味精行業(yè)廢水資源化利用研究現(xiàn)狀及展望

李文鋒，崔兆杰，韓峰

（山東大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟南250100）

味精行業(yè)廢水資源化利用研究現(xiàn)狀及展望

李文鋒，崔兆杰，韓峰

（山東大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟南250100）

味精廢水產(chǎn)生量大，平均生產(chǎn)1 t 100%味精，會產(chǎn)生10～12 t味精廢水，廢水中含有大量的有機物，處理費用較高，味精行業(yè)負擔較重，直接排放會造成資源的浪費，同時也會造成水體污染，所以實現(xiàn)味精廢水資源化利用是緩解味精行業(yè)經(jīng)濟壓力的有效途徑。根據(jù)目前中國味精廢水資源化利用研究現(xiàn)狀，從廢物資源化利用角度進行了歸納和總結(jié)。并以味精行業(yè)為主導(dǎo)，通過橫向延伸產(chǎn)業(yè)鏈、縱向耦合共生，提出建立味精廢水資源化網(wǎng)絡(luò)的方法。

味精；廢水；資源化

我國味精行業(yè)自20世紀80年代開始進入高速發(fā)展階段，2010年味精總產(chǎn)量高達256萬t，2011年味精行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)味精總產(chǎn)量為114.92萬t，比2010年的256萬t有所下降，2012年為135.97萬t，比2011年增長了18.32%，其中山東味精產(chǎn)量占50%左右，廢水排出量約為3.35×105萬t。味精行業(yè)廢水主要有3種，分別是降溫廢水、稀污水和濃污水。降溫廢水經(jīng)過簡單處理和降溫之后作為回用水；稀污水經(jīng)過生化處理之后達標排放；濃污水也就是離子交換尾液，生產(chǎn)1 t 100%味精，會產(chǎn)生10～12 t濃污水。濃污水中含有大量的有機物，包括菌體蛋白（20%～35%）、殘?zhí)牵?%左右）、氨基酸（1%～1.5%的谷氨酸以及1%左右的其他氨基酸）、有機酸以及0.05%～0.1%的核苷酸類降解產(chǎn)物等，還有K+，Na+，NH4－，Ca2+，Cl－，SO42－，PO43－等無機鹽離子。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，各生產(chǎn)企業(yè)的先后投資建設(shè)治污工程后，能夠達到國家排放標準要求，但大部分采用的是末端治理技術(shù)，投資大、治理費用高，嚴重束縛了味精行業(yè)的自身健康發(fā)展。特別是近年來，味精企業(yè)改用硫酸調(diào)等電點法，致使生產(chǎn)廢水中增加了高濃度的SO42－，這又給比較成熟的厭氧處理工藝帶來新的困難。因此，味精廢水的治理必須走廢水資源化以及綜合利用的道路。

1 味精廢水資源化利用研究現(xiàn)狀

以味精、廢水、資源化利用為關(guān)鍵詞，在中國（CNKI）學(xué)術(shù)文獻總庫中查詢文獻，李紅光[1]、閻靈均等[2]人，分別在1991年和2008年對味精廢水資源化利用做了相應(yīng)的綜述介紹。在結(jié)合前人基礎(chǔ)上，查閱文獻，總結(jié)味精有機廢水資源化利用途徑。

按照味精資源化利用方式，對資源化利用途徑進行分類，直接提取有價值資源、發(fā)酵資源化利用、生產(chǎn)有機無機肥、生物工業(yè)資源化利用、配置真菌液體培養(yǎng)基等。

1.1 直接提取有價值資源

1.1.1 提取谷氨酸

我國味精行業(yè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，谷氨酸的提取率不斷升高，據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，山東味精行業(yè)谷氨酸提取率約為95%～98%，一般屬于清潔生產(chǎn)的二級水平或三級水平。根據(jù)以往的文獻報告，谷氨酸的提取率還有望提高。李紅光[1]等人提出采用化學(xué)絮凝、沉淀方法去除味精發(fā)酵醪液菌休，進一步采用濃縮－連續(xù)等電點法提取谷氨酸。進一步提取谷氨酸工藝更適合用于谷氨酸提取率低的味精企業(yè)，但是其經(jīng)濟可行性評價需要根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)水平來評估。

