味精行業廢水資源化利用研究現狀及展望

李文鋒，崔兆杰，韓峰

（山東大學環境科學與工程學院，山東濟南250100）

味精行業廢水資源化利用研究現狀及展望

李文鋒，崔兆杰，韓峰

（山東大學環境科學與工程學院，山東濟南250100）

味精廢水產生量大，平均生產1 t 100%味精，會產生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，所以實現味精廢水資源化利用是緩解味精行業經濟壓力的有效途徑。根據目前中國味精廢水資源化利用研究現狀，從廢物資源化利用角度進行了歸納和總結。并以味精行業為主導，通過橫向延伸產業鏈、縱向耦合共生，提出建立味精廢水資源化網絡的方法。

味精；廢水；資源化

我國味精行業自20世紀80年代開始進入高速發展階段，2010年味精總產量高達256萬t，2011年味精行業規模以上企業味精總產量為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%，其中山東味精產量占50%左右，廢水排出量約為3.35×105萬t。味精行業廢水主要有3種，分別是降溫廢水、稀污水和濃污水。降溫廢水經過簡單處理和降溫之后作為回用水；稀污水經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1 t 100%味精，會產生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%）、殘糖（1%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%的核苷酸類降解產物等，還有K+，Na+，NH4－，Ca2+，Cl－，SO42－，PO43－等無機鹽離子。

調查發現，各生產企業的先后投資建設治污工程后，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，投資大、治理費用高，嚴重束縛了味精行業的自身健康發展。特別是近年來，味精企業改用硫酸調等電點法，致使生產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狀

以味精、廢水、資源化利用為關鍵詞，在中國（CNKI）學術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的綜述介紹。在結合前人基礎上，查閱文獻，總結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、發酵資源化利用、生產有機無機肥、生物工業資源化利用、配置真菌液體培養基等。

1.1 直接提取有價值資源

1.1.1 提取谷氨酸

我國味精行業經過幾十年的發展，谷氨酸的提取率不斷升高，據調查統計，山東味精行業谷氨酸提取率約為95%～98%，一般屬于清潔生產的二級水平或三級水平。根據以往的文獻報告，谷氨酸的提取率還有望提高。李紅光[1]等人提出采用化學絮凝、沉淀方法去除味精發酵醪液菌休，進一步采用濃縮－連續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，但是其經濟可行性評價需要根據企業生產水平來評估。

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，營養價值豐富。可以采用高速離心技術、加熱沉淀技術、絮凝沉淀技術或氣浮技術、超濾技術等，提取菌體蛋白，提取率高達99%，其質量分數約為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，現階段已經應用在多家味精企業，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，在經過濃縮提取液，進一步制備復合肥。

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，用于工農業生產、醫療衛生以及科學研究等領域。謝先章[5，6]對此進行了研究，發現用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，發現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更有優勢。

2.2 發酵資源化利用

1.2.1 產油微生物發酵生產油脂

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

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

粘紅酵母[11]在味精廢水中發酵生產油脂，粘紅酵母也是產油微生物的一種，它可利用味精廢水中較為豐富的C源、N源，生產有用的生物柴油原料。邢陽等[12]通過馴化篩選得到一株產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酵生產微生物油脂的條件進行了初步研究，發現油脂生物量達到15.6 g/L，油脂生產率在30%左右。苗金鑫等[13，14]研究了在味精廢水中混合培養粘紅酵母和鈍頂螺旋角，并生產油脂，發現 COD降解率為 70.3%，油脂產量為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 厭氧發酵生產沼氣

王志等[15]對味精廢水厭氧發酵產沼氣進行了研究，將味精廢水接種活性污泥后進行批培養，并在發酵液中添加乳酸菌鹽，提高了菌群的甲烷合成，促進揮發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沼氣的生產實踐具有重要指導意義。

1.2.3 出芽短梗霉發酵生產普魯蘭多糖

普魯蘭多糖是一種由出芽短梗霉發酵所產生的類似葡聚糖、黃原膠的胞外水溶性粘質多糖，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、無色無味等優良特性，已廣泛應用于醫藥、食品、輕工、化工和石油等領域，但其生產成本較高，很多科研學者采用不同發酵材料進行研究，尤其是以有機物廢水為發酵基質來培養出芽短梗霉。韓德權等[16，17]人開展了以味精廢水為發酵基質，對出芽短梗霉進行培養，生產普魯蘭多糖。在pH值為6.5，溫度為28℃的條件下，連續培養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 微生物發酵生產農藥

蘇云金芽孢桿菌生物農藥是發展較早、適用最為廣泛的一種生物農藥，其無毒、無公害、不易產生抗藥性的特點越來越受到世人關注。楊建州[18，19]較早開展了味精廢水發酵培養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酵特性以及生物毒性，之后又對其發酵條件進行了研究，發現用高濃度味精廢水培養蘇云金桿菌生產農藥有較高的工業應用價值。鄭舒文等[20]提出了利用味精廢水培養蘇云金芽孢桿菌進而生產生物農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的培養基優化和深層培養條件及深層培養過程各參數的變化規律等進行了較為系統的研究。谷豐[21]對利用味精廢水制備蘇云金桿菌生物農藥進行了嘗試，對蘇云金桿菌在味精廢水中培養的培養基組成、深層培養條件以及深層培養過程各參數的變化規律等在實驗室小試和中試規模上進行了較為系統的研究，發現毒力效價與標準品相當，該工藝過程有較好的環境、經濟以及生態效益。

