CN104276732B - 利用生物制剂处理苏氨酸发酵废水的环保工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用生物制剂处理苏氨酸发酵废水的环保工艺，其利用高速碟片分离机将苏氨酸发酵液中的菌体蛋白分离，回收菌体蛋白沉淀，并收集上清液，将上清液采用膜过滤，膜回收菌体蛋白，并收集滤液，合并菌体蛋白，调整固含量发酵制备益生菌剂；浓缩、等电沉降提取苏氨酸步骤产生的生产废水，自然沉降固液分离，上清液排入进入污水处理系统，调节pH添加复合微生物菌剂深度处理后达标排放，本发明工艺废水排放少，经济环保。其具有广阔的应用前景。

Description

利用生物制剂处理苏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苏氨酸生产技术工艺领域，具体提供一种利用生物制剂处理苏氨酸发酵废水的环保工艺
背景技术
苏氨酸（Threonine，简写为Thr），学名2-氨基-3-羟基丁酸，属于脂肪族氨基酸，微甜，因结构与苏糖相似而得名，是构成人和动植物蛋白质的一种必需氨基酸，主要用于医药、化学试剂、营养强化剂，可以强化乳制品，具有恢复人体疲劳，促进生长发育的效果。近年来，随着经济的发展，市场对苏氨酸需求持续稳定增长，是需求增长最快的氨基酸品种之一，特别是在化学及生化、食品添加剂、饲料添加剂等方面的用量增长迅速，大有取代色氨酸而成为除赖氨酸、蛋氨酸以外的发展最迅速的第三大氨基酸。
目前，苏氨酸的生产方法主要有发酵法、蛋白质水解法和化学合成法三种，其中微生物发酵法已经成为生产苏氨酸的主流方法。发酵法生产苏氨酸需经过发酵、膜过滤、浓缩结晶、离心分离、干燥、筛分、包装等工艺操作，产生大量有机废水，其含有菌体蛋白，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苏氨酸废弃菌体中蛋白质的含量高达80％以上，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。且苏氨酸发酵过程中所加入糖类物质与苏氨酸一起经过发酵后会生成低聚异麦芽糖和麦芽糖等。苏氨酸发酵产生母液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，不仅严重污染了自然环境，而且制约了苏氨酸行业的发展。虽然生产企业、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，多数厂家无法承受，不得不长期维持超标排放的现状。
因此，研究一种处理苏氨酸发酵废水的环保工艺，以减少废水污染、降低污水处理负担，增加企业的经济效益，具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是针对传统工艺的不足，提供了一种利用生物制剂处理苏氨酸发酵废水的环保工艺，其大幅降低了成产成本，生产过程操作简便，产品质量稳定可靠。减少了废液排放，降低了污水处理负担，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：
一种处理苏氨酸发酵废水的环保工艺，包括如下步骤：
（1）、离心分离：利用高速碟片分离机将苏氨酸发酵液中的菌体蛋白分离，高速碟片机分离菌体的转速为4000～5000r/min，回收菌体蛋白沉淀，并收集上清液。
（2）、膜过滤二次去除菌体蛋白：将步骤1)获得的上清液采用陶瓷膜过滤，膜孔径40nm，其中，过滤温度为37℃，进膜压力为2.0bar，过滤回收菌体蛋白，并收集滤液。
（3）、菌体蛋白处理：将步骤1）和步骤2)的菌体蛋白合并，并加入适量温水调匀，调整固含量12－15％，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℃，培养过程中间歇通气并缓慢搅拌，培养24－36h，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4：1制备而得，所述酿酒酵母优选为：CGMCCNO2388(CN102265984),所述植物乳杆菌优选为：CCTCCM208151(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4：1混合得到复合种子液；
(4)、将步骤2)收集的滤液通过浓缩、等电沉降提取苏氨酸，该步骤产生的生产废水，自然沉降固液分离，获得沉降物与上层液，将上层液排入进入污水处理系统，调节pH6.0-7.0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：
放线菌9份、黑曲霉7份、枯草芽孢杆菌7份、嗜酸氧化亚铁硫杆菌6份、脱氮副球菌5份、亚硝化菌5份、红球菌4份、黄孢原毛平革菌2份。
所述放线菌为放线菌(streptomycesgriseorubens)CGMCCNO5706(CN102703344A)；
所述黑曲霉具体为黑曲霉（Aspergillusnige）CCTCCNo：M206034；(CN1924000)；
所述枯草芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）CGMCCNO2947(CN101838621A)；
所述嗜酸氧化亚铁硫杆菌为嗜酸氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillusferrooxidans）ATCC53993（可见文献AgenomicislandprovidesAcidithiobacillusferrooxidansATCC53993additionalcopperresistance:apossiblecompetitiveadvantage.ApplMicrobiolBiotechnol.2011）；
