黄姜废水处理一体化工艺

摘要

本发明涉及从黄姜加工到废水处理的一体化工艺。该工艺别离得到纤维素、淀粉浆,并进一步得皂素、葡萄糖和苏云金芽孢杆菌微生物杀虫剂产品。工艺次序是:选用物理别离法预处理,得纤维素及淀粉浆;淀粉浆液化糖化后的糖渣,经发酵酸水解后得皂素,一起所得糖液转化为葡萄糖;将其水解废液制备苏云金芽孢杆菌微生物杀虫剂;并进行黄姜废水的处理。详细工艺见说明书。本发明长处是根据循环经济理念开发黄姜清洁出产的一体化技能,完成资源再运用,下降了皂素的提取难度,削减废水90%以上,终究废水合格排放。一体化技能的先进性、可靠性、实用性及经济性均比现有工艺显著进步,节省资源、下降本钱,有助于从根本上处理废水量大治理难的问题。

权利要求书

1、从黄姜加工到废水处理的一体化工艺,其特征在于:该工艺别离得到纤维素、 淀粉浆,并进一步取得皂素、葡萄糖和苏云金芽孢杆菌微生物杀虫剂产品;

其中,工艺流程次序详细如下:

选用物理别离法预处理,得纤维素及淀粉浆;

淀粉浆液化糖化后的糖渣,经发酵酸水解后,提取皂素;

淀粉浆液化糖化后的糖液,经处理转化为葡萄糖;

将黄姜水解废液制备苏云金芽孢杆菌微生物杀虫剂;

与此一起,进行黄姜废水的处理。

2、依照权利要求1所述的从黄姜加工到废水处理的一体化工艺,其特征在于: 物理办法别离是将黄姜浸泡24小时后磨碎,用60目筛带水筛分,筛分用水与浸泡后 黄姜质量的份额为1∶2.5,筛上物首要是纤维素,枯燥后收回运用,筛下物是淀粉浆。

3、依照权利要求1所述的从黄姜加工到废水处理的一体化工艺,其特征在于: 淀粉浆液化糖化是将预处理后得到的淀粉浆,煮沸溶解,冷却调理pH为6.3-6.7,每 g淀粉浆的α-淀粉酶用量为20U,68-72℃水浴振荡1h;再次冷却,糖化环节的pH 为3.8-4.2,每g淀粉的糖化酶用量为300U,60℃水浴振荡8h,混合物离心别离,h 糖化。糖化完毕后,将混合物离心别离,上面得固体物糖渣,下面为糖液;

然后,用糖渣发酵酸水解工艺,是向糖渣中参加复合菌粉,菌粉用量为每g糖渣 0.02mg。,在33-37℃培养箱中发酵48小时;然后调理pH值到0.4-0.6,置于高压灭 菌锅中121~126℃条件下进行酸水解5h,调理pH值到中性,离心得到酸水解糖渣, 发酵酸水解制到水解渣,干躁;然后,将酸水解渣置于萃取釜中,萃取溶剂为CO2, 萃取压力19-21MPa,萃取温度59-61℃,以95%乙醇为夹藏剂,静萃取1h、动萃取 4h后,在50℃别离釜中产品与溶剂CO2别离,得到皂素。

4、依照权利要求1所述的从黄姜加工到废水处理的一体化工艺,其特征在于: 淀粉浆液化糖化后糖液经处理转化葡萄糖的办法,糖液经脱色、脱盐、重结晶,枯燥 为葡萄糖产品。

5、依照权利要求1所述的从黄姜加工到废水处理的一体化工艺,其特征在于: 黄姜水解废液制备苏云金芽孢杆菌微生物杀虫剂杀虫剂,选用液体深层发酵工艺制 得。

6、依照权利要求1所述的从黄姜加工到废水处理的一体化工艺,其特征在于: 黄姜废水选用“中和/沉积-水解酸化-物化脱硫-甲烷发酵-G-BAF”组合工艺,实 现对黄姜废水中COD、氨氮污染物的高效去除,使之合格外排。

说明书

黄姜废水处理的一体化工艺

技术领域

本发明归于物质处理工艺,详细地说是从黄姜加工到废水处理的一体化工艺。将 传统出产工艺中排入污水的污染物——黄姜纤维素、淀粉浆充沛运用,做到资源运用 充沛、清洁出产无污染。本工艺除了得到主产品皂素,还得到副产品纤维素、葡萄糖、 苏云金芽孢杆菌微生物杀虫剂;进行黄姜废水的处理,不只处理了该工业污染严峻、 资源糟蹋的难题,还增加了工业附加值。

