆肥的腐熟程度[5]。
4 好氧发酵的优缺点
4.1 优点
产品生物活性高,维生素丰富,酶活产量高。能最大幅度地转化非蛋白氮为真蛋白。蛋白含量因物质损耗而得以浓缩和提高。发酵时间短(1~3 d)。培养物易于干燥。
4.2 缺点
投资相对较大。杂菌难以控制,易产氨味,卫生条件要求严格。物质损耗大(好氧呼吸),损耗达8%~20%。劳动强度大,管理复杂。占地面积大。有可能发酵失败,技术风险大。原料一般要求蒸料灭菌处理(发酵处理棉菜粕除外)[6]。
摘要：结合好氧发酵的经验,阐述了目前好氧发酵堆肥技术的现状,同时对高温好氧堆肥工艺的工艺流程、技术原理和运行参数进行了总结和分析。经过好氧堆肥处理可使废物减量化、稳定化和无害化,并进一步进行资源利用。
关键词：好氧发酵,好氧堆肥,工艺流程
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红霉素发酵废水处理工艺研究 篇7
关键词：红霉素,发酵废水,处理工艺
1 红霉素废水水质
红霉素是以黄豆饼粉、玉米浆等为主要氮源, 以淀粉、葡萄糖为主要碳源, 经过三级发酵后得到发酵液, 再经过过滤、萃取、沉淀、转碱、分离、洗涤和干燥等操作而制取的。红霉素生产过程中产生的废水主要包括产品提取过程废水 (离心分离废水、破乳废水、丁酯及丙酮溶剂的回收废水) 、洗罐废水、滤布清洗废水、设备清洗水等。
废水水质具有以下特点:1从水质来看, 差异较大, 其中生产废水COD浓度在1 000~13 000mg/L, 其他辅助系统废水水质COD则低于500mg/L;2废水污染物浓度高;3由于红霉素生产原料主要为各种有机物质, 所以产生的废水中也主要是各类有机物质及其降解产物, 废水的B/C大于0.3, 理论上属于可生化性, 但由于溶液中含有残留的抗生素和溶媒, 对微生物具有一定的抑制作用, 同时废水中含有不少生物发酵所产生的难生物降解物质, 属高浓度难生物降解废水;4硫酸盐浓度高, 大量使用硫酸盐造成发酵废水中硫酸盐浓度高, 给废水厌氧带来困难;5碳氮比低, 发酵过程为满足发酵微生物次级代谢过程特定要求, 一般控制生产发酵的C/N为4∶1左右, 这样废发酵液的BOD/N一般在1∶10, 与废水处理微生物的营养要求 (好氧20∶1, 厌氧40~60∶1) 相差甚远, 严重影响微生物的生长与代谢, 不利于提高废水生物处理负荷和效率;6水质成分复杂, 中间代谢产物、表面活性剂 (破乳剂、消泡剂等) 和提取分离中残存的高浓度酸碱、有机溶剂等化工原料含量高, 容易引起p H波动大, 色度高, 甚至可能影响厌氧反应器中甲烷菌的争产活性。
综上, 红霉素发酵废水主要含有发酵过程使用的培养基和表面活性剂, 提取过程中使用的有机溶剂和絮凝剂, 残余菌丝体、抗生素和中间代谢产物等, 具有有机物浓度高, 悬浮物含量高, 存在生物抑制性物质和生物难降解物质等特点, 是一类处理难度高的废水[1]。
2发酵类废水常规处理工艺
目前, 国内外对抗生素废水处理的工艺已经基本定型[2], 主要分为物化处理和生化处理。物化处理的主要作用是降解难分解的大分子有机物, 能够让废水在进入生物处理工段后能够更高效率地被微生物吸收利用, 其次是失活分解废水中的残余抗生素, 可以有效地避免对后期的生物处理产生不利影响;生化系统是抗生素废水处理的主要工艺, 主要降解水中有机物的浓度。国内部分发酵类制药行业所采用处理工艺及处理后水质状况见表1。
制药废水的水质特点使得多数制药废水单独采用生化法处理根本无法达标, 所以在生化处理前必须进行必要的预处理。一般应设调节池, 调节水质水量和p H, 且根据实际情况采用某种物化或化学法作为预处理工序, 以降低水中的SS、盐度及部分COD, 减少废水中的生物抑制性物质, 并提高废水的可降解性, 以利于废水的后续生化处理。预处理后的废水, 可根据其水质特征选取某种厌氧和好氧工艺进行处理, 若出水要求较高, 好氧处理工艺后还需继续进行后处理[3]。具体工艺的选择应综合考虑废水的性质、工艺的处理效果、基建投资及运行维护等因素, 做到技术可行、经济合理。总的工艺路线为预处理-厌氧-好氧- (后处理) 组合工艺[4,5]。
3某红霉素生产企业发酵废水治理方案
河南省安阳市某制药厂是一家生产固体制剂和原料药的医药企业, 该公司在原料药生产方面已取得批准文号的品种共7个, 分别为红霉素、四环素、土霉素、吉他霉素、麦白霉素、烟酸林可霉素和酒石酸吉他霉素, 公司红霉素生产规模为100t/a。该公司红霉素生产过程中产生的废水主要包括产品提取过程废水 (离心分离废水、破乳废水、丁酯及丙酮溶剂的回收废水) 、洗罐废水、滤布清洗废水、设备清洗水和地面清洗水等。
