申請(qǐng)日2014.10.19
公開(kāi)(公告)日2015.01.28
IPC分類(lèi)號(hào)C01C1/24; C05G3/00
摘要
本發(fā)明屬于氨基酸發(fā)酵廢水處理領(lǐng)域，公開(kāi)了一種利用谷氨酸廢水生產(chǎn)液體肥料的方法，包括如下步驟，步驟1)發(fā)酵液過(guò)濾，步驟2)脫色、濃縮和結(jié)晶，步驟3)分離硫酸銨晶體，步驟4)水解，以及步驟5)制備肥料。該方法使用了谷基酸發(fā)酵廢水，大大降低肥料生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了變廢為寶，而且肥料效果優(yōu)于市場(chǎng)同類(lèi)產(chǎn)品。
權(quán)利要求書(shū)
1.種利用谷氨酸廢水生產(chǎn)液體肥料的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：步驟1)發(fā)酵液過(guò)濾，步驟2)脫色、濃縮和結(jié)晶，步驟3)分離硫酸銨晶體，步驟4)水解，以及步驟5)制備肥料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：
步驟1)發(fā)酵液過(guò)濾：谷氨酸發(fā)酵液經(jīng)微濾膜過(guò)濾除菌，分別收集截留物和濾過(guò)液;然后將濾過(guò)液繼續(xù)進(jìn)行超濾膜過(guò)濾，收集濃縮液和滲透液;將上述截留物和濃縮液合并為料液A備用;其中，微濾膜為無(wú)機(jī)陶瓷膜，截留分子量為2000MW，微濾溫度為40℃;超濾膜截留分子量為300MW，超濾溫度為40℃;
步驟2)脫色、濃縮和結(jié)晶：步驟1)所得滲透液泵入脫色罐進(jìn)行脫色處理，脫色罐中添加滲透液質(zhì)量0.5%的活性炭，控制脫色罐內(nèi)的溫度為45℃，脫色30min后，板框過(guò)濾去除活性炭，然后濃縮，結(jié)晶，最后離心獲得谷氨酸晶體和母液;所述濃縮參數(shù)為：溫度60℃，真空度為-0.1kpa;
步驟3)分離硫酸銨晶體：將步驟2)所得母液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，溫度控制在65℃，同時(shí)流加液氨，使得溶液pH控制在4.0，蒸發(fā)濃縮至母液體積的1/3時(shí)，降溫至40℃析出硫酸銨晶體，離心分離得到硫酸銨晶體和濃縮母液;
步驟4)水解：將料液A烘干，粉碎機(jī)粉碎成粉末狀，然后置于反應(yīng)釜中, 加入6-8mol/L的鹽酸，以沒(méi)過(guò)原料為準(zhǔn)，在60℃溫度下攪拌水解12-16小時(shí)，攪拌速度為100-200轉(zhuǎn)/min，反應(yīng)終止后用氫氧化鉀中和殘余鹽酸，得到氨基酸水溶液，然后按照氨基酸與金屬離子的摩爾比為3：1的比例添加金屬離子，控制溫度為40-50℃，時(shí)間為30-40min，pH在7.0進(jìn)行螯合反應(yīng)，最后將螯合產(chǎn)物濃縮，干燥以及粉碎，得到氨基酸螯合物;
步驟5)制備肥料：將氨基酸螯合物、殼聚糖、腐殖酸、尿素、磷酸二氫鉀和步驟3)所得濃縮母液按照1-2：5-9：8-15：30-50：35-50：100-150的質(zhì)量比例添加到攪拌罐中，100-200轉(zhuǎn)/分鐘攪拌10-20分鐘，即得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任其一的方法，其特征在于，
所述金屬離子由銅離子、鈣離子以及鋅離子按照1：1：1的摩爾比混合而成。
4.按照權(quán)利要求1-3任其一所述的方法制備的肥料。
說(shuō)明書(shū)
一種利用谷氨酸廢水生產(chǎn)液體肥料的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于氨基酸發(fā)酵廢水處理領(lǐng)域，具體涉及一種利用谷氨酸廢水生產(chǎn)液體肥料的方法。
背景技術(shù)
谷氨酸，是一種酸性氨基酸。分子內(nèi)含兩個(gè)羧基，化學(xué)名稱(chēng)為α-氨基戊二酸。谷氨酸是里索遜1856年發(fā)現(xiàn)的，為無(wú)色晶體，有鮮味，大量存在于谷類(lèi)蛋白質(zhì)中，動(dòng)物腦中含量也較多。谷氨酸在生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)代謝過(guò)程中占重要地位，參與動(dòng)物、植物和微生物中的許多重要化學(xué)反應(yīng)。谷氨酸鈉俗稱(chēng)味精，是重要的鮮味劑，對(duì)香味具有增強(qiáng)作用。谷氨酸鈉廣泛用于食品調(diào)味劑，既可單獨(dú)使用，又能與其它氨基酸等并用。用于食品內(nèi)，有增香作用。
