CN104725147A - 一种利用生物发酵氨基酸废水制备有机-无机复混肥的工艺 - Google Patents

一种利用生物发酵氨基酸废水制备有机-无机复混肥的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用生物发酵氨基酸废水制备有机-无机复混肥的工艺，包括如下步骤：1)收集生物发酵氨基酸废水，2)制备生物有机质，3)制备矿物质复合物，4)制备微生物制剂，以及5)制备复混肥。本发明工艺制备的复混肥具有肥效好，无污染，投资少，耗能低及见效快等特点，同时具有重要的环保意义。

Description

一种利用生物发酵氨基酸废水制备有机-无机复混肥的工艺
技术领域
本发明涉及一种利用生物发酵氨基酸废水制备有机-无机复混肥的工艺，属于农产品加工的液体废弃物无害化处理和资源化利用技术领域。
背景技术
目前，生物发酵企业在发酵生产各种氨基酸过程中，产生大量的废液，由于发酵氨基酸废水中具有COD、SO4 2-和NH3-N含量高及酸性强等特点，此外，废水中还含有大量的还原糖、氨氮，如果任意排放不仅造成严重的环境污染，而且浪费了宝贵资源。如果将废水进行处理，投资巨大，也不符合循环经济发展要求。将发酵生产氨基酸废水综合利用起来，对于生物发酵氨基酸企业可持续发展，具有重要的战略意义。将生物发酵生产氨基酸废水加工成有机-无机复混肥料，即解决了废水的处理难，污染环境的问题，又给企业带来显著的经济效益。
我国肥料领域面临较大的瓶颈，人们为了提高粮食产量，很多农田大量投入使用无机化肥进行提产的同时却忽略了化肥对农产品的质量、土壤板结、地下水和生态环境的不利影响，使得土壤中的有机质急剧下降，破坏了原有土壤生态平衡，土壤板结、水土污染、环境恶化、生态失衡，农业生产成本增加和农产品质量下降矛盾日益突出，从而出现了增产不增收和环境污染(江河湖泊水澡等疯狂滋生)的恶性循环。
农药是防治农作物病虫害和养殖业病害的有效手段，大量农药的使用，成为食品安全和危害人们健康的主要“杀手”。化学农药按其功能不同，主要分为杀虫剂、除草剂和杀菌剂三大类。依据化学结构不同，可分为有机氯类、有机磷类、拟除虫菊脂类、氨基甲酸脂类和无机农药等多种类型。有机磷农药已成为使用量最大的农药之一，我国生产的有机磷农药的品种就有20多种，年产量超过100kt，占我国农药总产量的80％以上。据统计，我国施用农药面积在200亿hm2以上，每年用量50万吨以上。这些施用的农药，有一半以上残留于土壤，给粮食安全带来很大的安全隐患。
发明内容
本发明为解决生物发酵企业生产各种氨基酸过程中产生的废水处理问题，本发明的目的是提供一种利用生物发酵氨基酸废水制备有机-无机复混肥的工艺，具有肥效好，无污染，投资少，耗能低及见效快等特点，同时具有重要的环保意义。
本发明是通过如下技术方案完成的：
一种利用生物发酵氨基酸废水制备有机-无机复混肥的工艺，包括如下步骤：1)收集生物发酵氨基酸废水，2)制备生物有机质，3)制备矿物质复合物，4)制备微生物制剂，以及5)制备复混肥。
具体地，所述工艺包括如下步骤：
1)收集生物发酵氨基酸废水：将生物发酵氨基酸产生的废液过滤去除菌体蛋白后，得到初级母液；将初级母液经四效蒸发器进行浓缩成初级母液体积的四分之一，即为生物发酵氨基酸废水；
2)制备生物有机质：将麦麸和豆粕按1∶1的重量比混合搅拌均匀，随后添加0.1mol/L的盐酸溶液，以没过为准，浸泡12小时，然后80℃烘干，最后粉碎成粉末；将花生壳晒干，用粉碎机粉碎成花生壳粉；将上述粉末、花生壳粉和步骤1)所得生物发酵氨基酸废水按照1∶1∶1的质量比添加到搅拌罐中，500转/分钟的速度搅拌15min后，将搅拌罐中的物料送入反应器中，往反应器中通入水蒸汽，维持反应器的温度在95-100℃，保温反应30min，最后自然冷却即得；
3)制备矿物质复合物：首先将方解石进行粉碎处理得到方解石粉，然后与腐植酸和草炭按照1∶2∶2的重量比混合均匀，即得；所述方解石粉、腐植酸和草炭的粒径均控制在100目；