根据该工程设计情况及物料平衡分析, 项目提取废水中主要含有发酵残留物、乙酸丁酯及丙酮等溶剂、少量残留的红霉素及其他杂质等。由于发酵过程中碳氮比例失调 (氮源过剩) , 废水中含有硫酸盐。此外, 根据物料使用情况, 废水中还会含有磷酸盐、氯化钠等物质。目前, 红霉素生产均采用发酵提取方法, 发酵液经过滤后采用溶剂进行萃取, 然后经离心分离、水洗、转碱、干燥等环节制取红霉素, 国内红霉素生产厂家均采用发酵提取方法进行红霉素生产, 部分环节采用设备不同, 但主体工艺基本一致, 因此废水水质差异不大[6]。根据该红霉素生产项目的物料平衡计算, 废水产生情况见表2。
根据废水产生情况, 该公司选用“气浮+水解酸化+UASB+CASS+絮凝沉淀”组合处理工艺系统, 具体工艺流程示意图见图1, 废水处理结果见表3。具体的废水处理工艺流程如下。
(1) 高浓度生产废水进入调节池, 进行水质水量的调节, 保证后续处理工艺的稳定运行。调节池中加曝气搅拌系统, 防止悬浮物沉淀。
(2) 调节池出水进入水解酸化池, 水解酸化过程能将废水中的非溶解态有机物截留并逐步转变为溶解态有机物, 一些难于生物降解大分子物质被转化为易于降解的小分子物质如有机酸等, 从而使废水的可生化性和降解速度大幅度提高, 以利于后续好氧生物处理[7]。根据《三废处理工程技术手册-废水卷》 (化学工业出版社) 等资料, 预处理对废水的去除效率为COD45%、BOD540%、SS50%。
(3) 水解酸化池出水可进入UASB厌氧反应系统, 经厌氧处理可有效去除废水中大部分的有机物和悬浮物, 其产生的沼气经脱硫后可送燃气锅炉作为燃料使用, 其产生的污泥可送污泥压滤系统进行处理。根据《升流式厌氧污泥床反应器污水处理工程技术规范》 (HJ2013-2012) , UASB对污水的去除效率为COD80%~90%, BOD570%~80%。
4 厌氧系统的出水进入CASS好氧处理系统, CASS好氧处理系统是在传统SBR工艺上发展起来的一种新工艺, 可有效去除废水中大部分有机物质[7]。根据《序批式活性污泥法污水处理工程技术规范》 (HJ577-2010) , 预处理+SBR对污染物的去除效率为COD70%~90%, BOD570%~90%, SS70%~90%, 氨氮85%~95%, 总磷5 0%~80%。故CASS的去除效率取COD85%、BOD595%、SS70%、氨氮85%和总磷5 0%。 (5)
5 出水进入絮凝沉淀系统, 进一步去除悬浮小颗粒物, 泥水分离后, 上清液达标排放。
4结论
1红霉素生产废水含有较多难生物降解物质, 属高浓度难生物降解废水。
2目前国内主要的处理工艺路线为预处理-厌氧-好氧- (后处理) 组合工艺。
3根据安阳市某制药厂红霉素生产废水水质情况, “气浮+水解酸化+UASB+CASS+絮凝沉淀”组合处理工艺系统能够处理红霉素生产废水, 使其达标。
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发酵处理 篇8
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 实验原料
取自哈尔滨市道里区太平镇新鲜奶牛粪便。水:取自黑龙江省发酵工程技术中心院内深水井。
1.1.2 设备
100L全自动厌氧发酵罐,自行设计,江大三环发酵设备有限公司制造;实验室活性污泥法处理装置:由四个串联在一起的每个容积为60L的水池组成。
1.2 实验方法
1.2.1 活性污泥的培养驯化
取生活污水适量,控制温度在25~30℃,进行闷曝培养,2~3d后停止曝气,静止2h,排掉上清液,加入经稀释的淘米水培养生活污泥,重复上述操作,直到污泥沉降比达到15%以上。培养好的污泥外观成团状或絮状,为黄褐色。显微镜下观察游离的细菌很少,原生动物较多并且活跃。
将培养好的污泥放入反应槽中,采用瞬间进水方式向反应器中加入淘米水和经过稀释的沼液。控制其COD为1000mg/L左右,温度25~30℃,以固定的曝气量8L(空气)/L(混合液)·h进行闷曝培养,每天换1次水,1星期后污泥量开始增加,控制污泥的沉降比在30%左右,逐渐增大混合液中沼液的比例,20d后完全加入经稀释的沼液。逐渐提高沼液的浓度,25d后反应器内溶液的初始COD值可达2 000mg/L左右。
1.2.2 活性污泥法运行工艺