1.1.2 提取菌體蛋白

味精廢水中菌體蛋白含量約為12.97±0.2 g/L，含有多種氨基酸，營養(yǎng)價值豐富?？梢圆捎酶咚匐x心技術(shù)、加熱沉淀技術(shù)、絮凝沉淀技術(shù)或氣浮技術(shù)、超濾技術(shù)等，提取菌體蛋白，提取率高達99%，其質(zhì)量分數(shù)約為50%～75%，可代替進口魚粉，作為高效價蛋白飼料添加劑[3，4]。

從味精高濃度有機廢水中直接提取菌體蛋白技術(shù)，現(xiàn)階段已經(jīng)應(yīng)用在多家味精企業(yè)，山東三九味精有限公司和山東信樂味精有限公司在處理味精高濃度有機廢水工藝中，采用了先提取菌體蛋白，在經(jīng)過濃縮提取液，進一步制備復(fù)合肥。

1.1.3 提取RNA

味精廢水中菌體含量為1%～2%，分離菌體后可以進一步提取RNA，用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生以及科學(xué)研究等領(lǐng)域。謝先章[5，6]對此進行了研究，發(fā)現(xiàn)用8%的NaCl溶液，在90℃下攪拌提取3 h，再用等電點沉淀分離RNA的效果較好。楊小嬌[7]、田光超[8]研究了食鹽法、超聲波法提取RNA，發(fā)現(xiàn)超聲波提取法提取率不高，最高只有3.7%，相對來說鹽法提取RNA更有優(yōu)勢。

2.2 發(fā)酵資源化利用

1.2.1 產(chǎn)油微生物發(fā)酵生產(chǎn)油脂

吳開云[9]對斯達氏油脂酵母高產(chǎn)油發(fā)酵培養(yǎng)條件進行了優(yōu)化研究，證實添加葡萄糖90 g/L，（NH4）2SO43.5 g/L，接種量10%，培養(yǎng)溫度28℃是斯達氏油脂酵母高產(chǎn)油發(fā)酵培養(yǎng)的最優(yōu)條件，此時油脂產(chǎn)量為4.94 g/L。

劉軍賢[10]采用斯達氏油脂酵母菌發(fā)酵處理高濃度味精廢水可以降低處理廢水的成本，減輕其對環(huán)境的污染，同時還可獲取微生物油脂，研究發(fā)現(xiàn)碳源為葡萄糖80 g/L，初始pH值為5.0，接種量為10%，培養(yǎng)96 h時，油脂產(chǎn)量為1.14 g/L，油脂含量達24.73%，蛋白質(zhì)和COD的降解率分別達78.60%和74.96%。

粘紅酵母[11]在味精廢水中發(fā)酵生產(chǎn)油脂，粘紅酵母也是產(chǎn)油微生物的一種，它可利用味精廢水中較為豐富的C源、N源，生產(chǎn)有用的生物柴油原料。邢陽等[12]通過馴化篩選得到一株產(chǎn)油能力強的粘紅酵母菌株，并對其利用高濃度味精廢水進行發(fā)酵生產(chǎn)微生物油脂的條件進行了初步研究，發(fā)現(xiàn)油脂生物量達到15.6 g/L，油脂生產(chǎn)率在30%左右。苗金鑫等[13，14]研究了在味精廢水中混合培養(yǎng)粘紅酵母和鈍頂螺旋角，并生產(chǎn)油脂，發(fā)現(xiàn) COD降解率為 70.3%，油脂產(chǎn)量為216 mg/L，同時氨氮、還原糖以及谷氨酸也得到了有效的去除。

1.2.2 厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣

王志等[15]對味精廢水厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣進行了研究，將味精廢水接種活性污泥后進行批培養(yǎng)，并在發(fā)酵液中添加乳酸菌鹽，提高了菌群的甲烷合成，促進揮發(fā)性乙酸鈉底物代謝流向甲烷，該研究成果對于利用味精廢水生產(chǎn)沼氣的生產(chǎn)實踐具有重要指導(dǎo)意義。