隨著氨基酸發(fā)酵技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)成為味精的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，但是味精生產(chǎn)過(guò)程中所排放的廢水量大，味精發(fā)酵液經(jīng)等電提取谷氨酸后排放的母液具有CODCr高、BOD5高、菌體含量高、硫酸根(改用硫酸調(diào)pH前為氯離子)含量高、氨氮含量高及pH值(1.5-3.2)低“五高一低”的特點(diǎn)。是一種治理難度很大的工業(yè)廢水。由于不能有效地治理味精廢水，不少味精廠被列入全國(guó)重點(diǎn)污染源單位之列，味精廢水的治理已經(jīng)成為制約味精生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的重大難題。廢水中含有的大量菌體，它是一種單細(xì)胞蛋白，含有豐富的蛋白質(zhì)。
我國(guó)肥料的發(fā)展和應(yīng)用歷程，是從農(nóng)家肥到使用無(wú)機(jī)肥為主要階段，因農(nóng)家肥污染源多，運(yùn)輸量大，在操作上費(fèi)時(shí)費(fèi)力并且效果不是特別明顯;而無(wú)機(jī)肥成份單一，利用率較低，而且往往會(huì)造成土壤板結(jié)和伴隨水土流失污染水源，影響生態(tài)環(huán)境。目前，市場(chǎng)多采用含氮磷鉀的無(wú)機(jī)復(fù)合肥等，該復(fù)合肥的肥效全面，但是也存在肥效不持久，容易流失等缺陷;更重要的是，目前復(fù)合肥的價(jià)格較高，給農(nóng)民帶來(lái)較大的負(fù)擔(dān)，如何降低肥料成本，提高農(nóng)民收入是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)需要解決的技術(shù)問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種利用谷氨酸廢水生產(chǎn)液體肥料的方法，該方法使用了氨基酸發(fā)酵廢水，大大降低肥料生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了變廢為寶，而且施肥效果優(yōu)于市場(chǎng)同類(lèi)產(chǎn)品。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種利用谷氨酸廢水生產(chǎn)液體肥料的方法，該方法包括如下步驟：步驟1)發(fā)酵液過(guò)濾，步驟2)脫色、濃縮和結(jié)晶，步驟3)分離硫酸銨晶體，步驟4)水解，以及步驟5)制備肥料;
具體地，所述方法包括如下步驟：
步驟1)發(fā)酵液過(guò)濾：谷氨酸發(fā)酵液經(jīng)微濾膜過(guò)濾除菌，分別收集截留物和濾過(guò)液;然后將濾過(guò)液繼續(xù)進(jìn)行超濾膜過(guò)濾，收集濃縮液和滲透液;將上述截留物和濃縮液合并為料液A備用;其中，微濾膜為無(wú)機(jī)陶瓷膜，截留分子量為2000MW，微濾溫度為40℃;超濾膜截留分子量為300MW，超濾溫度為40℃;
步驟2)脫色、濃縮和結(jié)晶：步驟1)所得滲透液泵入脫色罐進(jìn)行脫色處理，脫色罐中添加滲透液質(zhì)量0.5%的活性炭，控制脫色罐內(nèi)的溫度為45℃，脫色30min后，板框過(guò)濾去除活性炭，然后濃縮，結(jié)晶，最后離心獲得谷氨酸晶體和母液;所述濃縮參數(shù)為：溫度60℃，真空度為-0.1kpa;
步驟3)分離硫酸銨晶體：將步驟2)所得母液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，溫度控制在65℃，同時(shí)流加液氨，使得溶液pH控制在4.0，蒸發(fā)濃縮至母液體積的1/3時(shí)，降溫至40℃析出硫酸銨晶體，離心分離得到硫酸銨晶體和濃縮母液;