整个工艺分四个阶段:配水、曝气、静止、排水。分别在四个反应器中进行。曝气时间为12h,静止时间为2h,整个运行周期为13h左右。
1.2.3 沼液全回流处理工艺
1.2.3. 1 沼液全回流试验100ml发酵试验方法
将新鲜牛粪用清水稀释成含固形物6%的稀牛粪发酵原料,用组织捣碎机粉碎5min。接入1%发酵接种物(甲烷发酵复合菌),在每只100ml针管中加入配好的物料,排净空气,用塑料封堵封好前端排气口。静置于恒温培养箱中进行沼气发酵。发酵产气后,记录累计产气量。然后将发酵后原料过滤,得到的沼液用于下一批次中代替清水稀释新鲜牛粪进行沼气发酵使用,进行重复循环试验,每一批次都做清水稀释的对照试验。实验装置如图1所示。
1.2.3. 2 沼液全回流试验100L发酵试验方法
发酵罐体积100L,物料装填系数为0.8~0.9。即将一定浓度的发酵原料80~90L,控制一定的物料滞留时间,每天排出一定量的的物料,排料量为发酵原料初始值除以物料滞留时间,同时每天要补充相同量的新鲜的配好浓度的牛粪,控制一定发酵温度和搅拌速度进行厌氧发酵[5,7]。每天测定产气量和气体成分,配制补料时如用清水配制即为常规发酵,如用沼液配制就是沼液回流试验。沼液全回流即把产生的沼液全部用于补料配制。实验装置采用100ml注射针管。
2 结果与分析
2.1 生物法有机废水处理技术
2.1.1 曝气时间对废水处理效果的影响
沼液稀释液的初始值为COD 2000mg/L左右。采用瞬间进水方式向反应器中加入经过稀释的沼液温度25~30℃,以固定的曝气量8L(空气)/L(混合液)·h进行曝气,在曝气的不同时间取样,将样品沉降0.5h,测量其上清液的COD,结果见表1,据此以COD(取前4组数据平均值)对曝气处理时间进行作图(图2)。
由图2可看出,采用曝气法处理稀释沼液,前6h COD值下降较快,超过6h以后,COD值下降速度变慢。
2.1.2 曝气处理过程对CO D、BO D的影响
固定曝气时间6h,以相同的温度和时间处理沼液稀释液,考察曝气处理对废水COD、BOD的去除效果,结果见表2。
表2结果表明,在同样条件下,用曝气法处理沼液稀释液,BOD的去除率大于COD的去除率。因为在微生物的生长过程中会优先利用容易利用的营养物质。
2.1.3 温度对处理效果的影响
温度是废水生物处理过程中的一个重要参数,在其他条件一定的情况下,要达到满意的处理效果,必须使水处理过程置于合适的温度范围内。各种生物酶发挥生物活性的适合温度也不尽相同,微生物来源酶的最适温度为25~60℃,为降低能耗和处理成本,一般采用尽可能较低的温度,采用瞬间进水方式向反应器中加入经过稀释的沼液,以固定的曝气量8L(空气)/L(混合液)·h进行曝气,曝气时间固定6h,将样品沉降0.5h,测量其上清液的COD,考察温度对处理废水效果的影响,结果见表3。
由表3可看出,18~25℃、曝气6h,废水的COD都可降到500mg/L左右,此温度范围内温度对处理效果的影响不是很大。但在15℃时COD的去除率下降较明显,已不能满足要求,因此用曝气活性污泥法处理沼液稀释液温度宜选择18℃以上。
评价指标氧的利用率:反应器容积60L,曝气量8L(空气)/L(混合液)·h,曝气6h,通入空气量为2880L,按氧的体积份数21%计算,通入氧气的体积为604.8L。按标准状态和25℃状态计算为24.78mol,如果只考虑COD的转化需要氧气,那么反应器理论需氧量为2.748mol。氧气利用率为11%。
2.2 沼液回用实验
2.2.1 沼液回用的对比试验结果
分别用清水、沼液、沼液和乳酸菌、沼液经过乳酸菌处理液等稀释新鲜牛粪,直接进行沼气发酵,定期排气,原料装量为40ml,培养温度为53℃,连续发酵13g,结果见表4。
从表4可以看出,短时期内沼液经过处理或不经过处理都可以代替清水进行原料的稀释而进行沼气发酵,沼液不会对沼气发酵产生抑制作用。经过处理的沼液发酵结果好于不处理的,更优于清水对照,而前期产沼气的产气速度要远远快于清水对照。
注:沼液为中试罐中已进行回流6个月的沼液。
2.2.2 沼液回用长期小规模试验结果
为了验证沼液回用可靠性与准确性,又进行了多次实验,发酵条件为:原料牛粪体积40ml,TS为6%,发酵温度为53℃。结果如图3。
2.3 沼液回用长期中试结果