4)制备微生物制剂：将荧光假单胞菌、粪肠球菌、藤黄微球菌以及圆褐固氮菌分别培养成浓度为1×108个/ml的菌液，按照2∶2∶1∶1的体积比混合搅拌均匀即得；
5)制备复混肥：按照步骤1)所得生物发酵氨基酸废水、步骤2)所得生物有机质、步骤3)所得矿物质复合物、磷酸一铵、氯化钾以及尿素混合搅拌均匀，加入到双螺杆挤出造粒机中进行造粒，然后喷洒步骤4)所得微生物制剂，搅拌均匀，最后10-20℃干燥，控制水分含量为3-5％，包装即得。
所述5)制备复混肥步骤中：步骤1)所得生物发酵氨基酸废水、步骤2)所得生物有机质、步骤3)所得矿物质复合物、步骤4)所得微生物制剂、磷酸一铵、氯化钾以及尿素的质量比例为10∶5∶3∶3∶2∶1∶1。
所述荧光假单胞菌为荧光假单胞菌(P.Fluorescens)ATCC49642；所述粪肠球菌为粪肠球菌(Enterococcus faecalis)ATCC 29212；所述藤黄微球菌为藤黄微球菌(Micrococcus luteus)ATCC 49442；所述圆褐固氮菌为圆褐固氮菌(Azotobacter chroococcum)ATCC4412。
上述复混肥的使用方法可为：耕种土壤时播撒，耕种土壤深度为15-30cm，每亩地的施加量为40-60kg；也可采用其他常规施肥方式。
注，上述步骤中菌种扩大培养及制备菌剂的方法不是唯一的，本领域技术人员可以根据常识选择合适的培养基及扩大培养方法，使活菌数达到108个/克，以及按照常规制备菌剂的方法制备。本发明所述菌种均可以从美国模式培养物集存库(ATCC)购买得到。
本发明的技术方案具有以下突出的特点：
1.本发明技术工艺将发酵生产氨基酸过程中产生的废水有效的利用起来，制成有机-无机复混肥料，不仅解决了环保问题，而且给企业带来显著经济效益。
2.本发明复混肥各原料配伍合理，通过有效利用农作物废弃物和矿物质复合物，结合微生物技术，使得肥料更加持久；本发明肥料中加补充了多种养料，肥效全面，增强作物抗病抗逆能力；本发明肥料还能够有效地修复农药污染土壤，去除效果好，保证了粮食安全；本发明微生物制剂中各菌种之间合理配伍，协同作用强，活性高繁殖快；
3.本发明有机-无机复混肥克服了单纯有机肥或者无机肥的缺点，充分发挥了二者的优点，能够保证作物高产、稳产，同时还可以提高作物品质，改善土壤性状和环境。
4.本发明技术工艺具有投资少、耗能低及见效快等特点，给企业带来丰富的利润空间。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种利用生物发酵氨基酸废水制备有机-无机复混肥的工艺，其包括如下步骤：
1)收集生物发酵氨基酸废水：将生物发酵氨基酸产生的废液过滤去除菌体蛋白后，得到初级母液；将初级母液经四效蒸发器进行浓缩成初级母液体积的四分之一，即为生物发酵氨基酸废水；
2)制备生物有机质：将麦麸和豆粕按1∶1的重量比混合搅拌均匀，随后添加0.1mol/L的盐酸溶液，以没过为准，浸泡12小时，然后80℃烘干，最后粉碎成粉末；将花生壳晒干，用粉碎机粉碎成花生壳粉；将上述粉末、花生壳粉和步骤1)所得生物发酵氨基酸废水按照1∶1∶1的质量比添加到搅拌罐中，500转/分钟的速度搅拌15min后，将搅拌罐中的物料送入反应器中，往反应器中通入水蒸汽，维持反应器的温度在95℃，保温反应30min，最后自然冷却即得；上述粉末和花生壳粉的粒径均控制在100目；
3)制备矿物质复合物：首先将方解石进行粉碎处理得到方解石粉，然后与腐植酸和草炭按照1∶2∶2的重量比混合均匀，即得；所述方解石粉、腐植酸和草炭的粒径均控制在100目；
4)制备微生物制剂：将荧光假单胞菌、粪肠球菌、藤黄微球菌以及圆褐固氮菌分别培养成浓度为1×108个/ml的菌液，按照2∶2∶1∶1的体积比混合搅拌均匀即得。
5)制备复混肥：按照步骤1)所得生物发酵氨基酸废水、步骤2)所得生物有机质、步骤3)所得矿物质复合物、磷酸一铵、氯化钾以及尿素混合搅拌均匀，加入到双螺杆挤出造粒机中进行造粒，然后喷洒微生物制剂，搅拌均匀，最后10℃干燥，控制水分含量为3％(质量/质量)，包装即得；
