专利名称：对味精等电母液进行生物脱色的方法
技术领域：
本发明属于废水生物处理领域，尤其是利用杂色云芝产生的胞外酶对味精等电母液进行生物脱色的方法。
背景技术：
味精等电母液是味精生产过程中从发酵液提取谷氨酸后的废液，此母液具有“五高一低及色度深”的特点，即COD高，BOD5高，硫酸根含量高，氨氮含量高，菌体含量高，低pH的特点。由于发酵原料中的淀粉类物质与蛋白质发生麦拉得反应，生成大量的色素类物质，使味精等电母液的色度很深，直接排放将导致水体透光率降低，影响水生生物的生长。
目前，对于味精等电母液的处理，主要采用生物治理技术，包括好氧生物技术、厌氧生物技术。其中好氧生物技术主要包括活性污泥法，生物转盘法和生物接触氧化法；厌氧生物技术则包括采用厌氧滤池，升流式厌氧污泥床，厌氧流化床等设备进行生物治理。然而，这些方法都主要去除母液中的COD及氮素物质，COD去除率约为70％～80％，对母液中残留的色素物质的去除率很低。
近年来，针对味精等电母液的处理和资源化利用进行了一些新的探索，如利用酵母处理味精等电母液生产单细胞蛋白；利用味精等电母液培养苏云金杆菌生产Bt杀虫剂等。但是，这些技术的应用仍然没有解决味精等电母液中色素物质的去除问题。寻找经济有效的脱色方法一直是废水处理领域的难题之一。
目前，含麦拉得色素的废水脱色技术主要有物理吸附法、物理悬浮法、氧化法、电化学法等，这些工艺设备庞大，投资和运行成本均比较高，且易造成二次污染。生产实践证明，微生物具有氧化分解有机物的巨大能力，其中白腐菌具有强烈降解木素的能力，并具有很强的废水漂白作用。与物化法相比，生物脱色具有经济和环境友好的优势，已成为废水处理技术的发展方向。
杂色云芝(Coriolus versicolor)是一种白腐真菌，它在培养过程的次生代谢阶段分泌许多胞外酶类，如纤维素酶、多糖酶及氧化酶，同时还产生OH·自由基和H2O2超氧化物等，对木质素、纤维素、半纤维素及色素等复杂的有机物有较强的分解和吸收能力，在废水处理领域具有广阔的应用前景。
目前，国内外对杂色云芝用于脱色的研究，主要集中在造纸、印染、农药废水等方面。Carla Guimaraes等研究表明，杂色云芝对含有大量麦拉得反应色素、焦糖色素、复杂酚类色素的糖厂废水表现出较强的脱色能力[GuimaraesCarla，Bento Luis San Miguel，Mota Manuel.Biodegradation of colorantsin refinery effluentsPotential use of the fungus PhanerochaeteChrysosporium.Int Sugar Jnl，1999，101(1205)246～251.]。
发明内容
本发明的目的是弥补当前物化法对味精等电母液脱色的不足，提供一种利用杂色云芝所产胞外酶的广谱性和较强的脱色能力处理味精等电母液(运用杂色云芝处理提取谷氨酸后的母液)，以实现味精等电母液的资源化利用，减少环境污染，实现废水资源化。
本发明的构想如下味精生产过程中经等电分离提取谷氨酸后的母液中，含有大量的蛋白质及高浓度SO42-(30g/l～100g/l)和NH3-N(4g/l～15g/l)，可作为杂色云芝生长所需的营养。随着对废水中有机质和色素类物质的降解和利用，杂色云芝菌丝体也随之增加。菌丝体含大量的云芝多糖和云芝多糖肽，具有很高的药用价值。提取药用成分后的下脚料还可用于生产动物饲料。
本发明的对味精等电母液进行生物脱色的方法用味精(主要成分是谷氨酸一钠)等电母液(用浓硫酸将谷氨酸发酵液的pH值调节到谷氨酸的等电点，使谷氨酸结晶析出。分离谷氨酸结晶后的上清液称为等电母液)培养杂色云芝。将经预处理的味精等电母液稀释2～10倍后，接入杂色云芝种液，其中杂色云芝种液的体积与味精等电母液的体积比是5％～20％，控制温度在27～28℃，搅拌转速130～220转/分钟，通入空气的流量为0.05～0.2L/L.min，培养杂色云芝的时间为5～10天，得到脱色后的味精等电母液。
可以在接入杂色云芝种液培养5～10天后，继续补加经预处理的味精等电母液，其方法是在已脱色的培养液中多次补加稀释或未稀释的味精等电母液，补加的味精等电母液的体积和速度为每天补加已脱色的培养液体积5％～20％的味精等电母液。
