一種污水脫氮生物營養(yǎng)劑及其制備方法和裝置與流程
1.本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種污水脫氮生物營養(yǎng)劑及其制備方法和裝置。
背景技術(shù)：
2.近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，污水排放量的逐年增加，氮磷營養(yǎng)元素進(jìn)入水體造成富營養(yǎng)化的現(xiàn)象時有發(fā)生。為了降低污水總氮含量，生物脫氮技術(shù)成為首選，它是反硝化細(xì)菌利用有機(jī)碳源作為電子供體實現(xiàn)硝酸鹽還原為氮氣的過程。但在很多情況下，污水(尤其是市政污水)中可被微生物直接利用的碳源相對缺乏，污水碳氮比失衡(bod5/tkn﹤4)，脫氮受影響。為提高脫氮效果，常常需要在污水處理過程中人為地添加大量碳源，如甲醇、葡萄糖、乙酸鈉等，從而造成污水處理成本居高不下。因此，尋廉價的替代碳源就成為了污水處理廠降本增效的關(guān)鍵。
3.當(dāng)前，一些食品企業(yè)(如米廠、面粉廠、淀粉加工廠等)在生產(chǎn)和銷售過程中會產(chǎn)生一定數(shù)量的過期變質(zhì)的原料和食品，此外農(nóng)貿(mào)市場和水果批發(fā)市場中也經(jīng)常會產(chǎn)生一些損傷及腐爛變質(zhì)的水果蔬菜(如蘋果、梨、香蕉、葡萄、土豆、紅薯等)，這些食品及果蔬廢料中大都富含淀粉、糖類等有機(jī)物及微生物所必需的微量元素，因此，具有較高的利用價值。但事實上，這些過期變質(zhì)的食品及果蔬往往被作為垃圾隨意丟棄，不僅造成資源浪費，而且還會污染環(huán)境。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
4.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，實現(xiàn)資源的回收利用和污水處理降本增效的目的。
5.為達(dá)到上述技術(shù)目的，
6.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：
7.包括以下步驟：
8.(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；
9.(2)將混合原料裝入發(fā)酵罐中，密封發(fā)酵；
10.(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。
11.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％。
12.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。
13.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)時間為5～7min，攪拌葉片轉(zhuǎn)速為8r/min；順時針攪拌1次與逆時針攪拌1次周期性輪換進(jìn)行。
14.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。
15.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。
16.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。
17.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。
18.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。
19.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，
20.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；
21.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；
22.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渣排出口；
23.存儲裝置用于存儲離心分離機(jī)分離出的液體和固體殘渣。
24.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。
25.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量磅，稱重計量磅位于支架一側(cè)。
26.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；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。
27.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。
28.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)動滾輪相配合，轉(zhuǎn)動滾輪連接旋轉(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。
29.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括：
30.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。
31.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。
