一種利用谷氨酸鈉生產(chǎn)廢料制備肥料的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于生物發(fā)酵廢液處理領(lǐng)域，公開了一種利用谷氨酸鈉生產(chǎn)廢料制備肥料的方法，該方法包括如下步驟：步驟1）制備谷氨酸鈉發(fā)酵液，步驟2）谷氨酸鈉發(fā)酵液過濾，步驟3）脫色、濃縮和結(jié)晶，步驟4）水解，步驟5）制備料液B，以及步驟6）制備肥料。該方法工藝簡單巧妙，有效地利用了谷氨酸鈉生產(chǎn)廢料，其制備的肥料成本大大降低，而且肥料持久，優(yōu)于市場同類產(chǎn)品。
【專利說明】一種利用谷氨酸鈉生產(chǎn)廢料制備肥料的方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明屬于生物發(fā)酵行業(yè)發(fā)酵廢液處理領(lǐng)域，具體涉及一種利用谷氨酸鈉生產(chǎn)廢 料制備肥料的方法。
[0003]

【背景技術(shù)】
[0004] 谷氨酸鈉化學(xué)名α-氨基戊二酸一鈉，是一種由鈉離子與谷氨酸根離子形成的 鹽，其中谷氨酸是一種氨基酸，而鈉是一種金屬元素。生活中常用的調(diào)味料味精的主要成分 就是谷氨酸鈉。味精是日常生活中常用的調(diào)味劑，能夠增加食物的鮮味，有利于提高人體對 食物的消化率。此外，谷氨酸鈉又有著十分重要的功能，被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、工業(yè)及農(nóng) 業(yè)等領(lǐng)域。
[0005] 隨著氨基酸發(fā)酵技術(shù)的不斷發(fā)展，我國已經(jīng)成為味精的生產(chǎn)和消費(fèi)大國，但是味 精生產(chǎn)過程中所排放的廢水量大，母液具有CODCr高、B0D5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)，如何對菌體有效利用是我們需 要解決的問題。
[0006] 我國肥料的發(fā)展和應(yīng)用歷程，是從農(nóng)家肥到使用無機(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，市場多采 用含氮磷鉀的無機(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)問題。
[0007]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 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鈉生產(chǎn)廢料制備肥料的 方法，該方法工藝巧妙，有效地利用了谷氨酸鈉生產(chǎn)廢料，其制備的肥料成本大大降低，而 且肥料持久，優(yōu)于市場同類產(chǎn)品。
[0009] 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： 一種利用谷氨酸鈉生產(chǎn)廢料制備肥料的方法，所述方法包括如下步驟：步驟1)制備谷 氨酸鈉發(fā)酵液，步驟2)谷氨酸鈉發(fā)酵液過濾，步驟3)脫色、濃縮和結(jié)晶，步驟4)水解，步驟 5)制備料液B，以及步驟6)制備肥料。
[0010] 具體地，包括如下步驟： 步驟1)制備谷氨酸鈉發(fā)酵液：在谷氨酸發(fā)酵液中同時(shí)加入液氨和氫氧化鈉進(jìn)行反應(yīng)， 液氨和氫氧化鈉的摩爾比為2 :1，得到谷氨酸鈉發(fā)酵液；其中，液氨和氫氧化鈉的總添加量 與谷氨酸發(fā)酵液中谷氨酸的摩爾比為1 :1 ; 步驟2)谷氨酸鈉發(fā)酵液過濾：谷氨酸鈉發(fā)酵液經(jīng)微濾膜過濾除菌，分別收集截留物和 濾過液；然后將濾過液繼續(xù)進(jìn)行超濾膜過濾，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，微濾膜為無機(jī)陶瓷膜，截留分子量為2000MW，微濾溫度為40°C ; 超濾膜截留分子量為300MW，超濾溫度為40°C ; 步驟3)脫色、濃縮和結(jié)晶：步驟（2)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)量〇. 5-1%的活性炭，控制脫色罐內(nèi)的溫度為45 °C，脫色30min后，板框過濾去除 活性炭，然后濃縮，結(jié)晶，最后離心獲得谷氨酸鈉晶體和母液；所述濃縮參數(shù)為：溫度60°C， 真空度為-〇. lkpa ; 步驟4)水解：將步驟2)所得料液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，以沒過原料為準(zhǔn)，在60°C溫度下攪拌水解12-15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°C，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、鈣離子以及鋅離子按照1 :1 :1的摩爾比混合而成； 步驟5)制備料液B :將步驟4)所得氨基酸螯合物、玉米秸桿粉、沸石粉和母液按照1 : 3 :3 :10的質(zhì)量比例添加到攪拌罐中，500轉(zhuǎn)/分鐘攪拌10分鐘，然后進(jìn)入反應(yīng)罐，控制反應(yīng) 罐的溫度為l〇〇°C，反應(yīng)15-30分鐘，然后冷卻至室溫，得到料液B ; 步驟6)制備肥料：按照料液B、磷酸一銨、尿素以及水混合，1000轉(zhuǎn)/min攪拌3-5min， 然后加入到雙螺桿造粒機(jī)中造粒，干燥，最后添加菌劑，攪拌均勻即得；其中，料液B、磷酸 一銨、尿素、水以及菌劑的重量比例為30-50 :20-35 :20-35 :10-20 :1-2。
[0011] 所述步驟5)中，氨基酸螯合物、玉米秸桿粉或沸石粉的粒徑均控制在50-100目。
[0012] 所述菌劑按照如下方法制備得到：將枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis)CGMCC 1'1〇:0954和圓褐固氣菌（42〇1：(^3(^61'〇]11'〇〇(3〇(^11111)41'0>1412按照1:1的體積比混合得 到混合菌液，然后將混合菌液與硅藻土按照1 :2的質(zhì)量比例混合均勻，最后25°C干燥即得； 所述枯草芽孢桿菌或所述圓褐固氮菌的原始濃度均為1X 1〇8個(gè)/ml。
[0013] 注，上述步驟中菌種的培養(yǎng)方式不是本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)，此處并不詳述，本領(lǐng)域技術(shù) 人員可以根據(jù)文獻(xiàn)記載或本領(lǐng)域的常識(shí)選擇常規(guī)的培養(yǎng)基及擴(kuò)大培養(yǎng)方法，使活菌數(shù)達(dá)到 10 8個(gè)/ml ;上述菌株可以從CGMCC以及ATCC等商業(yè)途徑購買獲得。
[0014] 本發(fā)明取得的有益效果主要包括： 谷氨酸鈉發(fā)酵液的過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) 谷氨酸鈉的同時(shí)，利用了廢棄菌體蛋白和母液，省去了母液處理過程，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；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，而且大大提高了肥效；本發(fā)明制備的肥料不但使用了發(fā)酵廢料， 還添加了農(nóng)作物廢料，降低了原料成本，而且肥效較好，適用于多種農(nóng)作物；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；本發(fā)明采用微生物技術(shù)，將微生物 制劑和傳統(tǒng)肥料有機(jī)結(jié)合，大大提高了肥料的保持率，提高了肥效。
[0015]

【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中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請具體實(shí) 施例，對本發(fā)明進(jìn)行更加清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請一部分實(shí) 施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本申請中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(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。
[0016] 實(shí)施例1 一種利用谷氨酸鈉生產(chǎn)廢料制備肥料的方法，其包括如下步驟： 步驟1)制備谷氨酸鈉發(fā)酵液：在谷氨酸發(fā)酵液中同時(shí)加入液氨和氫氧化鈉進(jìn)行反應(yīng)， 液氨和氫氧化鈉的摩爾比為2 :1，得到谷氨酸鈉發(fā)酵液；其中，液氨+氫氧化鈉的總添加量 與谷氨酸發(fā)酵液中谷氨酸的摩爾比為1 :1 ; 步驟2)谷氨酸鈉發(fā)酵液過濾：谷氨酸鈉發(fā)酵液經(jīng)微濾膜過濾除菌，分別收集截留物和 濾過液；然后將濾過液繼續(xù)進(jìn)行超濾膜過濾，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，微濾膜為無機(jī)陶瓷膜，截留分子量為2000MW，微濾溫度為40°C; 超濾膜截留分子量為300MW，超濾溫度為40°C ; 步驟3)脫色、濃縮和結(jié)晶：步驟2)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)量〇. 