CN104261631B - 一种处理谷氨酸发酵废水的环保工艺 - Google Patents

一种处理谷氨酸发酵废水的环保工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种处理谷氨酸发酵废水的环保工艺，其谷氨酸发酵液经高速碟片分离机将菌体蛋白分离，收集除菌液，以及沉淀菌体蛋白，将菌体蛋白添加复合种子液发酵制备益生菌制剂，将除菌液提取谷氨酸产生的废水排入进入污水处理系统，添加复合微生物菌剂深度处理后达标排放，用本发明工艺经济环保，其有广阔的应用前景。

Description

一种处理谷氨酸发酵废水的环保工艺
技术领域
 本发明涉及生物发酵行业谷氨酸提取工艺领域，具体提供一种处理谷氨酸发酵废水的环保工艺。
背景技术   
随着经济的飞速发展和技术的不断进步，我国已经成为味精的生产和消费大国，但是味精生产过程中所排放的废水量大，味精发酵液经等电提取谷氨酸后排放的母液具有CODCr高、BOD5高、菌体含量高、硫酸根(改用硫酸调pH前为氯离子)含量高、氨氮含量高及pH值(1.5-3.2)低“五高一低”的特点，是一种治理难度很大的工业废水。由于不能有效地治理味精废水，不少味精厂被列入全国重点污染源单位之列，味精废水的治理已经成为制约味精生产企业发展的重大难题。
一方面：味精的提取通常采用等电-离交法，通过加入浓硫酸调节等电点使谷氨酸结晶出来，而生产过程中产生的硫酸铵废液，给废液处理带来了极大地困难，对环境、水源造成了直接的危害。
另一方面：味精工业也是我国发酵工业中的最大污染源，据统计，每吨味精产品产生高浓度废水15吨左右。味精行业高浓度有机废水污染严重，是行业突出的共性问题。发酵废母液或离交尾液是味精生产行业的主要污染源。
谷氨酸提取废水中含有的大量菌体，它是一种单细胞蛋白，含有丰富的蛋白质，对干燥后菌体蛋白的化学成分进行分析发现谷氨酸废弃菌体中蛋白质的含量高达85.8％总氨基酸含量为78.77％，高于目前蛋白酶解物常用的原料豆粕、酵母等。其氨基酸种类和配比都比较齐全，并且含有丰富的维生素、核酸、多糖等其他营养物质。且谷氨酸发酵过程中所加入糖类物质与谷氨酸一起经过发酵后会生成低聚异麦芽糖。谷氨酸发酵产生高浓度废水经过超滤膜过滤后进行双极性膜电渗析进行脱盐处理，脱盐后的废水可用于制取肥料，得到的脱盐后的清液含有大量的低聚异麦芽糖。这些有用物质白白排放，每年造成大量的损失浪费。
据报道，每生产1t味精，大约要排出10-15吨提取谷氨酸后的母液，全国每年要排放1000万吨这种高浓度有机废水。不仅严重污染了自然环境，而且制约了味精行业的发展。虽然味精生产企业、科研机构及有关的大专院校都对治理进行了大量的研究。但是，目前国内外都还没有成熟的成套技术应用于生产实践。主要的问题是一次性投资过大，或者日常运行费用过高，多数味精厂无法承受，不得不长期维持超标排放的现状。
因此，研究一种处理谷氨酸发酵废水的环保工艺，以减少废水污染、变废为宝，是本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是针对传统工艺的不足，提供了一种处理谷氨酸发酵废水的环保工艺，其大幅降低了生产成本，生产过程操作简便，产品质量稳定可靠。符合资源综合利用、节能减排的要求，同时减少了废液排放，减轻了污水处理负担，带来了巨大的经济效益和环保效益。为了实现本发明目的，采用如下技术方案：
一种处理谷氨酸发酵废水的环保工艺，其特征在于包括如下步骤：
（1）谷氨酸发酵液经高速碟片分离机将菌体蛋白分离，高速碟片机分离菌体蛋白的转速为4000～5000r/min，收集除菌液，以及沉淀菌体蛋白；
（2）步骤（1）制备的菌体蛋白加入适量温水调匀，调整固含量15％（w/w），投入发酵装置内，用石灰乳调节pH为6.0-7.0，接入1/10(V/V，体积是加水调匀后菌体蛋白水溶液的1/10)复合种子液，搅拌均匀，控制温度32－34℃，培养过程中间歇通气并缓慢搅拌，培养24h，获得成熟发酵液益生菌剂；