32.進(jìn)一步地，本發(fā)明發(fā)酵殘渣(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，最大限度地實現(xiàn)固體廢物的資源化利用，避免二次污染。
附圖說明
33.圖1為本發(fā)明工藝流程圖。
34.圖2為本發(fā)明裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。
35.圖3為脫氮營養(yǎng)劑對某鹽化城污水處理廠污水中硝酸鹽氮的去除情況以及與對比例的對比。
具體實施方式
36.為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
37.本發(fā)明提供一種污水脫氮生物營養(yǎng)劑及其制備方法和裝置，通過工程手段使常見的過期變質(zhì)的食品及果蔬廢料變廢為寶，轉(zhuǎn)化為可利用的微生物營養(yǎng)劑，替代污水脫氮處理過程中所需要的高價碳源，從而實現(xiàn)資源的回收利用和污水處理降本增效的目的。
38.本發(fā)明污水脫氮生物營養(yǎng)劑所用主要物料包括由固體原料、水、復(fù)合淀粉酶組成的混合原料。其中，固體原料可以是過期的餅干、糕點、薯片及其下腳料等加工食品類原料，也可以是廢棄的蘋果、香蕉、土豆、紅薯等果蔬類原料，或者是以上加工食品類和果蔬類原料的混合原料。
39.具體地，參見圖1，本發(fā)明污水脫氮生物營養(yǎng)劑的制備方法，主要包括以下步驟：
40.1)原料破碎、篩選：將收集的固體原料中夾雜的非有機(jī)雜質(zhì)去除，通過破碎、篩選出粒徑為5～10mm的固體原料。
41.2)稱重、攪拌裝料：將5～10mm粒徑固體原料進(jìn)行稱重，按固體原料、水與復(fù)合淀粉酶按質(zhì)量比為90：(395～405)：(0.6～1.2)進(jìn)行定量投裝至發(fā)酵罐，當(dāng)發(fā)酵罐中混合的原料重量達(dá)到發(fā)酵罐有效容重(發(fā)酵罐總?cè)葜氐?5％)后停止裝料。一次發(fā)酵在裝料階段完成全
部混合原料裝料，裝料結(jié)束后關(guān)閉進(jìn)出料液控制閥。當(dāng)發(fā)酵完成并排空發(fā)酵液后再準(zhǔn)備進(jìn)行下一次發(fā)酵裝料。
42.具體的，為強(qiáng)化酶解、發(fā)酵反應(yīng)過程，提高脫氮生物營養(yǎng)劑的產(chǎn)率，酶優(yōu)選為：淀粉1,4-糊精酶、α-1,4-葡萄糖苷酶；優(yōu)選地，復(fù)合淀粉酶中不同淀粉酶的用量需按一定比例進(jìn)行調(diào)配，淀粉1,4-糊精酶和α-1,4-葡萄糖苷酶的質(zhì)量比為1:(1.5～4.5)；最優(yōu)選為每單位質(zhì)量的復(fù)合淀粉酶中淀粉1,4-糊精酶占22.2％、α-1,4-葡萄糖苷酶占77.8％，即質(zhì)量比為1:3.5。
43.3)水解、發(fā)酵：旋轉(zhuǎn)發(fā)酵罐，發(fā)酵罐內(nèi)攪拌葉片開始攪拌混合原料，進(jìn)行水解、發(fā)酵過程。
44.本發(fā)明的發(fā)酵既不同于有機(jī)物完全厭氧產(chǎn)甲烷為目的的發(fā)酵，也不同于釀酒過程中將淀粉、糖類轉(zhuǎn)化為醇類的乙醇型發(fā)酵，也不是產(chǎn)生乙酸、丙酸、丁酸等有機(jī)酸的有機(jī)酸型發(fā)酵，本發(fā)明發(fā)酵是通過利用調(diào)配比例的復(fù)合淀粉酶使固體原料中的大部分淀粉高效水解為麥芽糖、糊精、葡萄糖等產(chǎn)物，與固體原料中含有的纖維素、蛋白質(zhì)、脂肪等大分子有機(jī)質(zhì)一起作為發(fā)酵原液，使其在厭氧發(fā)酵過程中定向轉(zhuǎn)化為易被微生物所利用的小分子有機(jī)物(葡萄糖、乙醇、乙酸等)，不使其發(fā)生徹底分解而成為甲烷和二氧化碳，最大限度地保留固體原料中的有機(jī)碳源。
45.為使得發(fā)酵罐中的固體原料在復(fù)合淀粉酶的催化作用下進(jìn)行高效催化水解、在厭氧條件下實現(xiàn)定向發(fā)酵、提高制備的脫氮生物營養(yǎng)劑產(chǎn)量，需進(jìn)行以下過程：
46.其一，淀粉水解。裝料完成后，發(fā)酵罐內(nèi)攪拌葉片旋轉(zhuǎn)攪拌，固體原料與水、復(fù)合淀粉酶充分混合，發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵原液中的淀粉在復(fù)合淀粉酶的催化作用下進(jìn)行水解，生成麥芽糖、糊精、葡萄糖等產(chǎn)物，與固體原料水解分離出的纖維素、蛋白質(zhì)、脂肪等有機(jī)物和鉀、鈉、鈣、鐵等各類微量元素共同形成發(fā)酵底物。
47.其二，定向發(fā)酵、半固體發(fā)酵。在厭氧條件下，發(fā)酵原液帶入的雜菌中篩選培養(yǎng)出的發(fā)酵菌作為優(yōu)勢菌種直接利用淀粉水解后的發(fā)酵產(chǎn)物(麥芽糖、糊精、葡萄糖等)進(jìn)行水解、發(fā)酵過程，通過利用智能控制在線儀表監(jiān)測發(fā)酵狀態(tài)、動態(tài)調(diào)控反應(yīng)條件，使得混合原料的流態(tài)、發(fā)酵時間、溫度、ph、氧化還原電位等主要控制指標(biāo)處于設(shè)定的參數(shù)范圍，實現(xiàn)發(fā)酵過程控制在厭氧反應(yīng)的水解階段、產(chǎn)乙酸階段，進(jìn)行半固體發(fā)酵(邊糖化邊發(fā)酵)過程，使得水解、發(fā)酵后的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為可直接作為碳源使用的小分子糖、有機(jī)酸、醇等有機(jī)物，且使得轉(zhuǎn)化后的大部分有機(jī)物不再進(jìn)行過度發(fā)酵而轉(zhuǎn)化成甲烷、二氧化碳等。具體控制如下：
48.①
