CN106045201A - 黄原胶发酵废物的生物处理工艺 - Google Patents

黄原胶发酵废物的生物处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及黄原胶发酵废物的生物处理工艺，其是将发酵菌体蛋白制备饲料，污水经过生物处理和物理处理后排放；所述生物处理剂包括下列体积比的原料：铜绿假单胞菌5份、赭绿青霉3份、嗜酸氧化亚铁硫杆菌3份、红球菌3份、解淀粉芽孢杆菌4份、溶纸梭菌2份、斜生栅藻1份；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，有良好的降解效果，其有广阔的应用前景。

Description

黄原胶发酵废物的生物处理工艺
技术领域
本发明涉及生物发酵行业黄原胶清洁生产领域，具体提供一种黄原胶发酵废物的生物处理工艺。
背景技术
黄原胶(xanthan gum)是20世纪50年代美国农业部的北方研究室(Northern RegionalResearch Laboratories，NRRL)从野油菜黄单孢菌(Xanthom onas cam pestris)NRRLB21459发现了分泌的中性水溶性多糖，又称为汉生胶。它是由葡萄糖、甘露糖和葡萄糖醛酸以218∶2∶2的摩尔比组成的一种微生物胞外杂多糖，其“五糖重复单元”主链由2个D-葡萄糖分子经β-1，4糖苷键连接而成，具有类似纤维素的骨架结构，每2个葡萄糖中的一个碳键上连接有一个由2个甘聚糖和1个葡萄糖醛酸组成的三糖侧链。黄原胶独特的分子结构赋予了它众多卓越的理化性能，如良好的增稠性、触变性、乳化性、假塑性等。它还有一个重要的特性是能够与其他多聚糖产生交互作用导致黏度增加，同时，还是一种经反复确认的无毒安全的绿色物质，因此成为食品工业中广泛使用的一种细菌多糖和目前国际上性能最优越的生物胶之一。自20世纪60年代初美国Kelco公司投入工业化生产以来，黄原胶产品在食品、轻工、医药、纺织、化妆品、石油开采和消防等领域得到了非常广泛的应用。
目前，黄原胶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黄原胶的主流方法。发酵法生产黄原胶需经过发酵、膜过滤、浓缩结晶、离心分离、离子交换、干燥、筛分、包装等工艺操作，浓缩液离心分离后将产生大量的杂质氨基酸、蛋白质、残糖、无机盐等物质。
随着对黄原胶的需求猛增，我国已成为全球最大的黄原胶生产国。因为黄原胶是生物发酵多糖，必然会带来发酵废液污染的问题，由于黄原胶易溶于水，在生产中需要向发酵液中添加大量有机溶剂，将黄原胶从发酵液中沉淀出来，再以蒸馏方获得产品，其提取产生的污水特点是含大量菌体和和有机物(COD)，还有精馏塔回收酒后的外排污水和设备清洗，主要污染物为未利用的淀粉、蛋白质等有机物。黄原胶污水还有一个明显特点就是含有胶类物质，难以降解处理，含有大量的发酵污染物，主要含有部分氯化钠、硝酸钠、氯化钙等无机盐及大量的糖类和有机分子物质如残糖、乙酸、丙酮酸等，CODcr在4000mg/L以上。如果处理不好，不仅会污染环境，还会浪费其中的生物物质，同时对我国的水资源构成威胁，将严重制约企业的发展。
整个生产黄原胶的环节所产生的污水含有高浓度的工业COD、氨氮等污染物，处理成本较高，制约了黄原胶行业的发展。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。
目前对黄原胶污水的处理方法各有不同，物理法能够较快速的去除污水中的物质，但其缺点也不容忽视，如设备要经常清洗等，阻止该法在污水处理中的广泛应用。现有技术中还有采用物理吸附用于污水处理，吸附法主要依赖于吸附剂巨大的比表面积，通过物理吸附或化学吸附来除去水中的污染物。活性炭因具有丰富的孔隙结构和巨大的比表面积，且其化学稳定性好，吸附能力强，常被作为一种重要的吸附剂材料被广泛应用，但其成本较高。还有利用凹凸棒土等非金属离子矿物进行吸附，但天然非金属矿物作为吸附剂有以下几点局限性：天然非金属矿物密度较大且比表面积有限，天然非金属矿物表面多带负电，且直接采用天然非金属粉矿如粘土类矿物作为吸附剂，会存在吸附后固液难以分离的问题。
