CN106967644A - 一种处理谷氨酸发酵污水的生物制剂 - Google Patents

一种处理谷氨酸发酵污水的生物制剂 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种处理谷氨酸发酵污水的生物制剂，该生物制剂由复合微生物菌剂和载体按照2:1的重量比混合制备；所述复合微生物菌剂包括下列重量份的原料：红球菌发酵液 5份、短小芽孢杆菌发酵液5份、异生青霉发酵液3份、藤黄微球菌发酵液3份。本申请的生物制剂可提高处理水量和处理水质，降低运行费用，促进达标排放，还能减少污泥的产量，有利于废液中COD以及氨氮等污染物的去除，应用前景良好。

Description

一种处理谷氨酸发酵污水的生物制剂
技术领域
本发明涉及生物发酵行业氨基酸提取工艺领域，具体公开一种处理谷氨酸发酵污水的生物制剂。
背景技术
味精发酵液经等电提取谷氨酸后排放的母液具有COD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。对这种高浓度有机工业废水的处理技术一直是研究的热点和难点，据报道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。
最近几年，我国氨基酸生产行业的建设发展较快，已经成为外资投资和中国经济增长的热点，因此，水资源污染等环境问题已经成为制约氨基酸生产行业可持续发展的关键。氨基酸废水是一种有害无毒的高浓度有机酸性废水，用单一的处理方法要求达标排放是很困难的，只有走综合利用和治理相结合的路线，才能实现清洁生产。
阜丰集团是全球生产谷氨酸、黄原胶等氨基酸及衍生产品的龙头企业，是全球第一大味精生产企业、全球第一大黄原胶生产企业、中国生物发酵行业的航母。氨基酸发酵污水的主要来源是：发酵液经提取谷氨酸后的废母液或者离子交换尾液；生产过程中各种设备(调浆罐、液化罐、糖化罐、发酵罐、提取罐、中和脱色的罐等)的洗涤废水；离子交换树脂洗涤与再生废水；液化(95℃)至糖化、糖化至发酵等各阶段的冷却水；各种冷凝水(液化、糖化、浓缩等工艺) ；
国内部分厂家生产废水水质的特点及主要问题
一方面：谷氨酸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。
最后：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。
目前，我国相关科研院校、氨基酸生产企业围绕氨基酸废水的处理工艺和综合利用做了大量的工作， 提出了不少新的处理工艺和资源化利用方案，氨基酸废水的治理正逐步趋向于新的处理工艺与全流程资源化利用相结合的综合。申请人集团公司多年来致力于公关清洁的氨基酸生产方法，曾经公开过有效处理发酵废液的工艺，其中使用了微生物菌剂，处理COD、氨氮、SS效果好，但是存在菌剂中菌株种类过多，增加了菌株污染的可能性，菌剂使用量偏大，每吨污水需要加0.5-1kg物理吸附剂以及15-20g的菌剂，并且菌剂容易沉积到池底，造成絮集，从而产生大量的污泥，清理比较困难。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种处理谷氨酸发酵污水的生物制剂，利用该生物制剂对谷氨酸发酵污水处理过程操作简便，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污水的生物制剂，所述生物制剂由复合微生物菌剂和载体按照2:1的重量比混合制备，所述复合微生物菌剂的活性成分包括下列重量份的原料：
红球菌发酵液 5份、短小芽孢杆菌发酵液5份、异生青霉发酵液3份、藤黄微球菌发酵液3份。
所述红球菌为红球菌（Rhodococcus rhodochrous） ATCC 15906；
所述短小芽孢杆菌为短小芽孢杆菌（Bacillus pumnlis）CCTCC 2014225；
所述异生青霉为异生青霉（Penicillium diversum）ATCC 10437；
所述藤黄微球菌(Micrococcus luteus)为ATCC 49442。
将以上红球菌、短小芽孢杆菌、异生青霉、藤黄微球菌、按照常规培养浓度均控制在1×108个/克，所培养的菌液按照质量比例混合得到复合微生物菌剂；
所述载体的制备方法为：