其中，步骤1)所得生物发酵氨基酸废水、步骤2)所得生物有机质、步骤3)所得矿物质复合物、步骤4)所得微生物制剂、磷酸一铵、氯化钾以及尿素的质量比例为10∶5∶3∶3∶2∶1∶1。
上述复混肥的使用方法可为：耕种土壤时播撒，耕种土壤深度为15cm，每亩地的施加量为40kg。
实施例2
一种利用生物发酵氨基酸废水制备有机-无机复混肥的工艺，其包括如下步骤：
1)收集生物发酵氨基酸废水：将生物发酵氨基酸产生的废液过滤去除菌体蛋白后，得到初级母液；将初级母液经四效蒸发器进行浓缩成初级母液体积的四分之一，即为生物发酵氨基酸废水；
2)制备生物有机质：将麦麸和豆粕按1∶1的重量比混合搅拌均匀，随后添加0.1mol/L的盐酸溶液，以没过为准，浸泡12小时，然后80℃烘干，最后粉碎成粉末；将花生壳晒干，用粉碎机粉碎成花生壳粉；将上述粉末、花生壳粉和步骤1)所得生物发酵氨基酸废水按照1∶1∶1的质量比添加到搅拌罐中，500转/分钟的速度搅拌15min后，将搅拌罐中的物料送入反应器中，往反应器中通入水蒸汽，维持反应器的温度在100℃，保温反应30min，最后自然冷却即得；上述粉末和花生壳粉的粒径均控制在100目；
3)制备矿物质复合物：首先将方解石进行粉碎处理得到方解石粉，然后与腐植酸和草炭按照1∶2∶2的重量比混合均匀，即得；所述方解石粉、腐植酸和草炭的粒径均控制在100目；
4)制备微生物制剂：将荧光假单胞菌、粪肠球菌、藤黄微球菌以及圆褐固氮菌分别培养成浓度为1×108个/ml的菌液，按照2∶2∶1∶1的体积比混合搅拌均匀即得。
所述荧光假单胞菌为荧光假单胞菌(P.Fluorescens)ATCC49642(WO2003066873A)；
所述粪肠球菌为粪肠球菌(Enterococcus faecalis)ATCC 29212(In Vivo.2009Jan-Feb；23(1)：81-7)；
所述藤黄微球菌为藤黄微球菌(Micrococcus luteus)ATCC 49442(APPLIED ANDENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY1992，p.3423-3425)；
所述圆褐固氮菌为圆褐固氮菌(Azotobacter chroococcum)ATCC4412(Production ofexocellular polysaccharide by Azotobacter chroococcum.Appl Bíochem Biotechnol.1991Sep；30(3)：273-84.)。
5)制备复混肥：按照步骤1)所得生物发酵氨基酸废水、步骤2)所得生物有机质、步骤3)所得矿物质复合物、磷酸一铵、氯化钾以及尿素混合搅拌均匀，加入到双螺杆挤出造粒机中进行造粒，然后喷洒微生物制剂，搅拌均匀，最后20℃干燥，控制水分含量为5％(质量/质量)，包装即得；
其中，步骤1)所得生物发酵氨基酸废水、步骤2)所得生物有机质、步骤3)所得矿物质复合物、步骤4)所得微生物制剂、磷酸一铵、氯化钾以及尿素的质量比例为10∶5∶3∶3∶2∶1∶1。
上述复混肥的使用方法可为：耕种土壤时播撒，耕种土壤深度为30cm，每亩地的施加量为60kg。
实施例3
本发明肥料的肥效试验
一、种植高粱的效肥实验：
对照组采用氮磷钾复合肥(氮15磷15钾15)，实验组采用本发明实施例1制备的复混肥，试验田的土质和种植条件完全相同，面积均为10亩；施肥量均为50kg/亩；具体试验结果见表1：
表1
注：复合肥按照2.7元/kg计算，本发明有机肥按照2.3元/kg计算，高粱按照3.0元/kg。
二、种植红薯肥效实验：
设置两个处理试验田，面积均为10亩，为对照组和实验组。对照组采用复合肥(N16-P16-K16)，实验组采用本发明实施例1制备的复混肥，试验田的土质和种植条件完全相同，施肥量均为60kg/亩。实验组亩产量为2617Kg，对照组亩产量为2409Kg，亩均可增加创收百元以上。
实施例4
农药污染土壤的修复试验