5%的活性炭，控制脫色罐內(nèi)的溫度為45°C，脫色30分后，板框過濾去除活 性炭，然后濃縮，結(jié)晶，最后離心獲得谷氨酸鈉晶體和母液；所述濃縮參數(shù)為：溫度60°C，真 空度為-〇. lkpa ; 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，以沒過原料為準(zhǔn)，在60°C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使得溶液為中性，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°C，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)制備料液B :將氨基酸螯合物、玉米秸桿粉、沸石粉和母液按照1 :3 :3 :10的質(zhì) 量比例添加到攪拌罐中，500轉(zhuǎn)/分鐘攪拌10分鐘，然后進(jìn)入反應(yīng)罐，控制反應(yīng)罐的溫度為 l〇〇°C，反應(yīng)15分鐘，然后冷卻至室溫，得到料液B ;其中，氨基酸螯合物、玉米秸桿粉或沸石 粉的粒徑均控制在50目； 步驟6)制備肥料：按照料液B、磷酸一銨、尿素以及水混合，1000轉(zhuǎn)/min攪拌3-5min， 然后加入到雙螺桿造粒機(jī)中造粒，干燥，最后添加菌劑，攪拌均勻即得；其中，料液B、磷酸 一銨、尿素、水以及菌劑的重量比例為30 :20 :20 :10 :1 ; 所述菌劑按照如下方法制備得到：將枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis)CGMCC No: 0954 (CN1554744 公開使用)和圓褐固氣菌（Azotobacter chroococcum) ATCC4412 (Appl Biochem Biotechnol. 1991 Sep;30(3) :273-84.)按照1 :1的體積比混合得到混合菌液，將 混合菌液與硅藻土按照1 :2的質(zhì)量比例混合均勻，25°C干燥即得；上述兩種菌的原始濃度 均為IX 108個(gè)/ml。
[0017] 實(shí)施例2 一種利用谷氨酸鈉生產(chǎn)廢料制備肥料的方法，其包括如下步驟： 步驟1)制備谷氨酸鈉發(fā)酵液：在谷氨酸發(fā)酵液中同時(shí)加入液氨和氫氧化鈉進(jìn)行反應(yīng)， 液氨和氫氧化鈉的摩爾比為2 :1，得到谷氨酸鈉發(fā)酵液；其中，液氨+氫氧化鈉的總添加量 與谷氨酸發(fā)酵液中谷氨酸的摩爾比為1 :1 ; 步驟2)谷氨酸鈉發(fā)酵液過濾：谷氨酸鈉發(fā)酵液經(jīng)微濾膜過濾除菌，分別收集截留物和 濾過液；然后將濾過液繼續(xù)進(jìn)行超濾膜過濾，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，微濾膜為無機(jī)陶瓷膜，截留分子量為2000MW，微濾溫度為40°C ; 超濾膜截留分子量為300MW，超濾溫度為40°C ; 步驟3)脫色、濃縮和結(jié)晶：步驟（2)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1%的活性炭，控制脫色罐內(nèi)的溫度為45 °C，脫色30min后，板框過濾去除活性 炭，然后濃縮，結(jié)晶，最后離心獲得谷氨酸鈉晶體和母液；所述濃縮參數(shù)為：溫度60°C，真空 度為-0. lkpa ; 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，以沒過原料為準(zhǔn)，在60°C溫度下攪拌水解15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°C，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)制備料液B :將氨基酸螯合物、玉米秸桿粉、沸石粉和母液按照1 :3 :3 :10的質(zhì) 量比例添加到攪拌罐中，500轉(zhuǎn)/分鐘攪拌10分鐘，然后進(jìn)入反應(yīng)罐，控制反應(yīng)罐的溫度為 l〇〇°C，反應(yīng)30分鐘，然后冷卻至室溫，得到料液B ;其中，氨基酸螯合物、玉米秸桿粉或沸石 粉的粒徑均控制在100目； 步驟6)制備肥料：按照料液B、磷酸一銨、尿素以及水混合，1000轉(zhuǎn)/min攪拌3-5min， 然后加入到雙螺桿造粒機(jī)中造粒，干燥，最后添加菌劑，攪拌均勻即得；其中，料液B、磷酸 一銨、尿素、水以及菌劑的重量比例為50 :35 :35 :20 :2 ; 所述菌劑按照如下方法制備得到：將枯草芽孢桿菌和圓褐固氮菌按照1 :1的體積比混 合得到混合菌液，將混合菌液與硅藻土按照1 :2的質(zhì)量比例混合均勻，25°C干燥即得；上述 兩種菌的原始濃度均為1X 1〇8個(gè)/ml。