背景技术

黄姜是我国特有种类,学名盾叶薯蓣,药用植物,首要的经济价值是运用其根状 茎提取被国际誉为“药中黄金”的薯蓣皂素,用于出产300多种类甾体激素药物。到 2003年,我国除西藏外,其它各省、市均人工栽培黄姜,预算全国栽培黄姜面积已超 过160万亩,黄姜皂素出产企业超过200家,首要会集在汉江流域的陕西省和湖北省。

现在我国对黄姜的加工运用首要是粗放型的出产运用,首要提取含量仅占2%的 皂素;而占98%的淀粉、纤维素、色素、单宁酸等物质被丢掉或随出产废水丢失,这 不只形成了极大的资源糟蹋和经济损失,更重要的是形成了严峻的水污染,限制了地 方的经济展开。我国皂素的出产,现在根本选用酸法出产工艺,该工艺出产1吨皂素, 需求鲜姜130~150吨,耗35%工业盐酸15~20吨耗标煤50~60吨,排放废水500吨; 排放废水中污染物酸度大、浓度高,pH1.0~1.5,COD浓度30000mg/L以上,NH3-N约300mg/L,污染程度仅次于造纸企业,污水排放给当地水体保护形成巨大压力,对 生态形成了极大的损坏。因为黄姜酸解废液含酸高、胶质重、色素浓、泡沫多,选用 现有治污办法极难合格;加之治污运转费用高,皂素出产厂家难以承受,致使出产厂 家将漂满白色泡沫,并散发出酸臭味的废水直接排放,导致排水口邻近1公里以内的 水域里,水生物几近绝迹,被污染的河水人畜无法饮用。

此外,为了保证黄姜栽培的稳产高产,长期以来人们一向首要选用化学农药操控 病虫草害。化学农药在杀灭害虫的一起,也杀伤了天敌及其它有益生物,损坏了生态 平衡,引起害虫更加猖狂。一起,化学农药的运用,不只使黄姜产品中农药残留增加, 影响了产品的质量,并且形成了土壤、水体和大气的污染。

黄姜工业蓬勃展开的十堰区域,现在就面临着工业展开与环境保护的对立,且由 于对南水北调的水质安全发生严峻的影响,对立的处理显得更加火急。可是,为了保 证该区域农人的这一首要增收的来源,现在国家尚不能将废水治理没有到达排放规范 的企业悉数关闭。黄姜加工业发生的工业废水和农残问题迄今已成为南水北调中线工 程水源区亟待处理的刻不容缓的严峻课题。

因为我国在黄姜加工业方面的特殊性,国外在这方面可以直接借鉴的先进技能并 不多见。近年来,我国学者围绕黄姜加工技能进行了有益的探究,也已积累了大量的 经验。

在黄姜的实验室提取检测方面,提出了改善的硫酸-氯仿提取皂素的试验工艺,建 立了分光光度法检测皂素的试验办法。在黄姜加工的工艺改善方面,提出了发酵-酸水 解法提取皂素的办法。该办法将发酵物用碱性物质中和替代了惯例酸水解法中选用大 量水洗至中性,节省了水资源,一起对淀粉的水解产物——葡萄糖进行收回,到达了 资源的综合运用,且与惯例酸水解法比较皂甙元的提取率也大大进步,是现在工业上 普遍选用的办法。但是,在葡萄糖的提取过程中溶液的离子浓度较大,影响葡萄糖的 提取,所以也有在酸水解过程中选用硫酸替代盐酸、中和时选用石灰水中和工艺的, 这样可下降糖液的含盐量,进步糖液精制的经济性。另一方面,因为滤饼增大,下降 了皂甙元的提取率。此外,还有关于酶解-酸水解法等的探究。酶解-酸水解法是运用 生物办法和化学办法相结合进行提取皂甙元,研讨表明先酶解后酸水解比直接酸水解 的皂素收回率进步起伏达28.80%左右。发酵-酸水解法和酶解-酸水解法都是在尽量 进步薯蓣皂甙元提取率的情况下实行对资源的综合运用,在取得薯蓣皂甙元的一起对 黄姜中淀粉进行转化。但是,皂甙元的提取仍选用有机溶剂进行,在对环境形成污染 的一起,也在食品安全方面存在着危险。

在黄姜的开发运用及清洁化出产方面,有些研讨选用有机溶剂萃取法,得到了除 皂素之外的天然黄色素。选用黄姜皂素直接别离工艺(即选用物理办法别离皂素、淀 粉和纤维素)的研讨也已取得发展,此项技能可使黄姜出产削减排污90%。相关资源 综合运用方面的专利,如联产薯蓣皂素、葡萄糖的洁净工艺办法(公开号:1535973), 通过物理别离法先别离出纤维素、淀粉(公开号:1587274)等,这些办法有了清洁 出产的睨端,但有的仅局限于对淀粉进行运用,有的则只是关注与纤维素、淀粉的分 离,未从全体上掌握出产工艺。且曩昔多用有机溶剂作为皂素的提取手法,没有充沛 挖掘物料削减和资源再运用的新提取工艺。此外,选用超临界CO2萃取技能提取黄姜 中的皂素是一项有远景的清洁化提取技能,但仍有一些技能问题需求处理和完善。

