一种利用生物泥制备单细胞蛋白粉的方法
【专利摘要】本发明涉及一种利用生物泥制备单细胞蛋白粉的方法，其特征在于包含以下步骤：a.生物泥浓缩：定期将生物反应器中的剩余含微生物的生物泥通过管道排入生物泥浓缩池，使生物泥浓缩至含水率97%以下；b.脱水：脱水设备进行脱水，使得含水率达到75-85%；c.气流闪蒸干燥：经脱水后的生物泥再经气流闪蒸干燥设备烘干至含水率10-50%，并控制气流闪蒸干燥设备的进风、出风温度以及物料接触温度，确保产品胃蛋白酶消化率不降低；d.微波干燥灭菌：输送至微波干燥灭菌设备，停留1-10分钟，使得物料含水率5-15%；本工艺获得的单细胞蛋白粉蛋白溶解度和胃蛋白霉消化率大大提高，且在加工过程中没有降低，产品流动性好，是畜禽及水产饲料的优质原料。
【专利说明】一种利用生物泥制备单细胞蛋白粉的方法
[【技术领域】]
[0001]本发明涉及单细胞蛋白饲料加工领域，特别是涉及一种规模化利用生物泥制备生产单细胞蛋白粉的工艺方法。
[【背景技术】]
[0002]在啤酒及食品加工等生产企业生产过程中含有大量有机可溶性废物的废水排放，后经好氧生物处理系统中的单细胞微生物有氧消化吸收，降低水中的有机物浓度，并且微生物大量生长繁殖并产出大量剩余微生物,微生物经沉淀池沉淀后含水率为99%，有机质含量高达40%以上。目前基本通过脱水填埋、焚烧及通过再加工生产低附加值的肥料等途经。
[0003]国内外对该生物泥处理处置有众多研究及报道，但受制于成本的重要制约，以及处理后的产物无附加值或者底附加值等因素，并没有真正达到减量化、安全稳定化、资源化的三方面基本要求。如将生物泥脱水焚烧、水解消化、消化热干化和沼渣堆肥等方法，基本上专注于将生物泥无害化处置，但处置过程中仍产生二次污染，如生物泥中大量的蛋白经焚烧产生大量的NO2气体和PM2.5粉尘的污染等。
[0004]如果把生物泥彻底资源化，制成单细胞蛋白粉，将会彻底解决污水好氧生物处理系统生物泥的资源化回收利用问题，但这一努力一直没有获得成功。主要原因是普通生物泥含有大量的灰分和无机物，甚至重金属等，且采用通常的方法无法将生物泥脱水干燥成粉剂，且难以确保粉剂对生物灭活，来确保粉剂的沙门氏菌和大肠杆菌为阴性。
[0005]且目前对该类生物泥多采用桨叶干燥、回转窑或干馏机组等模式干燥处理，但多存在二次污染及产品附加值低的可能。如中国专利CN ZL200710179895.S的污泥干馏机组，将80%的污泥在<1000°C的环境下将污泥干馏炭化，干馏出的干化污泥含水率不足5%，大大缩减了污泥的体积及处置难度。但其干馏过程中产出大量的废气，若不经合理处置比如带来二次污染，并且产出的干污泥只能填埋、建筑材料或焚烧等途经在处置，且附加值比较低。关键是此类高温处置方法，将生物泥中的单细胞生物蛋白完全变性，处置后的产品中已不含有蛋白类物质。
[
【发明内容】
]
[0006]针对上述目前生物泥处置领域中的缺陷，本发明提出一种规模化利用生物泥制备生产单细胞蛋白粉的工艺方法，经过培养好的高蛋白生物泥经浓缩脱水后，采用气流闪蒸干燥，干燥过程物料温度小于100°c，不造成生物蛋白变性，不改变单细胞蛋白的胃蛋白酶消化率，后续经过微波低温灭菌后，降低细菌落数，确保单细胞蛋白粉的沙门氏菌和大肠杆菌为阴性。尤其是经多次实验研究发现经微波灭菌，在干燥过程中孢子化的微生物细胞壁被打开，不但灭活了细菌，还将产品的胃蛋白酶消化率提高2-10%。
[0007]所述制备方法包含以下步骤:
[0008]a.生物泥浓缩:定期将生物反应器中的剩余含微生物的生物泥通过管道排入生物泥浓缩池，使生物泥浓缩至含水率97%以下，便于降低后续离心脱水工序进料量和能耗；通过精确计算TSS的总排放量，从而控制前端生物培养阶段的生物泥的泥龄和生长状态。
[0009]b.脱水:将生物泥浓缩池中浓缩后的生物泥通过螺杆泵入脱水设备进行脱水，使得含水率达到75-85% ；
[0010]所述脱水设备选用污泥离心脱水设备，螺杆泵采用容积式单螺杆泵，所述污泥离心脱水设备选用卧式螺旋卸料沉降离心机，运行参数控制进料含固率:1-5%，生物泥泥处理能力:10-30m3/h，回收率:95%，泥饼含水率:75_85%，上清液含固率:≤0.2%，工作转速:1500-3200r/min，出料量在1-2.5t/h，经脱水后的生物泥由流体成为蛋糕块状。
[0011]所述脱水设备选用带式压滤脱水设备，运行参数:进料含固率:1-5%，生物泥泥处理能力:10-30m3/h，回收率:95%，泥饼含水率:75_85%，上清液含固率:< 0.2%，出料量在
1-2.5t/h，经脱水后的生物泥由流体成为蛋糕块状。
[0012]所述进料含固率可进一步控制在3-5%，生物泥泥处理能力:10-30m3/h，离心机转速在 2000-3200r/min。
[0013]c.气流闪蒸干燥:经脱水后的生物泥再经气流闪蒸干燥设备烘干至含水率10-50%，为确保单细胞生物蛋白活性和避免蛋白变性，极其热敏性特点，对干燥设备进风、出风、物料接触温度均严格控制，保证产品胃蛋白酶消化率不降低。具体的说，控制气流闪蒸干燥设备的进风温度为150°C~280°C、出风温度低于120°C、物料接触温度低于100°C，经气流闪蒸干燥后的生物泥即为粗单细胞蛋白粉；
[0014]所述气流闪蒸干燥设备的运行参数控制:进料速度< 2.5t/h，最大水分挥发能力不小于1667Kg/h，物料在设备中停留5-30s ;物料在气流闪蒸干燥设备的主机内经破碎瞬间同热风气流上升，80-95%的物料经由旋风除尘排出，剩余部分进入气箱布袋排出，物料经气流闪蒸干燥设备旋风除尘和气箱布袋除尘器排出后，再经气流提升机输送至微波干燥灭菌设备的进料斗，粒度在20-200目。
[0015]d.微波干燥灭菌:经气流闪蒸干燥后的生物泥即可称之为粗单细胞蛋白粉，表观上虽然看上去具有较好的流动性，但由于该蛋白属单细胞生物蛋白，采取低温气流烘干模式生产，将表面的结合水和大部分胞内水烘干，但大部分微生物处于休眠或孢子化状态，也就是在合适的湿度环境中仍然复活，经检测该物料的菌落总数过高，不宜直接利用为动物饲料原料，需再经下一步灭菌处理。
[0016]把上述经气流闪蒸干燥获得的粗单细胞蛋白粉，通过气流提升机输送至微波干燥灭菌设备，停留1-10分钟，使得物料含水率5-15% ;利用微波干燥灭菌设备对物料进行再次处理，有如下特点:
[0017]I)可以对气流闪蒸干燥产出的物料进行二次干燥，特别是难以用气流干燥的生物胞内部分水，微波干燥灭菌设备显示出了其优势，将物料从10-50%含水率干燥至含水率5-15% ；
[0018]2)再就是物料通过微波灭菌设备后，在微波作用下对微生物细胞壁有破坏作用，实验结果表明微博长辐射造成微生物DNA结构损伤，这也是微波对微生物致死的原因之一。经检测单细胞蛋白粉中休眠的或孢子化的微生物灭活率在99%以上，沙门氏菌和大肠杆菌均为阴性，各项指标满足饲料原料各项指标要求；
[0019]3)在微波灭菌过程中不但没有造成单细胞蛋白变性，还提高了胃蛋白酶消化率