将沸石和高岭石按照2:1的质量比投入到粉碎机中粉碎处理，然后研磨成100目的粉末；将上述粉末、淀粉和壳聚糖按照2:2:1的质量比投入到搅拌器中，1000rpm搅拌10min，得到混合物料，再与聚苯乙烯微球按照1:1的质量比添加到造粒机中，接着加入占聚苯乙烯微球质量30%的浓度为6wt%的聚乙烯醇水溶液，制成粒径为1-2mm的颗粒；将颗粒于80℃的烘箱中干燥30min，再投入到烧结炉中进行烧结，烧结温度700℃，保温20min，取出，自然冷却至室温，即得。
利用上述生物制剂处理氨基酸发酵废水的方法，其特征在于，包括下述步骤：
A、自然沉降
将谷氨酸发酵工业废水流经多重格栅，所述多重格栅的栅隙逐渐减小，排入沉降池，然后加入吸附剂，按照每吨污水添加0.3kg的添加量将吸附剂添加到污水中，并吹入空气，再进行沉降处理，即得到工业废水的上清液；
所述吸附剂为：按照贝壳粉、花岗岩、聚合硫酸铁质量比为5:4:1的质量比混合制备；
B、水解酸化厌氧生化处理
先将步骤A中所述的工业废水上清液排入酸碱调节池，pH调节至3-7，然后排入水解酸化池进行水解酸化厌氧生化处理，即得到水解酸化后的工业废水；
C、生物修复处理
将步骤B中所述的水解酸化后的工业废水排入沉淀池，调节pH为6.5-7.0，添加生物制剂深度处理，按每立方米液体每次投加生物制剂2-3克，每天投加1次，连续投加5-7天，再静置3天，最后经过板框过滤器过滤排出；所述板框过滤器用于收集微生物菌体，避免对水体造成污染。即可得到符合环保标准的排放水。
本发明取得的有益效果：
1吸附剂为按照贝壳粉、花岗岩、聚合硫酸铁质量比为5:4:1的质量比混合制备，其含有一定的硅酸盐类为主体的天然材料，含有有机质及矿物质，存在于含有硅酸盐类为主体的天然中的微量元素，随着时间的推移会在污水中析出，并在溶解氧、酸根离子的作用下使污水中可溶性污染物发生化学反应，生成凝固体，使水质得到净化。而聚合硫酸铁可使得污水中有机物通过发挥其网捕和架桥等特性，加速污染物的凝集、转化，使得水体中微小颗粒和污染物凝集成絮凝体。
2为了减少对单一特定菌剂的依赖性，避免出现菌剂污染造成的损失，申请人开发了多种微生物制剂，相互补充，保证污水处理的正常运转，本申请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。
3 传统的载体，容易沉淀，本发明微生物制剂采用载体和菌液造粒而得，比表面积大，菌体附着力强，密度与水体相当，可以悬浮与水体中，避免了制剂密度过大沉淀于池底造成的微生物分布不均而影响除污效果，还能减少污泥的产量，有利于废液中COD以及氨氮等污染物的去除。
具体实施方式：
实施例1：
取阜丰车间的谷氨酸发酵液，采用如下步骤：
A、自然沉降
将谷氨酸发酵工业废水流经多重格栅，所述多重格栅的栅隙逐渐减小，排入沉降池，然后加入吸附剂，按照每吨污水添加0.3kg的添加量将吸附剂添加到污水中，并吹入空气，再进行沉降处理，即得到工业废水的上清液；
所述吸附剂为：按照贝壳粉、花岗岩、聚合硫酸铁质量比为5:4:1的质量比混合制备；
B、水解酸化厌氧生化处理
先将步骤A中所述的工业废水上清液排入酸碱调节池，pH调节至4，然后排入水解酸化池进行水解酸化厌氧生化处理，即得到水解酸化后的工业废水；
C、生物修复处理
将步骤B中所述的水解酸化后的工业废水排入沉淀池，调节pH为6.5，添加生物制剂深度处理，按每立方米液体每次投加生物修复制剂2克，每天投加1次，连续投加7天，再静置3天，最后经过板框过滤器过滤排出；所述板框过滤器用于收集微生物菌体，避免对水体造成污染。即可得到符合环保标准的排放水。
所述生物制剂由复合微生物菌剂和载体按照2:1的重量比混合制备，所述复合微生物菌剂的活性成分包括下列重量份的原料：
红球菌发酵液 5份、短小芽孢杆菌发酵液5份、异生青霉发酵液3份、藤黄微球菌发酵液3份。
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-PositivePolychlorinated Biphenyl DegraderRhodococcus sp. Strain RHA1，J.Bacteriol.November 2001；
所述短小芽孢杆菌为短小芽孢杆菌（Bacillus pumnlis）CCTCC No：M2014225(CN104263677)；
