一种氨基酸发酵废水二次增值利用的方法
技术领域
本发明属于生物环保技术领域，具体涉及一种氨基酸发酵废水二次增值利用的方法。
背景技术
循环经济模式管理是企业可持续发展的关键问题，它不仅直接关系到企业生产、经济发展等社会问题，而且也关系到人们日益关注的环境问题。循环经济是以资源的高效利用和循环利用为核心，以“减量化、再利用、再循环”为原则，以低消耗、低排放和高效率为基本特征，是一种最大限度地利用资源和保护环境的经济发展模式，符合可持续发展理念的经济增长模式。企业可通过建立循环经济体系，合理有效地解决各种生产资源的优化配置和副产物资源的再利用。生物发酵制品生产企业在生产过程中产生大量的高浓度发酵废液，该废液是指发酵液经离心沉降、膜过滤等方式提取氨基酸后排放的废液，此废液中富含氨基酸、菌体和蛋白质等固体物质悬浮物，多种无机盐，有机酸，生物素及还原糖等，无论是直接排放，还是简单处理后外排，氨基酸发酵废液均会对环境造成很大影响。
发酵废液是指氨基酸生产过程中发酵液经提取氨基酸后排放的废液，该废液是一种高COD，高硫高氨氮和高菌体含量，而pH值较低的工业废水，无论是直接排放，还是简单处理后外排，氨基酸发酵废液均会对环境造成很大影响。大专院校、科研院所和味精生产企业围绕发酵废液的处理问题做了大量研究，根据发酵废液的特点提出了多种治理技术和方法，包括利用氨基酸发酵废液生产生物农药、形成生物质氢能源以及培养饲料蛋白等，其中利用发酵废液培养单细胞酵母蛋白的工艺相对比较成熟。
申请人之前的专利技术对发酵废水进行了大量的研究。但是部分研究使用了成本较高、工艺复杂的微生物制剂，部分研究中产生的废弃吸附剂得不到有效利用，需要对废水处理工艺进行后续的改进，以达到综合利用的目的。
发明内容
本发明的目的是针对现有工艺的不足，提供了一种氨基酸发酵废水二次增值利用的方法，该方法将发酵废水经过过滤，过滤出的干物蛋白和废弃的吸附剂来制备肥料，废水经过吸附处理能够应用于农田或者回收作为锅炉降温水综合利用。
为了实现本发明目的，采用如下技术方案。
一种氨基酸发酵废水二次增值利用的方法，其包括如下步骤：步骤1)制备改性蒙脱石，步骤2)发酵废水处理，步骤3)制备肥料。
具体地，所述方法包括如下步骤：
步骤1)制备改性蒙脱石：将蒙脱石粉碎，然后过50目筛，收集筛下物，然后置于100℃干燥脱水处理30-60min，取出蒙脱石粉，再按照1g：1-3ml的添加量添加柠檬酸水溶液，进行浸泡改性处理，温度控制在60℃，保温条件下，处理时间为60min，然后添加纳米活性炭，提高反应温度至70℃，保温条件下，处理时间为60min，以500rpm离心3min，收集沉淀物，低温烘干，即得改性蒙脱石；
步骤2)发酵废水处理：谷氨酸发酵废水进入沉淀池，自然沉降固液分离，获得沉降物与上层液，将上层液排入到处理池，调节pH6-7，添加改性蒙脱石进行处理，经过过滤，收集废弃改性蒙脱石，排出液体，用于农田灌溉或者锅炉降温；
步骤3)制备肥料：将废弃改性蒙脱石、谷氨酸发酵废弃菌体蛋白和谷氨酸发酵废水添加到搅拌罐中，500rpm搅拌15-30min，然后进入反应罐，控制反应罐的温度为100℃，反应30-60min，然后冷却至室温，得到混合料液；将混合料液、磷酸一铵以及尿素混匀，然后加入到双螺杆造粒机中造粒，干燥，制得肥料。
优选地，所述柠檬酸水溶液的质量分数为5-15％。
优选地，所述纳米活性炭的添加量为蒙脱石粉20-40％质量份。
优选地，所述步骤2)中，改性蒙脱石的添加量为0.05-0.1％重量份，处理时间为24-48h。