所述复合种子液为酿酒酵母和植物乳杆菌按照体积比3：1制备而得，所述酿酒酵母优选为：CCTCC NO:M208110(参见CN101434911),所述植物乳杆菌优选为：CCTCC M208151(参见CN101748082),将酿酒酵母和植物乳杆菌按照常规培养浓度均控制在1×108个/ml，所培养的菌液按照体积比例3：1混合得到复合种子液；
（3）步骤（1）制备的除菌液泵入脱色罐进行脱色处理，脱色罐中添加除菌液质量1.5%的粉状活性炭，控制脱色罐内的温度为45-50℃，脱色30分后浓缩、所述浓缩参数为：温度60－70℃，真空度为-0.1kpa，一次结晶获得粗晶体；将粗晶体分离纯化，脱色、离子交换，二次结晶，分离，干燥，筛分精制；
（4）取上述步骤（3）提取步骤产生的生产废水，自然沉降固液分离，获得沉降物与上清液，将上清液排入进入污水处理系统，添加复合微生物菌剂深度处理后达标排放。
所述复合微生物菌剂的活性成分包括下列重量份的原料：
酵母菌10份、枯草芽孢杆菌7份、巨大芽孢杆菌6份、反硝化菌5份、铜绿假单孢菌5份、红球菌4份、黄孢原毛平革菌3份。
所述酵母菌为酵母菌（Candida santamariae）CGMCC NO 2959(CN101629144A)；
所述枯草芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）CGMCC NO 2947(CN101838621A)
所述巨大芽孢杆菌为巨大芽孢杆菌（Bacillus megatherium）CGMCC No：1487(CN101074421A);
所述反硝化菌为反硝化菌（Paracoccus pantotrophus）ATCC 35512；
所述铜绿假单孢菌为铜绿假单孢菌（Pseudomonas aeruginosa）ATCC15442;
所述红球菌为红球菌（Rhodococcus rhodochrous） ATCC 15906；（参见文献Cloning and Characterization of Benzoate Catabolic Genes in the Gram-Positive Polychlorinated Biphenyl DegraderRhodococcus sp. Strain RHA1，J. Bacteriol. November 2001）；
所述黄孢原毛平革菌为黄孢原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium）ATCC 24725（参见文献APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY, Feb1994, p709-714）
2011）；
将以上酵母菌、枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、反硝化菌、铜绿假单孢菌、红球菌、黄孢原毛平革菌按照常规培养浓度均控制在2×108个/克，所培养的菌液按照质量比例混合得到液体菌剂；
取上述液体菌剂与载体搅拌混合，优选以壳聚糖为载体，按照菌剂：载体为2：1的重量比混合。干燥：将混合好物料进行干燥，干燥温度为20-50℃，干燥后含水量为20-30％；检验、包装：按质量标准检验，成品按重量进行包装，即得固体菌剂。
按每立方米每次投加微生物固体菌剂20－30克，每天投加1次，连续投加一周，最后静置3天，将液体排出。
本发明取得的有益效果：
1 以废弃菌体蛋白为原料，微生物发酵制备益生菌剂，变废为宝，解决环境污染问题，制备的菌剂促进动物生长，提高动物抗病能力，还创造客观的经济效益。
2复合菌剂专门针对本发明谷氨酸提取制备过程的废水，将各种能形成优势菌群的菌种，配制成高效微生物制剂，按一定量投加到废水处理系统中，加速微生物对污染物的降解，以提高系统的生物处理效率，保证系统稳定运行。其含有多种对难降解污染物有优良降解能力的微生物，各菌种之间合理配伍，共生协调，互不拮抗，活性高，生物量大，繁殖快，投加在废水处理系统中，对大分子、难降解物质有良好的降解效果，对传统的氨酸过程排放废水有独特的处理效果。适于本申请制备方法产生废水排放处理，可提高处理水量和处理水质，降低运行费用，促进达标排放。
