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阿维菌素发酵废水的综合利用研究 摘要 阿维菌素生产过程中产生大量废水，排出的废水属高浓度有机废水，其主要 成份为发酵残存的培养基( 包含一些糖类、蛋白质、和脂类等) ，菌丝体和发酵 过程中产生的代谢产物及少量的a v m ，成分较为复杂，污染物浓度高 ( c o d 2 7 0 0 0 3 0 0 0 0 m g l ) 。废水对周围环境造成了严重污染，并在一定程度上制 约了阿维菌素生产企业的健康发展。本文分析了阿维菌素废水的水质特征，对阿 维菌素废水综合利用进行了研究，开发新的废水处理工艺，使其减少环境污染， 变废为宝。 利用阿维菌素发酵废水作为培养基用水，设计了不同的废水替代率，分别发 酵生产了b t 、井冈霉素、多抗霉素、多杀霉素和阿维菌素，通过对发酵产物效 价和废水替代率以及运输成本等综合因素的分析，结论以阿维菌素发酵废水发酵 阿维菌素和多抗霉素最适合。为了提高阿维菌素废水的利用率和发酵效价，驯化 筛选出a 2 5 # 和s 1 7 # 两株分别能良好地利用阿维废水发酵生产阿维菌素和多抗 霉素的菌种；确定了阿维菌素废水预处理及废水发酵生产阿维菌素和多抗霉素的 最佳工艺条件。结果表明：用4 0 的废水替代普通水配制发酵培养基发酵生产阿 维菌素，测得其效价可达到3 1 8 6 u g m l ，比普通水( 对照处理) 发酵效价提高1 8 ； 用6 0 的废水替代普通水用于发酵生产多抗霉素，测得其效价为9 2 5 0 u g r a l 左右。 试验结果表明用阿维菌素废水替代普通水具有明显的经济效益。利用阿维菌素废 水发酵生产阿维菌素和多抗霉素，既可以减少环境的污染，又可以产生新的经济 效益，达到以废养废的目的，并且技术方法简单易行，能被阿维菌素生产企业所 接受。 关键词：阿维菌素；多抗霉素；阿维菌素废水；综合利用：废水替代率 华中农业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 a b s t r a c t t h ew a s t e w a t e rf r o ma v e r m e c t i n sp r o d u c t i o nw a sh i 曲c o n c e n t r a t i o no r g a n i c w a s t e w a t e r ，w h i c hh a v em o s t l yr u d i m e n t a lc u l t u r em e d i u m ，m y c e l i u r na n dm e t a b o l i z e p r o d u c t i o na n das m a l lq u a l i t yo fa v e r m e c f i n s t h ec o m p o s i t i o no fw a s t e w a t e rw a s r a t h e rc o m p l e x i t ya n dh i g hc o n c e n t r a t i o nc o n t a m i n a t i o n , t h ec o da c h i e v e d2 7 0 0 0 - - - 3 0 0 0 0 m g l t h er i v e r sw h i c ht h ew a s t e w a t e rp o u r e di n t od i r e c t l yw i t h o u ta n y t r e a t m e n tf r o mt h ea v e r m e c t i n sf a c t o r i e sw e r ep o l l u t e ds e r i o u s l y , w h i c hh a db e e na h a r dn u tt oc r a c ko ft h eh e a l t h yd e v e l o p m e n to ft h ei n d u s t r y i nt h i sp a p e r ，t h ew a yo f c o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no ft h ew a s t e w a t e rw a ss t u d i e dt om a k ei tr e c l a i m e da n d r e d u c ep o l l u t i o n m e a n w h i l e ，t h eq u a l i t yo fa v e r m e c t i n sw a s t e w a t e rw a si n s p e c t e d t h ea v e r m e c t i n sw a s t e w a t e rw a sb yw a yo fp a r to ff e r m e n tc u l t u r em e d i u m ， d e s i g n e dd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o