摘要
酒糟也称酒醅糟，是酿酒过程中产生的固体废弃物，含有多种发酵过程残留的有机物质和发酵中间物质，有机物含量高且酸度高，不易保存。若不加以妥善处理，不仅对环境造成危害，也是对资源的极大浪费。随着我国白酒行业的蓬勃发展，我国酒糟每年产量高达5000-6000万吨，酒糟如何资源化已成为限制白酒行业绿色发展的关键所在。目前我国在酒糟的资源化方法上已经取得了一些成就，如饲料化、肥料化和能源化等等，但多数研究仍存在一些问题，未能高效利用酒糟中丰富的营养物质。 基于此，本研究采用洗脱分离+厌氧发酵+生物制炭组合工艺实现了酒糟的资源化利用。首先通过水洗脱分离出酒糟中的稻壳，将大部分有机组分转移到水相中；进一步针对洗脱液营养物质丰富和生化性良好等特点采用厌氧膜生物反应器（anaerobicmembranebioreactor，AnMBR）进行厌氧消化处理，使其转化为清洁能源沼气；然后以洗脱所得酒糟稻壳为原材料制备出生物炭，将其用于AnMBR出水的氨氮吸附过程，吸附后尾水可以重新用于酒糟洗脱过程，且得到的含氮生物炭可以作为农业生产的土壤肥料。本研究的主要结果如下： （1）探究了洗脱过程中用水量、洗脱时间和梯度洗脱次数等因素对不同种类酒糟洗脱液的影响。其中浓香型酒糟最佳洗脱条件为每100g鲜酒糟用水400mL、洗脱时间为6min、梯度洗脱次数为3次，所得洗脱液中TCOD（totalChemicalOxygenDemand，TCOD）、氨氮和总氮浓度分别为46530mg·L-1、284.45mg·L-1和1555.24mg·L-1。酱香型酒糟最佳洗脱条件为每100g鲜酒糟需400mL纯水，单次洗脱4min，梯度洗脱2次，所得洗脱液中TCOD、氨氮和总氮浓度分别为106880mg·L-1、432.92mg·L-1和3076.48mg·L-1。清香型酒糟的最佳洗脱条件为每100g鲜酒糟用600mL纯水、单次洗脱4min，洗脱3次，所得洗脱液中TCOD、氨氮和总氮浓度分别为25790mg·L-1、68.17mg·L-1和1412.36mg·L-1。其中，浓香型酒糟洗脱后稻壳杂质最少、品相最优，洗脱液具有一定的厌氧发酵潜力，故选取浓香型白酒糟为后续实验对象。 （2）构建并启动了AnMBR处理浓香型白酒糟洗脱液，在为期113d的实验中过程中考察了厌氧消化和稳定性能。在最大容积负荷达到6.50kgCOD·(m3·d)-1时，甲烷产率达到313.45mL·g-1（以COD计），COD去除率稳定在98%以上。整个运行过程中VFAs/ALK（VolatileFattyAcids，VFAs）（Alkalinity，ALK）指标始终低于0.10，氨氮浓度处于700-2500mg·L-1之间，AnMBR运行稳定。在实验过程中，MLSS（MixLiquidSuspendedSolid，MLSS）和MLVSS（MixLiquidVolatileSuspendedSolid，MLVSS）上升较为迅速，通过加大排泥量的手段有效控制了污泥浓度的增长，减缓了膜污染。同时，AnMBR厌氧污泥中优势细菌门由Bacteroidetes、Chloroflexi和Firmicutes变为Bacteroidetes、Cloacimonetes和Firmicutes，Methanosarcina取代Methanosaeta成为新的优势古菌属。膜组件在整个实验过程膜通量处于10.98L·(m2·h)-1-20.84L·(m2·h)-1之间，运行后期通过排泥手段减缓了膜污染速度。SEM-EDX、FTIR和EEM结果也表明引起膜污染的主要物质是多糖、蛋白质和腐殖酸类等有机物。 （3）以浓香型酒糟稻壳为原材料、MgCl2为改性试剂，在炭化温度为700℃、MgCl2浓度0.20mol·L-1时制备出镁改性生物炭。通过控制吸附过程中生物炭投加量为10g·L-1及吸附溶液初始pH为12，取得了最大的氨氮吸附量和氨氮去除率，分别为43.59mg·g-1和65.64%。生物炭的表征结果表明氯化镁溶液浸渍可以提高生物炭的比表面积，改善其孔隙结构，并在生物炭表面负载一层含镁化合物的结晶，有效提高了生物炭对氨氮的吸附效果。通过模型拟合实验数据以探究其吸附行为，其中准二级动力学模型比准一级动力学模型更符合镁改性酒糟稻壳生物炭对氨氮的吸附过程，表明其吸附过程主要以化学吸附为主。等温模型中Langmuir模型的R2略高于Freundlich模型，Langmuir模型所得最大理论吸附量为106.99mg·g-1，且两个模型的拟合都说明了该生物炭对氨氮的吸附过程为有利吸附。
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