原料流態(tài)控制。通過發(fā)酵罐旋轉(zhuǎn)電機(jī)控制發(fā)酵罐旋轉(zhuǎn)參數(shù)，使得發(fā)酵罐旋轉(zhuǎn)從而帶動其內(nèi)部攪拌葉片轉(zhuǎn)動，攪拌頻率為1次/4h，攪拌持續(xù)時間6min/次，攪拌葉片轉(zhuǎn)速8r/min，順時針攪拌1次與逆時針攪拌1次周期性輪換進(jìn)行，使得混合原料在發(fā)酵罐內(nèi)攪拌葉片的作用下周期性的徑向翻滾、軸向流動和靜置分層，在固體原料與復(fù)合酶制劑充分混合的條件下，實現(xiàn)周期性的、動態(tài)的固液混合與分層靜置。
49.②
發(fā)酵時間控制。通過設(shè)置于plc自控系統(tǒng)的計時器記錄發(fā)酵時間，厭氧發(fā)酵初期為9～10天，優(yōu)選為10天，發(fā)酵后期最長為6天，優(yōu)選的總發(fā)酵時間為13天～16天。
50.③
溫度控制。在發(fā)酵罐外壁包裹電熱保溫毯，通過接通外接電源，開閉電熱保溫毯的電源開關(guān)實現(xiàn)啟動供熱或停止供熱，其電源開關(guān)的開閉由設(shè)置于發(fā)酵罐外壁的溫度傳感器和自控系統(tǒng)內(nèi)的時間繼電器聯(lián)合控制。發(fā)酵初期的發(fā)酵溫度控制在24～34℃，發(fā)酵后期
的發(fā)酵溫度控制在20～28℃。
51.④
ph控制。在發(fā)酵初期，發(fā)酵罐中的最適宜ph為5.5～7.8，發(fā)酵過程中ph趨向于減小(最小ph為3左右)，當(dāng)設(shè)置于發(fā)酵罐外壁的在線ph計實時檢測ph小于5.5時，需通過在線ph計輸出信號至自控系統(tǒng)啟動電動開關(guān)閥、氨水補(bǔ)加計量泵，將配套的氨水儲罐中的10％滅菌氨水輸送至發(fā)酵罐底部，使得發(fā)酵罐中的ph控制在5.5～7.8。氨水計量泵和電動開關(guān)閥的啟停由在線ph計和時間繼電器聯(lián)合控制。在發(fā)酵后期，停止補(bǔ)加氨水，發(fā)酵罐內(nèi)以酸化、產(chǎn)乙酸或產(chǎn)乙醇階段為主，有機(jī)酸、有機(jī)醇產(chǎn)量增加、ph減小，ph約為5.0～7.0。
52.⑤
氧化還原電位控制。為保證厭氧發(fā)酵過程最大程度的維持在水解、酸化和產(chǎn)乙酸階段并抑制產(chǎn)甲烷階段的出現(xiàn)，除了需動態(tài)控制發(fā)酵罐內(nèi)的溫度、ph值之外，還需在發(fā)酵初期，根據(jù)發(fā)酵罐外壁設(shè)置的氧化還原電位儀監(jiān)控發(fā)酵罐內(nèi)的氧化還原電位變化。本發(fā)明通過通入微量無菌氧氣，保證氧化還原電位處于控制范圍內(nèi)，氧化還原電位過高時減少或停止通氧氣，在厭氧條件下氧化還原電位趨于減小，氧化還原電位過低時，通入氧氣，提高氧化還原電位。
53.優(yōu)選地，當(dāng)氧化還原電位低于-100ma時，打開氧氣瓶排氣管調(diào)節(jié)閥，向發(fā)酵罐中通入微量無菌氧氣，增加一定量的溶解氧，使得氧化還原電位控制在-100～-200mv，氧化還原電位高于-200mv時關(guān)閉氧氣瓶排氣管調(diào)節(jié)閥。
54.發(fā)酵反應(yīng)過程中產(chǎn)生的少量氣體將造成發(fā)酵罐內(nèi)壓力增大，通過在發(fā)酵罐外壁設(shè)置排氣泄壓閥，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定的臨界值(0.15mpa)時排出罐內(nèi)產(chǎn)生的少量氣體，保證發(fā)酵罐內(nèi)壓力穩(wěn)定。
55.4)發(fā)酵液取樣檢測、停止發(fā)酵。當(dāng)發(fā)酵時間達(dá)到13天時，開始每隔2小時手動控制停止發(fā)酵罐轉(zhuǎn)動并使得發(fā)酵罐取樣口朝下，打開發(fā)酵罐取樣口取樣一次，每次取樣200ml，直至檢測樣本中乙醇濃度不小于30g/l且ph出現(xiàn)≥7時停止發(fā)酵并準(zhǔn)備卸料(控制ph值在一定指標(biāo)范圍，能夠抑制過多甲烷產(chǎn)生，避免消耗主要碳源產(chǎn)物，利于提高脫氮生物營養(yǎng)劑的產(chǎn)量)。間隔取樣時發(fā)酵總時間不超過16天。
56.其中，乙醇的含量檢測采用氣相譜法附錄ⅵe3.項下，照高效液相譜法3.(1)測定各種制劑中在20℃時乙醇(c2h5oh)的含量(％)(ml/ml)中所述的檢測方法。
57.ph值的檢測采用標(biāo)準(zhǔn)《水質(zhì)ph值的測定電極法》hj 1147-2020中所述的方法。
58.5)固液分離。發(fā)酵過程完成后將發(fā)酵液導(dǎo)出、輸送至離心分離機(jī)中，在轉(zhuǎn)速為4000r/min的條件下離心10～15分鐘，進(jìn)行充分的固液分離，排液口產(chǎn)出的上層濾液即為污水脫氮生物營養(yǎng)劑，將其保存至脫氮生物營養(yǎng)劑存儲罐中，污水處理廠需要提高總氮去除能力時，將其輸送至投加點可提高脫氮效果；濃縮的發(fā)酵殘渣收集至發(fā)酵固體殘渣存儲袋中，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。
59.參見圖2，本發(fā)明脫氮生物營養(yǎng)劑的制作方法所用裝置，主要包括原料破碎及篩選裝置、斗式提升裝置、發(fā)酵裝置、固液分離裝置、存儲裝置、發(fā)酵裝置上部平臺12和發(fā)酵裝置下部平臺29，具體包括：
60.1)原料破碎及篩選裝置單獨位于發(fā)酵裝置下部平臺29一側(cè)，包括原料破碎機(jī)1和其下方一體連接的原料篩選機(jī)2，通過該裝置篩選并分離出5～10mm粒徑的固體原料。
