CN101366444A - 谷氨酸废水生产高蛋白盐藻饲料添加剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种谷氨酸发酵废水生产高蛋白盐藻饲料添加剂的方法，其要点是在发酵废水中加入盐藻培养液，经培养后的盐藻培养藻液在中空纤维膜组件中进行浓缩，然后分离浓缩藻液，得藻糊和废水，将藻糊脱水干燥即得高蛋白盐藻饲料添加剂；废水采用UASB+A/O工艺的方法处理，UASB废水中的有机污染物在厌氧条件下，经微生物降解，转化成甲烷、二氧化碳，沉淀物经污泥浓缩池浓缩、干燥得肥料。本发明过程简单，生产成本低，不使用任何添加剂，实现了谷氨酸废水的综合利用，利用盐藻处理谷氨酸废水、净化富营养水体，既能保护环境又能节约资源，而且用废水培养藻类获得藻体蛋白可以变废为宝，具有极大的生态效益和社会经济效益。

Description

谷氨酸废水生产高蛋白盐藻饲料添加剂的方法
技术领域  本发明属于谷氨酸发酵废水综合利用技术领域，涉及一种谷氨酸发酵废水生产高蛋白盐藻饲料添加剂的方法。
技术背景  目前，饲料工业的发展正在国民经济中日益发挥着重要的作用，饲料原料，特别是蛋白质原料的严重不足，是解决我国发展饲料工业的难题之一。目前，我国配合饲料的普及率仅25％左右，每年饲料添加剂需求尚缺30万吨，与生产实际的需求相距甚远。我国年出栏生猪3.3亿头，实际需要猪饲料8000多万吨；黄牛4000多万头，山羊8000多万只，需精料添补料和矿维添加剂上千万吨，由此可见，各类畜禽配合饲料及其添加剂的推广应用前景是十分广阔的。
微藻是人类重要的营养来源，它符合健康食品的概念，被世界卫生组织推荐为人类最佳保健品，而盐藻是最耐盐的真核生物，盐藻的适盐范围很广，可以在含0.05～5.5mol/LNaCl的培养液中生存，最适盐浓度为1～2mol/L。除了对高盐浓度的适应外，盐藻属的所有种还能适应许多其他方面的逆境，例如大范围的温度变化，高静水压等，对于铜、汞、铝等重金属离子也具有较强的抗性。除此之外，盐藻对于酸碱也有极强的适应能力，它可以在pH0.3～11的环境中生长。盐藻能够储存大量的β-胡萝卜素和甘油等有机化合物，而β-胡萝卜素作为饲料添加剂不仅能提高鸡的产蛋率且蛋黄颜色深，对于牛的生殖***和繁殖后代都有显著改善，同时还可以提高动物肌体的免疫能力，抵御自由基对动物的侵害。国外一些发达国家已普遍应用海藻作饲料添加剂，饲料原料特别是蛋白质原料严重不足是我国发展饲料工业的难题之一，所以，开发利用海洋资源发展节粮畜牧业大有可为、前景广阔。
盐藻是一种光能转化率高，生长繁殖快的单细胞藻，除了含有大量的β-胡萝卜素外，还含有α-胡萝卜素、γ-胡萝卜素等天然类胡萝卜素，而且易被人体吸收的天然胡萝卜素高于其他合成的胡萝卜素。在条件适当的情况下，这种藻可大量合成β-胡萝卜素，从10公斤鲜藻内可获得1公斤β-胡萝卜素，这比胡萝卜高出了500倍左右。由于β-胡萝卜素抗氧化能力强，又是人体必需的最重要的活性物质，加上其资源极其丰富和易加工等特点，目前在国际上备受关注。
谷氨酸废水一直是一种比较难以治理的废水，由于废水具有高CODcr、高SO4 2-、高氨氮、低pH的特点，按常规物化或生化法，难以达到处理的目的。然而，谷氨酸发酵废液中的残糖、谷氨酸等可促进某些藻类的生长，而很多不易去除的有机氮磷物质也是藻类生长可利用的物质，这为我们探索藻类净化谷氨酸发酵废水、生产藻类饲料添加剂的可行性提供了一定的理论基础。废水中总氮为0.8％～1.0％，其中优质氮源氨态氮占80％，还含残糖、有机酸、磷、镁、钾等营养物质，可用于藻类培养生产中提供氮源等营养成分。