2-8%。经微波处理后微生物细胞壁被破坏，具有一定的生物通透性作用，细胞渗出可溶性蛋白，更有利于动物消化吸收。
[0020]e.仓料打包，将经过微波灭菌获得单细胞蛋白粉成品，通过绞龙输送至料仓，通过料仓阀门控制打包速度。
[0021]本发明提供的利用生物泥制备单细胞蛋白粉的方法，是一种利用生物泥来生产单细胞蛋白(SCP)的资源化回收方法，将生物养殖系统沉淀排出的生物泥浓缩后，经过离心脱水、热风瞬间烘干、气流快速冷却、微波灭菌后，即可获得单细胞粗蛋白粉。通过上述工艺，把浓缩后的生物泥离心脱水分离出细胞或菌体外的水分，没有因为挤压破坏细胞或菌体絮团结构；离心后的生物泥经闪蒸干燥的破碎和热风瞬间接触烘干，去除了大部分细胞内的大部分水分，使得菌体细胞孢子化休眠，且避免了蛋白的变性；再经冷却，后使用隧道微波灭菌设备灭活孢子化或休眠的菌体生物粉，获得的单细胞蛋白粉的蛋白溶解度和胃蛋白霉消化率大大提高，且该单细胞蛋白粉在加工过程中没有降低，产品流动性好，是畜禽及水产饲料的优质原料。
[【专利附图】
【附图说明】]
[0022]图1为本发明的工艺流程图一；
[0023]图2为本发明的工艺流程图二；
[0024]图中1.生物泥浓缩；2.脱水；3.气流闪蒸干燥；4.微波干燥灭菌；5.仓料打包。
[【具体实施方式】]
[0025]现结合附图及具体实施例对本发明的技术方案作进一步阐述，相信对本领域技术人员来说是清楚的。
[0026]实施例一
[0027]参见附图1，制备方法包含以下步骤:
[0028]a.生物泥浓缩
[0029]定期将生物反应器中的剩余含微生物的生物泥通过管道排入生物泥浓缩池，将生物泥从生物系统利用自身重力自流入该池。本实施例中的池体直径:15米，深度:3.5m,有效容积:477m3，管道采用直径150mm，流量计口径为150mm，在管道上安装有流量、流速和TSS浓度计量装置，TSS浓度计采用在线探头测量，通过西门子S-200PLC程序模块，每秒钟取10次流量和TSS浓度的数据，精确计算TSS的总排放量。控制流量为，进泥TSS浓度:2-30g/L,排泥TSS浓度:10-50g/L,待生物泥浓缩至含水率97%，便可进行后续操作，亦可降低后续离心脱水工序进料量和能耗；
[0030]b.脱水
[0031]将生物泥浓缩池中浓缩后的生物泥通过容积式单螺杆泵泵入卧式螺旋卸料沉降离心机进行脱水，该离心机的生物泥泥处理能力:10-30m3/h，工作转速:1500-3200r/min，出料量在1-2.5t/h，进料含固率:1-5% ;实现泥饼含水率:78-85%，上清液含固率:< 0.2%，回收率:95%，经脱水后的生物泥由流体成为蛋糕块状；
[0032]所述进料含固率可进一步控制在3-5%，生物泥泥处理能力:10-30m3/h，离心机转速在 2000-3200r/min。
[0033]c.气流闪蒸干燥[0034]经脱水后的生物泥通过绞龙喂料机输送至XZG-18型气流闪蒸干燥设备，设定进风温度为150-280°C、出风温度低于120°C、物料接触温度低于100°C，进料速度≥2.5t/h，最大水分挥发能力不小于1667Kg/h，物料在设备中停留5-30s，期间物料在气流闪蒸干燥设备的主机内经破碎瞬间同热风气流上升，80-95%的物料经由旋风除尘排出，剩余部分进入气箱布袋排出，物料经气流闪蒸干燥设备旋风除尘和气箱布袋除尘器排出后，即为含水率10-50%、粒度在20-200目的粗单细胞蛋白粉；再经气流提升机输送至微波干燥灭菌设备的进料斗。
[0035]d.微波干燥灭菌
