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3 微生物絮凝剂在制酒废水中应用
国内啤酒和白酒行业产生废水量较大,其废水有效处理已成为环保领域研究的关注重点。
3.1 微生物絮凝剂在啤酒废水中的应用:中国是全球最大啤酒生产和消费国,啤酒年生产量较大,产1 t 啤酒的耗水量8~25 t,我国啤酒废水年产量约为4 亿立方米。啤酒废水综合利用效率低,排放后对环境造成较严重的污染。啤酒工业废水中含有糖、醇等有机物,浓度高,易腐败,其中COD、BOD 普遍较高。一般企业多采用好氧生物处理法,花费较高、电量消耗大,且经处理后的废水N、P 含量仍然偏高。有学者采用微生物絮凝菌处理啤酒废水,取得较好效果,尤其可有效去除COD、SS。徐放等通过研究培养基絮凝菌、培养条件、絮凝剂的投加量对啤酒废水的处理效果。研究结果表明,利用酵母膏培养基培养的MBF-1 型菌,菌液对啤酒废水COD 的去除率最高达到90.8 %,COD 去除能力最高达到55.3 mg/mL,啤酒废水处理效果比较理想。陈烨等用硅酸盐细菌GY03 菌株所产生的微生物絮凝剂处理啤酒厂废水,结果显示,处理后啤酒废水SS 去除率高达93.59 %,对BOD、CODcr也有较好效果,且絮凝效果优于化学絮凝剂。Zhang ZQ 等利用1 L 啤酒废水作为絮凝微生物碳源主要成分,添加0.5 g/L 尿素、0.5 g/L 酵母浸出粉以及0.2~0.5 g/L (NH4)2SO4,最佳培养条件下,以啤酒洗槽废水作为碳源,培养絮凝菌,所产絮凝剂MMF1 成分为蛋白质和多糖,它对靓蓝印染废水有很好的絮凝效果,COD 和色度最高去除率可达到79.2 %和86.5 %。芦艳等以利用啤酒废水作为唯一碳源和氮源的培养基,仅添加0.5 %的KH2PO4无机盐,所产生的微生物絮凝剂对高岭土悬液的絮凝率高达93.5 %。啤酒废水营养丰富,张迎明等利用稀释10 倍啤酒废水作为廉价培养基, 直接培养筛选到的絮凝球菌,在最佳的培养条件下所得絮凝剂的絮凝效果最高为96.8 %。Liu Z Y 在实验过程中利用啤酒废水作为Klebsiellasp TG-1 菌的廉价培养基,虽然絮凝率不如豆腐渣培养基,但也可以达到43 %。Ugbenyen A M报道,利用3 种海洋细菌混合培养产微生物絮凝剂对废水絮凝实验,其中对于啤酒废水的絮凝率高达93.7 %,以及对啤酒废水的浊度清除达92 %,清除效果显著。Luo Z S 也报道指出,Klebsiella sp 菌株yz-6 产生的微生物絮凝剂MBF-6 对乳品废水、啤酒废水、糖蜜废水均非常有效,絮凝剂主要成分有95.1 %的多糖和3.4 %的蛋白质。Feng L D等筛选出的芽孢菌种所产生的高效微生物絮凝剂MBF3-3 对综合性的废水处理效果较好,其中对于啤酒废水的处理时的添加量低于常用的聚酰胺(PAC),且多种金属离子对其絮凝性有促进作用。Cosa S 等利用2 株海洋微生物混合培养,并提取微生物絮凝剂,其可有效去除啤酒废水中99.7 %的COD,且浊度去除率为93.9 %,其主要成分是多糖类;将啤酒废水直接作为微生物廉价培养基,可使啤酒废水资源有效利用,并大大降低微生物絮凝菌的培养成本。
3.2 微生物絮凝剂在白酒废水中的应用:中国是白酒发源地,也是生产大国。白酒行业生产量大,酿酒过程中产生大量废水,且基本都是高浓度有机废水。废水成分复杂,酸度高,色度也较高,主要含有低碳醇、脂肪酸、氨基酸等物质。杨涛等研究报道,用紫色非硫细菌01S 菌株处理有机酿酒废水,在自然(或白炽灯)光照、pH7.0、温度28~30 ℃条件下,菌株生长良好,培养液能够明显降解酿酒废水,COD 的去除率为82.2 %。王伊娜等利用制酒废水培养酵母菌HJ4,在最佳培养条件下获得微生物絮凝剂MBF4,在白酒废水中应用,对其色度和浊度有超过80 %的去除率,对COD的去除率有的较好、有的较低,稳定性不好,结果表明,制酒废水可以作为混合型酵母菌的廉价培养基。