所述的味精等电母液的预处理是为了脱除部分硫酸铵和调整pH。其方法是，将味精等电母液进行固液分离，向分离固形物后的味精等电母液中加入粉状生石灰(CaO)，同时通入空气进行吹脱。生石灰的加入沉淀了母液中的SO42-，而母液中的NH3-N则以NH3的形式被吹脱。所用生石灰的量以母液初始pH和所要调整的最终pH为准，将母液pH从pH 1.8～3.2调整到适宜杂色云芝生长的pH 4～6。
在将经预处理的味精等电母液稀释后，接入杂色云芝种液之前，可以对经预处理的味精等电母液进行高温灭菌。
所述的预处理后(经预处理)的味精等电母液的COD为120000mg/l以下。
所述的杂色云芝种液按如下方法制备。将固体斜面杂色云芝接种于培养皿中的固体PDA培养基上进行活化，27～28℃静置培养4～6天后，用打孔器在布满菌丝体的培养皿上打孔并取直径0.5～1厘米的菌丝体4～8块(其菌丝体的加入量多，培养所需时间短，反之，时间长)，接入含有100ml液体PDA培养基的三角瓶中，摇床培养3～5天，培养温度为27～28℃，摇床转速为150～180转/分钟，直至大量均匀白色菌丝球形成。需要进一步扩大时，以10～20％接种量(取占扩大培养基体积10～20％的杂色云芝种液接种于扩大培养基中)，将杂色云芝液体种子进行扩大培养，扩大培养的培养基组成为淀粉4g/l，NH4Cl 2g/l，MgSO4·7H2O 1.5g/l，CuSO4·5H2O 0.01g/l，KH2PO42g/l，维生素B10.02g/l，吐温80 2g/l。
本发明的优势(1)不需要添加任何外来营养物质，仅依靠味精废水中的残留有机质就可满足杂色云芝生长的需要，不仅降低了成本，而且经济易行。
(2)杂色云芝脱色过程可在完全开放的环境下进行，省去灭菌操作，降低了能源的消耗。
本发明的效果(1)母液预处理阶段SO42-去除率可达80～90％，NH3-N去除率达90～96％，从而有效解除了高浓度SO42-和NH3-N对下游治理技术中厌氧、好氧生物的抑制。
(2)杂色云芝脱色阶段色素去除率为32％～80％；菌体干重可达4.0g/l～16g/l；COD去除率为40％～85％。
具体实施例方式
实施例1.
(1)将味精等电母液进行固液分离和澄清后，向分离固形物后的味精等电母液中加入1.0％(质量/母液体积)粉状生石灰(CaO)，搅拌并通入空气进行吹脱，搅拌转速为200转/分钟，吹脱时间1小时，空气流量为1L/L.min，将母液的pH由初始1.8调至4，离心取上清液备用。
(2)将固体斜面杂色云芝接种于培养皿中的固体PDA培养基上进行活化，27℃静置培养5天，用打孔器在布满菌丝体的培养皿上打孔，取直径0.5～1厘米的菌丝体3至4块，接入含有100ml液体PDA培养基的三角瓶中(250ml)，摇床培养5天，培养温度为27℃，摇床转速为150转/分钟，大量均匀白色菌丝球形成。
(2)将预处理后的母液稀释10倍，COD为15000mg/l，色度(A475nm)等于0.45，250ml三角瓶40％装液量，5％接种量，摇床培养5天，摇床转速为130转/分钟，培养温度控制在27～28℃，培养5天后，脱色率为42.4％，COD去除率为49.8％，菌体干重为4.7g/l。
实施例2.
(1)按照实施例1中的步骤(1)进行母液预处理，pH调整为4.5，生石灰加入量为1.5％，吹脱时间为1.5小时。
(2)按照实施例1中的步骤(2)进行杂色云芝液体种子制备。
(3)将预处理后的母液稀释10倍，COD为15000mg/l，色度(A475nm)等于0.48，250ml三角瓶40％装液量，8％接种量，摇床培养5天，摇床转速为150转/分钟，培养温度控制在27～28℃，培养5天后，脱色率为53.5％，COD去除率为60.1％，菌体干重为6.2g/l。
实施例3.
(1)按照实施例1中的步骤(1)进行母液预处理，pH调整为5，生石灰加入量为1.8％，吹脱时间为1小时。
(2)按照实施例1中的步骤(2)进行杂色云芝液体种子制备。
(3)将预处理后的母液稀释10倍，COD为15000mg/l，色度(A475nm)等于0.50，250ml三角瓶40％装液量，10％接种量，摇床培养5天，摇床转速为150转/分钟，培养温度控制在27～28℃，培养5天后，脱色率56.6％，COD去除率74.2％，菌体干重为6.8g/l。
实施例4.
