CN1810731A - 氨基酸发酵废液处理工艺 - Google Patents
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Abstract
氨基酸发酵废液是发酵液经提取氨基酸后的废液，发酵废液治理的好坏已成为制约氨基酸发酵生产企业发展的重大难题。本工艺进行了自主研发，发明了彻底处理发酵废液的处理技术。其主要工艺流程是发酵废液经过浓缩→喷浆造粒→洗涤除尘→静电处理→生化处理等工序，将发酵废液变为经济价值较高的复合肥，清洁的水和气体。本工艺中首次通过吹扫捕集－气相色谱质谱法测定了喷浆造粒尾气的成分，并鉴定尾气为气溶胶性质；首次开发了发酵废液喷浆造粒尾气的静电处理技术并设计了相应结构的处理设备；同时开发了静电富集高浓度有机废水的处理途径。本处理工艺的主要特点是经济效益、环境效益和社会效益相当明显。
Description
技术领域
本发明属于工农业生产排放物的再利用技术领域，涉及氨基酸发酵及相关行业，尤其涉及氨基酸发酵行业的废液处理工艺。
背景技术
在经济发展的同时，对环境的污染越来越大，特别是氨基酸发酵行业，发酵废液的污染更大，尽管在此方面进行了不少探索和努力，取得了不少成果，但与目前对环境保护的要求仍有差距，迄今尚存在投资大、效果不理想或运转费用高等问题[许汉祥.味精行业的污水治理[J].轻工环保，1996，18(1)：33～37.孙振世，陈英旭.改良膨润土混凝于处理高浓度味精废水试验研究[J].环境与开发，1998，13(2)：39～41.]。发酵废液的治理已成为制约氨基酸发酵生产企业发展的重大难题[徐亚同，黄民生.废水生物处理的运行管理与异常对策[M].北京：化学工业出版社，2002.12.]。
目前氨基酸发酵行业在生产过程中产生三类废水：第一类是低浓度废水，它是生产过程中的糖化、冲柱和冲洗地面的废水，一般CODcr为1000mg/L左右，NH3-N为200mg/L左右。这部分水由于COD、NH3-N值较低，可以直接进入好氧处理系统处理。第二类是中浓度废水，是淀粉废水，CODcr为20000-30000左右mg/L，NH3-N为100-200左右mg/L。这部分废水可以采用了厌氧-好氧的生化方法处理。第三类是高浓度废水，是提取氨基酸后的废水，也称为氨基酸发酵废液，其废液大多具有高CODcr、BOD5、菌体含量、SO4 2-(或Cl-)和NH3-N及低pH值的特点。对于第三类废水，由于含有大量的SO4 2-和NH4 +，无法进行厌氧处理；一般的好氧生化法难以达到处理的标准；物理和化学处理法的成本巨大，企业难以承担。国内外一直未有好的解决办法。李月中，刘康怀[李月中，刘康怀.高负荷好氧生物法处理味精废水试验研究.2001，21(1)：77～80]等采用德国克劳斯塔尔(Clausthal)工科大学物相传递研究所于80年代发明的HCR工艺(High Performance Compact Reactor)[Lubbecke S，A Vogelpohl und WDewjanin.Wastewater treatment in a biological high-performance system with high biomassconcentration.Wat Res，1995，29(3)：793～802]处理谷氨酸发酵废液，取得了一定的效果，但HCR工艺动力消耗较大，没有产效益的环节，运行费用高，并且需要二次生物处理的缺点。近年来，山东阜丰发酵有限公司等企业摸索出一条对氨基酸废液较好的处理办法，浓缩喷浆造粒生产复合肥，变废为宝，然而在解决旧问题的同时又出现了新的问题，在喷浆造粒的过程中产生了严重的大气污染，整个厂区周围几公里被浓烟异味笼罩，使周围的学校、居民无法正常的学习、生活；同时为企业带来了严重的经济损失。
发明内容
本发明在上述背景技术的基础上，进行了自主研发，发明了彻底处理发酵废液的处理技术，发酵废液经过本处理工艺处理后，形成了经济价值较高的复合肥、清洁的水和空气。
本发明的氨基酸发酵废液处理工艺，其工艺流程包括氨基酸发酵废液的浓缩、喷浆造粒、除尘洗涤、静电处理、和有机废水的处理。
优选的，喷浆造粒工序中，浓缩后的发酵废液采用0.2-0.6MPa左右的压力蒸汽或空气喷成雾状，与热风炉中的热风在造粒机中混合，采用400℃-600℃的高温蒸发发酵废液，形成直径为1-4mm的颗粒复合肥。
优选的，测定喷浆造粒尾气采用吹扫捕集-气相色谱质谱分析方法。
优选的，除尘洗涤工序中采用发酵原液洗涤。
优选的，静电处理工序中采用同极距为250～400mm间距的板线或管线的高压电场。
所述的氨基酸发酵废液处理工艺也可用于造纸行业废液的处理和复合肥的生产。
