一种赖氨酸发酵液废水浓缩液的处理方法和发酵生产赖氨酸的方法

摘要

本发明提供一种赖氨酸发酵液废水浓缩液的处理方法，所述赖氨酸发酵液废水浓缩液中含有硫酸铵，且硫酸铵的浓度为35-40重量%，该处理方法使得处理后的赖氨酸发酵液废水浓缩液中有机质的含量低于或等于2重量%，透光率高于或等于88%。本发明还提供一种发酵生产赖氨酸的方法，该方法包括将赖氨酸发酵菌种接入赖氨酸发酵培养基中，在流加碳源和流加氮源的条件下，进行发酵培养，所述氮源含有上述方法处理后的赖氨酸发酵液废水浓缩液。本发明通过控制处理后的赖氨酸发酵液废水浓缩液的有机质含量和透光率，使得所述浓缩液能够直接作为发酵法生产赖氨酸的无机氮源，不但能够满足赖氨酸发酵需要，而且降低了赖氨酸生产成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种赖氨酸发酵液废水浓缩液的处理方法，以及一种发酵生产赖氨酸的方法。

背景技术

发酵法生产赖氨酸的原料主要为葡萄糖，豆粕水解液和硫酸铵。硫酸铵是赖氨酸的主要无机氮源，需要与有机氮源豆粕水解液一起加入培养基中，在发酵过程中随着菌体的增长，培养基的氮源不断下降，发酵液中的硫酸根会不断增加，这时需要加硫酸铵和通入液态氨来补充氮源；发酵完毕，放入发酵液储罐，为了防止赖氨酸分解，需用硫酸来调节发酵液的pH值，这时发酵液的硫酸铵又有增加；发酵液经过精制纯化，硫酸铵将全部进入废水中。目前的生产过程中，对废水（主要成分为硫酸铵）的处理工艺流程是使废水经过负压四效降膜浓缩、单效升膜重结晶、离心脱溶、喷浆造粒、洗涤除尘、静电处理和生化处理等工序。工艺流程图如图1所示。

目前的生产工艺具有以下缺陷：

（1）工序复杂，所需人工和能耗均较多，生产出的固体硫酸铵低价外卖给复合肥厂家做氮源，而赖氨酸发酵生产中的硫酸铵又要商购获得，由此增加了赖氨酸的生产成本。

（2）赖氨酸发酵液废水浓缩液再次浓缩结晶离心脱溶，会产生大量的母液，硫酸铵提取率只有80%，大量硫酸铵从母液中流失，影响废水中硫酸铵的回收率，并且，母液的处理需要大量费用，从而又增加了赖氨酸的生产成本。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术缺陷，提供一种工序简单、能耗较低、硫酸铵回收率高的赖氨酸发酵液废水浓缩液的处理方法和一种发酵生产赖氨酸的方法。

本发明的发明人在研究中发现，现有技术中离心脱溶后的固体硫酸铵难以回用于赖氨酸发酵生产的原因是其中的有机质含量过高，以及溶于水后形成的硫酸铵溶液的透光率较低。在此基础上，本发明的发明人提出一种赖氨酸发酵液废水浓缩液的处理方法，控制处理后的赖氨酸发酵液废水浓缩液的有机质含量和透光率，从而使得处理后的赖氨酸发酵液废水浓缩液满足回用于发酵法生产赖氨酸的工艺要求。

本发明提供一种赖氨酸发酵液废水浓缩液的处理方法，所述赖氨酸发酵液废水浓缩液中含有硫酸铵，且硫酸铵的浓度为35-40重量%，其中，该处理方法使得处理后的赖氨酸发酵液废水浓缩液中有机质的含量低于或等于2重量%，透光率高于或等于88%。

本发明还提供一种发酵生产赖氨酸的方法，该方法包括将赖氨酸发酵菌种接入赖氨酸发酵培养基中，在流加碳源和流加氮源的条件下，进行发酵培养，其中，所述氮源含有上述方法处理后的赖氨酸发酵液废水浓缩液。