(1)按照实施例1中的步骤(1)进行母液预处理，pH调整为5.5，生石灰加入量为2.5％，吹脱时间为1小时。
(2)按照实施例1中的步骤(2)进行杂色云芝液体种子制备。
(3)将预处理后的母液稀释10倍，COD为15000mg/l，色度(A475nm)等于0.56，250ml三角瓶40％装液量，15％接种量，摇床培养5天，摇床转速为180转/分钟，培养温度控制在27～28℃，培养5天后，脱色率58.8％，COD去除率77.5％，菌体干重为7.3g/l。
实施例5.
(1)按照实施例1中的步骤(1)进行母液预处理，pH调整为6，生石灰加入量为3％，吹脱时间为1小时。
(2)按照实施例1中的步骤(2)进行杂色云芝液体种子制备。
(3)将预处理后的母液稀释10倍，COD为15000mg/l，色度(A475nm)等于0.63，250ml三角瓶40％装液量，12％接种量，摇床培养5天，摇床转速为150转/分钟，培养温度控制在27～28℃，摇床培养5天，脱色率53.8％，COD去除率72.6％，菌体干重为6.4g/l。
实施例6.
(1)同实施例3中的步骤(1)。
(2)按照实施例1中的步骤(2)进行杂色云芝液体种子制备。
(3)将预处理后的母液，稀释5倍，COD为25000mg/l，色度(A475nm＝0.65)，250ml三角瓶40％装液量，10％接种量，摇床培养5天，摇床转速为180转/分钟，培养温度控制在27～28℃，摇床培养6天，脱色率为57.2％，COD去除率为77％，菌体干重为9.1g/l。
实施例7(1)同实施例3中的步骤(1)。
(2)按照实施例1中的步骤(2)进行杂色云芝液体种子制备。
(3)取预处理好的母液，稀释3倍，COD为40000mg/l，色度(A476nm＝0.82)，250ml三角瓶40％装液量，10％接种量，摇床培养5天，摇床转速为220转/分钟，培养温度控制在27～28℃，摇床培养7天，脱色率53.7％，COD去除率69％，菌体干重为13.8g/l。
实施例8(1)同实施例3中的步骤(1)。
(2)按照实施例1中的步骤(2)进行杂色云芝液体种子制备。
(3)取预处理后的母液，稀释2倍，COD为60000mg/l，色度(A475nm＝1.14)，250ml三角瓶40％装液量，10％接种量，摇床培养5天，摇床转速为150转/分钟，培养温度控制在27～28℃，摇床培养7天，脱色率40.7％，COD去除率52.6％，菌体干重为10.3g/l。
实施例9(1)同实施例3中的步骤(1)。
(2)按照实施例1中的步骤(2)进行杂色云芝液体种子制备。
(3)取预处理后的母液，COD 120000mg/l，色度(A475nm＝2.2)，250ml三角瓶40％装液量，15％接种量，摇床培养5天，摇床转速为180转/分钟，培养温度控制在27～28℃，摇床培养8天，脱色率32.5％，COD去除率40.3％，菌体干重为9.2g/l。
实施例10(1)同实施例3中的步骤(1)。
(2)按照实施例1中的步骤(2)进行杂色云芝液体种子制备。
(3)取预处理后的母液，稀释3倍，高压蒸汽灭菌COD为45000mg/l，色度(A475nm＝0.95)，250ml三角瓶40％装液量，10％接种量，摇床培养5天，摇床转速为220转/分钟，培养温度控制在27～28℃，摇床培养5天，脱色率为55.6％，COD去除率为72.6％，菌体干重14.6g/l。
实施例11(1)同实施例3中的步骤(1)。
(2)按照实施例1中的步骤(2)制备杂色云芝液体种子，取100ml杂色云芝液体种子接入内盛1.5L脱色培养基的高径比为4∶1的2L内循环气升式反应器，进行液体种子扩大培养，培养温度控制在27～28℃，通气量1L/min，通气培养5天。
(3)取预处理后的母液，稀释3倍，COD为40000mg/l，色度(A475nm＝0.82)，在10L内循环气升式反应器中培养杂色云芝，装液量7L，接种量10％，空气流量为3L/min，控温27～28℃，培养5天，脱色率达70.3％，COD去除率为74.6％，菌体干重为15g/l。
实施例12(1)同实施例3中的步骤(1)。
(2)同实施例11中的步骤(2)。
(3)取预处理后的母液，稀释2倍，初始COD为55000mg/l，色度(A475nm＝1.4)，在50L搅拌式反应器中培养杂色云芝。装液量30L，接种量5％，空气流量为10L/min，搅拌转速150转/分钟，控温27～28℃，培养5天，脱色率达75.3％，COD去除率为68.8％，菌体干重为15.8g/l。
实施例13(1)同实施例3中的步骤(1)。
(2)按照实施例1中的步骤(2)制备杂色云芝液体种子。
