谷氨基酸生产过程废水处理及利用

谷氨基酸生产过程废水处理及利用摘要：氨基酸发酵废水一直以来是众多企业和学者比较关注也是一直在研究的问题，本文就我国氨基酸废水处理技术的现状，分类介绍了物理处理和生物处理的方法和效果，以及氨基酸废水在饲料和肥料面的应用，并在最后针对废水处理过程中优点和不足以及未来的发展情况提出了自己的看法。关键词：氨基酸废水物理方法生物方法废水利用前言：谷氨基酸生产行业是我国发酵工业的主要行业之一,我国味精的生产量正随着社会发展逐步增加,味精生产通常是以大米、淀粉、糖蜜为主要原料,经过糖化、发酵等处理,分离提取谷氨酸,再通过精制获得谷氨酸产品。谷氨酸生产过程中产生的高浓度有机废水是指发酵母液或离交尾液,即谷氨酸发酵液提取谷氨酸后排放的母液。谷氨酸废水作为一种难处理的高浓度有机废水,直接排放严重污染环境,如何对其进行经济有效的处理,是众多味精生产厂家所面临的重要问题。本文就相关文献和专利中所报道的氨基酸废水处理技术进行了总结和陈述。1.谷氨酸生产废水处理方法1.1物理处理方法在废水处理中，生物处理是最为经济有效的方法，但是高浓度味精废水含有较多的氨氮，硫酸根等并且具有较低的PH值，对微生物的生长具有抑制作用，不适合直接采用生物方法处理，因此，高浓度味精废水的预处理方法主要运用絮凝沉淀，膜分离，离心等物理方法。1.1.1絮凝沉淀絮凝是一种广泛使用的水处理技术,在给水、废水处理中均发挥着十分重要的作用。影响絮凝效果的因素有絮凝剂(种类和用量)、操作条件(pH值,温度等)以及反应器设计等。味精废水COD含量很高,絮凝沉淀一般作为整个处理流程的前处理单元,用来除去一部分COD,为后续处理(如膜分离、生物处理)减轻负荷。常用的絮凝剂分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两大类。无机絮凝剂包括常见的铁盐、铝盐絮凝剂。深圳大学化学系采用碱式氯化铝、硫酸亚铁、三氯化铁和氢氧化钙等无机絮凝剂对谷氨酸发酵液的絮凝情况进行了研究[4],结果表明,单纯的无机絮凝剂,即使配合助凝剂,絮凝效果也不理想,难以满足实际应用的要求。因此,在味精废水处理过程中,无机絮凝剂很少单独使用,一般作为助凝剂使用。味精废水属于酸性废水(pH为1.8—3.2),pH值对有机絮凝剂的絮凝性能影响较大,味精废水的酸性在于其中含有的高浓度的SO2-4(8000—9000mg/L),采用碱中和或电渗析等方法去除SO2-4,均可使味精废水pH值接近中性或偏碱性,从而为某些有机絮凝剂的使用提供合适的pH值。壳聚糖是甲壳素通过β-(1,4)糖苷键连接而成的一种线性高分子多糖的脱乙酰基产物,无毒无害且不造成二次污染。壳聚糖在过酸的条件下,主链容易发生水解,生成葡萄糖胺、葡胺糖的衍生物或各种低分子量的多聚糖,球絮体结构松散,很难再吸附络合废水中的有机大分子物质;在过碱的条件下,其氨基电中性,吸附络合能力大大下降。因此,可以在溶液调整为中性或偏碱性的条件下用壳聚糖作为絮凝剂。1.1.2膜分离方法膜分离方法包括超滤、反渗透和电渗析等方法作为一种新型的水处理技术,近几年来在废水处理中发展也有很大发展。具有常温操作、能耗低、占地少和操作方便等优点,也符合味精废水资源再生的要求,已逐步在味精废水处理中发挥着越来越重要的作用。超滤是一种压力推动的膜分离方法,利用超滤从味精发酵液中分离菌体，可使废水中菌体去除率达99%以上;将超滤和萃取工艺相结合,可使废水中COD降低34%,BOD5降低20%。可有利于提高谷氨酸提取率，同时截留藻和菌体,避免排放后的二次污染。1.1.3离心分离离心主要用于分离谷氨酸菌体。上海天厨味精厂采用进口离心机分离菌体,所得菌体单细胞质量好,可作为高效蛋白饲料添加剂[2]如用瑞典ALFALAVAL公司的FESX512S-31C型碟片式高速离心机分离是较先进的机械分离，但除菌率平均只有70%，且设备昂贵，能耗多。其他方法还有吸附，反渗透等方法，其中吸附作为絮凝的后续手段，对味精废水的处理效果也较好。