本发明的处理方法通过控制处理后的赖氨酸发酵液废水浓缩液中的有机质含量和透光率，使得处理后的赖氨酸发酵液废水浓缩液能够直接作为发酵法生产赖氨酸的无机氮源，不但能够满足赖氨酸的发酵需要，产酸浓度和最终的赖氨酸产品质量也能够达到要求，而且减少了废水浓缩液的单效重结晶、离心脱溶及母液处理等工序，由此降低能源消耗，而且提高了硫酸铵的回收率，从而降低了赖氨酸的生产成本。本发明提供的一种优选实施方式中，将赖氨酸发酵液废水浓缩液与活性炭和絮凝剂接触，进行除杂和脱色，即可达到上述目的，该实施方式操作简便，成本低廉，硫酸铵的回收率可达到99%，大大降低了赖氨酸的生产成本。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有技术处理赖氨酸发酵液废水浓缩液的工艺流程图；

图2是本发明一种实施方式的工艺流程图。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种赖氨酸发酵液废水浓缩液的处理方法，所述赖氨酸发酵液废水浓缩液中含有硫酸铵，且硫酸铵的浓度为35-40重量%，其中，该处理方法使得处理后的赖氨酸发酵液废水浓缩液中有机质的含量低于或等于2重量%，透光率高于或等于88%。其中，所述有机质的重量含量以及硫酸铵的浓度均以所述赖氨酸发酵液废水浓缩液的重量为基准。

优选地，该处理方法使得处理后的赖氨酸发酵液废水浓缩液中有机质的含量为1-2重量%，进一步优选为1-1.5重量%；透光率优选为88-92%，进一步优选为90-92%。将赖氨酸发酵液废水浓缩液中的有机质含量和透光率处理到上述优选范围，即可使得处理后的赖氨酸发酵液废水浓缩液满足回用于发酵法生产赖氨酸的工艺要求。

本发明中，所述赖氨酸发酵液废水浓缩液的概念为本领域公知，指的是，赖氨酸发酵液废水经过浓缩后得到的液体，浓缩的方法通常为四效浓缩。

本领域技术人员可以选择任何适用的方式，将赖氨酸发酵液废水浓缩液处理到上述的有机质含量和透光率范围。根据本发明一种优选实施方式，所述处理方法包括使赖氨酸发酵液废水浓缩液与活性炭和絮凝剂接触，并进行固液分离。此时，所述处理后的赖氨酸发酵液废水浓缩液即指固液分离后的浓缩液清液。

其中，所述活性炭和絮凝剂的用量能够使处理后的赖氨酸发酵液废水浓缩液达到上述有机质含量和透光率范围即可。具体地，相对于100mL赖氨酸发酵液废水浓缩液，所述活性炭的用量为1.5-2.5g，优选为1.8-2.2g。相对于100mL赖氨酸发酵液废水浓缩液，所述絮凝剂的用量优选为0.5-1.5g，进一步优选为0.8-1.0g。

本发明对所述絮凝剂和活性炭的加入顺序没有特别的限定，二者可以同时或依次与所述赖氨酸发酵液废水浓缩液接触。

其中，所述固液分离可以采用本领域常规的各种固液分离方法，例如，板压过滤。

本发明对所述接触的条件没有特别的限定，以使处理后的赖氨酸发酵液废水浓缩液达到上述有机质含量和透光率范围为准。活性炭在较高的温度下具有更强的结合能力，通常，赖氨酸发酵液废水经过浓缩后得到的浓缩液的温度为75-85℃，因此，在该温度下使赖氨酸发酵液废水浓缩液与活性炭进行接触即是较优选的方式。所述活性炭和絮凝剂可以直接加入到经过浓缩后的所述赖氨酸发酵液废水浓缩液中。优选搅拌1小时以上，以使接触充分。