[0036]把上述经气流闪蒸干燥获得的粗单细胞蛋白粉，通过气流提升机输送至长10200mm X宽1383mm X高1850mm的WH6-75B型隧道式微波干燥灭菌设备，运行参数:工作电源采用三相五线380±5%V，50HZ ;微波频率:1200-3575MHZ ;微波功率:75KW功率可控可调；视在功率:85KVA ;物料进入隧道灭菌时，物料厚度2-15mm，进料速度l-10m/min，停留
1-10分钟，使得物料含水率5-15%；
[0037]e.仓料打包，将经过微波灭菌获得单细胞蛋白粉成品，通过绞龙输送至料仓，通过料仓阀门控制打包速度。。
[0038]实施例二
[0039]参见附图2，制备方法包含以下步骤:
[0040]a.生物泥浓缩
[0041]定期将生物反应器中的剩余含微生物的生物泥通过管道排入生物泥浓缩池，将生物泥从生物系统利用自身重力自流入该池。本实施例中的池体直径:15米，深度:3.5m,有效容积:477m3，管道采 用直径150mm，流量计口径为150mm，在管道上安装有流量、流速和TSS浓度计量装置，TSS浓度计采用在线探头测量，通过西门子S-200PLC程序模块，每秒钟取10次流量和TSS浓度的数据，精确计算TSS的总排放量。控制流量为，进泥TSS浓度:
2-30g/L,排泥TSS浓度:10-50g/L,待生物泥浓缩至含水率97%，便可进行后续操作，亦可降低后续离心脱水工序进料量和能耗；
[0042]b.脱水
[0043]将生物泥浓缩池中浓缩后的生物泥通过螺杆泵入2000型号的带式压滤机进行脱水，带式压滤脱水设备进料为变频进料调节控制，电机功率:7.5kw(380/3/50HZ)，输出压力:2bar，由压滤机PLC总控。该带式压滤机的生物泥泥处理能力:10-30m3/h，出料量在1-2.5t/h，进料含固率:1-5% ;实现泥饼含水率:75-85%，上清液含固率0.2%，回收率:95%，经脱水后的生物泥由流体成为蛋糕块状；
[0044]所述进料含固率可进一步控制在3-5%，生物泥泥处理能力:10-30m3/h。
[0045]c.气流闪蒸干燥
[0046]经脱水后的生物泥通过绞龙喂料机输送至XZG-18型气流闪蒸干燥设备，设定进风温度低于80°C、出风温度为150-230°C、物料接触温度低于80°C，进料速度< 2.5t/h，最大水分挥发能力不小于1667Kg/h，物料在设备中停留5-30s，期间物料在气流闪蒸干燥设备的主机内经破碎瞬间同热风气流上升 ，80-95%的物料经由旋风除尘排出，剩余部分进入气箱布袋排出，物料经气流闪蒸干燥设备旋风除尘和气箱布袋除尘器排出后，即为含水率10-50%、粒度在20-200目的粗单细胞蛋白粉；再经气流提升机输送至微波干燥灭菌设备的进料斗。
[0047]d.微波干燥灭菌
[0048]把上述经气流闪蒸干燥获得的粗单细胞蛋白粉，通过气流提升机输送至长10200mm X宽1383mm X高1850mm的WH6-75B型隧道式微波干燥灭菌设备，运行参数:工作电源采用三相五线380±5%V，50HZ ;微波频率:1200-3575MHZ ;微波功率:75KW功率可控可调；视在功率:85KVA ;物料进入隧道灭菌时，物料厚度2-15mm，进料速度l-10m/min，停留1-10分钟，使得物料含水率5-15%。
[0049]e.仓料打包，将经过微波灭菌获得单细胞蛋白粉成品，通过绞龙输送至料仓，通过料仓阀门控制打包速度。
【权利要求】