61.2)斗式提升裝置靠近主體發(fā)酵裝置一側(cè)，包括斗式提升機(jī)3，通過支架固定在發(fā)酵裝置下部平臺29上，支架與其上部的裝料平臺4連接形成一體，主體裝置還包括支架底部的
固體原料的稱重計量磅5、可移動式固體原料箱6。
62.3)發(fā)酵裝置包含發(fā)酵罐13，以及位于發(fā)酵罐13端部的料液裝卸斗7，料液裝卸斗7與發(fā)酵罐13之間為密封旋轉(zhuǎn)連接，料液裝卸斗7始終靜置不轉(zhuǎn)動，優(yōu)選為料液裝卸斗7固定安裝在發(fā)酵裝置上部平臺12上或裝料平臺4上，發(fā)酵罐13能夠旋轉(zhuǎn)；發(fā)酵罐13設(shè)置于發(fā)酵裝置上部平臺12上，為滾筒式卵型發(fā)酵罐；料液裝卸斗7上口側(cè)壁上設(shè)置進(jìn)出料液開關(guān)閘板8；料液裝卸斗7上口側(cè)壁上還設(shè)置有壓力傳感器18、排氣泄壓閥19，料液裝卸斗7側(cè)壁連接有進(jìn)水管9(配閥門、電磁流量計)、氨水補(bǔ)加管10(配電動開關(guān)閥、電磁流量計)以及氧氣排氣管11(配調(diào)節(jié)閥)，料液裝卸斗7下口側(cè)壁設(shè)置有卸料閘板25，底部連接有卸料槽26；發(fā)酵罐13內(nèi)部設(shè)置有用于對混合原料進(jìn)行攪拌的罐體攪拌葉片14；靠近發(fā)酵罐13出口一端的罐體中部固定設(shè)置有環(huán)形滾道15；用于帶動發(fā)酵罐13轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)電機(jī)機(jī)組16位于電機(jī)機(jī)組支架上，電機(jī)機(jī)組支架固定在發(fā)酵裝置上部平臺12上，旋轉(zhuǎn)電機(jī)機(jī)組16帶有轉(zhuǎn)動滾輪，且轉(zhuǎn)動滾輪與環(huán)形滾道15相配合；發(fā)酵裝置上部平臺12通過承重支架連接支承滾輪17，支承滾輪17與發(fā)酵罐13底部的軸承轉(zhuǎn)動接觸連接；
63.為了便于描述，以發(fā)酵罐13傾斜安裝在發(fā)酵裝置上部平臺處于原始狀態(tài)，在原始狀態(tài)下，料液裝卸斗7的入口朝上，原料通過料液裝卸斗7進(jìn)入發(fā)酵罐13，發(fā)酵罐13與料液裝卸斗7內(nèi)發(fā)酵液連通，液位相同；料液裝卸斗7上口側(cè)壁設(shè)置有壓力傳感器18和排氣泄壓閥19，壓力傳感器18用于監(jiān)測罐體內(nèi)壓力，排氣泄壓閥19用于罐體內(nèi)壓力過大時排氣泄壓，為了更好地進(jìn)行實時監(jiān)測，壓力傳感器18和排氣泄壓閥19位于發(fā)酵液面之上；發(fā)酵罐13外壁側(cè)下部設(shè)置有溫度傳感器20、氧化還原電位儀21和在線ph計22，用于監(jiān)測發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵液的溫度、氧化還原電位和ph值；發(fā)酵罐13外壁側(cè)設(shè)置有溫度調(diào)節(jié)裝置，如電熱保溫毯23，能夠?qū)Πl(fā)酵罐進(jìn)行升溫或降溫，保證發(fā)酵溫度可控；發(fā)酵罐13罐體側(cè)部設(shè)置有液位觀察視窗24；料液裝卸斗7下口側(cè)壁設(shè)置卸料閘板25，卸料閘板25與發(fā)酵罐13開口端最下側(cè)齊平，保證所加原料能夠完全進(jìn)入發(fā)酵罐13進(jìn)行發(fā)酵；料液裝卸斗7下端連接卸料槽26；發(fā)酵罐13側(cè)壁下部設(shè)置有排空口27和取樣口28；發(fā)酵裝置下部平臺29上還安裝有氨水補(bǔ)加裝置30(含氨水儲罐、計量泵及加藥軟管)、氧氣瓶31(配排氣軟管)和監(jiān)控發(fā)酵過程的plc自控系統(tǒng)32，plc自控系統(tǒng)32用于控制發(fā)酵液的流態(tài)、發(fā)酵時間、溫度、ph、氧化還原電位、進(jìn)出料等，具體控制均能夠通過現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)，在此不做贅述。
64.4)固液分離裝置包括設(shè)置于發(fā)酵裝置上部平臺12上的發(fā)酵液接料斗33和用于對混合液進(jìn)行固液分離的離心分離機(jī)34，發(fā)酵液接料斗33位于卸料槽26下方，離心分離機(jī)34底部設(shè)置有排液口35。
65.5)存儲裝置包括位于發(fā)酵裝置下部平臺29上的可移動式脫氮生物營養(yǎng)劑存儲罐36和可移動式發(fā)酵固體殘渣存儲袋37。
66.以較低溫度下發(fā)酵，溫度調(diào)節(jié)裝置為電熱保溫毯23為例，本發(fā)明裝置的主要工作過程及原理是：
67.(1)將從食品廠收集的固體廢料集中收集后，去除其中包含的大顆粒雜質(zhì)，分別通過原料破碎機(jī)1破碎、原料篩選機(jī)2的篩網(wǎng)篩選出5～10mm粒徑固體原料，將篩選出的固體原料裝入可移動式固體原料箱6。
68.(2)將裝有5～10mm粒徑固體原料的可移動式固體原料箱6放置在稱重計量磅5上稱重，稱重后通過斗式提升機(jī)3將其提升至裝料平臺4，關(guān)閉發(fā)酵罐料液裝卸斗7下口側(cè)壁的
卸料閘板25，啟動發(fā)酵罐旋轉(zhuǎn)電機(jī)機(jī)組16，使發(fā)酵罐13順時針旋轉(zhuǎn)，打開進(jìn)出料液開關(guān)閘板8裝料，將可移動式固體原料箱6中的固體原料通過人力倒裝至料液裝卸斗7中，使固體原料投入發(fā)酵罐13中；
69.再向發(fā)酵罐13中補(bǔ)充定量的水分和調(diào)配比例的復(fù)合淀粉酶，具體是將進(jìn)水管9與市政給水管閥用軟管接通，手動開啟進(jìn)水管9中的手電兩用球閥后發(fā)酵罐13中開始注水，進(jìn)水管9中設(shè)置的電磁流量計對進(jìn)水量進(jìn)行實時累積計量，當(dāng)一次發(fā)酵累積水量達(dá)到設(shè)置數(shù)值后，電磁流量計的流量信號輸入至plc自控系統(tǒng)32控制進(jìn)水管中的進(jìn)水閥關(guān)閉；