步驟4)水解：將料液A烘干，粉碎機(jī)粉碎成粉末狀，然后置于反應(yīng)釜中, 加入6-8mol/L的鹽酸，以沒(méi)過(guò)原料為準(zhǔn)，在60℃溫度下攪拌水解12-16小時(shí)，攪拌速度為100-200轉(zhuǎn)/min，反應(yīng)終止后用氫氧化鉀中和殘余鹽酸，得到氨基酸水溶液，然后按照氨基酸與金屬離子的摩爾比為3：1的比例添加金屬離子，控制溫度為40-50℃，時(shí)間為30-40min，pH在7.0進(jìn)行螯合反應(yīng)，最后將螯合產(chǎn)物濃縮，干燥以及粉碎，得到氨基酸螯合物;
步驟5)制備肥料：將氨基酸螯合物、殼聚糖、腐殖酸、尿素、磷酸二氫鉀和步驟3)所得濃縮母液按照1-2：5-9：8-15：30-50：35-50：100-150的質(zhì)量比例添加到攪拌罐中，100-200轉(zhuǎn)/分鐘攪拌10-20分鐘，即得;
所述金屬離子由銅離子、鈣離子以及鋅離子按照1：1：1的摩爾比混合而成。
本發(fā)明還公開(kāi)了按照上述方法制備的肥料。
本發(fā)明取得的有益效果主要包括：
1.本發(fā)明將母液中的硫酸銨分離出去，避免硫酸根離子與石灰性土壤形成硫酸鈣，造成土壤結(jié)板，也避免了硫酸根在水淹情況下還原成硫化氫，對(duì)農(nóng)作物根造成傷害。
2.谷氨酸發(fā)酵液的過(guò)濾截留物和濃縮液中含有大量的發(fā)酵菌體和蛋白，本發(fā)明在生產(chǎn)氨基酸的同時(shí)利用了菌體蛋白和母液，省去了母液處理過(guò)程，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了變廢為寶，大幅度提高了資源的利用率;
3.本發(fā)明將利用菌體蛋白制備成螯合氨基酸，避免使用價(jià)格昂貴的蛋白原料，而且大大提高了肥料;
4.本發(fā)明添加氫氧化鉀作為中和劑，其產(chǎn)生的鉀鹽可作為復(fù)合肥鉀養(yǎng)份;
5. 本發(fā)明添加了合適量的腐植酸，以物理和化學(xué)鍵合方式絡(luò)合養(yǎng)分，延緩養(yǎng)分釋放快慢，實(shí)現(xiàn)肥效速緩兼?zhèn)�，提高保肥、保水能力，鎖住養(yǎng)分控制流失;
6.本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單可行，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請(qǐng)中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請(qǐng)具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更加清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例�；诒旧暾�(qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
實(shí)施例1
一種利用谷氨酸廢水生產(chǎn)液體肥料的方法，其包括如下步驟：
步驟1)發(fā)酵液過(guò)濾：谷氨酸發(fā)酵液經(jīng)微濾膜過(guò)濾除菌，分別收集截留物和濾過(guò)液;然后將濾過(guò)液繼續(xù)進(jìn)行超濾膜過(guò)濾，收集濃縮液和滲透液;將上述截留物和濃縮液合并為料液A備用;其中，微濾膜為無(wú)機(jī)陶瓷膜，截留分子量為2000MW，微濾溫度為40℃;超濾膜截留分子量為300MW，超濾溫度為40℃;
步驟2)脫色、濃縮和結(jié)晶：步驟(1)所得滲透液泵入脫色罐進(jìn)行脫色處理，脫色罐中添加滲透液質(zhì)量0.5%的活性炭，控制脫色罐內(nèi)的溫度為45℃，脫色30min后，板框過(guò)濾去除活性炭，然后濃縮，結(jié)晶，最后離心獲得谷氨酸晶體和母液;所述濃縮參數(shù)為：溫度60℃，真空度為-0.1kpa;
步驟3)制備硫酸銨晶體：將母液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，溫度控制在65℃，同時(shí)流加液氨，使得溶液PH控制在4.0，蒸發(fā)濃縮至原液體積的1/3時(shí)，降溫至40℃析出硫酸銨晶體，離心分離得到硫酸銨晶體和濃縮母液;
步驟4)水解：將料液A烘干，粉碎機(jī)粉碎成粉末狀，然后置于反應(yīng)釜中, 加入8mol/L的鹽酸，以沒(méi)過(guò)原料為準(zhǔn)，在60℃溫度下攪拌水解12小時(shí)，攪拌速度為100轉(zhuǎn)/min，反應(yīng)終止后用氫氧化鉀中和殘余鹽酸，得到氨基酸水溶液，然后按照氨基酸與金屬離子的摩爾比為3：1的比例添加金屬離子，控制溫度為40℃，時(shí)間為30min，pH在7.0進(jìn)行螯合反應(yīng)，最后將螯合產(chǎn)物濃縮，干燥以及粉碎，得到氨基酸螯合物;所述金屬離子由銅離子(Cu+2)、鈣離子(Ca+2)以及鋅離子(Zn+2)按照1：1：1的摩爾比混合而成;