1.2.3 出芽短梗霉發(fā)酵生產(chǎn)普魯蘭多糖

普魯蘭多糖是一種由出芽短梗霉發(fā)酵所產(chǎn)生的類似葡聚糖、黃原膠的胞外水溶性粘質(zhì)多糖，其成膜性、阻氣性、可塑性、粘性均較強，并且具有易溶于水、無毒無害、無色無味等優(yōu)良特性，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、輕工、化工和石油等領(lǐng)域，但其生產(chǎn)成本較高，很多科研學(xué)者采用不同發(fā)酵材料進行研究，尤其是以有機物廢水為發(fā)酵基質(zhì)來培養(yǎng)出芽短梗霉。韓德權(quán)等[16，17]人開展了以味精廢水為發(fā)酵基質(zhì)，對出芽短梗霉進行培養(yǎng)，生產(chǎn)普魯蘭多糖。在pH值為6.5，溫度為28℃的條件下，連續(xù)培養(yǎng)7天，可得到粗多糖23.5 g/L，再去除雜蛋白可得到普魯蘭多糖，回收率為65%。

1.2.4 微生物發(fā)酵生產(chǎn)農(nóng)藥

蘇云金芽孢桿菌生物農(nóng)藥是發(fā)展較早、適用最為廣泛的一種生物農(nóng)藥，其無毒、無公害、不易產(chǎn)生抗藥性的特點越來越受到世人關(guān)注。楊建州[18，19]較早開展了味精廢水發(fā)酵培養(yǎng)蘇云金芽孢桿菌的研究，并測定了蘇云金桿菌在高濃度有機廢水中的發(fā)酵特性以及生物毒性，之后又對其發(fā)酵條件進行了研究，發(fā)現(xiàn)用高濃度味精廢水培養(yǎng)蘇云金桿菌生產(chǎn)農(nóng)藥有較高的工業(yè)應(yīng)用價值。鄭舒文等[20]提出了利用味精廢水培養(yǎng)蘇云金芽孢桿菌進而生產(chǎn)生物農(nóng)藥的新的味精廢水利用方法。并對蘇云金芽孢桿菌在味精廢水中培養(yǎng)的培養(yǎng)基優(yōu)化和深層培養(yǎng)條件及深層培養(yǎng)過程各參數(shù)的變化規(guī)律等進行了較為系統(tǒng)的研究。谷豐[21]對利用味精廢水制備蘇云金桿菌生物農(nóng)藥進行了嘗試，對蘇云金桿菌在味精廢水中培養(yǎng)的培養(yǎng)基組成、深層培養(yǎng)條件以及深層培養(yǎng)過程各參數(shù)的變化規(guī)律等在實驗室小試和中試規(guī)模上進行了較為系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)毒力效價與標準品相當，該工藝過程有較好的環(huán)境、經(jīng)濟以及生態(tài)效益。

黃世文等[22]利用啤酒和味精廢水，經(jīng)稀釋添加某些成分后，成功研制出微生物發(fā)酵培養(yǎng)基。實驗表明特異灰色鏈霉菌西藏變種TAS－1和代號為HX－0501乳黃色細菌能利用廢水發(fā)醉培養(yǎng)基，產(chǎn)生對多種病原真菌有很高拮抗作用的代謝產(chǎn)物。該研究為利用味精廢水等工業(yè)廢水生產(chǎn)生物農(nóng)藥提供了思路和途徑。

1.2.5 固體發(fā)酵生產(chǎn)飼料蛋白

李紅光等[23]以除鹽味精母液為原料，并與棉籽粕、菜籽粕混合，經(jīng)適當處理后制成固體發(fā)酵培養(yǎng)基，采用多菌種混合發(fā)酵制得優(yōu)質(zhì)蛋白飼料。楊建州[24]以溜曲霉為出發(fā)菌株，通過篩選7種生物質(zhì)添加劑，對利用味精廢水液體發(fā)酵生產(chǎn)飼料蛋白進行了可行性研究，最后的粗蛋白含量達33%，在生產(chǎn)有價值的產(chǎn)品同時，也有效地處理了廢水。馮東勛等[25，26]研究利用味精廢水濃縮液添加輔料固體發(fā)酵生產(chǎn)菌體蛋白，通過中試產(chǎn)品的動物飼養(yǎng)試驗證實，味精廢水代替部分豆粕生產(chǎn)飼料蛋白有一定的經(jīng)濟可行性。陳佳[27，28]對味精廢水與棉粕發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料及其營養(yǎng)價值進行了評定性研究，在接種量為20%，接種比例為1∶3，底物組成為9∶0.5∶0.5，料水比為1∶1的情況下，生產(chǎn)的飼料蛋白中水溶性蛋白含量為12.11%，小肽含量為7.89%，游離氨基酸含量為40.11%。

