公布日：2022.12.13
申請日：2022.09.26
分類號：C02F3/34(2006.01)I;C02F3/28(2006.01)I;C12M1/34(2006.01)I;C12M1/10(2006.01)I;C12M1/02(2006.01)I;C12M1/38(2006.01)I;
C12M1/26(2006.01)I;C12M1/36(2006.01)I;C12M1/00(2006.01)I;A23K10/12(2016.01)I;A23K10/14(2016.01)I;A23K10/37(2016.01)I;
A23K50/80(2016.01)I;C05F11/00(2006.01)I;C05F17/20(2020.01)I;C05F17/40(2020.01)I;C05G5/10(2020.01)I;C05F17/957(2020.01)I
摘要
本發(fā)明涉及一種污水脫氮生物營養(yǎng)劑及其制備方法和裝置，制備方法包括以下步驟：(1)將固體原料、水與淀粉酶按質(zhì)量比為90：(395～405)：(0.6～1.2)進(jìn)行混合，得到混合原料；固體原料為加工食品類原料和果蔬類原料中的一種或多種任意比例的混合物；(2)將混合原料裝入發(fā)酵罐中，密封發(fā)酵；(3)發(fā)酵完成后，經(jīng)固液分離，得到的液體為污水脫氮生物營養(yǎng)劑。本發(fā)明發(fā)酵過程中所需固體原料來源廣泛，可實(shí)現(xiàn)資源回收利用和減少環(huán)境污染；能夠?qū)崿F(xiàn)半固體發(fā)酵和定向發(fā)酵，提高發(fā)酵效率、縮短發(fā)酵時(shí)間，降低生產(chǎn)成本；可直接作為脫氮生物營養(yǎng)劑使用，提高脫氮效率并節(jié)約污水處理成本。
權(quán)利要求書
1.一種污水脫氮生物營養(yǎng)劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將固體原料、水與淀粉酶按質(zhì)量比為90：(395-405)：(0.6-1.2)進(jìn)行混合，得到混合原料；所述固體原料為加工食品類原料和果蔬類原料中的一種或多種任意比例的混合物；(2)將混合原料裝入發(fā)酵罐中，密封發(fā)酵；(3)發(fā)酵完成后，經(jīng)固液分離，得到的液體為污水脫氮生物營養(yǎng)劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水脫氮生物營養(yǎng)劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述固體原料的粒徑為5-10mm；所述固體原料中的淀粉含量在60％以上，無機(jī)鹽含量低于1.5％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水脫氮生物營養(yǎng)劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述淀粉酶采用α-1,4-葡萄糖苷酶，或者質(zhì)量比為1:(1.5-4.5)的淀粉酶X和淀粉酶Y；所述淀粉酶X包括淀粉1,4-糊精酶、淀粉1,4-麥芽糖苷酶或淀粉α-1,6-葡萄糖苷酶；所述淀粉酶Y為α-1,4-葡萄糖苷酶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水脫氮生物營養(yǎng)劑的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，發(fā)酵罐中設(shè)置有攪拌葉片，每3.5-4.5h攪拌一次，每次攪拌持續(xù)時(shí)間為5-7min，攪拌葉片轉(zhuǎn)速為8r/min；順時(shí)針攪拌1次與逆時(shí)針攪拌1次周期性輪換進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水脫氮生物營養(yǎng)劑的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，發(fā)酵包括發(fā)酵初期和發(fā)酵后期，發(fā)酵初期為發(fā)酵9-10天，發(fā)酵后期為3-6天；發(fā)酵初期控制發(fā)酵溫度在24-34℃，發(fā)酵后期控制發(fā)酵溫度在20-28℃；發(fā)酵初期控制發(fā)酵液的pH值為5.5-7.8，發(fā)酵后期控制發(fā)酵液的pH值為5.0-7.0。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水脫氮生物營養(yǎng)劑的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，控制發(fā)酵罐內(nèi)的氧化還原電位在-100--200mV。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水脫氮生物營養(yǎng)劑的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，控制發(fā)酵罐內(nèi)的壓力不高于0.15MPa。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水脫氮生物營養(yǎng)劑的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，對發(fā)酵液取樣檢測，在檢測樣本中乙醇濃度不小于30g/L且pH出現(xiàn)≥7時(shí)為發(fā)酵完成；步驟(3)分離得到的固體作為肥料或養(yǎng)殖飼料。