化学法降解过程则简单但无规则。黄原胶在高温状态下，可以与氧化性物质发生热降解，但此法需要大量的热量。而目前的生物处理方法均需要预处理如絮凝、气浮等。与物理法、化学法相比，微生处理污水具有经济高效等显著特点并可实现污水处理的资源化、无害，使得微生物法始终占有重要位置。
发明内容
本发明的目的是针对传统工艺的不足，提供了一种黄原胶发酵废物的生物处理工艺，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：
黄原胶发酵废物的生物处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将黄原胶发酵液（黄单胞菌发酵液）过滤收集除菌液（除菌液用于制备黄原胶，剩余残液为五岁）和菌体蛋白，将菌体蛋白制备饲料；
所述饲料的制备方法为：在菌体蛋白中加入等质量的豆渣，调节pH值12，缓慢加热至80℃，然后搅拌水解30分钟，最后调pH至7.0-7.5；然后，添加秸秆粉、鱼骨粉、酒糟，边添加边搅拌至糊状；最后通入蒸汽升温至105℃，蒸馏10分钟；其中秸秆粉、鱼骨粉、酒糟以及豆渣的质量比例为3：3：2：5，最后将蒸馏物烘干、粉碎后获得粉状营养饲料；
（2）将黄原胶污水经过格栅后，进入沉砂池，经过砂水分离的污水进入初次沉淀池，通过初沉池，促进污水中油脂的浮升，降低悬浮物的含量；
（3）制备物理吸附剂
按照镁橄榄石粉、贝壳粉、高岭土、壳聚糖、造孔剂质量比为3:2:3:1:5的质量比混合，搅拌均匀后置于造粒机中，加入混合料22-25％（重量）的水，造粒，得到粒径为3～5mm的球形生坯；95℃条件下干燥20h，在1050℃条件下煅烧1h，得到物理吸附剂。
（4）经过初沉池处理的污水进入曝气池，曝气池内按照每吨污水添加0.4kg的添加量将物理吸附剂添加到污水中；
经过物理吸附剂处理后，部分NH3-N、硫酸根、磷被去除；
(5)经过曝气处理的污水进入沉淀池，调节pH为6.5-7.0，每吨污水每次投加复合菌剂10克，污水在沉淀池中停留的时间控制为24小时后排出。
所述复合菌剂由微生物菌剂、藻类菌剂制备而成；
优选地，所述复合菌剂的活性成分包括下列体积比的原料：
铜绿假单胞菌5份、赭绿青霉3份、嗜酸氧化亚铁硫杆菌3份、红球菌3份、解淀粉芽孢杆菌4份、溶纸梭菌2份、斜生栅藻1份；
所述铜绿假单胞菌为铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）ATCC15442;
所述赭绿青霉为（penicillium ochrochlorron）CGMCC NO.4390（CN102174411）；
所述嗜酸氧化亚铁硫杆菌为嗜酸氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillusferrooxidans）ATCC 53993；
所述红球菌为红球菌（Rhodococcus sp.）CGMCC NO.6924
所述解淀粉芽孢杆菌为（Bacillus amyloliquefaciens）ATCC 23843；
所述溶纸梭菌为（Clostridium papyrosolvens）ATCC 700395；
所述斜生栅藻为（Scenedesmus obliquus）CGMCC No.8015（CN103484374A）。
将以上铜绿假单胞菌、赭绿青霉、嗜酸氧化亚铁硫杆菌、红球菌、解淀粉芽孢杆菌、溶纸梭菌、按照常规培养浓度均控制在1×108个/克，将斜生栅藻培养至浓度为1×105个/ml的藻液，将上述铜绿假单胞菌、赭绿青霉、嗜酸氧化亚铁硫杆菌、解淀粉芽孢杆菌、溶纸梭菌、斜生栅藻菌液按照体积比混合，静置6小时，得到混合液体；
将混合液体和载体按照重量比为1:2混合即得复合菌剂
所述吸附剂载体由下述重量配比的原料组成：凹凸棒土 4份、蒙脱土3份、秸秆粉3份、高岭土2份，上述凹凸棒土、蒙脱土、秸秆粉、高岭土均为100目。
将混合液体和载体按重量比混合后，将混合物料进行干燥，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，即得复合菌剂。
本发明提供的载体，不仅能够扩大载体的比表面积，而且具有抗拉强度大、分布均匀、比表面积大，使用寿命长等特点；