所述脱氮副球菌具体为脱氮副球菌(Paracoccusdenitrificans)ATCC13543（参见文献GenescodingforrespiratorycomplexesmaponallthreechromosomesoftheParacoccusdenitrificansgenome,ArchivesofMicrobiology，1998）；
所述亚硝化菌具体为亚硝化菌（Nitrosomonaseuropaea）ATCC19718（参见文献CompleteGenomeSequenceoftheAmmonia-OxidizingBacteriumandObligateChemolithoautotrophNitrosomonaseuropaea，2003）
所述红球菌为红球菌（Rhodococcusrhodochrous）ATCC15906；（参见文献CloningandCharacterizationofBenzoateCatabolicGenesintheGram-PositivePolychlorinatedBiphenylDegraderRhodococcussp.StrainRHA1，J.Bacteriol.November2001）；
所述黄孢原毛平革菌为黄孢原毛平革菌（Phanerochaetechrysosporium）ATCC24725（参见文献APPLIEDANDENVIRONMENTALMICROBIOLOGY,Feb1994,p709-714）
将以上放线菌、黑曲霉、枯草芽孢杆菌、嗜酸氧化亚铁硫杆菌、脱氮副球菌、亚硝化菌、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1：1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10-20％；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。
按每立方米釜底料每次投加微生物制剂20－25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：
本发明解决了苏氨酸发酵废水难以利用和治理的缺陷，母液中的苏氨酸成分得到了有效提取。本发明的复合菌剂专门针对苏氨酸提取过程产生的离子交换吸附流出液、冲洗水等废水，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。适于苏氨酸废水排放处理，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
一种苏氨酸发酵废水的环保工艺，包括如下步骤：
（1）、离心分离：利用高速碟片分离机将苏氨酸发酵液中的菌体蛋白分离，高速碟片机分离菌体的转速为4000～5000r/min，回收菌体蛋白沉淀，并收集上清液。
（2）、膜过滤二次去除菌体蛋白：将步骤1)获得的上清液采用陶瓷膜过滤，膜孔径40nm，其中，过滤温度为37℃，进膜压力为2.0bar，过滤回收残余菌体蛋白，并收集滤液。
（3）、菌体蛋白处理：将步骤1）和步骤2)的菌体蛋白合并，并加入适量温水调匀，调整固含量12－15％，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℃，培养过程中间歇通气并缓慢搅拌，培养24－36h，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4：1制备而得，所述酿酒酵母优选为：CGMCCNO2388(CN102265984),所述植物乳杆菌优选为：CCTCCM208151(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4：1混合得到复合种子液；
(4)、将步骤2)收集的滤液通过浓缩、等电沉降提取苏氨酸，该步骤产生的生产废水，自然沉降固液分离，获得沉降物与上层液，将上层液排入进入污水处理系统，调节pH6.0-7.0，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：
放线菌9份、黑曲霉7份、枯草芽孢杆菌7份、嗜酸氧化亚铁硫杆菌6份、脱氮副球菌5份、亚硝化菌5份、红球菌4份、黄孢原毛平革菌2份。
所述放线菌为放线菌(streptomycesgriseorubens)CGMCCNO5706(CN102703344A)；
所述黑曲霉具体为黑曲霉（Aspergillusnige）CCTCCNo：M206034；(CN1924000)；
所述枯草芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）CGMCCNO2947(CN101838621A)；
所述嗜酸氧化亚铁硫杆菌为嗜酸氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillusferrooxidans）ATCC53993（可见文献AgenomicislandprovidesAcidithiobacillusferrooxidansATCC53993additionalcopperresistance:apossiblecompetitiveadvantage.ApplMicrobiolBiotechnol.2011）；
所述脱氮副球菌具体为脱氮副球菌(Paracoccusdenitrificans)ATCC13543（参见文献GenescodingforrespiratorycomplexesmaponallthreechromosomesoftheParacoccusdenitrificansgenome,ArchivesofMicrobiology，1998）；
所述亚硝化菌具体为亚硝化菌（Nitrosomonaseuropaea）ATCC19718（参见文献CompleteGenomeSequenceoftheAmmonia-OxidizingBacteriumandObligateChemolithoautotrophNitrosomonaseuropaea，2003）