no fa v e r m e c t i n sw a s t e w a t e r ，w h i c hs e p a r a t ef e n n e n t e d s t r e p t o m y c e sa v e r m i t i l i s ，s c a c a tv a t a s o e n s i s ，s a c c h a r o p o l y s p o r as p i n o s a ，b a c i l l u s t h u r g i e n s i sa n ds t r e p t o m y c e sh y r o s c u p i c u s v a r j i n g g a n g g e n s i sy e n t h eb i o l o g y m e n s u r a t i o no ff e r m e n ta n dc o m p o s i t i v eb e n e f i tw e r ea n a ly z e d ，a n dt h ec o n d i t i o n so f f e r m e n t a t i o np r o c e s sw a so p t i m i z e d o n es t r e p t o m y c e sa v e r m i t i l i ss t r a i na 一2 5 # a n d t h eo t h e ro n es c a c a tv a r a s o e n s i ss t r a i ns - 17 # w h i c hc o u l dg r o ww e l la n dp r o d u c e m y e e l i u mi nw a s t e w a t e rh a db e e ns c r e e n e do u ta f t e rd o m e s t i c a t i o na n ds e l e c t i o n t h e o p t i m u mt e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r so fw a s t e w a t e rp r e t r e a t m e n ta n df e r m e n t a t i o n p r o c e s sw e r ef o u n do u t t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ew a s t e w a t e rc o n c e n t r a t i o no f 4 0 f e r m e n t e da v e r m i c t i n ss t r a i n ，t h er e s u l to fb i o l o g ym e n s u r a t i o nw a s a p p r o x i m a t e l y3 18 6 u g h n l c o m p a r ew i t hc o m m o nw a t e r , t h er e s u l te n h a n c e18 t h e w a s t e w a t e rc o n c e n t r a t i o no f6 0 f e r m e n t e ds c a c a tv a r a s o e n s i ss t r a i n ，t h er e s u l to f b i o l o g ym e n s u r a t i o nw a sa p p r o x i m a t e l y9 2 5 0 u g m 1 t h ew a s t e w a t e rw a sc y c l e da n d c o n t a m i n a t i o no fw a s t e w a t e rw a sr e d u c e dl a r g e l yw h i c hc o u l dl i g h t e nt h es t r e s so f w a s t e w a t e rt r e a t m e n t o b v i o u s l y b ym e a n so fc o m p r e h e n s i v e u t i l i z a t i o no f a v e r m e c f i n sw a s t e w a t e rt op r o d u c ea v e r m e c f i n sa n ds c a c a tv a r a s o e n s i s ，n o to n l yt h e w a s t e w a t e rp o l l u t i o nt oe n v i r o n m e n tc o u l db er e d u c e d ，b u ta l s ot h ea i ma tb a l a n c i n g t h ec o s to ft h ew a s t e w a t e rf u r t h e rt r e