水热预处理提高抗生素菌渣厌氧消化甲烷化

【摘要】：抗生素菌渣是抗生素发酵生产过程产生的一种生物质废弃物,其有机成分主要由菌丝体和残留发酵原料构成。由于富含蛋白质和糖类等营养成分,曾经的主要利用方式是经干燥处理后作为动物饲料添加剂或者作为土壤改良剂,但由于其中残留抗生素,易在动植物体内及肉、蛋内形成抗生素积累,存在严重的安全隐患,我国已经在2008年将抗生素菌渣列位危险废弃物,严格禁止饲料和肥料利用,要求其排放前必须进行无害化处理。抗生素菌渣高含水且难以机械脱除、加之抗生素残留对常规生物质固废处理的限制作用,迄今还没有形成有效的技术对其加以处理和资源化。研发安全地、有效地处理各种抗生素菌渣的方法,是当前急需解决的一个任务。以头孢菌素C菌渣为原料,本论文开展了其水热预处理结合厌氧发酵甲烷化的研究,主要研究内容及成果如下:首先,开展不同条件下菌渣水热预处理实验,并考察了菌渣的产气潜力。不同水热处理条件为:处理温度80 oC、120 oC、160 oC、180 oC,处理时间0min、30min、60min。经过水热预处理后菌渣中的固体物质的干燥性、脱水性有了明显改善,尤其是代表可生化能力的SCOD有了明显的提高,这意味着经过水热处理之后具有更高的产甲烷的潜力。厌氧消化实验结果显示,在优化的条件120 oC、60min下进行水热处理后,菌渣产气量(290mlCH4/g VS)达原料的3倍。其次,为降低水热预处理强度,开展了低温水热处理产气研究,并针对低温水热产量低的问题,进行了加碱强化的研究。低温水热处理条件:温度60 oC、80 oC、100 oC;处理时间0min、60min、120min。碱热条件为:在80 oC、60 min和100 oC,60 min的水热条件下,加NaOH 0.04g/gTS。发现延长处理时间并没有明显的提高产气量,但碱热有一定的改善效果。100 oC、60min水热处理时加碱比相同水热条件下提高20 ml CH4/gTS,产气量213 ml CH4/gVS。最后,进行了不同浓度和不同接种量时产沼气实验研究,探究消化过程中抑制的因素并获得及消除方法。按照处理后的菌渣(水热处理条件:120 oC 30min)与接种物体积比为1:5,2:4,3:3的比例进行消化,结果发现,由于菌渣中的蛋白质在水热和发酵当中会产生大量的氨氮引起的氨氮抑制作用,随消化基质浓度升高,产气量降低,当接种体积比3:3时,氨氮浓度超过2800mg/L)消化失败。针对高浓度氨氮抑制作用,采用了沸石吸附法、物理吹脱法、化学法(水热处理的同时加CaO,之后进行物理吹脱除氨氮)进行了除氨氮实验,结果表明,氨氮被部分脱除之后,消化能够一定程度恢复。