利用谷氨酸发酵废水培养盐藻获得单细胞藻体蛋白可以作为饲料添加剂，而且盐藻细胞内累积了大量的β-胡萝卜素和蛋白质等营养成分，盐藻在正常海水中累积蛋白质为干重的50～60％(包括人类必需氨基酸在内的18种氨基酸)，在特定条件下β-胡萝卜素可达干重的10％以上，不仅能有效地改进饲料的营养结构，而且可提高饲料利用率，同时可以改善畜产品的质量，提高动物抗病和抗应激能力等，从而能提高动物生产性能及获得养殖高效益。国外研究表明，将海藻粉用作饲料添加剂，不仅能有效地改进饲料的营养结构，而且可提高饲料利用率，同时可以改善畜产品的质量，提高动物抗病和抗应激能力等，从而能提高动物生产性能及获得养殖高效益。
利用废水培养藻类获得藻体蛋白作为饲料添加剂，可以变废为宝，而在处理谷氨酸发酵废水的基础上开发利用盐藻蛋白饲料，既能保护环境又能节约资源，具有良好的生态效益和社会经济效益，到目前为止，在国内外尚未见报道。
发明内容  本发明的目的是提供一种谷氨酸发酵废水生产高蛋白盐藻饲料添加剂的方法，以克服现有技术的不足。
本发明是在处理谷氨酸废水的基础上利用盐藻生产高蛋白饲料添加剂的。
本发明是通过下述技术方案实现的：
1)将谷氨酸发酵废水流经格栅，去除漂浮物进入调节池，进入调节池的谷氨酸发酵废水中含有CODcr、BOD、SS、NH3-N、TP、残糖和谷氨酸等营养物质，通常谷氨酸废水进水指标为：CODcr 1200mg/L、BOD 500mg/L、SS 200mg/L、NH3-N 300mg/L，排放量2500m3/d；
2)谷氨酸发酵废水从调节池输送到盐藻培养池，将经过纯化初步培养的盐藻培养液按体积比为1％的接种量加入到盐藻培养池中，在谷氨酸发酵废水中培养盐藻14天，由于盐藻在逆境条件下生长比较缓慢，因此，在废水中培养盐藻需要延长培养周期，14天后生物量可以达到100万/毫升；
3)将步骤2)中得到的盐藻培养藻液在中空纤维膜组件中进行浓缩，得到浓缩藻液，中空纤维膜截流速为5～30KDa，浓缩过程中用蠕动循环泵错流循环，操作压力为0.1～0.4bar，膜面藻液流速为5～10m/s，要求：对中空纤维膜组件进行定期反洗维持通量，并采用pH2.0～4.0的柠檬酸清洗，以除去中空纤维膜表面沉降的无机颗粒，采用氧化剂清洗膜表面附着的蛋白质；
4)将步骤3)中得到的浓缩藻液用离心机分离浓缩藻液，得藻糊，然后将藻糊脱水干燥即得高蛋白盐藻饲料添加剂；
将藻液离心后的废水采用UASB+A/O工艺的方法处理，UASB废水中的有机污染物在厌氧条件下，经微生物降解，转化成甲烷、二氧化碳等，甲烷气体可做为能源再次利用，用于锅炉燃烧等，既去除了有机污染物又回收了能源。A/O工艺不但能取得比较满意的脱氮效果，而且通过缺氧-好氧循环操作，同样可取得高的COD和BOD的去除率，沉淀物经污泥浓缩池浓缩、干燥得肥料，最终达到谷氨酸发酵废水的出水指标。
本发明步骤2)中藻生物量的测定采用浊度法和干重法。在培养过程中用721分光光度计测定培养样液在680nm处的吸光度(OD680)，然后根据显微计数法所确定的细胞密度与OD680nm之间的函数关系计算盐藻细胞密度；取10mL培养液离心洗涤，沉淀藻体在80℃恒温干燥至恒重后测定藻体的干重，从而检测盐藻的生长状况。
本发明步骤5)中的UASB具有以下特点：容积负荷及有机物去除率高，能耗低，并能回收沼气；运行管理简便，动力消耗少，处理能力强，对各种冲击有较强的稳定性和恢复能力；剩余污泥量少且性质稳定、易脱水。
本发明步骤5)中的A/O工艺具有以下特点：去除效率高，节约水处理药剂；污泥沉降性能好、无膨胀；节约动力消耗，运行成本低。
本发明步骤5)中，通过检测出水可知，COD<87mg/L，BOD<30mg/L，SS<31mg/L，NH3-N<9.62mg/L，色度40倍，pH6.88-7.26，以上指标均达到《味精工业污染物排放标准》(GB19431-2004)，同时也达到《山东省南水北调沿线水污染物综合排放标准》(DB37/599-2006)一般保护区域标准，达标排放。