原料为牛粪,发酵罐体积100L,物料体积为80L,TS为6%,物料滞留时间为14d,发酵温度为53℃。搅拌速度10r/min,每天排出1/14的物料,将排出的物料进行分离,把得到的沼液用于稀释新鲜的牛粪,然后再补回到发酵罐中,补料量与每天的排出量相等,每天测定产气量,实验结果如图4-1、4-2、5。由于不是每天都计量气体数,图中出现空白处后的气体量很高,是由空白天数产气累积的结果。从图中分析可以看出,在高温沼气全回流的试验中没有发现沼气产量降低的现象。图5中显示发酵沼气累积量曲线为一条斜向上的直线,说明高温沼气全回流发酵产气量稳定,没有产气量明显升高或降低的现象,沼液对沼气发酵没有抑制作用。
2.4 沼气高温全回流实验中沼液的COD的变化情况
在不同的发酵时间;测定发酵液中沼液的浓度,结果见表5。
从表5可知,随发酵时间的延长,沼液的浓度逐渐升高,到第4周以后沼液的浓度达到最高46000mg/L左右,之后不再升高。
3 讨论
3.1 沼液处理成本比较
综上可见,由于沼液为高浓有机废液,其COD值达到30 000~40 000mg/L沼液后处理费用非常高,需要进行稀释处理,加上稀释所用清水的费用,每吨处理费将近40元。如此高的处理费在工业生产上是难以接受的。如果将沼液经过简单处理或不处理用于代替稀释原料的水,直接回到原沼气发酵罐中,这样就可以省去沼液的处理工段,节约了大笔沼液处理费用,但这样做的先决条件是废沼液不会对正常的沼气发酵产生抑制作用。
3.2 沼液发酵过程中COD的变化情况
在沼液全回流试验中,随着发酵时间的延长,发酵液中沼液的浓度逐渐升高,在第四周达到平衡,沼液的COD值达到46000 mg·L-1。这可能是由于全回流时沼液中溶质不能随沼渣排出,而逐渐在发酵液中积累造成的。达到一定数值时由于溶解和析出达到平衡,沼液的浓度就不会在升高了。
3.3 沼液全回流利用中沼液对产气菌系的抑制情况
在沼液的全回流实验中没有发现代谢物对产气的抑制作用[6]。可能是由于整个沼气发酵系统处于一个小的生态平衡状态,原料中的分解类细菌、产酸类细菌、氨化细菌和产甲烷类细菌之间经过协同作用,互相利用对方的代谢产物,因而不会使某一种代谢产物过分积累,对单一微生物产生反馈抑制作用。
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垃圾处理厂发酵罐腐蚀微观分析 篇9
生活垃圾处理厂采用的厌氧发酵工艺是将生活垃圾中的有机物和其它有机废弃物如污泥、餐厨和粪便, 经过预处理后送入发酵罐进行联合厌氧发酵, 工艺流程如图1 所示。厌氧发酵分为水解、产氢产乙酸 (主要的产氢产乙酸反应式:CH3CH2OH+H2O →CH3COOH +2H2;CH3CH2COOH +H2O →CH3COOH +3H2+CO2;CH3CH2CH2COOH+H2O→2CH3COOH+2H2) 及产甲烷三个阶段, 发酵液由酸性变为碱性。乙酸是在产酸菌如胶醋酸菌、梭状芽孢杆菌等的水解发酵阶段产生, 此阶段产酸速率很快, 料液p H值迅速下降并释放出腐烂气味;酸分解后产生氨氮, 使p H值升高。
实验测定本厂发酵罐的产气组分为CH4、CO2、N2、H2、O2、H2S、NH4等, 经分析对发酵罐主要是酸腐蚀, 如乙酸、H2S及垃圾或污泥中含有的特定有害物质如H+、Cl-1、SO4+等, 碱性腐蚀不明显。
1 腐蚀机理
发酵罐由304 不锈钢作为内衬, 本身形成的钝化膜起到耐蚀作用, 钝化膜具有半导体性质, 其形成和破裂是电子、离子的传输过程, 因此, 耐蚀性能与半导体电子特性密切相关。图2 是金属电极的典型阳极极化曲线示意图, 从中可以看到金属活化
与钝化过程中各特性区及特点。
1.1 金属电极的活化区 (图2 AB)
这一区域主要发生的反应, 对于Fe则为式1。
1.2 过渡区 (图2 BC)
这一区域金属表面会生成二价或三价的金属氧化物, 对于Fe则为式2。
1.3 钝化膜形成完整区 (图2 CD)
此区域金属进入稳定的钝化状态, 为金属最理想的抗腐蚀区域, 对于Fe则为式3。
1.4 金属过钝化区 (图2 DF)
此区域内金属钝化膜的溶解速率>生成速率, 且金属以高价形式溶解。很多金属过钝化区域几乎不存在, 直接过度到析氧区 (图2 中DGH虚线范围) 。此时金属表面钝化膜易出现局部点蚀破坏。M点对应的纵坐标电位称击穿电位或叫破裂电位 φb, 此点表示金属钝化膜点蚀的萌发。析氧区就是氧的析出区, 随着电极电位的升高, 电流密度继续增大, 此时发生氧的析出反应, 见反应式4。