本发明提供的载体能够大大提高微生物的附着量，增加整体附着的生物膜量，反应槽中的微生物浓度得以提高，并且能够减少污泥产生量；
本发明取得的有益效果：
1镁橄榄石常用作耐火材料：制做镁橄榄石砖，用于钢包，玻璃熔窑中作为电炉出钢口填充料主要原料等，但对其开发应用比较单一，且镁橄榄石的上述耐火材料用途对粒度要求严格，仅需要粗粒度和中粒度，使得细粉没有用途，再加上镁橄榄石易脆造成在开发中产生大量细粉，上述镁橄榄石细粉用于填沟，造成了资源浪费。而湿法生产线产生的细粉部分随河水漂走，造成严重的环境污染。
本发明采用物理吸附后，不仅废物利用了镁橄榄石细粉，而且经过物理吸附，部分NH3-N、硫酸根、磷被去除，大大降低了后续生物处理的时间和生物处理菌剂的投加量，也降低了处理费用。
2复合菌剂专门针对经过物理吸附，除去大部分氨氮硫酸根后的污水进行设计，将各种能形成优势菌群的菌种，配制成高效微生物制剂，按一定量投加到污水处理系统中，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，投加在污水处理系统中，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污水有独特的处理效果。适于本申请制备方法产生污水排放处理，可提高处理水量和处理水质，降低运行费用，促进达标排放。
3 吸附剂为含有凹凸棒土为主体的天然材料，含有一定数量的黏粒，使其在水溶液中有不同程度的电负性，这种电负性的变化与原污水中呈现相对稳定的悬浮颗粒发生电中和、吸附等过程，破坏原污水的电位平衡，加剧悬浮颗粒之间的碰撞，使得絮凝下降的效果增强。且上述凹凸棒土、蒙脱土、秸秆、高岭土载体中含有一定量的矿物质，有效分散于污水时，其自身具有的阳离子交换量在絮凝过程中发挥积极辅助作用，高岭土为高分子阳离子絮凝剂，在污水处理中发挥其网捕和架桥功能，吸附效果获得提高。
具体实施方式
实施例1
黄原胶发酵废物的生物处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将黄原胶发酵液（黄单胞菌发酵液）过滤收集除菌液（除菌液用于制备黄原胶）和菌体蛋白，制备饲料；
所述饲料的制备方法为：在菌体蛋白中加入等质量的豆渣，调节pH值12，缓慢加热至80℃，然后搅拌水解30分钟，最后调pH至7.0；然后，添加秸秆粉、鱼骨粉、酒糟，边添加边搅拌至糊状；最后通入蒸汽升温至105℃，蒸馏10分钟；其中秸秆粉、鱼骨粉、酒糟以及豆渣的质量比例为3：3：2：5，最后将蒸馏物烘干、粉碎后获得粉状营养饲料；
（2）将黄原胶污水经过格栅后，进入沉砂池，经过砂水分离的污水进入初次沉淀池，通过初沉池，促进污水中油脂的浮升，降低悬浮物的含量；
（3）制备物理吸附剂
按照镁橄榄石粉、贝壳粉、高岭土、壳聚糖、造孔剂质量比为3:2:3:1:5的质量比混合，搅拌均匀后置于造粒机中，加入混合料25％（重量）的水，造粒，得到粒径为3～5mm的球形生坯；95℃条件下干燥20h，在1050℃条件下煅烧1h，得到物理吸附剂。
（4）经过初沉池处理的污水进入曝气池，曝气池内按照每吨污水添加0.4kg的添加量将物理吸附剂添加到污水中；
经过物理吸附剂处理后，部分NH3-N、硫酸根、磷被去除；
(5)经过曝气处理的污水进入沉淀池，调节pH为7.0，每吨污水每次投加复合菌剂10克，污水在沉淀池中停留的时间控制为24小时后排出。
所述复合菌剂由微生物菌剂、藻类菌剂制备而成；
所述复合菌剂的活性成分包括下列体积比的原料：
铜绿假单胞菌5份、赭绿青霉3份、嗜酸氧化亚铁硫杆菌3份、红球菌3份、解淀粉芽孢杆菌4份、溶纸梭菌2份、斜生栅藻1份；
所述铜绿假单胞菌为铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）ATCC15442;
所述赭绿青霉为（penicillium ochrochlorron）CGMCC NO.4390（CN102174411）；
所述嗜酸氧化亚铁硫杆菌为嗜酸氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillusferrooxidans）ATCC 53993；