1.2生物处理方法生物处理在废水处理的各个领域都有广泛的应用,已经积累了丰富的经验。一般来说,废水的处理常用好氧法来进行,但随着有机废水的大量增加,尤其是高浓度废水的增加,厌氧处理方法也更多地被使用,并取得了不少成功的经验。对于味精废水,由于COD含量太高,开始常用厌氧处理,排放前再使用好氧处理,从而达到排放标准。1.2.1好氧好氧生物处理一般不直接处理发酵废液,只是作为整个处理流程的后续处理手段,使废水最终达到排放标准。目前较常用的有SBR法,有人也采用藻菌共生系统来处理。SBR工艺是一种间歇式的生化处理方法,通过将离子交换柱冲洗水、精制废水、厌氧消化液、浓缩蒸发冷凝水及部分离交尾液经稀释合并进行好氧处理,采用SBR工艺,最终达标排放。具有造价低、运行方式灵活、耐冲击负荷和处理效果好等优点。藻菌共生系统通常用来对预处理后的味精废水进行生物处理，效果较好，但此系统的处理效果受预处理的影响较大,进水COD浓度越高,处理效果越差。因此一般将超滤技术用于截留藻菌共生系统处理液中的藻和菌体，从而避免了二次污染。1.2.2厌氧由于味精废水有机物浓度高，采用好氧生物处理时,需将原水稀释10倍至上百倍,反应器体积与占地面积均较大,处理成本较高。采用厌氧生物处理,可对高浓度味精废水进行直接处理,并可降低电耗和回收沼气，每除去单位质量的底物产生的污泥量较小，因此具有较高的有机物负荷的潜力，但是缺点是处理后的废水的COD值较高，水力停留时间较长，容易发生恶臭。厌氧反应器是厌氧处理中发生生物氧化反应的主体设备,国内外进行了广泛的研究,设计了不少新的厌氧工艺和厌氧反应器。在味精废水处理中,提取菌体蛋白后的废水先进入厌氧反应器(如UBF装置),出水可再进一步厌氧处理(如UASB),也可以直接进行好氧处理(如SBR)。上流式厌氧污泥床(UASB)反应器在味精废水处理中,一般用于处理淀粉废水或经过预处理的发酵废液，它的主要特点在于上部设置三相分离器,可使厌氧生物污泥自动回沉到下部反应区,因而反应器可维持较高的生物量和较长的污泥停留时间;同时由于三相分离器的作用,反应器中形成粒状污泥,进一步延长了污泥的停留时间。可有效削减有机污染物负荷并可大幅降低运行费用,但出水CODcr不能达标,对NH3一N的去除十分有限。2谷氨酸生产废水利用氨基酸废水具有“五高一低”的特点,即SS高、CODcr高、BOD5高、NH+4-N高、硫酸盐高、pH值低,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资源最大化地利用氨基酸发酵废,创造良好的经济效益和社会效益并且实现清洁生产。2.1高浓度废水制酵母饲料其工艺路线为：发酵废液→制取酵母回收菌体→高浓度废水→四效蒸发→双效浓缩→结晶→提取硫酸铵后的母液→混料→粉碎造粒→成品饲料酵母法在氨基酸废水的治理中是应用时间最长,范围最广的预处理技术。由中国科学院生态环境研究中心杨建州等以溜曲霉为出发菌株，通过筛选7种生物质添加剂对利用味精废水液体发酵生产饲料蛋白,经济价值极高。浓缩母液生产有机无机肥可以配制养分全面及各种各样的专用肥以满足不同作物不同季节需肥要求，其适应性广，同时由于浓缩母液各种养分得到了富集可全面供给农作物营养，又可调节土壤微生态环境!改变土壤团粒结构，通过科学配方，使土壤微生态环境更有利农作物生长，增强作物免疫力，形成良性自然循环。2.2生产饲料添加剂微生物饲料添加剂,它多由细菌、霉菌、酵母或其中两种或三种微生物的活体混合物组成,由于其在动物防病治病、降低饲料消耗、促进动物生长、无毒副作用等方面具有抗生素等不能相比的优点而日益受到国内外有关方面的重视。谷氨酸发酵浓废水中含有一定量的微生物繁殖发酵所必需的营养物质,在提取谷氨酸菌体后每升谷氨酸废水中含有机质16g,SO42-50g,NH4+12g左右,从某种意义上讲,是一种培养微生物生长的廉价的培养基,具有一定的潜在利用价值。