生产中, 垃圾进行厌氧发酵时产生乙酸、H2S等酸性物质, 随其浓度、温度及所含特定杂质H+、Cl-1、SO4+等的差异对发酵罐进行不同程度的腐蚀, 其腐蚀速率、形态与酸性物质的浓度、温度、杂质性质及数量有密切的关系。乙酸、H2S等酸性浓度不高、温度较低时, 不锈钢处于钝化状态, 耐蚀性能良好;但浓度、温度均较高并含有特定杂质时, 钝化膜会遭到严重破坏并发生均匀腐蚀或局部点蚀。
2影响因素
影响发酵罐腐蚀的因素有基体材料、加工工艺、p H值、温度、杂质等。
2.1 基体材料
基体材料成分、组织结构、应力等不均匀处更易发生腐蚀;适当增加抗腐蚀合金元素如Cr、Mo、N、Si时可提高耐蚀性能。
2.2加工工艺
发酵罐加工中尤其注意焊接过程导致气孔、夹渣、飞溅、延迟裂纹、残余应力、微裂纹、焊缝等, 这些特殊部位极易发生腐蚀。
2.3 p H值
发酵中形成的乙酸、H2S等酸性物质越多, p H值越低, 酸性越强, 腐蚀就越厉害。
2.4 温度
全面腐蚀和局部腐蚀都有一个临界温度, 温度升高加速了钝化膜的溶解, 促进腐蚀速度及强度, 因此必须控制好发酵温度, 并保持均匀搅拌, 使温度保持预设值。
2.5 杂质元素
一般发酵中产生的乙酸对发酵罐不会产生较强的腐蚀, 但有活性阴离子时平衡极易受到破坏, 如杂质Cl-1半径小易渗透到钝化膜中引起点蚀, 钝化膜一旦破坏就很难修复, 因此需特别注意工业污水厂的污泥及垃圾中的化学物质。
2.6 氧化剂
发酵物中氧化剂达到一定浓度后钝化膜由活态转入钝态, 使腐蚀速度下降;但氧化剂浓度较高时, 可以使不锈钢由钝态转变为过钝态加速腐蚀。
3 防范措施
(1) 发酵罐基体材料性能是决定耐腐蚀性强弱的重要因素, 因此罐体材料一定要符合工作环境。
(2) 发酵罐内表面粗糙或焊接时留有焊缝、焊瘤、焊渣、气孔等易引起点蚀, 因此, 注意发酵罐焊缝的完整性, 避免缝隙腐蚀。
(3) 严格把控发酵温度, 搅拌频率及搅拌时间, 避免高温改变酵液p H值。
(4) 注意垃圾及污泥的成分, 尤其是工业污水厂排出的污泥, 化学物质较多时极易影响垃圾发酵的p H值引发设备的腐蚀。
(5) 一般有氧化剂的情况下, 钝化膜处于诱导期不会出现腐蚀特征, 实际上会导致金属表面钝化膜缓慢溶解使膜破坏, 因此定期检修时, 注意开罐时间。
摘要：垃圾处理厂厌氧发酵工艺, 针对发酵罐出现的腐蚀问题, 分析导致腐蚀的原因, 并提出预防及解决腐蚀问题的措施及方法。
关键词：发酵罐,腐蚀,电化学
参考文献
[1]刘宾, 夏晓华, 赵玉柱等.城市有机废弃物联合厌氧发酵工程实例[J].北方环境, 2011, (11) .
[2]程学群, 李晓刚, 杜翠薇等.316L不锈钢在醋酸溶液中的钝化膜电化学性质[J].北京科技大学学报, 2007, (9) .
发酵处理 篇10
关键词：液体发酵；发酵条件；正交优化；蛋白酶活力
中图分类号：TQ920.1 文献标志码：A
文章编号：1002-1302（2014）08-0273-03
大豆肽是一种比大豆蛋白质更为优质、新型的大豆蛋白酶改性产品，广泛应用于发酵、制药、食品、化妆品、饲料及植物营养剂等行业[1-3]。大豆肽易消化吸收，能迅速供给机体能量，无蛋白变性，无豆腥味，液体黏性小和受热不凝固等，并具有降低血清胆固醇[4]、降低血压、抗疲劳[5]、抗氧化[6]等许多生物功能，因此大豆肽成为研究热点。目前，大豆肽多采用酶解法和微生物发酵法生产[7]，微生物发酵法把蛋白酶的发酵生产和大豆肽的酶解生产有机结合在一起，降低了大豆肽功能的生产成本，克服了酶水解法制备大豆肽产品的苦味大和口感差等缺点[8]。目前，利用微生物发酵法生产大豆肽被认为是较先进有效方法，应用前景较好。本试验以蛋白酶活力为指标，通过单因素和正交试验对产蛋白酶芽孢杆菌 B-15 发酵处理豆粕的产酶培养基组成、发酵工艺条件进行了优化，以确定最佳的豆粕发酵产酶工艺，为大豆肽的大规模液态发酵生产奠定坚实基础。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 供试菌株 细菌菌株：解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）B-15，由河北农业大学生命科学学院制药工程实验室分离并保存。
1.1.2 培养基 NA培养基、NB培养基的配制详见文献[9]。种子培养基即NB培养基；基础发酵培养基：豆粕10%、Na2HPO4 0.84%、KH2PO4 0.032%、CaCl2 0.17%、混匀后调pH值6.0～6.5。
1.1.3 试剂
福林-酚试剂；0.55 mol/L 碳酸钠溶液、10% 三氯醋酸溶液、0.02 mol/L pH值7.5磷酸缓冲液、1%酪蛋白溶液、100 μg/mL标准酪氨酸溶液，所用试剂皆为分析纯。