所述异生青霉为异生青霉（Penicillium diversum）ATCC 10437；
所述藤黄微球菌(Micrococcus luteus)为ATCC 49442。
将以上红球菌、短小芽孢杆菌、异生青霉、藤黄微球菌、按照常规培养浓度均控制在1×108个/克，所培养的菌液按照质量比例混合得到复合微生物菌剂；
所述载体的制备方法为：
将沸石和高岭石按照2:1的质量比投入到粉碎机中粉碎处理，然后研磨成100目的粉末；将上述粉末、淀粉和壳聚糖按照2:2:1的质量比投入到搅拌器中，1000rpm搅拌10min，得到混合物料，再与聚苯乙烯微球按照1:1的质量比添加到造粒机中，接着加入占聚苯乙烯微球质量30%的浓度为6wt%的聚乙烯醇水溶液，制成粒径为1-2mm的颗粒；将颗粒于80℃的烘箱中干燥30min，再投入到烧结炉中进行烧结，烧结温度700℃，保温20min，取出，自然冷却至室温，即得。
按每立方米液体每次投加生物制剂2克，每天投加1次，连续投加7天，再静置3天，最后经过板框过滤器过滤排出；所述板框过滤器用于收集微生物菌体，避免对水体造成污染。即可得到符合环保标准的排放水。
实施例2：
取阜丰车间的谷氨酸发酵液，采用如下步骤：
A、自然沉降
将谷氨酸发酵工业废水流经多重格栅，所述多重格栅的栅隙逐渐减小，排入沉降池，然后加入吸附剂，按照每吨污水添加0.3kg的添加量将吸附剂添加到污水中，并吹入空气，再进行沉降处理，即得到工业废水的上清液；
所述吸附剂为：按照贝壳粉、花岗岩、聚合硫酸铁质量比为5:4:1的质量比混合制备；
B、水解酸化厌氧生化处理
先将步骤A中所述的工业废水上清液排入酸碱调节池，pH调节至6，然后排入水解酸化池进行水解酸化厌氧生化处理，即得到水解酸化后的工业废水；
C、生物修复处理
将步骤B中所述的水解酸化后的工业废水排入沉淀池，调节pH为7.0，添加生物修复制剂深度处理，按每立方米液体每次投加生物修复制剂3克，每天投加1次，连续投加5天，再静置3天，最后经过板框过滤器过滤排出；所述板框过滤器用于收集微生物菌体，避免对水体造成污染。即可得到符合环保标准的排放水。
所述生物修复制剂由复合微生物菌剂和载体按照2:1的重量比混合制备，所述复合微生物菌剂的活性成分包括下列重量份的原料：
红球菌发酵液 5份、短小芽孢杆菌发酵液5份、异生青霉发酵液3份、藤黄微球菌发酵液3份。
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-PositivePolychlorinated Biphenyl DegraderRhodococcus sp. Strain RHA1，J.Bacteriol.November 2001；
所述短小芽孢杆菌为短小芽孢杆菌（Bacillus pumnlis）CCTCC No：M 2014225(CN104263677)；
所述异生青霉为异生青霉（Penicillium diversum）ATCC 10437；
所述藤黄微球菌(Micrococcus luteus)为ATCC 49442。
将以上红球菌、短小芽孢杆菌、异生青霉、藤黄微球菌、按照常规培养浓度均控制在1×108个/克，所培养的菌液按照质量比例混合得到复合微生物菌剂；
所述载体的制备方法为：
将沸石和高岭石按照2:1的质量比投入到粉碎机中粉碎处理，然后研磨成100目的粉末；将上述粉末、淀粉和壳聚糖按照2:2:1的质量比投入到搅拌器中，1000rpm搅拌10min，得到混合物料，再与聚苯乙烯微球按照1:1的质量比添加到造粒机中，接着加入占聚苯乙烯微球质量30%的浓度为6wt%的聚乙烯醇水溶液，制成粒径为1-2mm的颗粒；将颗粒于80℃的烘箱中干燥30min，再投入到烧结炉中进行烧结，烧结温度700℃，保温20min，取出，自然冷却至室温，即得。
实施例3 处理废水效果实例
取阜丰生产车间的谷氨酸发酵废液为例（COD 为934mg/L、氨氮226mg/L、硫化物77mg/L），以实施例1的方法为例，取样测定COD、氨氮、硫化物数据；并且设置对照组，检测菌剂中各菌株的配伍效果：
对照组1：不添加红球菌，其余同实施例1；
对照组2：不添加短小芽孢杆菌，其余同实施例1；
对照组3：不添加异生青霉，其余同实施例1；
对照组4：不添加藤黄微球菌，其余同实施例1；
对照5组：不添加步骤A的吸附剂，其余同实施例1.