a t m e n ta n de v e na tg a i n i n ge c o n o m i cp r o f i tc o u l d 阿维菌素发酵废水的综合利用研究 b ea c h i e v e d i na d d i t i o n , i tw a se a s yf o rm o s to fa v e r c c t i n sf a c t o r i e so fs m a l ls c a l et o a c c e p tb e c a u s eo f i t ss i m p l e n e s sa n df e a s i b i l i t y c o m p a r e dw i mt h et r a d i t i o n a lm e t h o d , t h en e ww a yh a dm a n ys t r o n g , p o i n t sa n dw a sat e n d e n c yo fa v c r m e c t i n si n d u s t r yt o d e v e l o p b o t ho ft h et e c h n o l o g yr o u t e sh a do b v i o u se c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t s k e y w o r d s ：a v e r m e c t i n s ；s c a c a t v a r a s o e n s i s ；a v e r m e c t i n sw a s t e w a t e r ； c o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o n ；t h ec o n c e n t r a t i o no fw a s t e w a t e r 华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书 学位论文 如需保密，解密时间年月日 是否保密 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料，指导教师对此进行了审定。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意。 研究生签名：秆恒帆2 哆年歹月厶日 学位论文使用授权书 本人完全了解“华中农业大学关于保存、使用学位论文的规定”，即学生必须 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存提交论文的印刷版 和电子版，并提供目录检索和阅览服务，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保 存、汇编学位论文。本人同意华中农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传 注：保密学位论文在解密后适用于本授权书。 学位论文作者签名：衙巨 导师签名：乞笋享钐 签名日期： 五侔歹月p 日签名日期：矽年月厂日 注：请将本表直接装订在学位论文的扉页和目录之间 阿维菌素发酵废水的综合利用研究 1 前言 1 1 我国阿维菌素生产企业发展现状 1 1 1 阿维菌素概述 阿维菌素( a v e r m e c t i n s ，a ) 是1 9 7 9 年由日本北里大学( k i s t a s a t ou n i v ) 大村智等人和美国默克( m e r c k ) 公司合作，在日本静冈县伊东市川奈( k a w a n a ) 的高尔夫球场采集到的土壤样品中分离得到一株放线菌( m a - 4 6 8 0 ) ，经鉴定是 链霉菌的一个新种，定名为s t r e p t o m y c e sa v e r m i t i e s ，发酵产生一类具有杀虫、杀 螨、杀线虫活性的十六元大环内酯化合物 b u r grw 等，1 9 7 9 】。天然a v e r r n e c t i n s 中含有8 个组分，主要有4 种即a l a 、a 2 a 、b l a 和b 2 a ，其总含量8 0 ；对应 的4 个比例较小的同系物是a l b 、a 2 b 、b l b 和b 2 b ，其总含量盟o 沈寅初， 1 9 9 8 。具体结构见图1 和表1 所示。 h o h 3 r 图1 阿维菌素的分子结构 t h es t r u c t u r eo fs t r e p t o m y c e sa v e r m i t i e s 华中农业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 表1 阿维菌素的各个组分的不同结构 r t如 。一- “_ - _ _ _ 。