本发明的工艺流程如说明书(附图图1)所示。其工艺流程为：
1.浓缩
氨基酸发酵废液经二效(0.06MPa、)三效(0.08MPa、)四效(0.088Mpa)负压蒸汽浓缩，将氨基酸发酵废液浓缩为固含物接近45％左右，产生的冷凝水(CODcr为1000mg/L左右，NH3-N为80mg/L左右)进入好氧生化系统处理。
2.喷浆造粒
浓缩后的发酵废液采用0.2-0.6MPa左右的压力蒸汽或空气喷成雾状，与热风炉中的热风在造粒机中混合，采用300℃-600℃的高温蒸发发酵废液，形成直径为1-4mm的颗粒复合肥。在蒸发水蒸气的同时，产生了大量的气溶胶物质，并伴有难闻的气味排出。
3.除尘洗涤
上述喷浆造粒工艺中，在造粒的同时，产生了大量的废气，废气中包括热风炉风机送入的空气、热风炉燃煤产生的粉尘、蒸发过程中形成的气溶胶等，这些废气进入洗涤塔，采用发酵废液洗涤，经过洗涤可以将其中的大颗粒物质除去，同时将废气温度降低。然后进入静电处理工艺。
4.静电处理
将洗涤后的废气通入同极距为250～400mm间距的板线或管线结构的高压电场，在高压电场内，没有被洗涤掉的小颗粒粉尘、气溶胶颗粒以及形成的雾滴在电离气体的作用下被带上电荷，向异极板运动、聚集形成大的颗粒，在重力的作用下，流向集水槽，进入有机废水处理工序。废气成为清洁的气体。本工艺中可使用现有的静电除尘器(主要用于冶金行业的除尘等)和静电除雾器(用于硫酸行业的硫酸雾的去除等)，也可使用任何合适的静电处理器。
5.有机废水的处理
经过静电处理后富集的废水，含有大量的有机物。对于这部分废水有两条途径，一是可以随同发酵废液进入浓缩工艺，进行循环利用；二是进行生物好氧系统处理，微生物在有氧的条件下将有机物分解为H2O和CO2，形成清洁的水排出或回用于生产。
本处理工艺在原有处理工艺的基础上进行了较大的改进，同时进行了自主研发。是目前彻底处理发酵废液的处理技术，发酵废液经过本处理工艺处理后，形成了经济价值较高的复合肥、清洁的水和空气。以建厂在国家卫生城市宝鸡市的陕西宝鸡阜丰发酵生物有限公司为例，未实施本处理工艺前，工厂排水、排气不能达到国家排放标准，使企业不能开工生产，造成了巨大的经济损失；实施本处理工艺后，水和气体得到彻底的处理，当年实现纯利润2亿多元。本处理工艺的主要特点是经济效益、环境效益和社会效益相当明显。
而且，本发明还有下列突出的有益效果：
①由原工艺的压缩空气喷浆造粒改为压力蒸汽喷浆造粒，节约了一定的成本。
②首次研究出测定喷浆造粒尾气的吹扫捕集-气相色谱质谱(P&T-GC/MS)分析方法，测定出尾气的主要物质如表1所示，色谱图如说明书附图图2所示。鉴定尾气为气溶胶性质，主要化合物为：9-十八烯酸；亚油酸；豆菑烷-3，5-双烯；硬脂酸等23种主要的化合物。为彻底治理提供了理论依据。
③首次开发了氨基酸发酵废液喷浆造粒尾气的静电处理技术并设计了相应结构的处理设备。
④同时开发了经静电富集的高浓度有机废水的处理途径。
表1 尾气中挥发性有机物的化学成分
| No | tR/min | Compound Name | Molecularformula | RelativemolecularMass | Relativecontent(％) | Matchquality |
| 1234567891011121314151617181920212223 | 12.4614.1314.1714.2715.2015.4115.5316.5017.2019.1819.9420.6322.3225.8326.5927.4727.6427.8328.0328.2028.3028.5131.67 | 9-Octadecenoic acid(Z)-(Z)-9-十八烯酸1-Octadecanol 1-十八醇1-Decanol，2-hexyl-1-Heptadecanol 1-十七醇9，12-Octadecadienoic acid(Z，Z)-亚油酸SILICATE ANION TETRAMER硅酸盐阴离子四聚物Octadecanoic acid硬脂酸Methyl linolelaidate反亚油酸甲酯1-Octadecanol 1-十八醇1H-Purin-6-amine 1氢-嘌呤-6-胺14-Methyl-8-hexadecyn-114-甲基-8-十六炔-1-醇Hexadecanal 十六烷3-n-Butylthiophene-1，1-dioxide 3-正-丁基噻吩-1，1-二氧化物1H-Purin-6-amine 1氢-嘌呤-6-胺beta.-Sitosterol acetateβ-谷菑醇乙酸酯Stigmastan-3，5-diene豆菑烷-3，5-双烯4.alpha.，5-Cyclo-A-homo-5.alpha.