利用谷氨酸发酵浓废水发酵生产微生物饲料添加剂系列产品,和常规生产工艺相比,产品质量稳定可靠,生产成本大幅度降低;其生产成本一般在1000元t/以内,因而该系列产品的市场竞争力极强,从而很大程度地提高微生物饲料添加剂在养殖业中的应用范围,同时对提高养殖效益、改善养殖环境也将起到至关重要的作用。2.3喷浆造粒生产复合肥料其工艺路线为：发酵废液→提取菌体蛋白→四效蒸发器浓缩→配料→喷浆造粒→有机无机复合肥通过絮凝沉淀等物理方法提取菌体蛋白后的氨基酸废液中含有氨基酸，残糖和多种植物所需的微量元素等，是生产复合肥的理想原料，浓缩喷浆造粒生产复合肥工艺是将氨基酸废水浓缩到含固量达42％～45％，用压缩空气雾化!喷涂在造粒机内的粉体料帘上，借助550℃左右的高温热空气顺流烘干完成。此工艺是目前处理谷氨酸发酵废液比较常用的方法，有效地转换了氨基酸废液中的污染物，变为经济价值较高的有机无机复合肥。3.发展前景及展望从总体上来说,味精废水处理一般包括两大部分:预处理(如饲料酵母法、发酵废液提取菌体蛋白等)和后续处理(如生物处理、物化处理)。在预处理中,提取菌体蛋白的方法目前研究较多。应用较多的是利用高分子有机絮凝剂来絮凝沉降提取菌体蛋白,通过分离菌体可去除30%左右的COD;UF也得到应用,但膜污染较严重。后续处理中,生物技术较为成熟,但设备投资大、占地大、运行维护费用较高,因此,物化方法日益受到人们的重视。将膜分离方法同其他物化方法结合起来,渗透液可接近排放标准(可用于工厂其他用途),而浓缩液则继续回用。厌氧生物处理可以去除味精废水中大部分CODcr,并能回收生物质能(沼气),但出水不能达标排放,而好氧生物处理虽然运行成本高,基建投资大,但出水水质稳定,能达标排放。因此,厌氧一好氧生物处理工艺是味精废水达标处理的有效方法。利用厌氧生物处理,可以大幅度削弱有机物负荷,同时回收生物质能(沼气),节约运行电耗;利用好氧生物处理,则可使废水达标排放。味精废水脱氮是当前面对的重大难题。由于氨基酸废水C/N比偏低,传统硝化反硝化工艺的处理效果欠佳,迫切需要研发新型生物脱氮工艺如短程硝化一厌氧氮氧化工艺。参考文献[1]杨智宽,袁扬,曹丽芬.羧甲基壳聚糖对水溶性染料废水的脱色研究.环境科学与技术,2002(2):8—10[2]刘学铭,余若黔,梁世中.味精废水处理技术进展.工业水处理,2008,18(6):1—3[3]陈扬.壳聚糖的制备工艺及作为吸附剂在水处理中的应用.西北纺织工学院学报,2008,13(3):294—298[4]杨琦,钱易,单立志.味精废水的SBR处理研究.给水排水,2000,26(1):54—56[5]王永杰,李顺鹏,沈标等.高效絮凝剂壳聚糖对味精废水的絮凝效果研究.中国沼气,1998,16(4):12—14[6]孙振世,陈英旭.改性膨润土混凝预处理高浓度味精废水实验研究.环境与开发,1998,13(2):39—41[7]杨琦,钱易,单立志.味精废水的SBR处理研究.给水排水,2000,26(1):54—56[8]刘庆余,李得翔,张峥等.生物与超滤方法处理味精厂废水的初步研究.水处理技术,1991,17(2):129—132[9]韩式荆,李书申,吴开芬.超滤法分离味精废水中的菌体.环境化学,1989,8(6):35—40[10]郝晓刚,李春.接种颗粒污泥UASB反应器处理味精-卡那霉素混合废水.工业水处理,1999,19(2):18—19[11]周国忠,鲍启钧,丁金夫等.一种高浓度味精废水治理工艺.专利申请号:97122143[12]BeebyJ.P.Modelstudyoffoulingincrossflowmicro-filtration,Ph.D.Thesis,UniversityofSydney,Syd-ney,1989[13]MadaemS.S.,FaneA.G.,GrohmannG.S.Virusremovalfromwaterandwastewaterusingmembranes.JournalofMembraneScience,1995,102:65—75[14]Caba