在与黄姜加工相关的污染操控方面,提出了通过有机萃取黄姜废液中的皂素,提 高皂素产量以下降污染程度的设想。依照清洁出产的思想,对黄姜出产的废水,可以 采纳萃取除盐酸/发酵蒸馏酒精,ABR-厌氧和SBR好氧相结合的办法来下降废液中污 染物的浓度;关于黄姜加工废水处理,已经有两相厌氧-好氧-人工湿地法处理的工艺 组合等研讨成果。有关专利方面见报道的有从废液中提取酒精(公开号:1124776), 运用黄姜残渣出产农用肥(公开号:1392120),从黄姜水解废液中提取葡萄糖(公 开号:1316523),用黄姜皂素出产残渣制备活性炭(公开号:1613758)等。

从现有工艺来看,皂素提取率一般低于20%,在酸水解过程中,只有2%左右的 皂甙被运用,其他的淀粉、色素、单宁酸被转化为糖类等有机污染物随出产废水丢失, 木质纤维素则彻底没有被运用,终究成为废渣露天堆放,绝大部分抛弃腐朽,少数的 被当作燃料焚烧,因为其发热值低,比较其潜在的经济价值也是一种糟蹋。加之,现 有办法出产过程中资源耗费大,污染严峻,能耗高。虽然有超临界提取等新兴工艺的 引入,但因预处理条件严苛、工艺繁琐,且没有取得可靠稳定的工艺条件,提取率较 低,相关研讨也不够老练。

总归,曩昔关于黄姜加工技能的研讨和使用或者偏重于前续的工艺改善,或者侧 重于后续的污水处理。实际上,从循环经济的理念动身,真实可以从根本上处理问题 的创新技能应该是黄姜清洁化出产和资源综合运用的一体化技能,而在这一方面的研 究和开发现在没有体系展开,具有火急的科学和社会需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技能中存在的不足之处,提供一种既清洁又合理的黄 姜加工及其废水处理一体化工艺。运用循环经济理念,引入新技能进步黄姜资源的高 值开发及资源综合运用程度,改变现有黄姜加工工艺现状,处理工业废水污染,展开 运用新型生物农药,在确保农人增收的一起处理地方经济与环境日益突出对立,铲除 南水北调中线工程水源区水质安全危险,保证南水北调中线工程的顺利施行。

针对黄姜加工业现在存在的污染严峻、资源糟蹋问题,本发明提出了一套清洁生 产一体化工艺。本发明可以削减酸水解步骤的酸、水用量,然后削减废水排放量的90% 以上,经后续的工业废水高效微生物处理工艺可容易合格排放;另外,本发明运用了 75%的纤维素、66%的淀粉,固体抛弃物量也大大削减,真实完成了出产工艺的清洁 化。本发明从黄姜资源运用最大化的角度动身,从工艺总体掌握各资源的运用形式和 运用办法,除提取主产品皂素外,还开发副产品葡萄糖、纤维素、苏云金芽孢杆菌微 生物杀虫剂,所有产品的开发流程紧凑、连续,一体化特性明显。

本发明目的可以通过如下方式来完成:从黄姜加工到废水处理的一体化工艺,该 工艺别离得到纤维素、淀粉浆,并进一步取得皂素、葡萄糖和苏云金芽孢杆菌微生物 杀虫剂产品;其中:

选用物理别离法预处理,得纤维素及淀粉浆;

淀粉浆液化糖化后的糖渣,经发酵酸水解后,提取皂素;

淀粉浆液化糖化后的糖液,经处理转化为葡萄糖;

将黄姜水解废液制备苏云金芽孢杆菌微生物杀虫剂;

与此一起,进行黄姜废水的处理。

工艺流程次序详细如下:

1、预处理

物理办法别离是将黄姜浸泡24小时后磨碎,用60目筛带水筛分,筛分用水与浸 泡后黄姜质量的份额为1∶2.5,筛上物首要是纤维素,枯燥后收回运用,筛下物是淀 粉浆,淀粉浆进入下一步工艺。

2、淀粉浆生物转化

2.1生物酶法将淀粉浆液化糖化转化为葡萄糖

生物酶法将黄姜淀粉浆转化葡萄糖办法,将预处理后得到的淀粉浆,煮沸溶解, 冷却调理pH为6.3-6.7,每g淀粉浆的α-淀粉酶用量为20U,68-72℃水浴振荡1h; 再次冷却,糖化环节的pH为3.8-4.2,每g淀粉的糖化酶用量为300U,60℃水浴振荡 8h,混合物离心别离,h糖化。糖化完毕后,将混合物离心别离,得到固体物糖渣, 有待后步工艺处理提取皂素,得到上清液—糖液。