- h _ _ _ a v e r m e 贮t i n a1a c h 3 c 2 h s a v e r m e c t i n aib a v e r m e c t i n a 2 a a v e r m e c t i n a 2 b a v e r m e e t i n b 】a a v e r m e e t i n blb a v e r m e c t i r d 3 2 a a v e r m e c t i n b 2 b i v e r m e c t i n bla i v e r m e e t i n b1b c h 3 c 2 h 5 c h 3 c 2 h 5 c h 3 c 2 h 5 c h 3 c 2 h 5 c h 3 x ，y c h = c h c h = c h c h z - c h ( o h ) c h 2 - c h ( o h ) c h = c h c h = c h c h v c h ( o h ) c h 2 - c h ( o h ) c h 2 - c h 2 c h 2 一c h 2 根据其分子结构中c 5 ，c 2 2 2 3 ，c 2 5 上所连接基团的不同分成8 个组分。a 和b 系列的差别在于c 5 上的连接基团，c 5 位是甲氧基的成为a 组分，是羟基 的称为b 组分；“1 和“2 系列的差别在于c 2 2 2 3 上，c 2 2 2 3 呈双键的称为 “1 组分，含有羟基的称“2 组分；”a ”和”b ”系列的差别在于c 2 5 上，c 2 5 上 是叔丁基侧链的称”a 组分，c 2 5 上是异丙基侧链的称“b ”组分。 s c h o n b e r gg a 等，1 9 8 1 和f i s h e r mh 等1 9 8 4 ，】 理化性质：易溶于丙酮、乙醇、甲醇等有机溶剂。常温下不易分解。分子中 无酸性或碱性官能团，在一般条件下稳定，无腐蚀性，对环境安全。 沈寅初等， 1 9 9 6 和邑洪波等，2 0 0 0 毒性与环境安全性：据我国农药毒性分级标准，阿维菌素 b l a 原药属高毒杀虫剂。原药大鼠急性经口l d 5 0 为1 0 毫克千克，对皮肤无刺激 作用，对眼晴有轻微刺激作用。在试验剂量内对动物无致畸、致癌、致突变作用。 在常用剂量范围内，对人、畜、天敌安全。 阿维菌素作为一种全新的抗生素类生物杀虫杀螨剂，杀虫谱广，持效期长， 杀虫效果好，对抗性害虫有特效，主要用于防治各种害螨和双翅目、同翅目、鞘 翅目和鳞翅目等多种害虫，特别适合防治抗性害虫。b 1 的驱虫活性最强，b 1 中b l a 的活性又远远高于b l b 。 m i l l e r t w 等，1 9 7 9 ：e g e r t o n jr 等，1 9 7 9 ；o s t i l i n dd a 等，1 9 7 9 如在b l a 的c 2 2 - 2 3 之间的双键加氢还原为c 2 2 2 3 双氢阿维菌素b l a ，毒 2 蹦叫阻h h h h h h 阿维菌素发酵废水的综合利用研究 性可降低1 倍，称为伊维菌素( i v e r m e c t i n ) 。将其制成1 的注射液用于畜用杀虫和 杀螨剂，非常有效，美 虱m e r c k 公司于8 0 年代初投放市场，由于它具有高效、广谱和 低毒的特点，很快占领了国际市场 宋渊等，2 0 0 0 。 1 1 2 阿维菌素企业发展现状 a v e r m e c t i n 由于是发酵产物，所以组分比较复杂，要取得高含量产品，必须 经过多次提纯，费用较高，默克公司的原药含量9 5 。1 9 9 1 年美国默克公司害 极灭在我国获得临时登记，这是阿维菌素制剂首次在我国登记；1 9 9 6 年浙江海 正化工股份有限公司首家取得了阿维菌素原药的登记，同年河北威远也很快取得 了原药的登记，成为最早的2 家原药生产企业。 据统计，目前国内已经形成相当规模的生产能力，全国有阿维菌素原药生产 企业已有二十家，每年生产阿维菌素原药总产能约3 0 0 0 吨，其中最大的生产企 业是河北威远生化有限公司。非农用药剂及家庭用药市场巨大，阿维菌素衍生物 需求不断增长以及复配剂型受市场欢迎，导致今后阿维菌素的产量和需求都会有 大幅度的增加。许多生产厂家相继扩产以及一些企业逐渐恢复正常生产，使阿维 菌素的生产量不断增加。 同时，由于抗性的增加，使用量增大，使用范围的扩大，以及出口的进一 步扩大也会促进需求增长。发达国家和地区对阿维菌素的需求正呈现逐步上升的 趋势，阿维菌素主要销往欧、美、亚、澳洲市场，国外需求一直强劲；而新兴国 家和发展中国家对高毒农药的禁用、对低毒兽药的需求也推动了阿维菌素市场再 上新台阶。近年来，阿维菌素在我国发展迅速，登记产品不断增多，已经成为微 生物农药第一大品种。 阿维菌素生产企业的不断发展和壮大，有利于推动生物农药的不断发展和使 用，减少抗性的产生和农药的残留量，起到了积极的作用。因此保障和促进阿维 菌素企业健康快速的发展具有重要的社会意义。然而阿维菌素在生产过程中产生 大量的高浓度有机废水却给周围环境带来了巨大压力，造成了严重的污染，已成 为阿维菌素企业健康发展的瓶颈。 1 2 阿维菌素生产带来的环境问题 华中农业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 1 2 1 阿维菌素废水的产生工艺点简介 阿维菌素是以玉米粉、花生粉、黄豆粉及酵母膏等为原料经阿佛曼链霉菌液 体深层发酵制得。