1.2 试验方法
1.2.1 菌种的培养与发酵
1.2.1.1 摇瓶种子曲线（生长曲线）及种子培养
将斜面培养的菌株接种于NB培养基中，250 mL三角瓶中的装瓶量为75 mL（250 mL，下同），在37 ℃下180 r/min振荡培养，在零时开始取样，以后每隔1 h或2 h取样1次，直至培养24 h为止，以未接菌的培养基作空白调零，用分光光度计在600 nm下测D，以发酵时间为x轴、以D为y轴作曲线，绘制生长曲线。将斜面培养的菌株接种于NB培养基中，装瓶量为 75 mL，180 r/min摇床培养，培养时间由生长曲线确定，得到种子液。
1.2.1.2 发酵培养
对培养基成分采用以下的培养条件进行优化：将种子液以2%的接种量接入75 mL/250 mL三角瓶发酵培养基中，于37 ℃、180 r/min下振荡培养48 h，将发酵液在5 000 r/min条件下离心10 min，弃去沉淀，收集上清液，进行蛋白酶活力测定。
1.2.2 单因素试验
1.2.2.1 不同碳源
分别以2%的蔗糖、葡萄糖、乳糖、甘露醇、可溶性淀粉、玉米淀粉、D-果糖等7种碳源进行B-15菌株产酶活力比较试验，配制7种碳源不同的发酵培养基，均加入10%氮源豆粕，0.84% Na2HPO4，0.032% KH2PO4，0.17% CaCl2，混匀后调pH值6.0～6.5，筛选出最适碳源。
1.2.2.2 不同氮源浓度
配制豆粕浓度分别为2%、5%、8%、11%、14%的培养基发酵培养，进行B-15菌株产酶活力比较试验，均加入2%最适碳源，0.84% Na2HPO4、0.032% KH2PO4、0.17% CaCl2，混匀后调pH值6.0～6.5，筛选出最适氮源浓度。
1.2.2.3 不同无机盐
以浓度为0.05%的CaCl2、MgSO4、FeSO4、MnCl2、KCl、NaCl、ZnCl2等7种供试无机盐进行B-15菌株产酶活力比较试验，配制7种无机盐不同的发酵培养基，均加入2%最适碳源，最适氮源浓度的豆粕，0.84% Na2HPO4、0.032% KH2PO4，混匀后调pH值6.0～6.5，筛选出最适2种无机盐。
1.2.3 正交试验
1.2.3.1 培养基组分
在培养基各组分初步筛选的基础上，研究培养基成分的不同配比对酶活力的影响。选用L16（44）设计方案设计4因素4水平正交试验（表1），根据上述试验确定的最适碳源、氮源、无机盐配制不同组成的培养基，测定发酵菌株产酶活力。综合正交試验结果，初步确定最佳组合，得出B-15菌株产酶的最佳培养基组成。
肽发酵培养基最佳组成，即葡萄糖为2%，豆粕浓度为12%，KCl为0.01%，MgSO4为0.05%。通过对其进行发酵工艺条件参数的正交优化试验得出发酵培养基的最佳工艺参数，即发酵时间为48 h，装瓶量为50 mL，种龄为14 h，pH值为6.5。在此条件下，B-15菌株发酵产蛋白酶活力为125.05 U/mL，与基础发酵培养基相比提高了11.9%，研究结果为进一步利用豆粕提供了理论依据。
参考文献：
[1]豆康宁，董 彬，王银满. 大豆蛋白活性肽的生物功能与应用前景[J]. 粮食加工，2007，32（2）：52-54.
[2]邓成萍，张 惠，魏秀英.大豆低聚肽的研究进展[J]. 食品科学，2004，25（增刊）：236-240.
[3]王 静，郝再彬. 大豆肽的特性和功能及研究进展[J]. 黑龙江农业科学，2004（5）：32-36.
[4]宋俊梅，曲静然，徐少萍. 大豆肽的研究进展（待续）[J]. 山东轻工业学院学报，2002，16（3）：1-3.
[5]郑哲君，李晓莉，王 朔. 抗疲劳功能食品的研究进展[J]. 食品科技，2006，31（2）：4-7.
[6]Chen H M，Muramoto K，Yamauchi F. Structural analysis of antioxidative peptides from soybean β-conglycinin[J]. Agric and Food Chem，1995，43（5）：574-578.
[7]方海红，胡好远，黄红英，等. 微生物碱性蛋白酶的研究进展[J]. 微生物学通报，2002，29（2）：57-59.
[8]邓 勇，吴煜欢. 微生物蛋白酶对大豆分离蛋白水解作用的研究[J]. 食品科学，1999，20（6）：42-45.
[9]东秀珠，蔡妙英. 常见细菌系统鉴定手册[M]. 北京：科学出版社，2001：351.