9.如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述制備方法制得的污水脫氮生物營養(yǎng)劑。
10.一種用于制備權(quán)利要求8所述污水脫氮生物營養(yǎng)劑的裝置，其特征在于，包括提升裝置、發(fā)酵裝置、固液分離裝置、存儲(chǔ)裝置、以及固定連接的發(fā)酵裝置下部平臺和發(fā)酵裝置上部平臺，其中，所述發(fā)酵裝置包括傾斜安裝在發(fā)酵裝置上部平臺上的發(fā)酵罐，所述發(fā)酵罐的開口端安裝有料液裝卸斗，所述料液裝卸斗上口側(cè)壁設(shè)置有進(jìn)出料液開關(guān)閘板，下口側(cè)壁設(shè)置有卸料閘板，底部連接卸料槽；所述提升裝置固定安裝在發(fā)酵裝置下部平臺上，用于將固體原料提升至料液裝卸斗上方；所述固液分離裝置包括位于卸料槽下方的發(fā)酵液接料斗，發(fā)酵液接料斗下側(cè)設(shè)置離心分離機(jī)，離心分離機(jī)設(shè)置于發(fā)酵裝置上部平臺上；所述離心分離機(jī)上設(shè)置有排液口和固體殘?jiān)懦隹冢凰龃鎯?chǔ)裝置用于存儲(chǔ)離心分離機(jī)分離出的液體和固體殘?jiān)?/p>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)不足，提供一種污水脫氮生物營養(yǎng)劑及其制備方法和裝置，將過期變質(zhì)的食品及果蔬廢料轉(zhuǎn)化為可利用的微生物營養(yǎng)劑，特別是作為污水脫氮處理過程中的碳源，實(shí)現(xiàn)資源的回收利用和污水處理降本增效的目的。
為達(dá)到上述技術(shù)目的，
第一方面，本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種污水脫氮生物營養(yǎng)劑的制備方法：
包括以下步驟：
(1)將固體原料、水與淀粉酶按質(zhì)量比為90：(395-405)：(0.6-1.2)進(jìn)行混合，得到混合原料；固體原料為加工食品類原料和果蔬類原料中的一種或多種任意比例的混合物；
(2)將混合原料裝入發(fā)酵罐中，密封發(fā)酵；
(3)發(fā)酵完成后，經(jīng)固液分離，得到的液體為污水脫氮生物營養(yǎng)劑。
進(jìn)一步地，步驟(1)中，固體原料的粒徑為5-10mm；固體原料中的淀粉含量在60％以上，無機(jī)鹽含量低于1.5％。
進(jìn)一步地，步驟(1)中，淀粉酶采用α-1,4-葡萄糖苷酶，或者質(zhì)量比為1:(1.5-4.5)的淀粉酶X和淀粉酶Y；淀粉酶X包括淀粉1,4-糊精酶、淀粉1,4-麥芽糖苷酶或淀粉α-1,6-葡萄糖苷酶；淀粉酶Y為α-1,4-葡萄糖苷酶。
進(jìn)一步地，步驟(2)中，發(fā)酵罐中設(shè)置有攪拌葉片，每3.5-4.5h攪拌一次，每次攪拌持續(xù)時(shí)間為5-7min，攪拌葉片轉(zhuǎn)速為8r/min；順時(shí)針攪拌1次與逆時(shí)針攪拌1次周期性輪換進(jìn)行。
進(jìn)一步地，步驟(2)中，發(fā)酵包括發(fā)酵初期和發(fā)酵后期，發(fā)酵初期為發(fā)酵9-10天，發(fā)酵后期為3-6天；發(fā)酵初期控制發(fā)酵溫度在24-34℃，發(fā)酵后期控制發(fā)酵溫度在20-28℃；發(fā)酵初期控制發(fā)酵液的pH值為5.5-7.8，發(fā)酵后期控制發(fā)酵液的pH值為5.0-7.0。
進(jìn)一步地，步驟(2)中，控制發(fā)酵罐內(nèi)的氧化還原電位在-100--200mV。
進(jìn)一步地，步驟(2)中，控制發(fā)酵罐內(nèi)的壓力不高于0.15MPa。
進(jìn)一步地，步驟(3)中，對發(fā)酵液取樣檢測，在檢測樣本中乙醇濃度不小于30g/L且pH出現(xiàn)≥7時(shí)為發(fā)酵完成；步驟(3)分離得到的固體作為肥料或養(yǎng)殖飼料。
第二方面，本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種污水脫氮生物營養(yǎng)劑。