阿维菌素发酵过程中产生大量带有菌丝的发酵液，发酵液经板 框过滤产生大量压滤水，将发酵液过滤后的湿菌丝体经乙醇萃取会产生一部分萃 取废液，经萃取浓缩得到的膏状物，在精制过程中又会产生部分废水。阿维菌素 产生菌经发酵后，在清洗罐子过程中还会产生大量的洗罐子废水，以及洗滤布废 水和其它废水。这些废水属于高浓度有机废水，不可以直接排放。 1 2 2 阿维菌素废水的产生量 阿维菌素存在于发酵液的菌丝体中，经过过滤弃去滤液，滤饼用乙醇提取后 脱糖、浓缩、结晶可得到阿维菌素精品。阿维菌素发酵单位从最初的1 0 0 u g m l 提高到4 5 0 0 - 5 0 0 0 u g m l 。王海彬等 2 0 0 1 以阿维链霉菌( a v e r m i t i l l i sr 一2 7 1 ) 为出发 菌株，进行6 0 c o 诱变处理后，筛出缬氨酸缺陷型回复突变株。其中r v 2 2 高产 突变株的b 1 a 组分摇瓶发酵单位可达到1 6 0 0 u g m l ，比出发菌株提高3 3 ；金志 华等 1 9 9 7 报道了用紫外线作诱变剂，并在含有异亮氨酸的平板上筛选异亮氨酸 诱导变种，获得了产量提高5 6 的菌株。徐志南等 1 9 9 7 报道了菌落形态的分化 及菌落形态与阿维菌素合成之间的关系。宋渊等 2 0 0 0 报道了用高频电子流及亚 硝基胍诱变使菌株的产量提高到3 5 0 0 4 0 0 0 u g m l 。经过十几年的科技攻关及多次 更换菌种及发酵技术，我国发酵水平大幅度提高，降低了生产成本，目前发酵单 位己经稳定在4 5 0 0 5 0 0 0 u g m l ，国内几大生产厂家原药均可生产9 5 含量的 a m v b l a 原粉的水平，达到国际先进水平 郑梦杰等，1 9 9 9 。 根据权威专家估算，我国现在每年生产3 0 0 0 p 屯左右阿维菌素原药，据目前国 内发酵水平4 0 0 0 5 0 0 0 u g m l 计算，每年产生阿维菌素发酵废水及其它废水约5 0 0 万吨。因此，阿维菌素生产过程中产生大量色泽深且有臭味的高浓度有机废水， 对周围环境造成了严重污染，治理难度大且成本高。 1 2 3 阿维菌素发酵废水的特点 阿维菌素生产过程中产生的大量废水，其主要成份为发酵残存的培养基( 包 4 阿维菌素发酵废水的综合利用研究 含一些糖类、蛋白质、和脂类等) ，菌丝体和发酵过程中产生的代谢产物及少量 的a v m ，成分较为复杂，污染物浓度高，属高浓度有机废水，具体特点如下 李 再兴等，1 9 9 9 ： ( 1 ) 有机物含量高：c o d 高达2 7 0 0 0 - 3 0 0 0 0m g l ； ( 2 ) 可生化性差：p ( b o d ) p ( c o d ) 约0 3 8 ； ( 3 ) 糖分含量高：废水总糖含量约为2 5 ； ( 4 ) 废水成分复杂：主要成分为残糖、蛋白质、挥发酸( v f a ) 、代谢中间产物及 少量的a r m 等 ( 5 ) 废水色度深，呈深褐色，悬浮物多。 由于缺乏有效处理阿维菌素发酵废水的技术，并且废水有机物含量高，而且 处理工艺复杂，废水处理设施投资大，成本高，往往使企业难以承受，不能实施 运行，所以很难达到预期处理的目的 陈元彩等，1 9 9 9 。而废水的难于治理和排 放，严重污染了区域环境。这些废水散发出难闻的臭味，污染了水源，影响植物 和农作物的生长，破环了生态环境的平衡，对周围的居民生活、生产造成了很大 影响。 随着阿维菌素生产企业的不断发展，国内现在生产阿维菌素原药的企业每年 排放5 0 0 万吨以上废水，而且大部分生产企业的废水排放不能达标，或根本不 经过处理就排放，对环境造成了严重污染。阿维菌素发酵废水对环境造成的污染 问题已使阿维菌素生产企业健康发展受到了威胁，已成为该行业发展的瓶颈。阿 维菌素发酵废水的治理问题己成为一个社会性的、急需要解决的任务。 1 3 阿维菌素发酵废水的治理研究状况 阿维菌素废水有机物含量高，处理工艺复杂，废水处理设施投资大，成本高， 目前还没有成熟的处理技术，己投产运行或在建的阿维菌素发酵废水末端治理装 置主体工艺为：厌氧生物处理( u a s b ) 和好氧生物处理( s b r ) 以及厌氧、好氧 两相结合处理。主要处理方法有如下几种： ( 1 ) 厌氧生物处理法 处理阿维菌素废水采用厌氧生物工艺的试验研究较多，在实际中应用较多的 是u a s b 和普通厌氧消化工艺。李再兴等 2 0 0 2 研究了利用u a s b 反应器处理阿维 5 华中农业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 菌素废水的试验，结果表明：通过控制进水中a v m 浓度和对厌氧污泥有效的培 养驯化，a v m 的基质抑制影响基本消除；c o d 去除率达以8 6 1 。通过对厌氧消 化的抑制试验表明：当a v m 浓度分别为2 51 tg l 、5 0l ag l 、1 0 0pg l 时，对厌氧 消化分别表现出轻度抑制、明显抑制和严重抑制。如适量控制进水中a v m 浓度， 可基本消除基质抑制影响使出水c o d 达到更低。但由于一般厌氧处理的进水 c o d 较高，即使c o d 去除率较高，仍难以实现出水达标，所以仍需好氧处理以 进一步去除剩余c o d 。 ( 2 ) 好氧生物处理法 好氧处理法主要有s b r 、氧化沟、深井曝气及接触氧化法等 三废处理工程 技术手册，2 0 0 0 1 。