70.再向料液裝卸斗7中人工投入與固體原料質(zhì)量比對應(yīng)質(zhì)量的復(fù)合淀粉酶，當(dāng)發(fā)酵罐13中混合的原料重量達(dá)到發(fā)酵罐13有效容重(發(fā)酵罐總?cè)葜氐?5％)后，停止進(jìn)料并通過關(guān)閉進(jìn)出料液開關(guān)閘板8封閉發(fā)酵罐13。
71.本發(fā)明一次發(fā)酵在裝料階段完成全部混合原料裝料，裝料結(jié)束后關(guān)閉進(jìn)出料液開關(guān)閘板8。當(dāng)發(fā)酵完成并排空發(fā)酵液后再準(zhǔn)備進(jìn)行下一次發(fā)酵裝料。
72.(3)在厭氧條件下，通過控制發(fā)酵罐13正向(從靠近發(fā)酵罐13的支承滾輪17一端面向發(fā)酵罐13觀察為順時針轉(zhuǎn)動，順時針轉(zhuǎn)動下，罐體攪拌葉片14起導(dǎo)入作用，發(fā)酵原液在軸線方向主要向發(fā)酵罐底部移動)、反向(從靠近發(fā)酵罐13的支承滾輪17一端面向發(fā)酵罐13觀察為逆時針轉(zhuǎn)動，逆時針轉(zhuǎn)動下，罐體攪拌葉片14起導(dǎo)出作用，發(fā)酵原液在軸線方向主要向發(fā)酵罐開口端移動)旋轉(zhuǎn)攪拌發(fā)酵原液、利用發(fā)酵罐13外裹電熱保溫毯23調(diào)節(jié)發(fā)酵罐13內(nèi)溫度、設(shè)置在線監(jiān)控儀表等措施，對發(fā)酵罐13內(nèi)發(fā)酵原液的流態(tài)、發(fā)酵時間、溫度、ph、氧化還原電位等主要指標(biāo)進(jìn)行動態(tài)調(diào)控，提高酶解、發(fā)酵效率，促進(jìn)復(fù)合淀粉酶的催化、水解作用，使得固體原料中的淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)、脂肪等大分子有機(jī)質(zhì)在厭氧發(fā)酵菌的水解、酸化作用下進(jìn)行半固態(tài)發(fā)酵過程，定向發(fā)酵轉(zhuǎn)化為可直接作為碳源使用的小分子糖、有機(jī)酸、醇等有機(jī)質(zhì)。
73.(4)當(dāng)發(fā)酵過程結(jié)束后，停止接通電熱保溫毯23電壓，控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)機(jī)組16實現(xiàn)發(fā)酵罐13反向(逆時針)旋轉(zhuǎn)，并開啟卸料閘板25，將發(fā)酵液導(dǎo)出，發(fā)酵液在罐體攪拌葉片14的作用下通過卸料槽26重力流入發(fā)酵液接料斗33，再重力流入離心分離機(jī)34，啟動離心分離機(jī)34進(jìn)行固液分離，分離出的上層發(fā)酵液為制得的脫氮生物營養(yǎng)劑，進(jìn)入可移動式脫氮生物營養(yǎng)劑存儲罐36留存；離心沉淀分離出的發(fā)酵殘渣為可利用的園林綠化或農(nóng)業(yè)生產(chǎn)肥料，或作為水產(chǎn)養(yǎng)殖飼料使用，進(jìn)入可移動式發(fā)酵固體殘渣存儲袋37留存。
74.需要說明的是，本文中通過發(fā)酵罐傾斜安裝好之后的初始狀態(tài)，結(jié)合圖2來定義“上側(cè)”、“下側(cè)”、“上部”及“下部”等相對位置關(guān)系，僅為了便于描述清楚本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)，并非對本發(fā)明結(jié)構(gòu)上的限定；其中上側(cè)和上部均位于發(fā)酵罐中軸線的上方，但上部所包含的范圍更大，包括上側(cè)且基本能夠接近發(fā)酵罐的中軸線，上側(cè)相對遠(yuǎn)離發(fā)酵罐中軸線；下側(cè)和下部同理。
75.下面通過具體的實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
76.本發(fā)明實施例中以過期的餅干、糕點、薯片及其下腳料等加工食品類原料(以下統(tǒng)稱“固體原料”)作為主要對象進(jìn)行說明，但僅僅是對本發(fā)明的解釋說明，不作為對本發(fā)明的限制，固體原料還可以采用廢棄的蘋果、香蕉、土豆、紅薯等果蔬類原料或加工食品類和果蔬類原料的混合原料。
77.實施例1
78.取自某食品加工廠過期的餅干、糕點、薯片等食品及其下腳料，分揀出其中包含的雜質(zhì)后備用，將其磨成粉末原料，分析其組成成分，原料中主要由淀粉、其它有機(jī)物、無機(jī)鹽組成，具體如下表1所示：
79.表1固體原料中主要成分(g/100g干重)
80.物質(zhì)成分淀粉其它有機(jī)物無機(jī)鹽含量(％)71.5％27.4％1.1％
81.一種脫氮生物營養(yǎng)劑的制作方法包括以下步驟：
82.①
原料破碎、篩選：取自某食品加工廠過期的餅干、糕點、薯片等食品及其下腳料4kg，分揀出其中包含的雜質(zhì)，放入研缽中用搗碎棒搗碎至10mm左右粒徑，用10mm孔徑的濾篩篩選出5～10mm粒徑的固體原料裝入燒杯中備用。
83.②
稱重、攪拌裝料：將總?cè)葜?2kg的厭氧發(fā)酵瓶作為發(fā)酵罐，通過恒溫磁力攪拌水浴鍋控制厭氧反應(yīng)溫度，并在厭氧發(fā)酵瓶口接入溫度傳感器、在線ph計、氧化還原電位儀、壓力傳感器及自動排氣閥。稱取5-10mm粒徑的固體原料過磅稱重，取用1.8kg固體原料至于發(fā)酵罐中，分別向發(fā)酵罐中加入8.0kg潔凈清水和0.02kg復(fù)合淀粉酶(淀粉1,4-糊精酶和α-1,4-葡萄糖苷酶質(zhì)量比為1:3.5)，裝料完成時發(fā)酵原液中不溶性固體原料體積為15％。