所述红球菌为红球菌（Rhodococcus sp.）CGMCC NO.6924
所述解淀粉芽孢杆菌为（Bacillus amyloliquefaciens）ATCC 23843；
所述溶纸梭菌为（Clostridium papyrosolvens）ATCC 700395；
所述斜生栅藻为（Scenedesmus obliquus）CGMCC No.8015（CN103484374A）。
将以上铜绿假单胞菌、赭绿青霉、嗜酸氧化亚铁硫杆菌、红球菌、解淀粉芽孢杆菌、溶纸梭菌、按照常规培养浓度均控制在1×108个/克，将斜生栅藻培养至浓度为1×105个/ml的藻液，将上述铜绿假单胞菌、赭绿青霉、嗜酸氧化亚铁硫杆菌、红球菌、解淀粉芽孢杆菌、溶纸梭菌、斜生栅藻菌液按照体积比混合，静置6小时，得到混合液体；
将混合液体和载体按照重量比为1:2混合即得复合菌剂
所述吸附剂载体由下述重量配比的原料组成：凹凸棒土 4份、蒙脱土3份、秸秆粉3份、高岭土2份，上述凹凸棒土、蒙脱土、秸秆粉、高岭土均为100目。
将混合液体和载体按重量比混合后，将混合物料进行干燥，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，即得复合菌剂。
实施例2
黄原胶发酵废物的生物处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将黄原胶发酵液（黄单胞菌发酵液）过滤收集除菌液（除菌液用于制备黄原胶）和菌体蛋白，制备饲料；
所述饲料的制备方法为：在菌体蛋白中加入等质量的豆渣，调节pH值12，缓慢加热至80℃，然后搅拌水解30分钟，最后调pH至7.5；然后，添加秸秆粉、鱼骨粉、酒糟，边添加边搅拌至糊状；最后通入蒸汽升温至105℃，蒸馏10分钟；其中秸秆粉、鱼骨粉、酒糟以及豆渣的质量比例为3：3：2：5，最后将蒸馏物烘干、粉碎后获得粉状营养饲料；
（2）将黄原胶污水经过格栅后，进入沉砂池，经过砂水分离的污水进入初次沉淀池，通过初沉池，促进污水中油脂的浮升，降低悬浮物的含量；
（2）制备物理吸附剂
按照镁橄榄石粉、贝壳粉、高岭土、壳聚糖、造孔剂质量比为3:2:3:1:5的质量比混合，搅拌均匀后置于造粒机中，加入混合料25％（重量）的水，造粒，得到粒径为3～5mm的球形生坯；95℃条件下干燥20h，在1050℃条件下煅烧1h，得到物理吸附剂。
（3）经过初沉池处理的污水进入曝气池，曝气池内按照每吨污水添加0.4kg的添加量将物理吸附剂添加到污水中；
经过物理吸附剂处理后，部分NH3-N、硫酸根、磷被去除；
(4)经过曝气处理的污水进入沉淀池，调节pH为7.0，每吨污水每次投加复合菌剂10克，污水在沉淀池中停留的时间控制为24小时后排出。
所述复合菌剂由微生物菌剂、藻类菌剂制备而成；
所述复合菌剂的活性成分包括下列体积比的原料：
铜绿假单胞菌4份、赭绿青霉4份、嗜酸氧化亚铁硫杆菌3份、红球菌2份、解淀粉芽孢杆菌3份、溶纸梭菌1份、斜生栅藻1份；
所述铜绿假单胞菌为铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）ATCC15442;
所述赭绿青霉为（penicillium ochrochlorron）CGMCC NO.4390（CN102174411）；
所述嗜酸氧化亚铁硫杆菌为嗜酸氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillusferrooxidans）ATCC 53993；
所述红球菌为红球菌（Rhodococcus sp.）CGMCC NO.6924
所述解淀粉芽孢杆菌为（Bacillus amyloliquefaciens）ATCC 23843；
所述溶纸梭菌为（Clostridium papyrosolvens）ATCC 700395；
所述斜生栅藻为（Scenedesmus obliquus）CGMCC No.8015（CN103484374A）。
将以上铜绿假单胞菌、赭绿青霉、嗜酸氧化亚铁硫杆菌、红球菌、解淀粉芽孢杆菌、溶纸梭菌、按照常规培养浓度均控制在1×108个/克，将斜生栅藻培养至浓度为1×105个/ml的藻液，将上述铜绿假单胞菌、赭绿青霉、嗜酸氧化亚铁硫杆菌、红球菌、解淀粉芽孢杆菌、溶纸梭菌、斜生栅藻菌液按照体积比混合，静置6小时，得到混合液体；