好氧生物接触处理工艺具有对废水水质、水量的变化适应性 强；生物膜脱落与代谢更新快，剩余污泥量少等优点。 肖广泉等 2 0 0 5 探讨了超声波一好氧生物接触法处理废水的可行性。结果表 明，超声波一好氧生物接触法比单独使用好氧生物接触处理效果明显，经超声波 预处理后再好氧生物接触处理c o d 总去处率达到9 6 以上，达到了污水综合排 放标准( g b 8 9 7 8 - - 9 6 ) 二级排放标准。杜大恒等 2 0 0 3 采用以新型高分子材料 为生物载体的好氧生物流化床工艺处理高浓度的阿维类抗生素废水，c o d 去除率 可达8 5 以上。该生物流化床对b o d 的去除率平均高达8 9 2 1 ，与c o d 的去除 率具有同步性。党风霞等 2 0 0 6 用筛选出的四株优势白腐真菌( p h a n e r o e h a e t e c h r y s o s p o r i u m ) ，处理阿维菌素废水经厌氧处理后的出水，实验结果表明：c o d 去除率最高可达到8 5 以上，脱色效果可达到4 5 以上。但各菌株之间存在着一定 的差异，这与菌种的不同特性有关。董金霞等 2 0 0 6 】通过对白腐真菌不同菌株降 解性能的比较，筛选出菌株b f 1 ，它在阿维菌素废水中生长速度较快，对阿维菌 素废水c o d 、色度有明显降解效果，4 8h 废水脱色率可达6 1 ，6 0 h 废水c o d 降 解率可达8 6 。为今后进一步研究阿维菌素废水的实验菌种提供了基础。 ( 3 ) 厌氧一好氧复合工艺处理法 仅采用单级厌氧或好氧处理不能达标排放标准，通常是将厌氧与好氧结合处 理废水。厌氧阶段主要是截留吸附絮凝废水中的有机物，通过厌氧阶段的处理， 废水的可生化性加强，再进入好氧处理工艺使废水的出水水质达到排放标准。陈 6 阿维菌素发酵废水的综合利用研究 元彩等 19 9 9 采用预处理一厌氧水解一二段接触氧化工艺处理阿维菌素废水，在 厌氧段停留时间为1 0h ，好氧段停留时间为6h 条件下，厌氧好氧段c o d 总去除率 达9 1 ，可使综合废水由c o d = 18 5 6 9 m g l ，b o d s - - 4 7 18 m g l 降至u c o d = 5 5 7 m g l ， b o d s = 2 5 9 m g l ，达到该地区污水处理厂排放标准。李再兴 2 0 0 2 采用铁炭内电 解法处理a v m 废水，c o d 去除率达至t j l 9 5 ，a v m 去除率达到6 8 5 ，为废水 后续生化处理创造了有利条件。预处理出水再经“u a s b + 生物接触氧化反应器 的生化处理工艺进步处理，经长时间培养驯化，a v m 的抑制影响基本消除； 当生化系统进水c o d 为6 0 0 0 - - - 6 5 0 0 m g l 时，出水c o d 为2 5 0 - - 2 8 0 m g l ，总c o d 去除率为9 5 6 ，出水达到生物制药行业排放标准 李武，1 9 9 7 。水处理成本0 6 8 元t ，该工艺具有性能稳定、操作简单、运行费用低等特点，在实际中是合理可 行的。 买文宁等 2 0 0 0 1 利用两相厌氧处理系统处理生产废水，先经a b r ( 厌氧折流 反应器) 再由加热配水塔加热至3 5 后进入u b f ，然后进入好氧生物系统做进一 步处理。结果表明c o d 和b o d 5 值明显降低，去除率分别为9 0 4 和9 4 5 ； b o d s c o d 值由o 5 2 降至0 2 9 ，表明对有机物的生物降解十分彻底。 在治理阿维菌素发酵废水方面主要有以上几种组合：( 1 ) u a s b 一生物接触 氧化一絮凝沉淀工艺；( 2 ) 水解酸化一好氧工艺；( 3 ) 预处理厌氧水解二 段接触氧化工艺；( 4 ) 好氧生物流化床工艺；( 5 ) 超生波一好氧生物接触法。 这些研究为废水工程设计和实施运行提供了一定的技术参数和参考价值，但由于 工艺复杂，设备投资大，规模较小的阿维菌素原药生产企业无力承担。目前尚未 见将阿维菌素发酵废水资源化，变废为宝，达到既可降低废水污染又可以以废养 废的技术报道。 1 4 本研究的目的及意义 1 4 1 研究的目的 针对阿维菌素原药生产企业发酵生产阿维菌素过程中产生的废水中含有糖 类、蛋白质、和脂类等营养物质的特点，选育出一株或几株可以阿维菌素发酵废 水作为培养基基质发酵生产阿维菌素或多抗霉素等生物农药新产生菌种。并探讨 7 华中农业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 这些菌种循环利用阿维菌素废水及洁净化生产工艺，以期减少环境污染。 1 4 2 本课题研究的意义， 传统的阿维菌素发酵废水处理技术一定程度上可以降低废水对环境的污染， 但是，当这些处理方法应用于大规模综合废水的处理时，由于废水c o d 较大、 处理负荷高、废水量大以及设备投资大、处理成本较高和工艺复杂等诸多原因， 大部分治理研究没有得到广泛应用，对于规模较小的生产厂家来说，无疑增加了 一个负担。 阿维菌素发酵过程产生的高浓度有机废水，用传统的废水处理技术不能达到 使废水达标排放的目的，同时废水中的有机物也被大大浪费，和建设可持续型发 展道路的政策相违背。