黃世文等[22]利用啤酒和味精廢水，經稀釋添加某些成分后，成功研制出微生物發酵培養基。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醉培養基，產生對多種病原真菌有很高拮抗作用的代謝產物。該研究為利用味精廢水等工業廢水生產生物農藥提供了思路和途徑。

1.2.5 固體發酵生產飼料蛋白

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，經適當處理后制成固體發酵培養基，采用多菌種混合發酵制得優質蛋白飼料。楊建州[24]以溜曲霉為出發菌株，通過篩選7種生物質添加劑，對利用味精廢水液體發酵生產飼料蛋白進行了可行性研究，最后的粗蛋白含量達33%，在生產有價值的產品同時，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酵生產菌體蛋白，通過中試產品的動物飼養試驗證實，味精廢水代替部分豆粕生產飼料蛋白有一定的經濟可行性。陳佳[27，28]對味精廢水與棉粕發酵生產蛋白飼料及其營養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 生物絮凝劑產生菌發酵生產復合型生物絮凝劑

生物絮凝劑是一種新型、高效、無毒、無二次污染、質優價廉的綠色凈水劑，利用味精廢水生產生物絮凝劑，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絮凝劑的成本，一舉多得。尹華[29]考察了生物絮凝劑產生菌在味精廢水中發酵產生絮凝劑的絮凝特性，發現味精廢水經預處理后，加入有機碳源對絮凝劑產生菌進行培養，菌體在生長過程中產生絮凝劑，并將其分泌到細胞外，培養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基制備復合型生物絮凝劑進行了研究，結果表明：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基培養產絮菌，絮凝率可以達到95.4%。味精廢水資源化制備生物絮凝劑，復合型生物絮凝劑的產量可達8.547 5 g/L。萬俊杰[33]對以味精廢水作為替代培養基培養枯草芽孢桿菌產絮凝劑進行了研究，結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，可以培養出有效吸附Cr（Ⅴ）的生物絮凝劑。

1.3 生產有機和無機肥料

早在20世紀90年代，已經開始利用味精有機廢水生產有機無機肥。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。實驗發現，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與玉米秸稈水解混合生產復合型生物絮凝劑，同時利用高硫酸根含量和當地盛產的風化煤、褐煤混合生產高效腐植酸微生物有機復合肥。

利用味精廢水生產有機復合肥技術屬于國家“八五”“九五”科技攻關項目，該技術目前已在國內多家大型味精生產企業通入運營。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有機復合肥系統，到目前運行良好，生產的有機復合肥供應到了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有機復合肥系統投入生產運行。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%，根據需要添加磷、鉀等元素，進行造粒，制得有機復合肥。

1.4 生物工業資源化利用

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物質，郭勇[37]針對綜合利用味精廢水生產微生物飼料添加劑，已開發出了飼用微生態制劑、復合酶益生素、發酵秸稈飼料、秸稈發酵劑和反芻動物微生物飼料添加劑等飼料添加劑系列產品，有較為客觀的環境、社會和經濟效益。

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、芽孢桿菌復合發酵液，然后在一定條件下制備成3種益生菌劑，分別將其應用于動物和植物生長，結果發現這幾種益生菌劑可作為動、植物防病促長劑。

1.5 真菌液體培養基

味精廢水中含有大量微生物可利用的營養物質。李健[40]利用不同濃度的實際味精發酵廢水對金針菇菌絲體進行了液體發酵培養。培養結果顯示，當培養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，通過測定發酵前后培養基的COD值發現，金針菇對味精廢水有著很好的處理效果，在培養基中廢水濃度為60%時，金針菇對味精廢水中COD的去除率可達82.6%。該實驗結果證明了用味精廢水作為金針菇液體培養基的可行性。

2 結語與展望

雖然有關味精廢水資源化利用的研究報道很多，但是在味精企業有規模應用的技術主要是生產有機無機復合肥，其他資源化利用途徑距離大規模應用仍舊有相當大的距離，主要原因可能歸結為以下幾點：（1）味精的生產原料、生產工藝不同，導致廢水成分復雜，性質多變，不易控制；（2）對于采用味精廢水進行發酵生產生物制品技術來說，影響因素較多，工藝繁瑣，不易實現自動化控制，且成本較大；（3）如果不能考慮地理鄰近性，建立味精行業下游企業，實現味精廢水資源化，那么味精廢水的運輸成本將是實現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，具有非常重要的發展潛力。然而，味精廢水資源化的實現是一項復雜的系統工程，還涉及到很多因素的限制，比如設備設計、工藝研發、綜合示范等。如果在農副產品深加工行業類工業園區內，考慮地理鄰近性，通過產業的橫向延伸和縱向耦合，建立味精行業主導的產業鏈條，味精廢水資源化利用方法得到大面積推廣。與此同時，在味精企業內部強化清潔生產意識，不斷優化生產工藝，減少濃污水的產生和排放。全國范圍內味精行業也可以因地制宜，根據地域特性，開展味精廢水資源化綜合利用模式。

結合上述味精廢水資源化綜合利用途徑，可以在行業類工業園內構建如圖1所示的廢水資源化綜合利用網絡，實現味精廢水等工業有機廢水的資源化利用。

圖1 味精廢水資源化綜合利用網絡

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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：循環經濟。