一种利用超声波破碎技术提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法，属于生物技术、新能源、绿色化学技术和环境保护等领域。
【背景技术】
[0002]青霉素菌渣是抗生素生产企业在生产过程中产生的废弃物，因其含有一定量的抗生素残留而被国家有关部门列为危险废弃物，不合理的处理方法极易造成环境污染和生态危害，同时也会造成资源浪费。目前，青霉素菌渣的处理已成为制约抗生素生产企业发展的重要因素。如何降解菌渣中的抗生素残留，使之资源化，已成为抗生素生产企业迫切需要解决的难题。
[0003]青霉素菌渣富含有机物，利用厌氧发酵处理技术可以将菌渣转化成利用价值高的沼气，发酵后沼渣可以用来做肥料，残留青霉素在发酵过程中也能被降解，同时实现了青霉素菌渣的减量化、无害化和资源化。青霉属菌渣含有大量菌丝体和少量青霉素残留，对厌氧消化会产生抑制。
【发明内容】
[0004]本发明要解决现有青霉属菌渣含有大量菌丝体和少量青霉素残留，对厌氧消化会产生抑制，降低沼气产量的问题，而提供一种利用超声波破碎技术提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法。
[0005]一种利用超声波破碎技术提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法，具体是按照以下步骤进行的:
[0006]一、①、取生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣，加入蒸馏水并搅拌均匀，得到发酵原料，将发酵原料置于超声波破碎机内、超声波破碎机选用6mm超声探头，并在功率为200W?400W及电流为8A?12A的条件下破碎3s?5s，停止破碎5s 、重复步骤一②3次?5次，冷却至室温，得到破碎处理后的青霉素菌渣；
[0007]步骤一①中所述的生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣的质量与蒸馏水的体积比为 Ig: (0.2 ?0.5)mL ;
[0008]步骤一①中所述的生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣中水含量为72.0%?78.0%，固体含量为22.0%?28.0%，所述的固体中C的质量百分含量为45%?49.0%,N的质量百分含量为9.5%?11.5%, H的质量百分含量为6.?%?7.5%，青霉素残留为1.6mg/g ?2.5mg/g ；
[0009]二、将破碎处理后的青霉素菌渣与厌氧污泥混合均匀，得到混合液，并利用NaHCO3调节混合液PH值为7.0，用淀粉将pH值为7.0的混合液中C/N调至20，得到了发酵液，即完成利用超声波破碎技术提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理；
[0010]所述的厌氧污泥的体积与步骤一①中所述的生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣的质量比为(1.0?1.5)mL:1g ;所述的厌氧污泥取自生产抗生素的企业的污水处理站厌氧池污泥。
[0011]步骤一中所述的取生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣为未经任何预处理及保存冷藏的新鲜青霉素菌渣，即青霉素菌渣取后直接作为原料使用。
[0012]步骤二中所述的C/N为固体中C与N的质量比。
[0013]本发明的有益效果是:本发明一种利用超声波破碎技术提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法，所用的青霉素菌渣、厌氧污泥和水的混合物，pH趋近7.0，可不必额外添加酸碱调节，超声波破碎技术更为成熟，无需特殊设备，实验室已有的超声波破碎机即可完成前处理操作，启动更快，发酵时间略长，降解更充分，其原因在于经微波破碎后，菌渣中的大部分青霉素药物残留会被分解，有助于降低菌渣的残留效价，减少微生物抑制作用，超声波破碎对菌渣细胞破壁效果明显，发酵液中的蛋白质和糖类等营养物含量大大增加，有利于厌氧消化过程的顺利进行，既提高了厌氧发酵的效果，同时也降低了污泥排放，实现了环境和效益的双赢，产沼气量比未经破碎的处理高65%?75%。
[0014]本发明用于一种利用超声波破碎技术提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法。
【附图说明】
[0015]图1为青霉素菌渣累计的产气量变化趋势图，I为对比实验二空白实验累计的产气量，2为对比实验一未经超声波破碎的青霉素菌渣累计的产气量，3为实施例一经超声波破碎后的青霉素菌渣累计的产气量。
【具体实施方式】
[0016]本发明技术方案不局限于以下所列举的【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】之间的任意组合。