因此，有必要探索阿维菌素洁净化生产工艺，使废水中碳、 氮源等资源得到综合利用的同时解决阿维菌素生产带来的环境污染问题。本课题 研究设计直接对阿维生产高浓度有机废水进行资源化综合利用的方法，达到既可 降低污染又可以以废养废的目的，废水资源化利用工艺同企业现有的生产工艺相 结合，使阿维废水的污染问题得到解决。同时为实现阿维菌素的洁净化工业生产 提供可靠的依据和实现生产企业的可持续发展。 阿维菌素发酵废水的综合利用研究 2 材料与方法 2 1 实验材料 2 1 1 阿维菌素发酵废水 实验所用阿维菌素废水取自武汉天惠生物工程有限公司生产过程中的一次 发酵废水。 2 1 2 实验菌种及样品标样 2 1 2 1 实验菌种 杀虫链霉菌( s t r e p t o m y c e sa v e r m i t i l i s ) 菌株y - 3 2 # i 多抗霉素产生菌( s c a c a t v a r a s o e n s i s ) 5 6 # i 多杀菌素产生菌( s a c c h a r o p o l y s p o r as p i n o s a ) 6 2 3 # 菌株；苏 云金杆菌( b a c i l l u st h u r g i e n s i s ) 菌株2 4 - 2 6 # i 吸水链霉菌井冈变种( s t r e p t o m y c e s h g y r o s c o p i c u s yv a r j i n g g a n g g e n s 妇y e n ) 2 5 8 # 菌株，均由武汉天惠生物工程有限公 司研究所提供；多抗霉素指示菌：烟草赤星病菌( a l t e r n a r i aa l t e r n a t a f 默e s ) k e i s s l e r ) ，武汉天惠生物公司提供。 2 1 2 2 样品标样 阿维菌素标样( 9 2 6 的阿维菌素标准品) ，武汉天惠生物公司提供；多抗 霉素标准品：日本丸红多抗霉素：纯度 9 5 ，武汉天惠生物公司提供。 2 1 3 培养基 ( 1 ) 多抗霉素培养基 斜面培养基( ) ：葡萄糖1 ，甘露醇0 8 ，磷酸二氢钾o 2 ，硝酸钾o 1 ，氯 化钠o 1 ，p s 7 0 ，培养基用水为普通水和阿维菌素发酵废水混合而成，其比例为 8 0 - 2 0 ( w ) 。 种子培养基( ) ：黄豆饼粉1 5 ，玉米淀粉2 ，甘露醇o 5 ，酵母浸膏o 1 ， 氯化钠0 2 ，碳酸钙o 3 ，p h 6 8 ，培养基用水为普通水。 发酵培养基( ) ：黄豆饼粉3 ，玉米淀粉3 ，氯化钠o 5 ，酵母粉o 1 ，硫酸 铵0 2 ，p h 7 0 ，培养基用水为普通水和阿维菌素发酵废水混合而成，其比例为 q 华中农业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 0 1 0 0 ：1 0 0 。0 ( v v ) 。( 注意在原始培养基配方中减去废水中的c 、n 养分。) 对照培养基同上，其中用水全部为普通水。 ( 2 ) 阿维菌素培养基 斜面培养基( ) ：玉米淀粉2 0 ，酵母粉o 2 5 ，氯化钠0 0 6 ，硝酸钾o 1 ， 磷酸氢二钾o 0 8 ，硫酸镁0 0 6 ，琼脂2 0 ，p h 7 2 ，培养基用水为普通水和阿维菌 素发酵废水混合而成，二者比例为8 0 ：2 0 ( v v ) 。 种子培养基( ) ：玉米淀粉3 ，黄豆饼粉1 ，花生粉1 ，酵母粉0 5 ，酵母膏 0 5 ，氯化钴0 0 3 ，p h 7 5 ，培养基用水为普通水。 发酵培养基( ) ：玉米淀粉1 2 ，黄豆饼粉2 9 ，酵母粉1 ，硫酸铵o 2 5 ，碳 酸钙o 7 8 ，淀粉酶0 2 ，p h 7 3 ，培养基用水为普通水和阿维菌素发酵废水混合而 成，二者比例为o 1 0 0 ：1 0 0 0 ( v v ) 。( 注意在原始培养基配方中减去废水中的 c 、n 养分。) 对照培养基同上，其中用水全部为普通水。 ( 3 ) 井冈霉素培养基 斜面培养基( ) ：葡萄糖1 0 ，天冬索0 0 5 ，k h 2 p 0 4 0 0 5 ，琼脂1 8 ，p h 自然， 培养基用水为普通水和阿维菌素发酵废水混合而成，二者比例为8 0 ：2 0 ( v v ) 。 种子培养基( ) ：大米粉3 8 ，花生饼粉1 0 ，豆饼粉1 6 ，酵母粉o 3 ，蛋白 胨粉o 5 ，c a c 0 3 0 1 5 ，n a c l 0 1 ，p h 自然，培养基用水为普通水。 发酵培养基( ) ：大米粉9 0 ，花生饼粉o 8 ，豆饼粉1 1 ，酵母粉o 5 ，蛋 白胨粉0 5 ，c a c 0 3 0 2 ，n a c l 0 2 ，p h 7 6 ，培养基用水为普通水和阿维菌素发 酵废水混合而成，二者比例为o 1 0 0 ：1 0 0 0 ( v v ) 。( 注意在原始培养基配方 中减去废水中的c 、n 养分。) 对照培养基同上，其中用水全部为普通水。 ( 4 ) 多杀菌素培养基 斜面培养基( ) ：葡萄糖1 0 ，甘露醇2 9 ，牛肉膏o 1 ，酵母粉0 1 ，p h 7 0 ， 培养基用水为普通水和阿维菌素发酵废水混合而成，其比例为8 0 ：2 0 ( v v ) 。 