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发酵处理 篇11
1 菌渣的设计组成成分
该企业设计产能为年产泰乐菌素500吨, 超级泰乐菌素200吨, 每年会产生菌渣13 500吨, 含水率80%。菌渣干基中主要包括粗蛋白、粗脂肪、部分代谢中间产物、有机溶媒、钙、镁、微量元素和少量的抗生素[2], 设计热值为4200Kcal/kg (干基) 。
2 焚烧方案设计
2.1 设计焚烧工艺过程
抗生素菌渣黏度大、含水率高 (且多为结合水) , 直接焚烧不利于生产操作, 易造成大量的能源损失, 因此菌渣焚烧工艺设计的首个工艺流程为菌渣的烘干处理。根据菌渣的特性, 采用回转窑烘干机对废料进行烘干。菌渣经自动进料装置进入烘干窑, 旋转过程中, 物料不断的翻动, 与高温烟气充分接触, 废料中水分蒸发, 被烟气带走, 达到烘干要求后, 自动出料。
烘干后的菌渣经自动进料装置直接进入回转窑焚烧炉内, 以天然气作为助燃剂, 经燃烧器点火焚烧, 焚烧温度维持在1 000℃以上, 废渣中有机物氧化分解, 废渣经出渣口自动排出。回转窑焚烧产生的烟气进入二燃室继续高温燃烧, 燃烧温度达1 100℃以上, 从而确保进入二燃室的烟气中未分解的有机物燃烧完全。二燃室出来的高温烟气经过旋风除尘器除尘后, 依次进入余热锅炉和换热器分别对给水和助燃空气进行换热。换热后烟气温度为550℃左右, 进入急冷塔 (加入氢氧化钠溶液) , 温度在1s内迅速降低到200℃左右, 有效地抑制了二噁英的再生成。烟气与碱液的充分接触, 使得烟气中的酸性气体与碱液进行中和反应, 从而达到脱酸的目的。脱酸后烟气进入活性炭喷射装置, 利用活性炭粉末吸附烟气中的二噁英及其他碳氢化合物。吸附有二噁英及其它碳氢化合物的活性炭粉末和烟气一起进入布袋除尘器, 活性炭粉末被滤袋拦截, 随飞灰一起排出。
具体工艺流程见图1。
2.2 主要设备设计参数
2.2.1 回转窑烘干机。
回转窑烘干机1台, 材质采用Q235-B。设计处理能力为1 750kg/h, 设计进料含水率80%, 出料含水率40%, 烘干机尺寸φ1 000×10 000mm, 功率11k W。
2.2.2 回转窑焚烧炉。
回转窑焚烧炉1台, 材质采用Q235-B+高温耐火材料。设计处理量为583kg/h, 空气过剩系数1.8, 燃烧室温度1 000℃, 回转窑尺寸φ1 800×8000mm, 转速设计0.5~1.2rpm, 停留时间60min。
2.2.3 二燃室。
二燃室1个, 材质采用Q235-B+高温耐火材料。设计空气过剩系数1.05, 燃烧室容积11m3, 烟气停留时间>2s, 二燃室尺寸φ2 200×6 000mm。
2.2.4 高温旋风除尘器。
高温旋风除尘器1台, 材质采用Q235-B+高温耐火材料。设计进口烟气温度1100℃, 进口烟气量4000Nm3/h, 进口烟气流速22m/s。
2.2.5 余热锅炉。
余热锅炉1台, 设计进口烟气温度1 100℃, 出口烟气温度600℃, 锅炉蒸发量1.1t/h。蒸汽压力1.0MPa G, 蒸汽温度180℃。
2.2.6 急冷塔。
急冷塔1套, 采用水喷淋冷却, 材质采用Q235-B+耐酸碱水洗材料。设计进口烟气温度600℃, 出口烟气温度200℃, 烟气停留时间4s, 急冷塔尺寸φ1 500×6 000mm, 进口水温20℃。
2.2.7 布袋除尘器。
布袋除尘器1台, 设计进口烟气温度200℃, 烟气流量146m3/min, 烟气流速0.8m/min, 净过滤面积220m2, 除尘器阻力<1 500Pa。
2.2.8 喷淋洗涤塔。
喷淋洗涤塔1台, 材质采用Q235-B+防腐材料。设计进口烟气温度150℃, 出口温度80℃, 设计气液比1.5L/m3, 洗涤塔循环液量5.0m3/h, 设置喷淋层数2层, 空塔气速1m/s, 洗涤塔尺寸φ1 200×4 000mm。
2.3 烘干和焚烧系统燃料配比
根据计算, 废渣烘干后的含水率与燃料消耗量及锅炉蒸汽量关系见表1:
从上表可以看出, 烘干后的含水率越低, 总的燃料消耗量越低, 饱和蒸汽产量也越低。当含水率为20%~30%时, 由于固废热值较高, 因此在输送过程中, 废渣粉尘可能产生爆炸现象。为确保安全, 本方案按烘干后含水率为40%进行设计。即烘干用气为148m3/h, 焚烧用气量50m3/h。为确保焚烧系统的最大适应性, 焚烧系统的设计留有一定余量。
2.4 焚烧燃料选择
结合该项目所处区域的实际情况, 烘干和焚烧可以考虑的燃料包括沼气、天然气、煤炭、燃料油等。