1.2.6 生物絮凝劑產(chǎn)生菌發(fā)酵生產(chǎn)復(fù)合型生物絮凝劑

生物絮凝劑是一種新型、高效、無毒、無二次污染、質(zhì)優(yōu)價廉的綠色凈水劑，利用味精廢水生產(chǎn)生物絮凝劑，既可利用味精廢水中的有用成分，避免了資源的浪費，又在一定程度上減少了生產(chǎn)絮凝劑的成本，一舉多得。尹華[29]考察了生物絮凝劑產(chǎn)生菌在味精廢水中發(fā)酵產(chǎn)生絮凝劑的絮凝特性，發(fā)現(xiàn)味精廢水經(jīng)預(yù)處理后，加入有機碳源對絮凝劑產(chǎn)生菌進行培養(yǎng)，菌體在生長過程中產(chǎn)生絮凝劑，并將其分泌到細胞外，培養(yǎng)液的絮凝活性最高達98%。張惠文[30]、李大鵬等[31，32]對以味精廢水作為替代培養(yǎng)基制備復(fù)合型生物絮凝劑進行了研究，結(jié)果表明：濃度為20%的味精廢水中補加8 g/L的葡萄糖，無需添加額外的氮源即可作為替代培養(yǎng)基培養(yǎng)產(chǎn)絮菌，絮凝率可以達到95.4%。味精廢水資源化制備生物絮凝劑，復(fù)合型生物絮凝劑的產(chǎn)量可達8.547 5 g/L。萬俊杰[33]對以味精廢水作為替代培養(yǎng)基培養(yǎng)枯草芽孢桿菌產(chǎn)絮凝劑進行了研究，結(jié)果表明在味精廢水濃縮液30 mL/L中添加濃度為20 g/L的葡萄糖，可以培養(yǎng)出有效吸附Cr（Ⅴ）的生物絮凝劑。

1.3 生產(chǎn)有機和無機肥料

早在20世紀90年代，已經(jīng)開始利用味精有機廢水生產(chǎn)有機無機肥。味精廢水濃縮液冷卻至室溫后有大量的硫酸銨晶體析出，硫酸銨可作為無機肥料，剩余的濃縮液提取谷氨酸后可以進一步制成有機肥[1，3，34，35]。

Satnam Singh[36]研究了利用味精廢水與造紙廢水制造廉價肥料的方法，并對該肥料的生物（玉米）影響進行了研究。實驗發(fā)現(xiàn)，制造的肥料對玉米的生長有促進作用，也不會對土壤造成不利影響。

閻靈均[2]提出利用味精高濃度廢水中豐富的氮源和生物活性物質(zhì)與玉米秸稈水解混合生產(chǎn)復(fù)合型生物絮凝劑，同時利用高硫酸根含量和當?shù)厥a(chǎn)的風化煤、褐煤混合生產(chǎn)高效腐植酸微生物有機復(fù)合肥。

利用味精廢水生產(chǎn)有機復(fù)合肥技術(shù)屬于國家“八五”“九五”科技攻關(guān)項目，該技術(shù)目前已在國內(nèi)多家大型味精生產(chǎn)企業(yè)通入運營。河南周口蓮花味精集團早在1998年就開始研究并實施味精廢水生產(chǎn)有機復(fù)合肥系統(tǒng)，到目前運行良好，生產(chǎn)的有機復(fù)合肥供應(yīng)到了5省72個縣市。山東三九味精有限公司以及山東信樂味精有限公司也將味精廢水生產(chǎn)有機復(fù)合肥系統(tǒng)投入生產(chǎn)運行。將10%（固形物濃度）的味精廢水裝入中和罐，與液氨進行中和，再進一步濃縮至40%，根據(jù)需要添加磷、鉀等元素，進行造粒，制得有機復(fù)合肥。

1.4 生物工業(yè)資源化利用

1.4.1 微生物飼料添加劑

味精廢水中含有大量的微生物繁殖所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，郭勇[37]針對綜合利用味精廢水生產(chǎn)微生物飼料添加劑，已開發(fā)出了飼用微生態(tài)制劑、復(fù)合酶益生素、發(fā)酵秸稈飼料、秸稈發(fā)酵劑和反芻動物微生物飼料添加劑等飼料添加劑系列產(chǎn)品，有較為客觀的環(huán)境、社會和經(jīng)濟效益。