84.③
淀粉水解、發(fā)酵：裝料完成后，開始對發(fā)酵罐內(nèi)的發(fā)酵原液進(jìn)行攪拌，實現(xiàn)流體控制，發(fā)酵罐攪拌頻率為1次/4h，攪拌持續(xù)時間6min/次，攪拌葉片轉(zhuǎn)速8r/min。通過恒溫磁力攪拌水浴鍋控制發(fā)酵初期(前10天)發(fā)酵罐內(nèi)溫度為30℃，控制發(fā)酵后期發(fā)酵內(nèi)溫度為24℃，氨水補(bǔ)加裝置補(bǔ)加10％滅菌氨水使得罐內(nèi)ph為5.5～7.8、打開氧氣瓶排氣管調(diào)節(jié)閥，向厭氧罐中通入微量無菌氧氣，增加微量的溶解氧，使得氧化還原電位控制在為-100～-200mv。通過壓力傳感器監(jiān)測發(fā)酵罐內(nèi)的壓力，當(dāng)壓力達(dá)到臨界值0.15mpa時，自動開啟排氣閥排氣。
85.④
發(fā)酵液取樣檢測、停止發(fā)酵：發(fā)酵時間達(dá)到13天后，每隔2小時打開發(fā)酵罐取樣口取樣一次，每次取樣100ml，在第14天第二次檢測時，檢測的樣本中乙醇濃度不小于30g/l且ph開始出現(xiàn)≥7，即停止發(fā)酵，將發(fā)酵液倒入發(fā)酵液儲罐中。
86.⑤
固液分離：取發(fā)酵液1kg至于離心機(jī)中，在轉(zhuǎn)速為4000r/min的條件下離心10-15分鐘，分離出上清液和沉淀物，上清液即為脫氮生物營養(yǎng)劑，沉淀物即為作為肥料或飼料使用的發(fā)酵殘渣(固相)。
87.⑥
性能測試：將得到的脫氮生物營養(yǎng)劑進(jìn)行檢測，測試結(jié)果如表2所示：
88.表2實施例1中脫氮生物營養(yǎng)劑的性能測試
89.測試指標(biāo)乙醇濃度總酸濃度不溶性固體體積減少量測試結(jié)果45
±
1g/l30
±
1g/l98.5％
90.其中：
91.乙醇的含量檢測采用氣相譜法附錄ⅵe3.項下，照高效液相譜法3.(1)測定各種制劑中在20℃時乙醇(c2h5oh)的含量(％)(ml/ml)中所述的檢測方法。
92.總酸的含量檢測參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中總酸的測定》gb 12456-2021中所述的檢測方法。
93.不溶性固體體積減少量(％)＝(發(fā)酵原液中固體原料體積-發(fā)酵液中固體原料體積)
×
100％/發(fā)酵原液中固體原料體積。
94.實施例2(復(fù)合淀粉酶中酶比例的調(diào)整)
95.調(diào)整實施例1中淀粉1,4-糊精酶與α-1,4-葡萄糖苷酶的質(zhì)量比為表3所示，其它參數(shù)與實施例1一致，在14天第二次檢測時取樣離心后得到脫氮生物營養(yǎng)劑，將其進(jìn)行同樣檢測方法的性能測試，測試結(jié)果如表3所示：
96.表3實施例2中脫氮生物營養(yǎng)劑的性能測試
[0097][0098]
由表3可知，當(dāng)復(fù)合淀粉酶中淀粉1,4-糊精酶和α-1,4-葡萄糖苷酶的質(zhì)量比改變時，隨α-1,4-葡萄糖苷酶的用量增加，乙醇濃度、總酸濃度和不溶性固體體積減少量先增加后降低，且在1:5.5及更高比例情況下，下降明顯；因此本發(fā)明復(fù)合淀粉酶中淀粉1,4-糊精酶和α-1,4-葡萄糖苷酶的質(zhì)量比優(yōu)選為1:(1.5～4.5)，更進(jìn)一步優(yōu)選為1：(2.5～3.5)。
[0099]
實施例3(復(fù)合淀粉酶質(zhì)量比的調(diào)整)
[0100]
調(diào)整實施例1中復(fù)合淀粉酶的質(zhì)量比為表4所示，其它參數(shù)與實施例1一致，在14天第二次檢測時取樣離心后得到脫氮生物營養(yǎng)劑，將其進(jìn)行同樣檢測方法的性能測試，測試結(jié)果如表4所示：
[0101]
表4實施例3中脫氮生物營養(yǎng)劑的性能測試
[0102][0103]
由表4可知，隨復(fù)合淀粉酶用量的增加，所得脫氮生物營養(yǎng)劑中的乙醇濃度和總酸
濃度基本呈上升趨勢，在達(dá)到90:400:1.2之后增加不明顯，從成本方面考慮，本發(fā)明優(yōu)選固體原料、水、復(fù)合淀粉酶質(zhì)量比為90:400：(0.6～1.2)，更進(jìn)一步優(yōu)選為90:400：(0.8～1.2)。
[0104]
實施例4(發(fā)酵時間的調(diào)整)
[0105]
調(diào)整實施例4中的發(fā)酵時間為表5所示，其它參數(shù)與實施例1一致，在14天第二次檢測時取樣離心后得到脫氮生物營養(yǎng)劑，將其進(jìn)行同樣檢測方法的性能測試，測試結(jié)果如表5所示：
[0106]
表5實施例4中脫氮生物營養(yǎng)劑的性能測試
[0107][0108][0109]
由表5可知，隨發(fā)酵時間增加，所得脫氮生物營養(yǎng)劑中的乙醇濃度和總酸濃度呈先上升后下降趨勢，不溶性固體體積減少量逐步增加至接近完全去除不溶性固體，本發(fā)明優(yōu)選發(fā)酵時間為13天～16天。
[0110]
實施例5(發(fā)酵初期溫度的調(diào)整)
[0111]
調(diào)整實施例5中的發(fā)酵初期發(fā)酵溫度為表6所示，其它參數(shù)與實施例1一致，在14天第二次檢測時取樣離心后得到脫氮生物營養(yǎng)劑，將其進(jìn)行同樣檢測方法的性能測試，測試結(jié)果如表6所示：
[0112]
表6實施例5中脫氮生物營養(yǎng)劑的性能測試
[0113]
發(fā)酵初期發(fā)酵溫度乙醇濃度總酸濃度不溶性固體體積減少量22℃27
±
2g/l14
±
2g/l85％
±
1％24℃32
±
1g/l19
±
1g/l95.3％26℃40
±
1g/l27
±
1g/l97.7％28℃41