优选地，所述步骤3)中，废弃改性蒙脱石、谷氨酸发酵废弃菌体蛋白和谷氨酸发酵废水按照3-5kg:1-2kg:5-8L的比例添加。
优选地，所述步骤3)中，所述混合料液、磷酸一铵以及尿素按照3-5:1-2:1-2的质量比混匀。
更优选地，所述柠檬酸水溶液的质量分数为10％。
更优选地，所述纳米活性炭的添加量为蒙脱石粉30％质量份。
与现有技术相比较，本发明取得的有益效果主要包括但是并不限于以下几个方面：
在肥料制备中能够使用废水，但是无法对废水进行全部有效利用；本发明通过吸附净化废水，排出废水后，农田灌溉或者其他综合利用，例如锅炉降温使用；而菌体蛋白联合部分发酵废水、处理废水后的废弃的吸附剂，能够制得肥料，提高产品附加值，适应资源节约、提高企业竞争力的要求，使经济效益和生态环境两方面实现双赢，从而实现经济效益、环境效益、社会效益的协调统一。
本发明对蒙脱石进行改性，吸附效果大大提高；蒙脱石有较强的阳离子交换能力，在蒙脱石酸化过程中，氢离子首先置换层间域中的金属阳离子，氢离子特殊的性能能够吸附有机物，随着金属阳离子的部分流出，蒙脱石带负电，相互排斥，使得比表面积增加，而且由于部分羟基脱除，形成大量的断键，使得活性增强；与硫酸相比较，柠檬酸处理条件较为温和，不会对蒙脱石上的活性基团造成较大的破坏，从而改变蒙脱石的原有结构；通过柠檬酸改性酸化处理，提高了蒙脱石本身的层间距。
在柠檬酸条件和一定温度下，蒙脱石上的金属阳离子能够与纳米活性炭上的无机阴离子，例如羧基等基团发生共聚络合反应，从而形成沉积效应，纳米活性炭沉积在蒙脱石表面，形成絮凝体；纳米活性炭附着于蒙脱石表面，吸附性能好，还可以富集废水中的微生物，作为微生物的附着载体。
本发明纳米活性炭和蒙脱石巧妙地络合在一起制备成改性蒙脱石，采用不同的吸附机理，二者可以相互协同配合，共同对污染物进行高效去除，缩短了处理时间，提高了污水处理效率。
附图说明
图1：不同吸附剂类型对各主要污染物的去除率；
图2：不同酸处理的蒙脱石对氨氮去除率的影响；
图3：活性炭的添加量对改性蒙脱石对氨氮去除率的影响。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种氨基酸发酵废水二次增值利用的方法，其包括如下步骤：
利用谷氨酸棒杆菌发酵制得谷氨酸发酵液，离心发酵液，收集废弃菌体蛋白和滤过液，将滤过液按照常规提取工艺制备谷氨酸，提取过程产生的发酵废水备用；
1)制备改性蒙脱石：将蒙脱石粉碎，然后过50目筛，收集筛下物，然后置于100℃的干燥容器中干燥脱水处理30min，取出蒙脱石粉，再按照1g：2ml的添加量添加质量分数为10％的柠檬酸水溶液，进行浸泡改性处理，温度控制在60℃，保温条件下，处理时间为60min，然后添加占蒙脱石粉(脱水后的蒙脱石粉)30％质量份的纳米活性炭，提高反应温度至70℃，保温条件下，处理时间为60min，以500rpm离心3min，收集沉淀物，低温烘干，即得改性蒙脱石；
2)谷氨酸发酵废水进入沉淀池，自然沉降固液分离，获得沉降物与上层液，将上层液排入到处理池，调节pH6.5，添加0.08％的改性蒙脱石进行处理36h，经过过滤，收集废弃改性蒙脱石，排出液体，用于农业灌溉或锅炉降温；
3)将废弃改性蒙脱石、废弃菌体蛋白和发酵废水按照3kg:1kg:5L的比例添加到搅拌罐中，500rpm搅拌15min，然后进入反应罐，控制反应罐的温度为100℃，反应30min，然后冷却至室温，得到混合料液；按照混合料液、磷酸一铵以及尿素按照4:1:1的质量比混匀，然后加入到双螺杆造粒机中造粒，干燥，制得肥料。