本发明中所述絮凝剂可以为本领域任何絮凝剂，具体地，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺、聚氧乙烯、乙烯吡啶共聚物和聚丙烯酸中的至少一种。所述活性炭可以为各种形式的活性炭，如颗粒状或粉末状，可以通过商购获得。所述絮凝剂和活性炭可通过商购获得。

本发明中所述有机质指的是赖氨酸发酵液废水浓缩液中含有的各种公知的有机化合物（主要是残糖、蛋白、菌丝体）。所述有机质的含量可以通过本领域常规的方法测得，优选地，所述有机质的含量通过重铬酸钾容量法测得。该方法的具体步骤已为本领域技术人员公知。

本发明中所述透光率可以通过本领域常规的方法测得，优选地，所述透光率通过分光光度法测得。本发明中，所述透光率（%）以水作为参比。

利用上述方法处理后的赖氨酸发酵液废水浓缩液可以回用于发酵法生产赖氨酸。即，将处理后的赖氨酸发酵液废水浓缩液作为发酵法生产赖氨酸的无机氮源使用。

具体地，本发明提供一种发酵生产赖氨酸的方法，该方法包括将赖氨酸发酵菌种接入赖氨酸发酵培养基中，在流加碳源和流加氮源的条件下，进行发酵培养，其中，所述氮源含有上述方法处理后的赖氨酸发酵液废水浓缩液。

加入所述处理后的赖氨酸发酵液废水浓缩液后硫酸铵在所述发酵培养基中的终浓度可与现有技术相同，例如，加入所述处理后的赖氨酸发酵液废水浓缩液的量可使培养液中氮的浓度控制在0.35-1.2克/升（以氮元素计）。发酵培养基的组成，发酵条件和步骤等均可为本领域的常规选择。例如，通气量可以为0.5-1.5体积：（体积·分钟），压力可以为0.05-0.1MPa；赖氨酸发酵菌种可选自大肠杆菌、谷氨酸棒杆菌、乳酸发酵短杆菌和黄色短杆菌中的至少一种。

本发明中，氮源还可以含有其他，如尿素、氯化铵、磷酸铵、硝酸铵、液氨和氨水中的至少一种。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

以下实施例中，所述有机质的含量通过重铬酸钾容量法测得；所述透光率通过紫外可见分光光度计测得。按照GB/T3595-2000的方法测定发酵液中氨氮的浓度。按照GB10794-2009的方法检测赖氨酸浓度（以赖氨酸盐酸盐计）。所用的赖氨酸发酵液废水浓缩液中硫酸铵的含量为40重量%，有机质的含量为15重量%，颜色呈暗红色，温度为80℃。

实施例1

按照图2所示的工艺流程处理经过四效浓缩后得到的赖氨酸发酵液废水浓缩液。具体地，

向所述浓缩液中同时加入絮凝剂（聚丙烯酰胺）和活性炭，相对于每100mL所述浓缩液，絮凝剂的加入量为1g，活性炭的加入量为2g；搅拌60分钟以后将所述浓缩液进行板压过滤，得到浓缩液清液A和残渣；

浓缩液清液A中的硫酸铵含量为38重量%，有机质的含量为2.0重量%，颜色呈淡黄色，透光率为88%，残渣通过焚烧进行处理。生产硫酸铵的能耗和产量见表1。

实施例2

按照图2所示的工艺流程处理经过四效浓缩后得到的赖氨酸发酵液废水浓缩液。具体地，

向所述浓缩液中同时加入絮凝剂（聚氧乙烯）和活性炭，相对于每100mL所述浓缩液，絮凝剂的加入量为1.3g，活性炭的加入量为2.2g；搅拌60分钟以后，将所述浓缩液进行板压过滤，得到浓缩液清液B和残渣；