具体实施方式：
实施例1：
一种处理谷氨酸发酵废水的环保工艺，其特征在于包括如下步骤：
（1）谷氨酸发酵液经高速碟片分离机将菌体蛋白分离，高速碟片机分离菌体的转速为4000～5000r/min，收集除菌液，以及沉淀菌体蛋白；
（2）步骤（1）制备的菌体蛋白加入适量温水调匀，调整固含量15％，投入发酵装置内，用石灰乳调节pH为6.0-7.0，接入1/10(V/V，体积是加水调匀后菌体蛋白水溶液的1/10)复合种子液，搅拌均匀，控制温度32－34℃，培养过程中间歇通气并缓慢搅拌，培养24h，获得成熟发酵液益生菌剂；
所述复合种子液为酿酒酵母和植物乳杆菌按照体积比3：1制备而得，所述酿酒酵母优选为：CCTCC NO:M208110(CN101434911),所述植物乳杆菌优选为：CCTCC M208151(CN101748082),将酿酒酵母和植物乳杆菌按照常规培养浓度均控制在1×108个/ml，所培养的菌液按照体积比例3：1混合得到复合种子液；
（3）步骤（1）制备的除菌液泵入脱色罐进行脱色处理，脱色罐中添加除菌液质量1.5%的粉状活性炭，控制脱色罐内的温度为45-50℃，脱色30分后浓缩、所述浓缩参数为：温度60－70℃，真空度为-0.1kpa，一次结晶获得粗晶体；将粗晶体分离纯化，脱色、离子交换，二次结晶，分离，干燥，筛分精制；
（4）取上述步骤（3）提取步骤产生的生产废水，自然沉降固液分离，获得沉降物与上清液，将上清液排入进入污水处理系统，添加复合微生物菌剂深度处理后达标排放。
所述复合微生物菌剂的活性成分包括下列重量份的原料：
酵母菌10份、枯草芽孢杆菌7份、巨大芽孢杆菌6份、反硝化菌5份、铜绿假单孢菌5份、红球菌4份、黄孢原毛平革菌3份。
所述酵母菌为酵母菌（Candida santa mariae）CGMCC NO 2959(CN101629144A)；
所述枯草芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）CGMCC NO 2947(CN101838621A)
所述巨大芽孢杆菌为巨大芽孢杆菌（Bacillus megatherium）CGMCC No：1487(CN101074421A);
所述反硝化菌为反硝化菌（Paracoccus pantotrophus）ATCC 35512；
所述铜绿假单孢菌为铜绿假单孢菌（Pseudomonas aeruginosa）ATCC15442;
所述红球菌为红球菌（Rhodococcus rhodochrous） ATCC 15906；（参见文献Cloning and Characterization of Benzoate Catabolic Genes in the Gram-Positive Polychlorinated Biphenyl DegraderRhodococcus sp. Strain RHA1，J. Bacteriol. November 2001）；
所述黄孢原毛平革菌为黄孢原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium）ATCC 24725（参见文献APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY, Feb1994, p709-714）
2011）；
将以上酵母菌、枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、反硝化菌、铜绿假单孢菌、红球菌、黄孢原毛平革菌按照常规培养浓度均控制在2×108个/克，所培养的菌液按照质量比例混合得到液体菌剂；
取上述液体菌剂与载体搅拌混合，优选以壳聚糖为载体，按照菌剂：载体为2：1的重量比混合。干燥：将混合好物料进行干燥，干燥温度为20-50℃，干燥后含水量为20-30％；检验、包装：按质量标准检验，成品按重量进行包装，即得固体菌剂。
按每立方米每次投加微生物固体菌剂20－30克，每天投加1次，连续投加一周，最后静置3天，将液体排出。