(3)取预处理后的母液，稀释3倍，COD为40000mg/l，色度(A475nm＝0.82)，在2L三角瓶中进行，装液量0.5L，15％接种量，摇床培养，摇床速度为150转/分钟，控温27～28℃。3天后开始补加COD为50000mg/l的母液，补加量为每隔24小时补入100ml。培养8天后，总COD去除率为83.3％，色素去除率为78.8％，菌体总干重21.3g/l。
实施例14(1)同实施例3中的步骤(1)。
(2)按照实施例1中的步骤(2)制备杂色云芝液体种子。
(3)取预处理后的母液，稀释3倍，COD为40000mg/l，色度(A475nm＝0.82)，在2L三角瓶中进行，装液量0.5L，15％接种量，摇床培养，摇床速度为200转/分钟，控温27～28℃。3天后开始补加COD为80000mg/l的母液，补加量为每隔36h补入100ml。培养10天后，总COD去除率为80％，色素去除率为74.1％，菌体总干重19.6g/l。
权利要求
1.一种对味精等电母液进行生物脱色的方法，其特征是将经预处理的味精等电母液稀释，接入杂色云芝种液，其中杂色云芝种液的体积与味精等电母液的体积比是5％～20％，控制温度在27～28℃，搅拌转速130～220转/分钟，通入空气的流量为0.05～0.2L/L.min，培养杂色云芝，得到脱色后的味精等电母液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的培养杂色云芝的时间为5～10天。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是所述的接入杂色云芝种液培养5～10天后，在已脱色的培养液中继续补加经预处理的味精等电母液，补加的味精等电母液的体积和速度为每天补加已脱色的培养液体积5％～20％的味精等电母液。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述的补加经预处理的味精等电母液是稀释或未稀释的味精等电母液。
5.根据权利要求1、3或4所述的方法，其特征是所述的味精等电母液的预处理是将味精等电母液进行固液分离，向分离固形物后的味精等电母液中加入粉状生石灰，同时通入空气进行吹脱；所用生石灰的量以母液初始pH和所要调整的最终pH为准，将母液pH从pH 1.8～3.2调整到适宜杂色云芝生长的pH 4～6。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是在将经预处理的味精等电母液稀释后，接入杂色云芝种液之前，对经预处理的味精等电母液进行高温灭菌。
7.根据权利要求1、3、4或6所述的方法，其特征是所述的预处理后的味精等电母液的COD为120000mg/l以下。
8.根据权利要求1、3或6所述的方法，其特征是，所述的杂色云芝种液是通过下面方法制备得到的将固体斜面杂色云芝接种于培养皿中的固体PDA培养基上进行活化，27～28℃静置培养，用打孔器在布满菌丝体的培养皿上打孔并取菌丝体，接入含有PDA液体培养基的容器中，摇床培养，培养温度为27～28℃，摇床转速为150～180转/分钟，直至大量均匀白色菌丝球形成。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征是在得到杂色云芝液体种子后，取占扩大培养基体积10～20％的杂色云芝种液接种于扩大培养基中，将杂色云芝液体种子进行扩大培养，扩大培养的培养基组成为淀粉4g/l，NH4Cl 2g/l，MgSO4·7H2O 1.5g/l，CuSO4·5H2O 0.01g/l，KH2PO42g/l，维生素B1 0.02g/l，吐温80 2g/l。
全文摘要
本发明属于废水生物处理领域，尤其是利用杂色云芝产生的胞外酶对味精等电母液进行生物脱色的方法。将经预处理的味精等电母液稀释，接入杂色云芝种液，杂色云芝种液与稀释的味精等电母液的体积比是5％～20％，控制温度在27～28℃，搅拌转速130～220转/分钟，通入空气的流量为0.05～0.2L/L.min，培养杂色云芝的时间为5～10天，得到脱色后的味精等电母液。杂色云芝利用废水中残留有机质合成自身生长所需的物质，同时对废水中的高含量色素物质进行脱色处理，不仅增加了自身菌丝体的生长量，而且产生的菌丝体可进一步用作动物饲料添加剂，从而实现味精废水的综合利用。
文档编号C02F3/34GK1872739SQ20051001184
公开日2006年12月6日 申请日期2005年6月1日 优先权日2005年6月1日
发明者贾翠英, 丛威, 康瑞娟, 蔡昭玲 申请人:中国科学院过程工程研究所