步驟5)制備肥料：將氨基酸螯合物、殼聚糖、腐殖酸、尿素、磷酸二氫鉀和步驟3)所得濃縮母液按照1：5：8：30：35：100的質(zhì)量比例添加到攪拌罐中，200轉(zhuǎn)/分鐘攪拌10分鐘，即得。
實(shí)施例2
一種利用谷氨酸廢水生產(chǎn)液體肥料的方法，其包括如下步驟：
步驟1)發(fā)酵液過(guò)濾：谷氨酸發(fā)酵液經(jīng)微濾膜過(guò)濾除菌，分別收集截留物和濾過(guò)液;然后將濾過(guò)液繼續(xù)進(jìn)行超濾膜過(guò)濾，收集濃縮液和滲透液;將上述截留物和濃縮液合并為料液A備用;其中，微濾膜為無(wú)機(jī)陶瓷膜，截留分子量為2000MW，微濾溫度為40℃;超濾膜截留分子量為300MW，超濾溫度為40℃;
步驟2)脫色、濃縮和結(jié)晶：步驟(1)所得滲透液泵入脫色罐進(jìn)行脫色處理，脫色罐中添加滲透液質(zhì)量0.5%的活性炭，控制脫色罐內(nèi)的溫度為45℃，脫色30min后，板框過(guò)濾去除活性炭，然后濃縮，結(jié)晶，最后離心獲得谷氨酸晶體和母液;所述濃縮參數(shù)為：溫度60℃，真空度為-0.1kpa;
步驟3)制備硫酸銨晶體：將母液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，溫度控制在65℃，同時(shí)流加液氨，使得溶液PH控制在4.0，蒸發(fā)濃縮至原液體積的1/3時(shí)，降溫至40℃析出硫酸銨晶體，離心分離得到硫酸銨晶體和濃縮母液;
步驟4)水解：將料液A烘干，粉碎機(jī)粉碎成粉末狀，然后置于反應(yīng)釜中, 加入6mol/L的鹽酸，以沒(méi)過(guò)原料為準(zhǔn)，在60℃溫度下攪拌水解16小時(shí)，攪拌速度為200轉(zhuǎn)/min，反應(yīng)終止后用氫氧化鉀中和殘余鹽酸，得到氨基酸水溶液，然后按照氨基酸與金屬離子的摩爾比為3：1的比例添加金屬離子，控制溫度為50℃，時(shí)間為40min，pH在7.0進(jìn)行螯合反應(yīng)，最后將螯合產(chǎn)物濃縮，干燥以及粉碎，得到氨基酸螯合物;所述金屬離子由銅離子(Cu+2)、鈣離子(Ca+2)以及鋅離子(Zn+2)按照1：1：1的摩爾比混合而成;
步驟5)制備肥料：將氨基酸螯合物、殼聚糖、腐殖酸、尿素、磷酸二氫鉀和步驟3)所得濃縮母液按照2：9：15：50：50：150的質(zhì)量比例添加到攪拌罐中，100轉(zhuǎn)/分鐘攪拌20分鐘，即得。
實(shí)施例3
本發(fā)明肥料的肥效試驗(yàn)
一、以番茄為例：
本發(fā)明實(shí)施例1制備的液體肥料對(duì)番茄產(chǎn)量及品質(zhì)的影響。試驗(yàn)組追加噴灑本發(fā)明制劑，對(duì)照組以噴等量清水，番茄品種為白果強(qiáng)豐，每畝地100kg，其他種植條件兩個(gè)組別完全相同。結(jié)果如表1所示，施用本產(chǎn)品后能夠增加番茄產(chǎn)量，縮短上市時(shí)間，增強(qiáng)番茄抗病能力，還能提高果實(shí)品質(zhì)，增加番茄果實(shí)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
二、以黃瓜為例：
本發(fā)明實(shí)施例1的液體肥料對(duì)黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。春大棚黃瓜供試品種為津春3號(hào)，采用高畦壟作，寬窄行栽培，小區(qū)面積1畝地，葉面噴施實(shí)施例1制備的液態(tài)肥料(試驗(yàn)組1)和市售康樸液體肥(試驗(yàn)組2)，連噴3次，以噴施清水為對(duì)照，測(cè)定其前期產(chǎn)量(對(duì)照達(dá)始收期后15d內(nèi)的產(chǎn)量)，每小區(qū)取100株觀測(cè)其15d內(nèi)的生長(zhǎng)量。結(jié)果如表2所示，施用本發(fā)明肥料后能夠促進(jìn)黃瓜生長(zhǎng)，增強(qiáng)黃瓜抗病能力，提高黃瓜產(chǎn)量和產(chǎn)品品質(zhì)。在各項(xiàng)指標(biāo)上均優(yōu)于市售常用液態(tài)肥。