-cholestan-6-One4α，5-环-氩-高-5α-胆菑烷-6-酮Stigmastan-3，5-diene豆菑烷-3，5-双烯Stigmasterol acetate豆菑醇 乙酸酯6，7-Dihydroindoxazene，3-undecyl-6，7-二氢吲哚氮烯，3-十一烷Stigmastan-3，5-diene豆菑烷-3，5-双烯20-METHYLENE-PREGN-5-ENE-3B-OLACETATE20-亚甲基-菑-5-烯-3硼-醇乙酸酯beta.-Sitosterol acetateβ-谷菑醇 乙酸酯 | C18H34O2C18H38OC16H34OC17H36OC18H32O2C24H72O12Si12C18H36O2C19H34O2C18H38OC12H10FN5C17H32OC16H32OC8H12O2SC12H10FN5C31H52O2C29H48C28H46OC29H48C31H50O2C18H29NOC29H48C24H36O2C31H52O2 | 282270242256280888284294270243252240172243456396398396454275396356456 | 22.856.313.003.9222.321.504.740.840.660.940.840.770.341.592.570.871.122.990.840.2111.870.581.27 | 9298868993778890968489946984857775847244877793 |
本处理工艺是经实验室，小试，中试，工业化的成熟工艺。采用本处理工艺，一方面可以带来可观的直接和间接经济效益；另一方面可以彻底处理发酵废液，达到国家排放标准。
发酵废液中含有大量的有机物、菌体、SO4 2-(或Cl-)和NH4 +，是一些难得的资源，将其生产为复合肥，变废为宝，给工厂带来可观的经济效益。复合肥每吨纯利润约300-400元。一般一个中型工厂可以年产复合肥10万吨，纯利润可达3000-4000万元/年。发酵废液直接排放不能达到国家排放标准，如不彻底处理，使企业停产或限产。由于废液、废气的彻底处理，保证了企业的正常生产和主行业的效益。
大力发展循环经济可以从根本上改变资源过度消耗和环境污染严重的局面，是实现可持续发展战略的必然选择，从循环经济的角度看，“只有放错了地方的资源，而没有真正的废弃物”。它是一种建立在资源循环利用基础上的经济发展模式。本处理工艺符合循环经济的发展规律，如果氨基酸发酵及相关行业采用本处理工艺，每年可减少大量污染物的排放，同时又创造可观的经济效益。
附图说明
图1为工艺流程图，氨基酸发酵废液(1)首先在洗涤塔中对尾气洗涤，之后进入蒸发器(2)(二、三、四效)浓缩，形成两条路经，冷凝水(3)和浓缩液(4)，冷凝水进入好氧生化处理(5)成为清洁水(17)；浓缩液(6)与热风炉送出的干热空气(7)加之压力蒸汽(空气)(8)在造粒机中混合，形成雾状颗粒，成为商品复合肥(9)。在复合肥形成的过程中，产生的尾气(10)(气溶胶物质、水蒸气、热风炉中的粉尘)一同进入洗涤塔(11)中采用发酵废液(1)洗涤去除大颗粒物质，之后进入静电处理器(12)，除掉气溶胶、粉尘和雾滴，形成清洁的气体(13)排出。由静电处理富集的有机废水(14)，一是进入浓缩循环途径喷浆造粒(15)，另一途径同发酵废液浓缩时产生的冷凝水一同进入好氧生化处理系统(16)处理，形成清洁的水排出(17)或工业回用。
图2为尾气的气相色谱质谱(GC/MS)图，测定条件为：P&T条件：吹扫温度20±2℃，吹扫时间10min，捕集温度40℃，解析温度225℃，解析时间2min，烘烤温度225℃，烘烤时间10min，进样口温度250℃。采用高纯氮气，进样量5ml。GC条件：色谱柱为DB-5MS色谱柱(30m×0.25mm×0.25μm)；升温程序为柱温100℃，以10℃/min升温至200℃(保持1min)，再以5℃/min升温至300℃(保持10min)至完成分析；汽化室温度320℃；载气为高纯氮气；柱前压87kPa；载气流量0.92ml/min；分流比10∶1。MS条件：离子源为EI源；离子源温度200℃；电子能量70e V；接口温度300℃；扫描周期0.5sec；扫描速度1000；扫描时间40min。质量范围45～500u。
具体实施方式
本技术首先应用于山东阜丰发酵集团宝鸡阜丰发酵生物科技有限公司，宝鸡阜丰发酵生物科技有限公司主要产品为谷氨酸。生产初期由于发酵废液无法彻底处理，不能通过环保部门的验收，迫使工厂限产、停产，限期整改直到达标。采用本处理工艺后，使发酵废液得到了彻底的处理，顺利通过环保部门的验收，为企业争取了宝贵的时间，当年投入生产，带来了2亿多元的纯利润，取得到了明显的经济效益和环境效益。