±
1g/l29
±
2g/l98.6％32℃38
±
2g/l27
±
2g/l97.2％
±
1％34℃30
±
1g/l20
±
1g/l96.1％
36℃27
±
1g/l18
±
1g/l95.5％
[0114]
由表6可知，隨發(fā)酵初期發(fā)酵溫度升高，所得脫氮生物營養(yǎng)劑中的乙醇濃度和總酸濃度呈先上升后下降趨勢，不溶性固體體積減少量逐步增加后再逐漸減小，本發(fā)明優(yōu)選發(fā)酵初期發(fā)酵溫度為24～34℃，更進(jìn)一步優(yōu)選為28～30℃。
[0115]
實施例6(發(fā)酵后期溫度的調(diào)整)
[0116]
調(diào)整實施例6中的發(fā)酵后期發(fā)酵溫度為表7所示，其它參數(shù)與實施例1一致，在14天第二次檢測時取樣離心后得到脫氮生物營養(yǎng)劑，將其進(jìn)行同樣檢測方法的性能測試，測試結(jié)果如表7所示：
[0117]
表7實施例6中脫氮生物營養(yǎng)劑的性能測試
[0118][0119][0120]
由表7可知，隨發(fā)酵后期發(fā)酵溫度升高，所得脫氮生物營養(yǎng)劑中的乙醇濃度和總酸濃度呈先上升后下降趨勢，不溶性固體體積減少量逐步增加至接近完全去除不溶性固體，本發(fā)明優(yōu)選發(fā)酵后期發(fā)酵溫度為20～28℃；更進(jìn)一步優(yōu)選為22～24℃。
[0121]
實施例7(發(fā)酵初期發(fā)酵液ph控制的調(diào)整)
[0122]
調(diào)整實施例7中的發(fā)酵初期發(fā)酵液ph控制為表8所示，其它參數(shù)與實施例1一致，在14天第二次檢測時取樣離心后得到脫氮生物營養(yǎng)劑，將其進(jìn)行同樣檢測方法的性能測試，測試結(jié)果如表8所示：
[0123]
表8實施例7中脫氮生物營養(yǎng)劑的性能測試
[0124]
發(fā)酵初期ph控制乙醇濃度總酸濃度不溶性固體體積減少量3.5-4.450
±
2g/l11
±
2g/l95％
±
1％4.5-5.448
±
2g/l17
±
2g/l96.3％
±
2％5.5-6.446
±
1g/l24
±
1g/l97.6％7.9-9.234
±
1g/l36
±
1g/l97.4％9.3-10.620
±
1g/l42
±
1g/l96.3％
[0125]
由表8可知，隨發(fā)酵初期ph升高，所得脫氮生物營養(yǎng)劑中的乙醇濃度呈下降趨勢、總酸濃度呈上升趨勢，乙醇和總酸濃度之和呈先上升后下降趨勢，不溶性固體體積減少量先逐步增加至接近完全去除不溶性固體后逐步減小趨勢，為提高所得脫氮生物營養(yǎng)劑總產(chǎn)量，本發(fā)明優(yōu)選初期發(fā)酵液ph為5.5～7.8，更進(jìn)一步優(yōu)選為6.5～7.8。
[0126]
實施例8(氧化還原電位的調(diào)整)
[0127]
調(diào)整實施例8中的發(fā)酵初期發(fā)酵液ph控制為表9所示，其它參數(shù)與實施例1一致，在
14天第二次檢測時取樣離心后得到脫氮生物營養(yǎng)劑，將其進(jìn)行同樣檢測方法的性能測試，測試結(jié)果如表9所示：
[0128]
表9實施例8中脫氮生物營養(yǎng)劑的性能測試
[0129]
氧化還原電位乙醇濃度總酸濃度不溶性固體體積減少量-300～-250mv15
±
2g/l40
±
2g/l95.3％-250～-200mv28
±
2g/l30
±
1g/l96.2％-200～-150mv36
±
1g/l27
±
1g/l97.6％-100～-50mv30
±
1g/l5
±
1g/l95.2％-50～-0mv25
±
1g/l2
±
1g/l94.4％
[0130]
由表9可知，氧化還原電位會造成所得脫氮生物營養(yǎng)劑中的乙醇濃度和總酸濃度較大波動，本發(fā)明優(yōu)選氧化還原電位為-100～-200mv，優(yōu)選為-100～-150mv。
[0131]
對比例1(復(fù)合淀粉酶種類的調(diào)整)
[0132]
調(diào)整對比例1中復(fù)合淀粉酶的種類，為了方便記錄及觀察，將淀粉酶種類分別編號如下：淀粉1,4-糊精酶(a)，α-1,4-葡萄糖苷酶(b)，淀粉1,4-麥芽糖苷酶(c)，淀粉α-1,6-葡萄糖苷酶(d)；具體復(fù)合種類如表10所示，其它參數(shù)與實施例1一致，在14天第二次檢測時取樣離心后得到脫氮生物營養(yǎng)劑，將其進(jìn)行同樣檢測方法的性能測試，測試結(jié)果如表10所示：
[0133]
表10對比例1中脫氮生物營養(yǎng)劑的性能測試
[0134][0135][0136]
由表10可知，采用純淀粉1,4-糊精酶(a)或純α-1,4-葡萄糖苷酶(b)作為本發(fā)明淀粉酶效果一般，但將復(fù)合淀粉酶中的某一種類進(jìn)行替換，即使在相同最優(yōu)比例下，也無法達(dá)到本發(fā)明實施例1中采用淀粉1,4-糊精酶(a)和α-1,4-葡萄糖苷酶(b)按質(zhì)量比為1:3.5的效果，因此，最優(yōu)選的復(fù)合淀粉酶為質(zhì)量比1:3.5的淀粉1,4-糊精酶(a)和α-1,4-葡萄糖苷酶(b)。
[0137]
對比例2(發(fā)酵罐發(fā)酵條件的調(diào)整)
[0138]
調(diào)整對比例2中發(fā)酵罐發(fā)酵條件為表11所示，其它參數(shù)與實施例1一致，在14天第
二次檢測時取樣離心后得到脫氮生物營養(yǎng)劑，將其進(jìn)行同樣檢測方法的性能測試，測試結(jié)果如表11所示：
[0139]
表11對比例2中脫氮生物營養(yǎng)劑的性能測試
[0140]
發(fā)酵罐發(fā)酵條件乙醇濃度總酸濃度不溶性固體體積減少量不攪拌、不對原料流態(tài)進(jìn)行調(diào)控8
±
1g/l6
±
1g/l68％