具体检测结果见表1：
表1废水处理实例
实施例1（mg/L） 对照组1（mg/L） 对照组2（mg/L） 对照组3（mg/L） 对照组4（mg/L） 对照组5 mg/L
COD去除率（%） 98.5% 47.7% 46.2% 71.3% 54.1% 63.5%
NH3-N去除率（%） 98.7% 58.3% 60.4% 47.7% 68.4% 40.7%
硫化物去除率（%） 99.3% 51.4% 69.3% 43.2% 41.7% 41.5%
澄清度 27cm 14cm 17cm 18cm 16cm 15cm
结论，本发明生物制剂中菌类合理配伍，协同性强，配合物理吸附剂，能够有效地去除发酵废液中的COD、氨氮以及硫化物。
实施例4
试验组：本发明实施例1的方法；
对照组：申请人之前的发明专利技术“一种用于治理谷氨酸发酵污水的生化制剂”检测了微生物制剂的密度、更换频率以及污泥产生量等指标，具体见表2：
表2载体研究实验
指标 密度g/ml 更换频率d 第10天污泥产生量g/L 第20天污泥产生量g/L
试验组 1.07 60d 3.8 8.9
对照组 1.27 20d 8.9 19.5
本发明经过对载体改性造粒，使得菌剂分布更加均匀，加速污染物的凝集、转化，使得水体中微小颗粒和污染物凝集成絮凝体，降低了更换使用频率，减少了污泥的产生。
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)

1.一种处理谷氨酸发酵污水的生物制剂，其特征在于，所述生物制剂由复合微生物菌剂和载体按照2:1的重量比混合制备。
2.根据权利要求1所述的生物制剂，其特征在于，所述复合微生物菌剂包括下列重量份的原料：红球菌发酵液 5份、短小芽孢杆菌发酵液5份、异生青霉发酵液3份、藤黄微球菌发酵液3份。
3.根据权利要求2所述的生物制剂，其特征在于，
所述红球菌为红球菌（Rhodococcus rhodochrous） ATCC 15906；
所述短小芽孢杆菌为短小芽孢杆菌（Bacillus pumnlis）CCTCC No. M 2014225；
所述异生青霉为异生青霉（Penicillium diversum）ATCC 10437；
所述藤黄微球菌(Micrococcus luteus)为ATCC 49442。
4.根据权利要求1-3所述的生物制剂，其特征在于，所述载体的制备方法为：
将沸石和高岭石按照2:1的质量比投入到粉碎机中粉碎处理，然后研磨成100目的粉末；将上述粉末、淀粉和壳聚糖按照2:2:1的质量比投入到搅拌器中，1000rpm搅拌10min，得到混合物料，再与聚苯乙烯微球按照1:1的质量比添加到造粒机中，接着加入占聚苯乙烯微球质量30%的浓度为6wt%的聚乙烯醇水溶液，造粒后置于80℃的烘箱中干燥30min，再投入到烧结炉中进行烧结，烧结温度700℃，保温20min，取出，自然冷却至室温，即得。
5.根据权利要求1-4所述的生物制剂，其特征在于，所述复合微生物菌剂的制备方法为：
将红球菌、短小芽孢杆菌、异生青霉、藤黄微球菌分别按照常规培养至浓度为1×108个/克，所培养的菌液按照重量比例混合即得。
6.根据权利要求1-5所述的生物制剂，其特征在于，所述生物制剂的使用方法如下：
将谷氨酸发酵污水经自然沉降-水解酸化厌氧生化处理-生物修复处理，在生物修复处理中使用生物制剂。
7.权利要求1-6所述的生物制剂用于处理谷氨酸发酵废水的用途。
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