1.4.2 益生菌劑

吳丹[38，39]以味精廢水為原料，通過接種酵母菌、乳酸菌、芽孢桿菌復(fù)合發(fā)酵液，然后在一定條件下制備成3種益生菌劑，分別將其應(yīng)用于動物和植物生長，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這幾種益生菌劑可作為動、植物防病促長劑。

1.5 真菌液體培養(yǎng)基

味精廢水中含有大量微生物可利用的營養(yǎng)物質(zhì)。李健[40]利用不同濃度的實際味精發(fā)酵廢水對金針菇菌絲體進行了液體發(fā)酵培養(yǎng)。培養(yǎng)結(jié)果顯示，當培養(yǎng)基中味精廢水的濃度在40%～60%時，金針菇菌絲可以正常地生長，通過測定發(fā)酵前后培養(yǎng)基的COD值發(fā)現(xiàn)，金針菇對味精廢水有著很好的處理效果，在培養(yǎng)基中廢水濃度為60%時，金針菇對味精廢水中COD的去除率可達82.6%。該實驗結(jié)果證明了用味精廢水作為金針菇液體培養(yǎng)基的可行性。

2 結(jié)語與展望

雖然有關(guān)味精廢水資源化利用的研究報道很多，但是在味精企業(yè)有規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)主要是生產(chǎn)有機無機復(fù)合肥，其他資源化利用途徑距離大規(guī)模應(yīng)用仍舊有相當大的距離，主要原因可能歸結(jié)為以下幾點：（1）味精的生產(chǎn)原料、生產(chǎn)工藝不同，導(dǎo)致廢水成分復(fù)雜，性質(zhì)多變，不易控制；（2）對于采用味精廢水進行發(fā)酵生產(chǎn)生物制品技術(shù)來說，影響因素較多，工藝繁瑣，不易實現(xiàn)自動化控制，且成本較大；（3）如果不能考慮地理鄰近性，建立味精行業(yè)下游企業(yè)，實現(xiàn)味精廢水資源化，那么味精廢水的運輸成本將是實現(xiàn)味精廢水資源化的障礙。

味精廢水資源化是味精廢水處理的趨勢，具有非常重要的發(fā)展?jié)摿?。然而，味精廢水資源化的實現(xiàn)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，還涉及到很多因素的限制，比如設(shè)備設(shè)計、工藝研發(fā)、綜合示范等。如果在農(nóng)副產(chǎn)品深加工行業(yè)類工業(yè)園區(qū)內(nèi)，考慮地理鄰近性，通過產(chǎn)業(yè)的橫向延伸和縱向耦合，建立味精行業(yè)主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)鏈條，味精廢水資源化利用方法得到大面積推廣。與此同時，在味精企業(yè)內(nèi)部強化清潔生產(chǎn)意識，不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝，減少濃污水的產(chǎn)生和排放。全國范圍內(nèi)味精行業(yè)也可以因地制宜，根據(jù)地域特性，開展味精廢水資源化綜合利用模式。

結(jié)合上述味精廢水資源化綜合利用途徑，可以在行業(yè)類工業(yè)園內(nèi)構(gòu)建如圖1所示的廢水資源化綜合利用網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)味精廢水等工業(yè)有機廢水的資源化利用。

圖1 味精廢水資源化綜合利用網(wǎng)絡(luò)

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Research status and prospect of reutilization of MSG wastewater

LI Wenfeng，CUI Zhaojie，HAN Feng
（School of Environmental Science and Engineering，Shandong University，Ji'nan 250100，China）

Wastewater of MSG generates in large volume which is 10～12 t per 1t 100%MSG.A large number of organic matters in MSG wastewater heighten the cost of treatment and overload MSG industries.Once discharged directly,wastewater of MSG will bring about severe water pollution as well as waste of resources.Therefore, reutilization of MSG wastewater is a promising approach to repress finical tensions of MSG industries.At the point of reutilization of waste,the paper made a summary of research status of reutilization of MSG wastewater and proposed a method to establish the net of reutilization of MSG wastewater through extending the industrial chain of MSG and coupling symbiosis.

monosodium glutamate;wastewater;reutilization

X703

A

1674－0912（2014）12－0034－05

2014－10－16）

國家水體污染控制與治理科技重大專項（2012ZX07203－004－42）

李文鋒（1988－），男，河南濮陽人，碩士研究生，研究方向：循環(huán)經(jīng)濟。