本发明在谷氨酸发酵废液中培养盐藻，14天后生物量可以达到100万/毫升，其中类胡萝卜素含量达到10～20克/立方米，甘油含量达到20～30克/立方米；采用中空纤维膜法浓缩藻液，然后离心可以获得藻糊，在此过程中不需要添加任何化学试剂，成本较低，过程简单，而且获得的产品蛋白含量和胡萝卜素含量高，是最理想的饲料添加剂，具有较高的经济效益。
本发明谷氨酸发酵废水生产高蛋白盐藻饲料添加剂的方法，该方法过程简单，生产成本低，不使用任何添加剂，实现了谷氨酸废水的综合利用，利用盐藻处理谷氨酸废水、净化富营养水体，既能保护环境又能节约资源，而且用废水培养藻类获得藻体蛋白可以变废为宝，具有极大的生态效益和社会经济效益。
附图说明  图1、谷氨酸发酵废液处理工艺流程图；
          图2、高蛋白饲料添加剂生产工艺流程图。
具体实施方式  本发明谷氨酸发酵废水生产高蛋白盐藻饲料添加剂的方法，按下述工艺步骤进行：
1)将谷氨酸发酵废水流经格栅，去除漂浮物进入调节池；
2)谷氨酸发酵废水从调节池输送到盐藻培养池，将经过纯化初步培养的盐藻培养液按体积比为1％的接种量加入到盐藻培养池中，在谷氨酸发酵废水中培养盐藻14天；
3)将步骤2)中得到的盐藻培养藻液在中空纤维膜组件中进行浓缩，得到浓缩藻液，中空纤维膜截流速为20KDa，浓缩过程中用蠕动循环泵错流循环，操作压力为0.2bar，膜面藻液流速为7m/s；
4)将步骤3)中得到的浓缩藻液用离心机分离浓缩藻液，得藻糊和废水，然后将藻糊脱水干燥即得高蛋白盐藻饲料添加剂；
5)将藻液离心后的废水在厌氧条件下，经微生物降解，转化成甲烷、二氧化碳，沉淀物经污泥浓缩池浓缩、干燥得肥料。
效益分析：
1、由于味精生产废水的量较大，废水中又具有高CODcr，高NH3-N，SO4 2-，低pH值，所以给生产废水的处理带来了很大的难度，采用传统的处理方式，处理的废水勉强达到国家二级排放标准，外排废水量为3000m3/d，外排废水中CODcr浓度为285mg/L，NH3-N浓度为24mg/L，pH为6.5，年外排CODcr总量为282.2吨，年外排NH3-N总量为23.76吨。如果采用本发明，外排废水中CODcr浓度为87mg/L，NH3-N浓度为9.62mg/L，与传统方法相比，外排废水中CODcr浓度降低198mg/L，NH3-N浓度降低14.38mg/L，外排废水的浓度分别降低69.5％，60％；年可减排CODcr总量256.4吨，NH3-N总量20.9吨。
2、传统的工艺中，只能在发酵废液中提取硫酸铵和液体肥，年可提取硫酸铵4万吨，生产液体肥32万吨，按照市场价硫酸铵1100元/吨、液体肥20元/吨计算，年可实现收益5040万元。如果采用本发明，年可生产肥料8万吨，沼气46万m3，减缴排污费19.2万元，节约用水70万m3，按照市场价有机-无机复混肥1200元/吨，沼气0.4元/吨，水1.6元/m3计算，年可实现收益9730万元。

Claims (1)

1.一种谷氨酸发酵废水生产高蛋白盐藻饲料添加剂的方法，其特征在于按下述工艺步骤进行：
1)将谷氨酸发酵废水流经格栅，去除漂浮物进入调节池；
2)谷氨酸发酵废水从调节池输送到盐藻培养池，将经过纯化初步培养的盐藻培养液按体积比为1％的接种量加入到盐藻培养池中，在谷氨酸发酵废水中培养盐藻14天；
3)将步骤2)中得到的盐藻培养藻液在中空纤维膜组件中进行浓缩，得到浓缩藻液，中空纤维膜截流速为5～30KDa，浓缩过程中用蠕动循环泵错流循环，操作压力为0.1～0.4bar，膜面藻液流速为5～10m/s；
4)将步骤3)中得到的浓缩藻液用离心机分离浓缩藻液，得藻糊，然后将藻糊脱水干燥即得高蛋白盐藻饲料添加剂。
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