实施例2：实施例1制备的益生菌剂效果试验：
试验用猪为杜洛克；
对照组饮用自来水; 试验组饮用1%益生菌剂水溶液（重量比），平均始重24.2kg，
试验组和对照组用猪各20 头，随机分组，同样条件饲养98d，生长情况如表1所示：
表1：益生菌剂对猪的体重增长比较
组别 例数 初始体重 33d体重 66d体重 98d体重 增重％
对照组 20 24.2 48.3 71.3 93.5 /
实验组 20 24.2 52.5 80.7 103.3 10．5
表1 资料表明，实验组猪生长能力明显高于对照组，饲养期间实验组发生腹泻、便秘等消化道疾病明显减少，粪便臭味也明显降低，蚊蝇数量也比对照组少，经济效益明显提高。
实施例3 处理废水效果实例
取阜丰生产车间，谷氨酸提取废水，按照实施例1方法产生的污水上清液进入污水处理系统，利用50L水桶作为试验设备并带搅拌，分别取30L，加入两个桶中，调pH为7.0，水温20℃，取样测定COD、氨氮、总氮数据；对照组不添加复合菌剂，实验组添加实施例1中复合菌剂，按每立方米每次投加微生物制剂20克，每天投加1次，连续投加一周后，取样测定COD、氨氮、总氮数据，经处理后的废水完全达到排放标准，具体结果见表2：
                             表2
  COD平均去除率 氨氮平均去除率
对照组 6.5% 8.2%
实验组 99.5% 99.7%
以上列举的仅是本发明的最佳具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种处理谷氨酸发酵废水的环保工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：
（1）谷氨酸发酵液经高速碟片分离机将菌体蛋白分离，高速碟片机分离菌体的转速为4000～5000r/min，收集除菌液和菌体蛋白；
（2）步骤（1）制备的菌体蛋白加水调匀，调整固含量15％，投入发酵装置内，调节pH为6.0-7.0，接入1/10体积的复合种子液，搅拌均匀，控制温度32-34℃，培养过程中间歇通气并缓慢搅拌，培养24h，获得成熟发酵液益生菌剂；
（3）步骤（1）制备的除菌液泵入脱色罐进行脱色处理，脱色罐中添加除菌液质量1.5%的粉状活性炭，控制脱色罐内的温度为45-50℃，脱色30分后浓缩，然后一次结晶，脱色，离子交换，二次结晶；
（4）取所述步骤（3）产生的废水，自然沉降固液分离，获得沉降物与上清液，将上清液排入进入污水处理系统，添加复合微生物菌剂处理后达标排放；
所述复合微生物菌剂的活性成分包括下列重量份的原料：
酵母菌10份、枯草芽孢杆菌7份、巨大芽孢杆菌6份、反硝化菌5份、铜绿假单孢菌5份、红球菌4份、黄孢原毛平革菌3份；
所述酵母菌为酵母菌（Candida santamariae）CGMCC No：2959；
所述枯草芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）CGMCC No：2947
所述巨大芽孢杆菌为巨大芽孢杆菌（Bacillus megatherium）CGMCC No：1487;
所述反硝化菌为反硝化菌（Paracoccus pantotrophus）ATCC 35512；
所述铜绿假单孢菌为铜绿假单孢菌（Pseudomonas aeruginosa）ATCC 15442；
所述红球菌为红球菌（Rhodococcus rhodochrous） ATCC 15906；
所述黄孢原毛平革菌为黄孢原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium）ATCC 24725；
所述复合种子液按照如下方法制备而得：将酿酒酵母和植物乳杆菌分别按照常规培养至浓度为1×108个/ml，所培养的菌液按照酿酒酵母：植物乳杆菌为3：1体积比例混合得到复合种子液；所述酿酒酵母为CCTCC NO:M208110,所述植物乳杆菌为CCTCC NO：M208151。
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