工艺流程如说明书(附图图1)所示。
谷氨酸发酵废液(1)首先在洗涤塔中对尾气洗涤，之后进入蒸发器(2)(二、三、四效)浓缩，形成两条路经，冷凝水(3)和浓缩液(4)，冷凝水进入好氧生化处理(5)成为清洁水(17)；浓缩液(6)与热风炉送出的干热空气(7)加之压力蒸汽(空气)(8)在造粒机中混合，形成雾状颗粒，成为商品复合肥(9)。在复合肥形成的过程中，产生的尾气(10)(气溶胶物质、水蒸气、热风炉中的粉尘)一同进入洗涤塔(11)中采用发酵废液洗涤去除大颗粒物质，之后进入静电处理器(12)，除掉气溶胶、粉尘和雾滴，形成清洁的气体(13)排出。由静电处理富集的有机废水(14)，一是进入浓缩循环途径喷浆造粒(15)，另一途径同发酵废液浓缩时产生的冷凝水一同进入好氧生化处理系统(16)处理，形成清洁的水排出(17)或工业回用。
效益分析：
间接经济效益：
年产谷氨酸12万吨，每吨纯利润约2000元。
2000(元/T)×120000(T/年)＝纯利约2.4×108(元/年)
直接经济效益：
年产复合肥20万吨，每吨纯利润约300元。
300(元/T)×200000(T/年)＝纯利约6×107(元/年)
减少污染量：
每年减少向环境排放发酵废液约40万吨，避免了发酵废液对水体的污染。
本处理工艺如果在氨基酸发酵及相关行业推广，将会带来明显的经济效益、环境效益和社会效益。
Claims (6)
1.一种氨基酸发酵废液处理工艺，其工艺流程包括氨基酸发酵废液的浓缩、喷浆造粒、除尘洗涤、静电处理、和有机废水的处理。
2.一种如权利要求1所述的氨基酸发酵废液处理工艺，其特征是，喷浆造粒工序中，浓缩后的发酵废液采用0.2-0.6MPa左右的压力蒸汽或空气喷成雾状，与热风炉中的热风在造粒机中混合，采用400℃-600℃的高温蒸发发酵废液，形成直径为1-4mm的颗粒复合肥。
3.一种如权利要求1所述的氨基酸发酵废液处理工艺，其特征是，测定喷浆造粒尾气采用吹扫捕集-气相色谱质谱分析方法。
4.一种如权利要求1至3任一项所述的氨基酸发酵废液处理工艺，其特征是，除尘洗涤工序中采用发酵原液洗涤。
5.一种如权利要求1所述的氨基酸发酵废液处理工艺，其特征是，静电处理工序中采用同极距为250～400mm间距的板线或管线的高压电场。
6.一种如权利要求1至5任一项所述的氨基酸发酵废液处理工艺，其特征是，所述的工艺也可用于造纸行业废液的处理和复合肥的生产。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Yangzhou Qingsong Chemical Industry Equipment Co., Ltd. Assignor: Shangdong Prov. Light Industry College|Fufeng Fermenting Co., Ltd., Shandong Contract fulfillment period: 2009.3.20 to 2014.3.20 contract change Contract record no.: 2009320000927 Denomination of invention: Treating process of amino acid fermenting effluent Granted publication date: 20071212 License type: Exclusive license Record date: 2009.5.14 |
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| LIC | Patent licence contract for exploitation submitted for record |
Free format text: EXCLUSIVE LICENSE; TIME LIMIT OF IMPLEMENTING CONTACT: 2009.3.20 TO 2014.3.20; CHANGE OF CONTRACT Name of requester: QINGSONG CHEMICAL EQUIPMENT CO., LTD., YANGZHOU Effective date: 20090514 |
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| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20071212 Termination date: 20131024 |