[0017]【具体实施方式】一:本实施方式所述的一种利用超声波破碎技术提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法，具体是按照以下步骤进行的:
[0018]一、①、取生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣，加入蒸馏水并搅拌均匀，得到发酵原料，将发酵原料置于超声波破碎机内、超声波破碎机选用6mm超声探头，并在功率为200W?400W及电流为8A?12A的条件下破碎3s?5s，停止破碎5s 、重复步骤一②3次?5次，冷却至室温，得到破碎处理后的青霉素菌渣；
[0019]步骤一①中所述的生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣的质量与蒸馏水的体积比为 Ig: (0.2 ?0.5)mL ;
[0020]步骤一①中所述的生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣中水含量为72.0%?78.0%，固体含量为22.0%?28.0%，所述的固体中C的质量百分含量为45%?49.0%,N的质量百分含量为9.5%?11.5%, H的质量百分含量为6.7%?7.5%，青霉素残留为
1.6mg/g ?2.5mg/g ；
[0021]二、将破碎处理后的青霉素菌渣与厌氧污泥混合均匀，得到混合液，并利用NaHCO3调节混合液PH值为7.0，用淀粉将pH值为7.0的混合液中C/N调至20，得到了发酵液，即完成利用超声波破碎技术提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理；
[0022]所述的厌氧污泥的体积与步骤一①中所述的生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣的质量比为(1.0?1.5)mL:1g ;所述的厌氧污泥取自生产抗生素的企业的污水处理站厌氧池污泥。
[0023]步骤一中所述的取生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣为未经任何预处理及保存冷藏的新鲜青霉素菌渣，即青霉素菌渣取后直接使用。
[0024]步骤二中所述的C/N为固体中C与N的质量比。
[0025]超声波破碎法(Ultrasonicat1n)原理:
[0026]超声波破碎法利用超声波破碎机发射的15?25kHz的超声波探头处理细胞悬浮液。超声波破碎机有不同的类型，常用的为电声型，它是由发生器和换能器组成，发生器能产生高频电流，换能器的作用是把电磁振荡转换成机械振动。
[0027]超声波是物质介质中的一种弹性机械波，它是一种波动形式，又是一种能量形式，当达到一定剂量的超声在生物体内传播时，通过它们之间的相互作用，能引起生物体的功能和结构发生变化，即超声生物效应。
[0028]超声波细胞破碎机的原理简单说就是将电能通过换能器转换为声能，这种能量通过液体介质而变成一个个密集的小气泡，这些小气泡迅速炸裂，产生的象小炸弹一样的能量，从而起到破碎细胞等物质的作用。
[0029]超声波细胞破碎机具有破碎组织、细菌、病毒、孢子及其它细胞结构，匀质、乳化、混合、脱气、崩解和分散、浸出和提取，加速反应等功能，故广泛应用于生物、医学、化学、制药、食品、化妆品、环保等实验室研宄及企业生产。
[0030]本实施方式的有益效果是:本实施方式一种利用超声波破碎技术提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法，所用的青霉素菌渣、厌氧污泥和水的混合物，PH趋近7.0，可不必额外添加酸碱调节，超声波技术更为成熟，无需特殊设备，实验室已有的超声波破碎机即可完成前处理操作，启动更快，发酵时间略长，降解更充分，其原因在于经超声波破碎后，菌渣中的大部分青霉素药物残留会被分解，有助于降低菌渣的残留效价，减少微生物抑制作用，超声波破碎对菌渣菌渣细胞破壁效果明显，发酵液中的蛋白质和糖类大大增加，有利于厌氧消化过程的顺利进行，既提高了厌氧发酵的效果，同时也降低了污泥排放，实现了环境和效益的双赢，比未处理高65%?75%。
[0031]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一①中所述的生产抗生素的药厂脱水后的青霉素菌渣中水含量为75.0%，固体含量为25.0%。其它与【具体实施方式】一相同。
[0032]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二之一不同的是:步骤一①中所述的固体中C的质量百分含量为47.0%，N的质量百分含量为10.5%，H的质量百分含量为7.1%，青霉素残留为2.lmg/go其它与【具体实施方式】一或二相同。
[0033]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是:步骤一②中