实施例2
一种氨基酸发酵废水二次增值利用的方法，其包括如下步骤：
利用谷氨酸棒杆菌发酵制得谷氨酸发酵液，离心发酵液，收集废弃菌体蛋白和滤过液，将滤过液按照常规提取工艺制备谷氨酸，提取过程产生的发酵废水备用；
1)制备改性蒙脱石：将蒙脱石粉碎，然后过50目筛，收集筛下物，然后置于100℃的干燥容器中干燥脱水处理30min，取出蒙脱石粉，再按照1g：2ml的添加量添加质量分数为10％的柠檬酸水溶液，进行浸泡改性处理，温度控制在60℃，保温条件下，处理时间为60min，然后添加占蒙脱石粉30％质量份的纳米活性炭，提高反应温度至70℃，保温条件下，处理时间为60min，以500rpm离心3min，收集沉淀物，低温烘干，即得改性蒙脱石；
2)谷氨酸发酵废水进入沉淀池，自然沉降固液分离，获得沉降物与上层液，将上层液排入到处理池，调节pH6.5，添加0.09％的改性蒙脱石进行处理24h，经过过滤，收集废弃改性蒙脱石，排出液体，用于农业灌溉或锅炉降温；
3)将废弃改性蒙脱石、废弃菌体蛋白和发酵废水按照5kg:2kg:8L的比例添加到搅拌罐中，500rpm搅拌15min，然后进入反应罐，控制反应罐的温度为100℃，反应30min，然后冷却至室温，得到混合料液；按照混合料液、磷酸一铵以及尿素按照5:2:1的质量比混匀，然后加入到双螺杆造粒机中造粒，干燥，制得肥料。
实施例3
吸附剂类型对废水的处理效果。
进入处理池的谷氨酸发酵废水主要指标：COD为3562mg/L，氨氮为361mg/L，SS为287mg/L，pH4.8；吸附剂处理时间为36h，监测出水指标，采用常规的活性炭，蒙脱石作为对照，以实施例1制备的改性蒙脱石为研究对象，计算各主要污染物去除率，如图1所示，与常规的活性炭和蒙脱石吸附剂相比较，改性蒙脱石通过酸活化处理蒙脱石，因酸的作用而使层间距增大，层间距较未改性的蒙脱石增加1nm以上，而且通过络合作用将纳米活性炭沉积在蒙脱石表面，由于纳米活性炭比表面积较大，而且表面具备多种活性基团，能够和蒙脱石配合，对污染物进行充分吸附，还能够富集废水中的微生物，作为微生物的附着载体；未改性的蒙脱石和常规的活性炭吸附剂的效果均不太理想，未改性的蒙脱石层间距相对较小，而且含有水膜，不利于污染物的吸附；而活性炭过早地处于饱和吸附状态，对污染物的吸附能力相对较差。
实施例4
不同的酸对蒙脱石改性的影响。
选用硫酸、乙酸作为对照，以氨氮为污染物指标检测不同酸制得的改性蒙脱石类型对去除率的影响，各组酸使用的浓度分别设定为1,5,10,15,20(％)如图2所示，与硫酸、乙酸相比较，柠檬酸酸化处理蒙脱石时，对污染物的去除率更高；采用强酸酸化处理蒙脱石时，会对蒙脱石的组成结构产生一定的损坏，而采用酸度相对较弱的醋酸时，无法有效置换出阳离子；柠檬酸酸度适中，不会对蒙脱石上的活性基团产生较大的影响。
2、不同的纳米活性炭添加量对蒙脱石改性的影响。
选择纳米活性炭粉占蒙脱石粉质量份分别为0,10,20,30,40,50(％)，如图3所示，随着纳米活性炭的添加量的增大，对氨氮的去除率增大，增加到30％时，对氨氮的去除率达到峰值，继续增加活性炭的量，对吸附效果没有明显影响，可能原因是，过大添加量的活性炭已经超出了蒙脱石表面的负荷能力，选择30％添加量较为合适。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