浓缩液清液B中的硫酸铵含量为35重量%，有机质的含量为1.5重量%，颜色呈淡黄色，透光率为90%，残渣通过焚烧进行处理。生产硫酸铵的能耗和产量见表1。

实施例3

按照图2所示的工艺流程处理经过四效浓缩后得到的赖氨酸发酵液废水浓缩液。具体地，

向所述浓缩液中同时加入絮凝剂（乙烯吡啶共聚物）和活性炭，相对于每100mL所述浓缩液，絮凝剂的加入量为1.5g，活性炭的加入量为2.5g；搅拌60分钟以后，将所述浓缩液进行板压过滤，得到浓缩液清液C和残渣；

浓缩液清液C中的硫酸铵含量为36重量%，有机质的含量为1.0重量%，颜色呈淡黄色，透光率为92%，残渣通过焚烧进行处理。生产硫酸铵的能耗和产量见表1。

表1

由表1可以看出，根据本发明的方法处理赖氨酸发酵液废水浓缩液，生产硫酸铵所需的汽耗和电耗都远低于现有工艺通过浓缩结晶生产硫酸铵的能耗，并且，从废水中提取的硫酸铵产量也大大提高。

对比例1

按照实施例1的方法处理赖氨酸发酵液废水浓缩液，不同的是，加入的活性炭和絮凝剂使得浓缩液清液中有机质的含量为2.5重量%，透光率为88%，得到浓缩液清液D和残渣。

对比例2

按照实施例1的方法处理赖氨酸发酵液废水浓缩液，不同的是，加入的活性炭和絮凝剂使得浓缩液清液中有机质的含量为2.0重量%，透光率为85%，得到浓缩液清液E和残渣。

实施例5

发酵法制备赖氨酸，其中，分别将浓缩液清液A-E以及固体硫酸铵纯品作为步骤（2）中的无机氮源。

（1）开启种子培养罐中的搅拌，调节罐压为0.1MPa，按照通风量与培养基1:1体积比通入无菌空气，用氨水调节pH至6.8并保持恒定。将大肠杆菌菌种（菌株ZL01原种取自中国工业微生物菌种保藏管理中心）活化和增殖后接入种子罐中进行培养，培养过程中，流加淀粉质原料糖化清液控制还原糖浓度为3-10g/L，流加氨水控制溶液的pH值为6.8，并且每隔120分钟取样镜检并测定OD值，当镜检菌体形态正常且OD值达到0.8时停止培养，得到成熟的种子液A。

（2）将种子液A加入到发酵培养基中开始发酵，其中，以每毫升初始发酵培养基计，发酵菌种的接种量为10体积%（接种后且流加碳源和流加氮源之前发酵罐中的培养基的体积为发酵罐体积的50%），发酵条件包括：按照通风量与培养基体积1:1通入无菌空气，罐压为0.07MPa，流加淀粉质原料糖化清液控制发酵溶液中还原糖浓度为8.0-10.0g/l，流加无机氮源控制发酵溶液中氨氮浓度为0.8-1.0g/l，流加氢氧化钠溶液控制溶液pH为6.8±0.1。接种后至发酵12小时期间主要为菌种生长阶段，发酵温度控制为35℃；发酵12小时至发酵结束为主要产酸阶段，发酵温度控制为37℃。

当液位高于发酵罐75%时开始排料，每次排出发酵液体积的5%左右，装入三角瓶内封口后冷藏于4℃。发酵培养48小时后放罐，测定发酵终点赖氨酸浓度，计算产酸浓度列于表2中。

表2

从表2可以看出，实际生产中，与使用固体硫酸铵纯品作为无机氮源相比，未发现使用浓缩液清液A-E对发酵的产酸浓度有何影响，但是在后续提取工序中，使用浓缩液清液D和E的发酵产物均观察到过滤困难，有机质难以去除的现象，从而影响赖氨酸产品质量，而使用浓缩液清液A-C进行发酵得到的赖氨酸产品质量则与使用固体硫酸铵纯品进行发酵得到的赖氨酸产品质量相当。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。