王丽丽等利用制酒废水作替代培养基,在所产复合型生物絮凝剂MFHJ4 的最佳合成条件下,MFHJ4 的产量最高可达3.85 g/ L。常洪娟等利用诱变筛选菌株,获得产胞外多糖高产菌株副干酪乳杆菌,在最佳生产工艺下制备乳酸菌微生物絮凝剂,对酒精糟液的絮凝率为95.5 %以及COD 去除率为97.5 %;彭瑞昊等选用酒精废醪液作为培养基培养环境微生物,筛选获得酒精废醪液的最佳生长菌株ZJ-15,获得的微生物絮凝剂对部分重金属离子有吸附作用。张帆等利用白酒废水替代高成本的普通培养基对蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)、膜璞毕赤酵母(Pichia membranifaciens)和混合菌(HXJ-1)分别进行培养,HXJ-1 比单菌株长势更佳;混菌可以直接利用白酒废水产生微生物絮凝剂,且不需要调节pH 值;混菌产絮周期短,比单菌缩短了24 h;混菌能利用高浓度的制酒废水且只外加少量氮源,有利于节约絮凝剂培养成本和综合利用制酒废水。在此基础上,最佳培养条件下,张帆研究团队提取的絮凝剂对高岭土絮凝率约为89.50 %。通过对微生物絮凝剂XJBF-1 理化性质的研究表明,其主要成分是多糖63.40 %,总蛋白质为0.87 %,分子量较低,为50789 U,且为线性结构,安全性实验表明,对实验鱼苗基本没有急性毒性,可作为无毒水处理剂。
3.3 微生物絮凝剂在糖蜜酒精废水中的应用:糖蜜酒精废水是以糖蜜为原料发酵生产酒精,在此过程中产生的高浓度有机废水。糖蜜酒精废水色度高、酸度高,且含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等,若直接排放,易造成周边环境水体富营养化。国内外对糖蜜酒精废水脱色处理的研究较多。成文等在以糖蜜酒精废水为产絮霉菌的廉价培养基主要成分,絮凝剂产量较高,与优质淀粉培养基产量接近;HE-P7 和HHE-A26的培养菌液也具有良好的絮凝作用,达到淀粉培养基的90 %以上。易小畅等以啤酒酵母为出发菌株,单独用糖蜜酒精废水稀释40 倍作培养基时效果最佳;稀释糖蜜酒精废液和葡萄糖培养基联合使用(7∶3 比例)最大絮凝率超过70 %,对湖塘水中浊度的去除率也较高[40]。Yadav S 等[41]利用4 种菌株最佳复合比例(4∶3∶2∶1)并在最佳条件下培养10 d,其色度降解了75 %,COD 去除了71 %。范艳霞等研究表明,菌群在10 %(v/v)糖蜜废水中添加少量营养物质,并调节pH 值、培养7 d,有较好的脱色效果,为46.2 %。Zhuang X以糖蜜酒精废液作为唯一碳源代替蔗糖培养芽孢菌,所产生的微生物絮凝剂可有效去除甘蔗精炼过程中的废水中的胶质悬浮物、色度和浊度;微生物脱色糖蜜酒精废水是一个较复杂的生化过程,微生物的组成、结构和生长状态决定处理效果的好坏,因此微生物的生长条件是处理的关键因素。
4 展望
微生物絮凝剂相较于传统絮凝剂,具有安全、高效、无残留、易降解,无二次污染等优点,在制酒废水领域的应用越来越受关注,且可以将制酒废水作为廉价培养基进行废物利用,既减少处理制酒废水的高额费用,也可以对难处理的废弃物进行综合利用。经济环保,应用前景广阔,今后的研究方向可能为:(1)针对性地选育对制酒废水絮凝效果好的高效絮凝剂产生菌。基因工程和发酵技术的合理使用,可有效提高微生物絮凝剂的生产效率。(2)对高效制酒废水絮凝菌进行基因表达、克隆,确定起絮凝作用的基因并加以转化应用。(3)利用制酒废水作为廉价培养基,探究添加比例、形式,变废为宝,废资源再生转化,获得高效收益。(4)深入研究微生物絮凝剂的作用机理、分子构架以及动力学,以研制更有效、更安全的新型超级絮凝剂。
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