2.2葡萄糖制备

将糖液加热至80℃,保持20min灭酶;然后以1%(固形物)的用量参加粉末活性 炭,在80℃、pH=4.0条件下拌和脱色30min,过滤;过滤后以2倍柱体积·h-1(BV) 的流速,在室温下分别进行732型阳离子和711型阴离子交流脱盐脱除常见的阴阳离 子,并分别随时以铬黑吨指示剂和硝酸银查验脱除作用;然后通过冷冻枯燥将糖液浓 缩为70%取出,加少数去离子水,高温溶解,投入0.5%的葡萄糖晶种重结晶,终究 枯燥至恒重。

3、发酵酸水解制到酸水解渣

糖渣发酵酸水解工艺是向糖渣中参加复合菌粉,菌粉用量为每g糖渣0.02mg。, 在33-37℃培养箱中发酵48小时;然后调理pH值到0.4-0.6,置于高压灭菌锅中121~ 126℃条件下进行酸水解5h,调理pH值到中性,离心得到酸水解糖渣,发酵酸水解 制到酸水解渣,并枯燥,备用。

4、超临界提取皂素

超临界提取皂素工艺,将酸水解渣置于萃取釜中,萃取溶剂为CO2,萃取压力 19-21MPa,萃取温度59-61℃,以95%乙醇为夹藏剂,静萃取1h、动萃取4h后,在 50℃别离釜中产品与溶剂CO2别离,得到皂素。

5、黄姜水解废液出产苏云金芽孢杆菌微生物杀虫剂

选用液体深层发酵工艺,,向经预处理的黄姜水解废液参加10-30g/L的氮源、 0.2-1.5g/L的矿质盐、1-5g/L的消泡剂,拌和均匀后在种子罐或发酵罐中经15磅压力 与121℃温度灭菌30-60分钟,冷却至30-35℃备用,所用的氮源是指豆粕、花生粕、 菜籽粕、鱼粉、玉米浆、酵母粉与蛋白胨等。然后,向培养基接种苏云金杆菌发酵, 接种量1-3%,发酵液经高速离心浓缩后,再进行喷雾枯燥,使产品苏云金芽孢杆菌 微生物杀虫剂的含水率低于5%,有利于延长产品的货架时刻。

6、工业废水的高效微生物处理技能

选用“中和/沉积-水解酸化-物化脱硫-甲烷发酵-固定化微生物-曝气生物滤 池(G-BAF)”组合工艺,黄姜废水通过CaO的中和及沉积作用,调pH值至挨近中 性。在投加磷酸盐之后,废水进入水解酸化反应器,通过中间的物化处理去除硫化氢 及硫化物之后,调理pH至6.8~7.2,再进入产甲烷反应器。选用这种水解酸化与产 甲烷分置的工艺,使废水原水中有机大分子水解酸化为小分子易降解物质,进步了废 水的可生化性,也可以充沛防止因挥发性脂肪酸的累积而引起的pH值下降和氧化还 原电位上升对厌氧微生物的抑制作用,一起可以有效防止在同一个厌氧反应器中硫化 氢对产甲烷菌的毒害。使出水的各项指标满意排放规范。

本发明工业废水处理,在请求本发明专利的一起,也请求了另一个发明专利,发 明专利名称为“一种高效处理黄姜加工废水的办法及其用处”。

本发明比较现有技能具有如下长处:

1、本发明运用物理别离、生物酶降解办法,下降纤维素和淀粉的包裹作用对皂 素提取的阻力,削减酸、水用量的85%,从而削减污水排放量和处理难度;

2、本发明每1000g湿黄姜所发生的酸水解渣仅有52.5g,各环节处理负荷下降梯 度显著,方针提取物—皂素从2.5%逐渐富集到13.9%,下降了超临界提取办法与传统 有机溶剂提取的本钱差;

3、本发明充沛运用黄姜资源,在保证主产品薯蓣皂甙元得率和质量的前提下, 变废为宝,运用了66%的黄姜淀粉,收回了75.3%的黄姜纤维素;

4、本发明发生废渣仅占质料总重的4.64%,大大削减了黄姜皂素提取后废渣的处 理费用;

5、本发明运用黄姜淀粉和糖渣动身生物杀虫剂,不只完成资源的高值综合运用, 并且有助于处理的农药残留问题;

6、本发明运用高效微生物技能处理工业废水,黄姜出水水质主控指标 CODcr≤100mg/L,NH3-N≤5mg/L,终究出水污染物去除率到达COD99%,NH3-N99%; 运转本钱低于5.0元/m3。

黄姜清洁出产一体化工艺,不只全面考虑了资源的综合运用,并且发生废水、废 渣很少,真实完成出产工艺的清洁化。

?