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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710533955.7 (22)申请日 2017.07.03 (71)申请人 南京农业大学 地址 211225 江苏省南京市溧水区白马镇 国家农业科技园南京农业大学基地 (72)发明人 方迪白雪 (74)专利代理机构 南京天华专利代理有限责任 公司 32218 代理人 徐冬涛邢贤冬 (51)Int.Cl. C12P 5/02(2006.01) C02F 11/10(2006.01) C02F 11/04(2006.01) (54)发明名称 一种棘白菌素菌渣与污泥混合湿式厌氧。
2、消 化协同处置的方法 (57)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页 说明书5页 CN 107119079 A 2017.09.01。
3、 CN 107119079 A 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。
4、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/(Ld)， 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。
5、： 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。
6、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。
7、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。 权利要求书 1/1 页 2 CN 107119079 A 2 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 0001 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 0002 棘白菌素是20世纪70年代发现的天然微生物产物， 是。
8、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。 0003 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。
9、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)、 。
10、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。 0004 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。
11、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 0005 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。 0006 本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 0007 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 说明书 1/5 页 3 CN 107119079 A 3 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。 0008 具体包括以下步。
12、骤： 0009 (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； 0010 (2)污泥热水解： 将污泥置于120-180下热水解10-40min， 冷却至室温； 0011 (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； 0012 (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/(Ld)， 水力停留时间为10-15d， 温度30-55； 产气 后，。
13、 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； 0013 (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。 0014 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。 0015 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。 0016 步骤(2)中， 所述的污泥的总固体含量为20-40g/L。 。
14、0017 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。 0018 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。 0019 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。 0020 本发明的有益效果： 0021 (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。
15、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。 0022 (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。 具体实施方式 0023 通过以下实施例对本发明的技术方案作进一步说明。 0024 实施例1 0025 (1)棘白菌素菌渣的碱热改性 0026 取某生物制药厂的棘白菌素菌渣(pH值7.1， 含水率97， 挥发性固体VS 92.5， 粗蛋白38.1， 粗纤维8.91， 粗脂肪2.01)2L； 以0.05g(NaOH)/g(TS)比例加入。