将混合液体和载体按照重量比为1:2混合即得复合菌剂
所述吸附剂载体由下述重量配比的原料组成：凹凸棒土 4份、蒙脱土3份、秸秆粉3份、高岭土2份，上述凹凸棒土、蒙脱土、秸秆粉、高岭土均为100目。
将混合液体和载体按重量比混合后，将混合物料进行干燥，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，即得复合菌剂。
实施例3
试验效果说明
粉状营养饲料试验效益，试验用猪为杜洛克
试验表明，给予本发明制备营养饲料较之普通饲料，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。
处理污水效果实例
取阜丰生产车间，黄原胶发酵污水，分别按照实施例1-2方法釜底料进入污水处理系统，取样测定COD、氨氮、总氮数据；
对照1组与实施例1相比，不添加物理吸附剂；对照2组与实施例1相比不添加复合菌剂。取样测定COD、氨氮、SS、出水磷含量及澄清度试验数据如下表1：
表1
COD去除率 氨氮去除率 磷去除率 出水磷含量 澄清度
对照1组 51.3% 44.4% 49.5% ＞0.5mg/L 10cm
对照2组 50.5% 60.5% 61.3% ＞0.5mg/L 10cm
实施例1组 99.8% 99.4% 99.8% ＜0.5mg/L 27cm
实施例2组 99.8% 99.3% 99.7% ＜0.5mg/L 26cm
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 (7)

1.黄原胶发酵废物的生物处理工艺，其特征在于，将发酵菌体蛋白制备饲料，污水经过生物处理和物理处理后排放。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤如下：
（1）将黄原胶发酵液过滤，收集菌体蛋白制备饲料；
（2）将黄原胶污水经过格栅后，进入沉砂池，经过砂水分离的污水进入初次沉淀池；
（3）制备物理吸附剂；
（4）经过初沉池处理的污水进入曝气池，曝气池内按照每吨污水添加0.4kg的添加量将物理吸附剂添加到污水中；
（5）经过曝气处理的污水进入沉淀池，调节pH为6.5-7.0，添加复合菌剂处理。
3.根据权利要求1-2所述的工艺，其特征在于，所述物理吸附剂的制备方法为：将镁橄榄石粉、贝壳粉、高岭土、壳聚糖、造孔剂按照3:2:3:1:5的质量比混合，搅拌均匀后置于造粒机中，加入混合料22-25％（重量）的水，造粒，得到粒径为3～5mm的生坯；然后95℃条件下干燥20h，最后在1050℃条件下煅烧1h，即得。
4.根据权利要求1-3所述的工艺，其特征在于，所述复合菌剂的活性成分包括下列体积比的原料：
铜绿假单胞菌5份、赭绿青霉3份、嗜酸氧化亚铁硫杆菌3份、红球菌3份、解淀粉芽孢杆菌4份、溶纸梭菌2份、斜生栅藻1份；
所述铜绿假单胞菌为ATCC 15442;
所述赭绿青霉为CGMCC NO.4390；
所述嗜酸氧化亚铁硫杆菌ATCC 53993；
所述红球菌为CGMCC NO.6924
所述解淀粉芽孢杆菌为ATCC 23843；
所述溶纸梭菌为ATCC 700395；
所述斜生栅藻为CGMCC No.8015。
5.根据权利要求1-4所述的工艺，其特征在于，所述复合菌剂的制备方法为：将铜绿假单胞菌、赭绿青霉、嗜酸氧化亚铁硫杆菌、红球菌、解淀粉芽孢杆菌、溶纸梭菌分别培养至浓度为1×108个/克，将斜生栅藻培养至浓度为1×105个/ml的藻液，按照所述体积比混合，静置6小时，得到混合液体；将混合液体和载体按照重量比为1:2混合即得复合菌剂。
6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述载体由下述重量配比的原料组成：凹凸棒土 4份、蒙脱土3份、秸秆粉3份、高岭土2份。
7.权利要求1-6所述工艺用于黄原胶生产污水处理的用途。
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