[0018] 實(shí)施例3 本發(fā)明肥料的肥效試驗(yàn) 一、 種植水稻肥效試驗(yàn)： 設(shè)置兩個(gè)處理試驗(yàn)田，種植時(shí)間為2013年，種植面積均為一畝，為對照組和實(shí)驗(yàn)組。對 照組：復(fù)合肥（N23-P7-K6);實(shí)驗(yàn)組：實(shí)施例1制備的肥料；每組試驗(yàn)田肥料的使用量均為 50kg，種植條件完全相同，同時(shí)收獲水稻，測定水稻畝產(chǎn)量以及增產(chǎn)率；同時(shí)檢測水稻穗粒 數(shù)、千粒重以及空秕粒數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果見表1 : 表1

【權(quán)利要求】
1. 一種利用谷氨酸鈉生產(chǎn)廢料制備肥料的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟： 步驟1)制備谷氨酸鈉發(fā)酵液，步驟2)谷氨酸鈉發(fā)酵液過濾，步驟3)脫色、濃縮和結(jié)晶，步 驟4)水解，步驟5)制備料液B，以及步驟6)制備肥料。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟： 步驟1)制備谷氨酸鈉發(fā)酵液：在谷氨酸發(fā)酵液中同時(shí)加入液氨和氫氧化鈉進(jìn)行反應(yīng)， 液氨和氫氧化鈉的摩爾比為2 :1，得到谷氨酸鈉發(fā)酵液；其中，液氨和氫氧化鈉的總摩爾添 加量與谷氨酸發(fā)酵液中谷氨酸的摩爾比為1 :1 ; 步驟2)谷氨酸鈉發(fā)酵液過濾：谷氨酸鈉發(fā)酵液經(jīng)微濾膜過濾除菌，分別收集截留物和 濾過液；然后將濾過液繼續(xù)進(jìn)行超濾膜過濾，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，微濾膜為無機(jī)陶瓷膜，截留分子量為2000MW，微濾溫度為40°C; 超濾膜截留分子量為300MW，超濾溫度為40°C ; 步驟3)脫色、濃縮和結(jié)晶：步驟2)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)量〇. 5-1%的活性炭，控制脫色罐內(nèi)的溫度為45°C，脫色30min后，過濾去除活性 炭，然后濃縮，結(jié)晶，最后離心獲得谷氨酸鈉晶體和母液；所述濃縮參數(shù)為：溫度60°C，真空 度為-0. lkpa ; 步驟4)水解：將步驟2)所得料液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，以沒過原料為準(zhǔn)，在60°C溫度下攪拌水解12-15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°C，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、鈣離子以及鋅離子按照1 :1 :1的摩爾比混合而成； 步驟5)制備料液B :將步驟4)所得氨基酸螯合物、玉米秸桿粉、沸石粉和母液按照1 : 3 :3 :10的質(zhì)量比例添加到攪拌罐中，500轉(zhuǎn)/分鐘攪拌10分鐘，然后進(jìn)入反應(yīng)罐，控制反應(yīng) 罐的溫度為l〇〇°C，反應(yīng)15-30分鐘，然后冷卻至室溫，得到料液B ; 步驟6)制備肥料：按照料液B、磷酸一銨、尿素以及水混合，1000轉(zhuǎn)/min攪拌3-5min， 然后加入到雙螺桿造粒機(jī)中造粒，干燥，最后添加菌劑，攪拌均勻即得；其中，料液B、磷酸 一銨、尿素、水以及菌劑的重量比例為30-50 :20-35 :20-35 :10-20 :1-2。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于， 所述步驟5)中，氨基酸螯合物、玉米秸桿粉或沸石粉的粒徑均控制在50-100目。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述菌劑按照如下方法制備得到：將枯草芽 抱桿菌（Bacillus subtilis)CGMCC No :0954 和圓褐固氮菌（Azotobacter chroococcum) ATCC4412按照1 :1的體積比混合得到混合菌液，然后將混合菌液與硅藻土按照1 :2的質(zhì)量 比例混合均勻，最后25°C干燥即得；所述枯草芽孢桿菌或所述圓褐固氮菌的原始濃度均為 1X108 個(gè)/ml。
【文檔編號(hào)】C05G1/00GK104230444SQ201410523839
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月8日
【發(fā)明者】包鑫, 王均成, 張傳森, 徐田野, 張修軍, 宋海波, 關(guān)鍵, 賀雪梅 申請人:內(nèi)蒙古阜豐生物科技有限公司