±
1％不對發(fā)酵罐內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)控25
±
2g/l18
±
1g/l83％
±
2％不對發(fā)酵罐內(nèi)ph進(jìn)行調(diào)控15
±
2g/l20
±
1g/l71％
±
1％不對發(fā)酵罐內(nèi)氧化還原電位進(jìn)行調(diào)控20
±
2g/l30
±
1g/l81％
±
1％
[0141]
由表11可知，本發(fā)明發(fā)酵罐發(fā)酵條件受原料流態(tài)、發(fā)酵溫度、ph值以及氧化還原電位等多重因素影響，本發(fā)明通過控制發(fā)酵條件，各參數(shù)起到協(xié)同配合作用，才能達(dá)到有效提高脫氮生物營養(yǎng)劑中總碳含量增加的目的。
[0142]
應(yīng)用例1
[0143]
取某鹽化城污水處理廠缺氧池污泥和好氧池正常運行出水，將其分別裝入6個缺氧瓶(200ml錐形瓶)中，每個缺氧瓶中裝入80ml缺氧污泥和120ml好氧出水，取其中任意1個缺氧瓶中的水樣，對其硝酸鹽氮濃度進(jìn)行檢測，水樣檢測數(shù)據(jù)如表12所示：
[0144]
表12某污水處理廠水樣實驗數(shù)據(jù)
[0145]
檢測指標(biāo)phcod
cr
硝酸鹽氮檢測結(jié)果7.2200mg/l60mg/l
[0146]
分別取cod當(dāng)量均為48mg的60％葡萄糖溶液133.33mg(參照品1)、60％乙酸鈉溶液117.65mg(參照品2)、純甲醇32mg(參照品3)、純乙酸44.86mg(參照品4)作為參照組所用碳源，另對本發(fā)明實施例1制作的脫氮營養(yǎng)劑進(jìn)行cod當(dāng)量計算，取用cod當(dāng)量為48mg/l所對應(yīng)的脫氮營養(yǎng)劑用量為240mg作為實驗組所用碳源，將以上5種碳源分別投加至未取水樣檢測的5個缺氧瓶中，對此5個缺氧瓶分別編號為參照組1、參照組2、參照組3、參照組4、實驗組(實施例1)，蓋上5個缺氧瓶瓶蓋，在25℃下缺氧振動攪拌培養(yǎng)2.5h，檢測上清液水質(zhì)指標(biāo)，檢測結(jié)果如下表13：
[0147]
表13缺氧瓶上清液水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)
[0148]
缺氧瓶編號cod
cr
硝酸鹽氮硝酸鹽氮去除率參照組1178.6mg/l21.2mg/l64.7％參照組2150.8mg/l12.1mg/l79.8％參照組3163.5mg/l15.5mg/l74.2％參照組4170.3mg/l18.6mg/l69％實驗組136mg/l6.5mg/l89.2％
[0149]
結(jié)合圖3和表13可知，本發(fā)明制得的脫氮生物營養(yǎng)劑含碳量高，能夠作為碳源，用于水處理領(lǐng)域；本發(fā)明發(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，圖3和表13也證明了這一點，同樣處理時間內(nèi)，能夠有效降低氮含量，效果強(qiáng)于葡萄糖溶液、純甲醇、純乙酸等單一碳源，硝酸鹽氮去除率可達(dá)89.2％，同時能夠降低cod
cr
濃度。
[0150]
本發(fā)明具有如下優(yōu)勢：
[0151]
1)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，可實現(xiàn)資源回收利用和減少環(huán)境污染。
[0152]
2)通過投加適宜質(zhì)量比例的發(fā)酵原料，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)酵時間等主要控制指標(biāo)，實現(xiàn)了半固態(tài)發(fā)酵和定向發(fā)酵，發(fā)酵過程不受季節(jié)限制。
[0153]
3)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)酵時間，大大降低生產(chǎn)成本。
[0154]
4)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。
[0155]
5)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；
[0156]
6)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。
[0157]
7)發(fā)酵殘渣(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，最大限度地實現(xiàn)固體廢物的資源化利用，避免二次污染。
[0158]
以上所述本發(fā)明的具體實施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思所做出的各種其他相應(yīng)的改變與變形，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
技術(shù)特征：
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)時間為5～7min，攪拌葉片轉(zhuǎn)速為8r/min；順時針攪拌1次與逆時針攪拌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渣排出口；
所述存儲裝置用于存儲離心分離機(jī)分離出的液體和固體殘渣。
技術(shù)總結(jié)
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。高脫氮效率并節(jié)約污水處理成本。高脫氮效率并節(jié)約污水處理成本。