沼气是有机物质在厌氧条件下, 经过微生物的发酵作用而生成的一种可燃气体, 该企业废水处理系统采用厌氧处理工艺, 会产生部分沼气。废水处理的厌氧系统产生的沼气经过脱硫后, 硫含量在60ppm以下, 其热值较高, 可以直接用于焚烧系统, 做到资源的综合利用。但是根据焚烧系统设计要求, 该系统沼气需求量为200m3/h, 而废水处理系统沼气产生量为67m3/h, 不能够满足焚烧系统需求, 因此, 需要以当地天然气作为补充。
天然气属于清洁能源, 其成分以甲烷为主。目前该区域天然气主管网已经建成, 因此和本项目的建设不存在衔接问题。根据设计, 若焚烧系统以天然气作为沼气的补充燃料, 则需要补充天然气量为85m3/h, 年运行费用达175万元 (单纯用天然气运行费用为260万元) 。工程采用沼气和天然气作为热源具有污染小的特点, 同时也减少了燃煤产生的炉渣的问题。
煤炭不属于清洁能源, 但是较天然气来讲, 煤炭费用较低。燃料煤主要采用山西煤, 其发热量为6 500kal/kg, 灰分17%, 硫含量为0.7%。根据工程核算, 若焚烧系统采用煤炭作为燃料, 则年消耗煤炭量为1 350吨, 折合运行费用为160万元, 和天然气的175万元的运行费用相近。同时以煤炭为燃料存在一个问题, 即根据《国家危险废物名录》 (2009版) , “危险废物焚烧、热解等处置过程产生的底渣和飞灰属于危险废物HW08类, 废物代码为802-003-18”, 因此, 含灰分较高的煤炭在燃烧过程中产生的炉渣则成了危险废物, 年产生量达230吨。这部分危险废物不能够再利用, 只能够填埋处理。按照目前每吨危险废物3 000元的处理费用, 这部分危险废物处理费用就达69万元, 也就是说以煤炭为燃料的焚烧系统年运行费用高达到244万元。
燃料油的主要成分为长链烯烃, 硫含量为2%。根据工程设计, 本项目焚烧系统若采用燃料油作为助燃剂, 则年消耗量为870吨, 折合运行费用为287万元。
综上所述, 作为清洁能源的沼气和天然气在运行费用上具有一定的优势, 同时其作为清洁能源, 不产生废渣, 相应的废气污染物的产生也较小。因此, 无论从环保角度还是经济角度来讲, 采用沼气和天然气作为热源是本项目焚烧系统的首选。
2.5 运行效果及费用
经过焚烧处理后, 抗生素成分在超过1 000℃的焚烧温度下, 全部得到分解, 消除了菌渣在其他利用途径中的抗生素污染。菌渣中含有的少量的无机盐分以焚烧残渣的形式排出, 其产生量小于菌渣原料的1%, 极大地减少了危险废物的产生量。同时, 焚烧处理产生的余热蒸汽, 还可用于生产。
菌渣焚烧系统运行费用主要包括电费、药剂费、燃料费、人工费等, 折合175元/吨菌渣。
3 二次污染防治
菌渣处理过程中会产生二次污染, 主要包括烘干废气、焚烧烟气、焚烧残渣、烘干废气处理过程中产生的污冷凝水等。
烘干过程产生的烘干废气主要含有粉尘、恶臭因子以及大量的水分, 设计采用旋风除尘+碱液湿法除尘+冷凝+游离基光催化氧化系统处理。即首先通过旋风除尘和碱液湿法除尘除去其中大部分的粉尘, 在经过冷凝工段冷却其中的水分, 降低温度, 同时减轻恶臭因子的影响, 最后经过游离基光催化氧化系统分解废气中的恶臭因子, 减轻烘干废气的恶臭影响。烘干废气经过处理后满足《大气污染物综合排放标准》 (GB116297-1996) 和《恶臭污染物排放标准》 (GB14554-93) 的要求。冷凝过程中产生的污冷凝水送到废水处理系统处理, 达标排放。
焚烧后的烟气主要含有少量的粉尘以及酸性气体, 经过焚烧系统本身设计的高温旋风除尘+急冷塔碱液喷淋+活性炭喷射袋式除尘器除尘处理后可以满足《危险废物焚烧污染控制标准》 (GB18484-2001) 的要求。
焚烧过程产生的少量残渣主要是无机盐类, 根据《国家危险废物名录》 (2009版) 要求, 该部分废物属于危险废物, 送填埋场填埋处理。
4 总结
采用焚烧的方式进行发酵类抗生素菌渣的处理可以减少99%以上的菌渣量, 解决了菌渣中残留抗生素的再次污染问题, 是目前解决菌渣无害化和减量化最具有实际意义的措施。通过比较设计, 确定了该企业在菌渣焚烧过程中最佳的燃料方式和烘干水分比例。菌渣处理过程中同时考虑了二次污染的防治, 为菌渣焚烧提供了参考意义。
摘要：焚烧处理是发酵类抗生素菌渣无害化和减量化处理最具有实际意义的措施。通过对发酵类抗生素菌渣焚烧处理工艺的设计, 比较分析了菌渣焚烧过程中最佳的燃料方案以及烘干水分比例, 提出了二次污染防治措施的有效途径, 为抗生素菌渣的焚烧处理提供一定参考。
关键词：抗生素,菌渣,焚烧
参考文献
[1]李再兴.抗生素菌渣处理处置技术进展[J].环境工程, 2012, 4 (30/2) , 72-75.