含糖廢水能源化的研究.pdf

1、含糖廢水來源于以淀粉、糖蜜等為原料進行的發(fā)酵和產品提取等過程中,廢水年排放總量約20-25億噸,占全國工業(yè)廢水總排放量的10％左右。含糖廢水的共同特點是色度高、含鹽量高、有機物特別是可發(fā)酵糖含量高而造成COD濃度高。如果直接進入普通的污水處理系統(tǒng),則不僅造成處理負擔過大,而且也是有機糖質資源的浪費。因此,本研究提出利用含糖廢水生產生物柴油原料油脂的能源化研究方向。微生物油脂又稱為單細胞油脂,是代替或補充動植物油脂供應的潛在資源。許多微生

2、物,如酵母、霉菌和藻類等能夠在一定條件下以碳水化合物、碳氫化合物等為碳源,在體內積累脂肪酸甘油酯。然而,利用純糖類或水解糖液生產微生物油脂成本太高不利于規(guī)模化放大。含糖工業(yè)廢水因其含有大量的還原性糖,而且分布集中,排放量大,是一個值得探討研究的原料來源。本論文針對含糖廢水能源化生產生物柴油原料油脂.微生物油脂的研究任務,以降低成本,簡化工藝為目標,提出了批次.連續(xù)發(fā)酵策略,完成了以淀粉廢水為原料發(fā)酵生產微生物油脂的300L中試研究。具體

3、工作和相應結果如下:
　　 1.誘變篩選粘紅酵母產油突變菌株分別考察了LiCl、UV、N+注入、EMS和MW系列誘變和同步復合誘變對粘紅酵母發(fā)酵生物量的積累和油脂合成能力的影響,選取最優(yōu)突變菌株進行了遺傳穩(wěn)定性考察的傳代實驗。結果表明:最優(yōu)突變菌株能夠在連續(xù)斜面?zhèn)?1代的過程中搖瓶發(fā)酵水平保持在生物量～15g／L,油脂含量30-35％。
　　 2.微生物油脂生物量和油脂含量分析測定方法的建立考察了不同方法對產油微生物細胞

4、預處理的作用效果,建立了微生物生物量和油脂含量的分析測定方法。結果表明:超聲波和液氮冷凍復合處理后,細胞油脂得率可提高1倍以上；比濁法可用于菌種篩選等大批量樣品的生物量測定,干重法適合于發(fā)酵水平考察時的準確定量；蘇丹黑染色配合顯微鏡觀察適用于菌體初篩時的定性和半定量快速檢測胞內油脂,對于細胞油脂的準確測定應該使用索氏提取重量差法或氯仿-甲醇有機溶劑提取重量差法,精確定量油脂含量和油脂成分及組成則應該用氣質聯(lián)用檢測或氣相色譜配合內標物的方

5、法測定。
　　 3.產油酵母發(fā)酵工藝的優(yōu)化分別考察了培養(yǎng)基、培養(yǎng)條件和培養(yǎng)方式等對粘紅酵母發(fā)酵生物量積累和油脂合成能力的影響情況。結果表明:所考察碳源中,添加葡萄糖綜合效果最好,發(fā)酵中后期添加葡萄糖是保證甘油三酯合成的重要元素:Plackett-Burman設計優(yōu)化結果表明,磷酸鹽和發(fā)酵液pH對菌體生物量和油脂含量的影響均為顯著；分級發(fā)酵有利于后期油脂含量的積累,混合菌發(fā)酵培養(yǎng)結果優(yōu)于單獨發(fā)酵。
　　 4.利用廢棄物生產

6、微生物油脂分別考察了食堂餐飲廢水、農林廢棄物高粱秸稈汁和工業(yè)廢棄物醬渣、造紙廢水、制藥廢水、乳清廢水、味精廢水、淀粉廢水等作為微生物油脂生產原料的潛力。通過Plackett-Burman和Central composite設計優(yōu)化發(fā)酵原料組成和培養(yǎng)條件得到粘紅酵母利用乳清廢水可以積累生物量20g／L以上,油脂含量35％以上；利用粘紅酵母資源化處理味精廢水,發(fā)酵156h后得到生物量、油脂含量和COD降解率分別為43.18g／L,46.67

7、％和53.04％:通過分析淀粉廢水水質調配各工段廢水比例,5L罐批次發(fā)酵90h時,其生物量、油脂含量和COD降解率分別為60.9g／L,43.0％和66.33％,5L罐在稀釋率≈0.01h-1、通氣量≈1.4vvm的條件下連續(xù)發(fā)酵結果為:出水COD≤7000mg／L,生物量≥60g／L,油脂產量也能達到9 g／L,糖／油≈2.8。
　　 5.淀粉廢水300L中試研究以淀粉廢水為原料,嘗試了300L工藝放大技術可行性,發(fā)酵時間為1

8、8～36h,發(fā)酵過程中不調節(jié)pH,最終達到生物量30-40g／L,廢水COD降解70％以上,油脂含量～35％。所得油脂產品的成分分析結果表明可作為生物柴油的原料,所得發(fā)酵液經過厭氧-好氧深處理后可以達標排放,所得酵母菌體可以作為動物飼料。
　　 6.微生物油脂轉化生物柴油及聯(lián)產高值色素的探索考察了以味精廢水和淀粉廢水為原料所得酵母油脂進一步催化合成生物柴油的可行性。結果表明利用堿催化所得酵母油脂轉化脂肪酸甲酯的轉化率可達92.5

9、4％,利用脂肪酶催化轉化酵母油脂合成脂肪酸甲酯的轉化率為82.31％、轉化酵母油脂合成脂肪酸乙酯的轉化率為90.53％。以乳清廢液為原料進行PB優(yōu)化培養(yǎng)得到最佳聯(lián)產結果為生物量25.50g／L,油脂產量12.54 g／L,類胡蘿卜素的產量3.86ppm。
　　 7.產油微生物基因工程的探索研究分別進行了血紅蛋白基因導入粘紅酵母的改造工作和一株富產EPA多不飽和脂肪酸硅藻的分子生物學鑒定工作。通過擴增獲得vgb基因和質粒pRUL1