第三方面，本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種污水脫氮生物營養(yǎng)劑的裝置：包括提升裝置、發(fā)酵裝置、固液分離裝置、存儲(chǔ)裝置、以及固定連接的發(fā)酵裝置下部平臺和發(fā)酵裝置上部平臺，其中，
發(fā)酵裝置包括傾斜安裝在發(fā)酵裝置上部平臺上的發(fā)酵罐，發(fā)酵罐的開口端安裝有料液裝卸斗，料液裝卸斗上口側(cè)壁設(shè)置有進(jìn)出料液開關(guān)閘板，下口側(cè)壁設(shè)置有卸料閘板，底部連接卸料槽；
提升裝置固定安裝在發(fā)酵裝置下部平臺上，用于將固體原料提升至料液裝卸斗上方；
固液分離裝置包括位于卸料槽下方的發(fā)酵液接料斗，發(fā)酵液接料斗下側(cè)設(shè)置離心分離機(jī)，離心分離機(jī)設(shè)置于發(fā)酵裝置上部平臺上；離心分離機(jī)上設(shè)置有排液口和固體殘?jiān)懦隹冢?/p>
存儲(chǔ)裝置用于存儲(chǔ)離心分離機(jī)分離出的液體和固體殘?jiān)?/p>
進(jìn)一步地，還包括上下一體相連的原料破碎機(jī)和原料篩選機(jī)，原料篩選機(jī)位于發(fā)酵裝置下部平臺上。
進(jìn)一步地，提升裝置包括斗式提升機(jī)，斗式提升機(jī)通過支架固定在發(fā)酵裝置下部平臺上，支架上部設(shè)置裝料平臺，裝料平臺延伸至料液裝卸斗上方；發(fā)酵裝置下部平臺上安裝有稱重計(jì)量磅，稱重計(jì)量磅位于支架一側(cè)。
進(jìn)一步地，發(fā)酵罐的下側(cè)設(shè)置排空口和取樣口；發(fā)酵罐的下部設(shè)置有溫度傳感器、氧化還原電位儀和在線pH計(jì)；發(fā)酵罐的上部設(shè)置有液位觀察視窗；發(fā)酵罐的外壁上設(shè)置有溫度調(diào)節(jié)裝置；溫度傳感器、氧化還原電位儀和在線pH計(jì)均連接PLC自控系統(tǒng)，PLC自控系統(tǒng)用于控制發(fā)酵液的溫度、氧化還原電位和pH值。
進(jìn)一步地，料液裝卸斗上口側(cè)壁還設(shè)置有壓力傳感器、排氣泄壓閥，料液裝卸斗側(cè)壁連接有進(jìn)水管、氨水補(bǔ)加管以及氧氣排氣管，進(jìn)水管、氨水補(bǔ)加管以及氧氣排氣管上均設(shè)置調(diào)節(jié)閥門。
進(jìn)一步地，發(fā)酵罐內(nèi)部設(shè)置有用于對發(fā)酵液進(jìn)行攪拌的罐體攪拌葉片；靠近發(fā)酵罐開口端的罐體上沿徑向設(shè)置有環(huán)形滾道，環(huán)形滾道與轉(zhuǎn)動(dòng)滾輪相配合，轉(zhuǎn)動(dòng)滾輪連接旋轉(zhuǎn)電機(jī)機(jī)組，旋轉(zhuǎn)電機(jī)機(jī)組固定安裝在發(fā)酵裝置上部平臺上；發(fā)酵罐底部通過軸承與支承滾輪相配合，支承滾輪通過承重支架安裝在發(fā)酵裝置上部平臺上
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括：
本發(fā)明發(fā)酵過程中所需固體原料(如變質(zhì)的加工食品或果蔬原料)來源廣泛，可實(shí)現(xiàn)資源回收利用和減少環(huán)境污染。通過投加適宜質(zhì)量比例的發(fā)酵原料，能夠?qū)崿F(xiàn)半固體發(fā)酵和定向發(fā)酵，且在發(fā)酵過程中僅投加酶制劑而無需投加糖類輔助發(fā)酵物料，提高發(fā)酵效率、縮短發(fā)酵時(shí)間，大大降低生產(chǎn)成本。發(fā)酵產(chǎn)物(液相)可直接作為脫氮生物營養(yǎng)劑使用，對純度要求不高，無需擔(dān)心脫氮營養(yǎng)劑中包含的各種雜菌對碳源質(zhì)量的影響；發(fā)酵產(chǎn)物(液相)中有機(jī)質(zhì)和微量元素豐富多樣，包含大量易于被微生物直接利用的小分子的單糖、有機(jī)酸、醇類等有機(jī)質(zhì)及鉀、鈉、鈣、鎂、鐵、鉬、鋅、錳、鈷、銅等微量元素，用于反硝化碳源可顯著改善單一碳源反硝化細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)并增強(qiáng)微生物活性，提高脫氮效率并節(jié)約污水處理成本。
進(jìn)一步地，本發(fā)明通過控制發(fā)酵混合原料的流態(tài)、溫度、pH、氧化還原電位、壓力和發(fā)酵時(shí)間等主要控制指標(biāo)，控制發(fā)酵過程在水解、酸化階段，定向獲得發(fā)酵產(chǎn)物，不產(chǎn)生大量沼氣和二氧化碳等氣體，最大限度地保留原料中的有機(jī)碳源。
進(jìn)一步地，本發(fā)明發(fā)酵殘?jiān)?固相)可作為園林綠化或農(nóng)業(yè)生產(chǎn)肥料，也可作為水產(chǎn)養(yǎng)殖飼料，最大限度地實(shí)現(xiàn)固體廢物的資源化利用，避免二次污染。
（發(fā)明人：彭繼偉;何金鋒;肖磊;馮梅;朱森森;李玲）