种子培养基( ) ：安琪酵母粉o 2 ，鱼胨o 0 5 ，甘露醇3 0 ，棉籽粉1 0 ，磷 酸二氢钾o 0 5 ，碳酸钙o 1 ，p h 6 8 ，培养基用水为普通水。 l o 阿维菌素发酵废水的综合利用研究 发酵培养基( ) ：甘露醇8 0 ，棉籽粉3 5 ，玉米浆1 1 ，鱼胨0 3 ，p h 7 0 ， 培养基用水为普通水和阿维菌素发酵废水混合而成，其比例为0 1 0 0 ：1 0 0 0 ( v v ) 。( 注意在原始培养基配方中减去废水中的c 、n 养分。) 对照培养基同上，其中用水全部为普通水。 ( 5 ) b t 培养基 斜面培养基( ) ：牛肉膏o 5 ，蛋白胨1 0 ，琼脂1 8 ，p h 7 0 7 2 。培养基 用水为普通水和阿维菌素发酵废水混合而成，二者比例为8 0 ：2 0 ( v ) 。 种子培养基( ) ：牛肉膏o 5 ，蛋白胨1 0 ，p h 7 0 7 2 。培养基用水为普 通水。 发酵培养基( ) ：豆饼粉2 5 ，棉籽蛋白粉2 6 ，玉米淀粉2 6 ，酵母粉1 4 ， 玉米浆o 6 磷酸二氢钾0 15 ，c a c l 2o 12 ，m g s 0 4o 0 4 ，c a c o a 0 2 , p h 7 8 8 0 。培 养基用水为普通水和阿维菌素发酵废水混合而成，二者比例为o 1 0 0 ：1 0 0 0 ( v v ) 。( 注意在原始培养基配方中减去废水中的c 、n 养分。) 对照培养基同上，其中用水全部为普通水。 2 1 4 主要试剂 氯化钠：分析纯，江苏省勤奋药业有限公司；甘露醇：分析纯，河南郑州金 峰达化工厂；碳酸钙：分析纯，常州市碳酸钙厂；硫酸铵：分析纯，上海新宝精 细化工厂；磷酸氢二钾：分析纯，成都好来化工有限公司；葡萄糖：分析纯，宁 波天真制药有限公司；3 ，5 二硝基水杨酸：分析纯，天津化学试剂研究所；甲 醇：色谱纯，上海化学试剂研究所；浓h 2 s 0 4 ：分析纯，武汉化学试剂厂；乙氰：分 析纯，上海化学试剂公司；k h 2 p 0 4 ：分析纯，济南汇丰达化工有限公 司；c h 3 c h 2 0 0 n a 3 h 2 0 ：分析纯，天津市河北区海晶精细化工厂；3 ，5 二硝基水 杨酸：分析纯，北京恒业中远化工有限公司；琼脂，分析纯，国药集团化学试剂 有限公司。 2 1 5 主要实验装置及仪器 p h s - 3 c w 精密酸度计德国赛多利斯公司 7 2 2 型光栅分光光度计上海第三分析仪器厂 凯氏定氮仪上海洪纪仪器公司 华中农业大学2 0 0 9 屈硕士学位论文 紫外灯 微波炉 t d l 5 a 型台式高速离心机 移液器 2 4 8 7 型高效液相色谱仪 2 2 试验方法 无锡意尔达试验设备公司 格兰仕公司 上海菲恰尔分析仪器有限公司 德国艾本德股份公司 w a t e r s 公司 2 2 1 阿维菌素发酵废水预处理 将阿维菌素发酵过程中产生的废水在离心机上4 5 0 0 r m i n 离心3 0 m i n ，取上清 液，将上清液在1 8 。c 条件下保存。 2 2 2 废水发酵生物农药试验 ( 1 ) 将实验室保存的多抗霉素生产菌种5 6 # 分别在上述含2 0 阿维菌素 发酵废水斜面和普通水的对照斜面上活化，2 8 恒温培养4 d ，接种灭过菌的种 子培养基，2 8 摇瓶振荡培养3 0 3 4 h ，将1 0 的种子分别接入含2 0 、5 0 、 6 0 、1 0 0 废水的发酵培养基和以普通水为对照的发酵培养基中，于2 9 、 2 0 0 r m i n 恒温振荡培养7 0 h 。各处理均重复三次。 ( 2 ) 将实验室保存的阿维菌素生产菌种y - 3 2 # 分别在上述含2 0 阿维菌 素发酵废水斜面和普通水的对照斜面上活化，2 8 恒温培养7 d ，接种灭过菌的 种子培养基，2 8 。c 摇瓶振荡培养2 d ，将1 0 的种子分别接入含2 0 、3 0 、5 0 、 1 0 0 废水的发酵培养基和以普通水为对照的发酵培养基中，于2 9 、2 0 0 r r a i n 恒温振荡培养1 2 d 。各处理均重复三次。 ( 3 ) 将实验室保存的井冈霉素生产菌种2 5 8 # 分别在上述井冈霉素斜面上 活化，2 8 。c 恒温培养7 d ，移接入灭过菌的种子培养基，3 0 。c 摇瓶振荡培养1 d ， 将1 0 的种子分别接入含2 0 、5 0 、1 0 0 废水的发酵培养基和以普通水为 对照的发酵培养基中，于3 0 、2 0 0 r m i n 恒温振荡培养4 5 d 。各处理均重复三 次。 ( 4 ) 将实验室保存的多杀菌素生产菌种6 3 2 # 分别在上述含2 0 阿维菌素 发酵废水斜面和普通水的对照斜面上活化，2 8 恒温培养8 d ，移接入灭过菌的 种子培养基，2 8 摇瓶振荡培养2 d ，将1 0 的种子分别接入含2 0 、4 0 、6 0 、 1 2 阿维菌素发酵废水的综合利用研究 8 0 、1 0 0 废水的发酵培养基和以普通水为对照的发酵培养基中，于2 9 、 2 0 0 r r a i n 恒温振荡培养8 d 。各处理均重复三次。 ( 5 ) 将实验室保存的b t 生产菌种b t - 2 4 2 6 # 分别在上述b t 斜面上活化， 2 8 恒