将供试土样分为对照组和实验组，控制在对照组和实验组的2，4-滴丁酯的含量为10mg/每公斤土壤，控制土壤的含水量30％以上；实验组播撒本发明实施例2制备的复混肥，播撒量为1g/每公斤土壤，混合均匀；对照组不采用任何处理。5天和10天分别取样，按照快速溶剂萃取(ASE)方法制样，环己烷萃取土样中的2，4-滴丁酯，土壤中残留的2，4-滴丁酯的高效液相检测方法测定2，4-滴丁酯色谱条件：色谱柱Hypersil C18柱；流动相∶V(甲醇)∶V(乙腈)∶V(柠檬酸缓冲溶液)＝29∶21∶50；流速：1.5mL/min；检测波长230nm，柱温：室温；进样量：15μl。降解率(％)＝(1-实验组残留量/对照组残留量)×100％。5天后，2，4-滴丁酯的降解率为92.51％，10天降解率为97.83％。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方式对本案作了详尽的说明，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所作的修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种利用生物发酵氨基酸废水制备有机-无机复混肥的工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：1)收集生物发酵氨基酸废水，2)制备生物有机质，3)制备矿物质复合物，4)制备微生物制剂，以及5)制备复混肥。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：
1)收集生物发酵氨基酸废水：将生物发酵氨基酸产生的废液过滤去除菌体蛋白后，得到初级母液；将初级母液经四效蒸发器进行浓缩成初级母液体积的四分之一，即为生物发酵氨基酸废水；
2)制备生物有机质：将麦麸和豆粕按1∶1的重量比混合搅拌均匀，随后添加0.1mol/L的盐酸溶液，以没过为准，浸泡12小时，然后80℃烘干，最后粉碎成粉末；将花生壳晒干，用粉碎机粉碎成花生壳粉；将上述粉末、花生壳粉和步骤1)所得生物发酵氨基酸废水按照1∶1∶1的质量比添加到搅拌罐中，500转/分钟的速度搅拌15min后，将搅拌罐中的物料送入反应器中，往反应器中通入水蒸汽，维持反应器的温度在95-100℃，保温反应30min，最后自然冷却即得；
3)制备矿物质复合物：首先将方解石进行粉碎处理得到方解石粉，然后与腐植酸和草炭按照1∶2∶2的重量比混合均匀，即得；所述方解石粉、腐植酸和草炭的粒径均控制在100目；
4)制备微生物制剂：将荧光假单胞菌、粪肠球菌、藤黄微球菌以及圆褐固氮菌分别培养成浓度为1×108个/ml的菌液，按照2∶2∶1∶1的体积比混合搅拌均匀即得；
5)制备复混肥：按照步骤1)所得生物发酵氨基酸废水、步骤2)所得生物有机质、步骤3)所得矿物质复合物、磷酸一铵、氯化钾以及尿素混合搅拌均匀，加入到双螺杆挤出造粒机中进行造粒，然后喷洒步骤4)所得微生物制剂，搅拌均匀，最后10-20℃干燥，控制水分含量为3-5％，包装即得。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述5)制备复混肥：步骤1)所得生物发酵氨基酸废水、步骤2)所得生物有机质、步骤3)所得矿物质复合物、步骤4)所得微生物制剂、磷酸一铵、氯化钾以及尿素的质量比例为10∶5∶3∶3∶2∶1∶1。
4.根据权利要求2或3所述的工艺，其特征在于，所述荧光假单胞菌为荧光假单胞菌(P.Fluorescens)ATCC49642；所述粪肠球菌为粪肠球菌(Enterococcus faecalis)ATCC29212；所述藤黄微球菌为藤黄微球菌(Micrococcus luteus)ATCC 49442；所述圆褐固氮菌为圆褐固氮菌(Azotobacter chroococcum)ATCC4412。
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