16、NaOH， 然 后在70水浴锅中处理2h， 冷却至室温， 待用。 0027 (2)污泥热水解 0028 取某污水生化处理污泥1L(pH值6.75， 含水率96.5， VS56.2)， 将污泥置于高温 说明书 2/5 页 4 CN 107119079 A 4 蒸煮锅121热水解30min， 冷却至室温， 待用。 0029 (3)菌渣与污泥的混合 0030 经过步骤(1)碱热改性的棘白菌素菌渣与经过步骤(2)热水解的污泥按体积比2:1 混合均匀， 得到菌渣与污泥的混合物料。 0031 (4)厌氧消化产沼气 0032 将3L菌渣与污泥的混合物料投入总体积5L的CSTR(Continuously St。
17、irred Tank Reactor)完全混合式厌氧消化反应器， 按体积比20接种厌氧消化泥(pH值7.8， 总固体量 18g/L， 溶解性COD 430mg/L， 厌氧下产甲烷速率为50mLCH4/g VSS污泥/天)， 有机负荷为 2.5gVS/(Ld)， 水力停留时间10天， 35持续发酵60天； 产气后， 第10d开始， 反应器运行中 每天按10的投料比投加新的步骤(3)菌渣与污泥的混合物料， 并排出等体积厌氧消化后 的物料。 检测pH、 产气状况、 VFA、 COD等指标。 0033 (5)消化产物的处理 0034 将厌氧消化后的物料倒出， 板框压滤脱水， 制得含水率60的沼渣。 沼。
18、渣采用造 粒机进行造粒， 然后烘干制成有机肥料。 0035 同步设置两组对照实验： 0036 对比例1a未处理菌渣的单独厌氧消化 0037 取某生物制药厂的棘白菌素菌渣(pH值7.1， 含水率97， 挥发性固体VS 92.5， 粗蛋白38.1， 粗纤维8.91， 粗脂肪2.01)2L。 0038 将2L菌渣投入总体积5L的CSTR完全混合式厌氧消化反应器， 按体积比20接种厌 氧消化泥(pH值7.8， 总固体量18g/L)， 有机负荷为2.5gVS/(Ld)， 水力停留时间10天， 35 持续发酵60天； 产气后， 第10d开始， 反应器运行中每天按10的投料比投加新的菌渣， 并排 出等体积的。
19、物料。 0039 对比例1b碱热改性菌渣的单独厌氧消化 0040 取某生物制药厂的棘白菌素菌渣(pH值7.1， 含水率97， 挥发性固体VS 92.5， 粗蛋白38.1， 粗纤维8.91， 粗脂肪2.01)2L； 以0.05g(NaOH)/g(TS)比例加入NaOH， 然 后在70水浴锅中处理2h， 冷却至室温， 待用； 0041 将2L菌渣投入总体积5L的CSTR完全混合式厌氧消化反应器， 按体积比20接种厌 氧消化泥(pH值7.8， 总固体量18g/L)， 有机负荷为2.5gVS/(Ld)， 水力停留时间10天， 35 持续发酵60天； 产气后， 第10d开始， 反应器运行中每天按10的投。
20、料比投加新的经过碱热 改性的菌渣， 并排出等体积的物料。 0042 表1不同处理的棘白菌素菌渣厌氧消化指标的变化 0043 0044 实施例2 0045 (1)棘白菌素菌渣的碱热改性 说明书 3/5 页 5 CN 107119079 A 5 0046 取某生物制药厂的棘白菌素菌渣(pH值7.3， 含水率96， VS 93.7， 粗蛋白 49.3， 粗纤维1.79， 粗脂肪5.23)3L。 以0.08g(NaOH)/g(TS)比例加入NaOH， 然后在80 水浴锅中处理1h， 冷却至室温待用。 0047 (2)污泥热水解 0048 取某污水生化处理污泥1L(pH值6.5， 含水率97.2， VS。
21、52)， 将污泥置于高温蒸 煮锅150水解15min。 冷却至室温待用。 0049 (3)菌渣与污泥的混合 0050 经过步骤(1)碱热改性的棘白菌素菌渣与经过步骤(2)热水解的污泥按体积比3:1 混合均匀， 得到菌渣与污泥的混合物料。 0051 (4)厌氧消化产沼气 0052 将4L由菌渣与污泥组成的混合物料投入总体积5L的UASB(Upflow Anaerobic Sludge Bed)上流式厌氧污泥床反应器， 按体积比15接种厌氧消化泥(pH值8.2， 总固体量 25g/L， 溶解性COD 750mg/L， 厌氧下产甲烷速率为85CH4/g VSS污泥/天)， 有机负荷为5gVS/ (L。
22、d)， 水力停留时间10天， 38持续发酵60天。 产气后， 第15d开始， 反应器运行中每天按 12的投料比投加新的步骤(3)菌渣与污泥的混合物料， 并排出等体积的厌氧消化后的物 料。 检测pH、 产气状况、 VFA、 COD等指标。 0053 (5)消化产物的处理 0054 将厌氧消化后的物料倒出， 布袋过滤器脱水， 制得含水率80的沼渣。 沼渣采用 造粒机进行造粒， 然后烘干制成有机肥料。 0055 对比例2a未处理菌渣的单独厌氧消化 0056 取某生物制药厂的棘白菌素菌渣(pH值7.3， 含水率96， VS 93.7， 粗蛋白 49.3， 粗纤维1.79， 粗脂肪5.23)3L。 00。
23、57 将3L菌渣投入总体积5L的UASB上流式厌氧污泥床反应器， 按体积比15接种厌氧 消化泥(pH值8.2， 总固体量25g/L)， 有机负荷为5gVS/(Ld)， 水力停留时间10天， 38持续 发酵60天； 产气后， 第15d开始， 应器运行中每天按12的投料比投加新的菌渣， 并排出等体 积的物料。 0058 对比例2b碱热改性菌渣的单独厌氧消化 0059 取某生物制药厂的棘白菌素菌渣(pH值7.3， 含水率96， VS 93.7， 粗蛋白 49.3， 粗纤维1.79， 粗脂肪5.23)3L。 以0.08g(NaOH)/g(TS)比例加入NaOH， 然后在80 水浴锅中处理1h， 冷却至室温待用。 0060 将3L菌渣投入总体积5L的UASB上流式厌氧污泥床反应器， 按体积比15接种厌氧 消化泥(pH值8.2， 总固体量25g/L)， 有机负荷为5gVS/(Ld)， 水力停留时间10天， 38持续 发酵60天； 产气后， 第15d开始， 反应器运行中每天按12的投料比投加新的菌渣， 并排出等 体积的物料。 0061 表2不同处理的棘白菌素菌渣厌氧消化指标的变化 说明书 4/5 页 6 CN 107119079 A 6 0062 说明书 5/5 页 7 CN 107119079 A 7 。