所述红球菌为红球菌（Rhodococcusrhodochrous）ATCC15906；（参见文献CloningandCharacterizationofBenzoateCatabolicGenesintheGram-PositivePolychlorinatedBiphenylDegraderRhodococcussp.StrainRHA1，J.Bacteriol.November2001）；
所述黄孢原毛平革菌为黄孢原毛平革菌（Phanerochaetechrysosporium）ATCC24725（参见文献APPLIEDANDENVIRONMENTALMICROBIOLOGY,Feb1994,p709-714）
将以上放线菌、黑曲霉、枯草芽孢杆菌、嗜酸氧化亚铁硫杆菌、脱氮副球菌、亚硝化菌、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1：1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10-20％；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。
按每立方米釜底料每次投加微生物制剂20－25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
取阜丰苏氨酸发酵车间苏氨酸提取工序废水，按照实施例1方法进入污水处理系统，按每立方米釜底料每次投加微生物制剂20克，每天投加1次，连续投加一周，最后静置3天，将液体排出，所述排放标准为废水处理后应达到《污水综合排放标准》(GB8978-96)一级标准，具体见表1：
表1
检测项目 初始值 排放标准 处理后
CODCR/mg/L 9700 100 73
BOD5/mg/L 2371 30 25
SS/mg/L 1768 70 37
经过半年的调试运行，污水处理系统运行可靠，出水水质稳定，处理效果好，2014年2月，当地环保部门对该项目进行验收，监测出水CODCR为73mg/L，BOD5为25mg/L，SS为37mg/L均达到排放标准。
实施例3
实施例1制备的益生菌剂效果试验：
试验用猪为杜洛克×军牧1号杂种猪
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25.3kg，
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试验数据
组别 初始体重 33d体重 66d体重 98d体重 增重％
对照组 25.3 49.2 72.7 94.9
实验组 25.3 53.5 82.1 105.4 11．1
表1资料表明，实验组猪生长能力明显高于对照组，并且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。
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 (2)

1.一种利用生物制剂处理苏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）利用高速碟片分离机将苏氨酸发酵液中的菌体蛋白分离，高速碟片分离机分离菌体的转速为4000～5000r/min，回收菌体蛋白沉淀，并收集上清液；
2）将步骤1)获得的上清液采用陶瓷膜过滤，膜孔径40nm，其中，过滤温度为37℃，进膜压力为2.0bar，过滤回收残余菌体蛋白，并收集滤液；
3）将步骤1）和步骤2)的菌体蛋白合并，并加入温水调匀，调整固含量12－15％，投入发酵装置内，用石灰乳调节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℃，培养过程中间歇通气并缓慢搅拌，培养36h，获得成熟发酵液益生菌剂；
4)将步骤2)收集的滤液通过浓缩、等电提取苏氨酸，该步骤产生的生产废水，自然沉降固液分离，获得沉降物与上层液，将上层液排入进入污水处理系统，调节pH6.0-7.0，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：
放线菌9份、黑曲霉7份、枯草芽孢杆菌7份、嗜酸氧化亚铁硫杆菌6份、脱氮副球菌5份、亚硝化菌5份、红球菌4份、黄孢原毛平革菌2份；
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在1×108个/ml，所培养的菌液按照体积比例4：1混合即得；所述酿酒酵母为：CGMCCNo：2388,所述植物乳杆菌为：CCTCCNo：M208151；
所述放线菌为放线菌streptomycesgriseorubensCGMCCNo：5706；
所述黑曲霉为黑曲霉AspergillusnigeCCTCCNo：M206034；
所述枯草芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌BacillussubtilisCGMCCNo：2947；
所述嗜酸氧化亚铁硫杆菌为嗜酸氧化亚铁硫杆菌AcidithiobacillusferrooxidansATCC53993；
所述脱氮副球菌为脱氮副球菌ParacoccusdenitrificansATCC13543；
所述亚硝化菌为亚硝化菌NitrosomonaseuropaeaATCC19718；
所述红球菌为红球菌RhodococcusrhodochrousATCC15906；
所述黄孢原毛平革菌为黄孢原毛平革菌PhanerochaetechrysosporiumATCC24725。
2.权利要求1所述工艺用于清洁生产苏氨酸的用途。
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