1.一种利用生物泥制备单细胞蛋白粉的制备方法，其特征在于所述制备方法包含以下步骤: a.生物泥浓缩:定期将生物反应器中的剩余含微生物的生物泥通过管道排入生物泥浓缩池，使生物泥浓缩至含水率97%以下，便于降低后续离心脱水工序进料量和能耗； b.脱水:将生物泥浓缩池中浓缩后的生物泥通过螺杆泵入脱水设备进行脱水，使得含水率达到75-85% ； c.气流闪蒸干燥:经脱水后的生物泥再经气流闪蒸干燥设备烘干至含水率10-50%，并控制气流闪蒸干燥设备的进风温度为150-280°C、出风温度低于120°C、物料温度低于100°C，确保产品胃蛋白酶消化率不降低，经气流闪蒸干燥后的生物泥即为粗单细胞蛋白粉； d.微波干燥灭菌:把上述经气流闪蒸干燥获得的粗单细胞蛋白粉，通过气流提升机输送至微波干燥灭菌设备，停留1-10分钟，使得物料含水率5-15% ； e.仓料打包，将经过微波灭菌操作的通过绞龙即获得单细胞蛋白粉成品。
2.如权利要求1所述的一种利用生物泥制备单细胞蛋白粉的制备方法，其特征在于:所述生物泥浓缩池的工艺参数控制进泥TSS浓度:2-30g/L，排泥TSS浓度:10-50g/L。
3.如权利要求1所述的一种利用生物泥制备单细胞蛋白粉的制备方法，其特征在于:所述脱水设备选用污泥离心脱水设备，螺杆泵采用容积式单螺杆泵，所述污泥离心脱水设备的生物泥泥处理能力:10-30m3/h，工作转速:1500-3200r/min，出料量在1-2.5t/h，进料含固率:1-5% ;实现泥饼含水率:75-85%，上清液含固率·0.2%，回收率:95%，经脱水后的生物泥由流体成为蛋糕块状。··
4.如权利要求1所述的一种利用生物泥制备单细胞蛋白粉的制备方法，其特征在于:所述脱水设备选用带式压滤脱水设备，所述带式压滤机的生物泥泥处理能力:10-30m3/h，出料量在1-2.5t/h，进料含固率:1-5% ;实现泥饼含水率:75-85%，上清液含固率:< 0.2%，回收率:95%，经脱水后的生物泥由流体成为蛋糕块状。
5.如权利要求3或4所述的一种利用生物泥制备单细胞蛋白粉的制备方法，其特征在于:所述进料含固率进一步控制在3-5%，生物泥泥处理能力:10-30m3/h，离心机转速在2000-3200r/mino
6.如权利要求1所述的一种利用生物泥制备单细胞蛋白粉的制备方法，其特征在于:所述气流闪蒸干燥设备的运行参数控制:进料速度< 2.5t/h，最大水分挥发能力不小于1667Kg/h，物料在设备中停留5-30s ；物料在气流闪蒸干燥设备的主机内经破碎瞬间同热风气流上升，80-95%的物料经由旋风除尘排出，剩余部分进入气箱布袋排出，物料经气流闪蒸干燥设备旋风除尘和气箱布袋除尘器排出后，再经气流提升机输送至微波干燥灭菌设备的进料斗，粒度在20-200目。
7.如权利要求1所述的一种利用生物泥制备单细胞蛋白粉的制备方法，其特征在于:所述微波干燥灭菌设备采用隧道式微波灭菌，运行参数:工作电源采用三相五线·380 土5%V，50HZ ;微波频率:1200-3575MHZ ;微波功率:75KW功率可控可调；视在功率:·85KVA ;物料进入隧道灭菌时，物料厚度2-15mm，进料速度l-10m/min。
【文档编号】A23K1/00GK103843971SQ201410055658
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年2月19日 优先权日:2014年2月19日
【发明者】宋建华, 胡福林 申请人:上海亘泰实业集团有限公司