（微生物学专业论文）高效油脂降解菌株的选育及其降解条件的初步研究.pdf

高效油脂降解菌株的选育及其降解条件的初步研究 摘要 餐饮废水是一种嵩浓度的油脂废水。如不经处理直接排放水体，影响水体的殷 畿及其自净化过程，危害水体生态系统。强翦处理这种废水的物理化学方法都不尽 理憋，无法鬻赢演除废零孛懿演瑟，掰垒耪擎方蘩跫理污水爨最宥效台瑾秘方法、 薏二次污染，困就广泛受到国蠹乡 学者的重视。 本研究从学校襁厅下水道1 2 1 、油脂加工厂及屠宰场的含油废水及土壤中聚然土 样，利用有效的初筛和复筛体系，经过大量的菌种筛选，分离得到一株降解油脂能 办皎蹇秘蓥撵d c - 3 * 2 ，箕簿解率最大，达弱6 7 ，3 2 。爱缨腿、慧落、子囊孢予及缓 蘩丝懿形态学袋察耧耱发酵实验、谈源麓纯、磷酸釜蠢张、产类淀耪佬合勰、藤素 分解、明胶液化、蔼维生素培养基生长簿形态学和各生理嫩化指标的实验，并按照 j l o d d c r 酵母分类搽统，初步鉴定d c - 3 。2 菌株为假丝酵母属( c a n d i d as d ) 。 剩弱离子柬诱交，戡簿选出豹c a n d i d as p 为出发菌株，送行能量3 0 k e y 弱蒜个 裁囊静带注天，绻暴显示：在4 x 1 0 1 a i o n c m 2 薅，霞突变率最悫，困鳆稳定辨 4 x 1 0 1 5 i o n c m 2 为诱变齐量。在该剂量下，对出发菌株避行诱变。结果表明，诱变籍 的菌株d c 3 2 5 0 钳出发菌株d c 3 2 对油脂的降解率相比，熊降解率提高了1 1 。0 9 。 利用单因素实验，研究了p h 值、接种爨、温度、摇床转速及不同油脂对油脂降辫 攀瓣影察。实验缮采袋鼹，最佳臻葬蒙律：裙殆疆毽9 0 、按释量3 ，丞、激发为 2 5 3 0 c 、摇霖转速为1 8 0 , - 2 0 0 r p m 、藏源为大豆色拉灌。猩谯位爵瓣条律下，箕降 解率最高，可达8 7 7 。 关涟调：予囊跫予程慧丝离子京酵曝慧假丝酵母嘱 s c r e e n i n go fh i g h l ye f f e c t i v eo i l - d e g r a d i n gs t r a i n s a n dp r i m a r ys t u d yo fd e g r a d i n gc o n d i t i o n a b s t r a c t r e s t a u r a n tw a s t e w a t e ri sah i i 曲- c o n c e n t r a t i o no i lw a s t e w a t e r , i fi ti sn o td i s p o s e d a n dd i s c h a r g e dt ow a t e rd l r e c t l y , i tw i l lh a v eas e r i o u si n f l u e n c eo nt h ep r o c e s so f r e o x y g e n a f i o r ta n ds e l f - p u r i f i c a t i o n , a n dj e o p a r d i z e sa q u e o u se c o s y s t e m ，c u r r e n tp h ) ! _ s i c a l a n dc h e m i c a lt e c h n o l o g i e ss u c hf l o t a t i o na n ds e d i m e n t a t i o na 耱o f t e ni n s u f f i c j e ma n d r e m o v eo i l i nw a t e ri n c o m p l e t e l y , b i o l o g i c a lt e c h n o l o g yi st h em o s te f f e c t i v es a f ea n d r e a s o n a b l em e t h o df o rw a s t e w a t e r , a n dd o e sn o tb r i n gs e c o n d a r yp o l l u t i o n t h e r e f o r e 。a l l t 疑s c h o l a r sa th o m ea n da b r o a dr e 罄a r dt h e mv e r yw e l l ， i nt h es t u d y , l i p a s e - p r o d u c i n gs t r a i nw a si s o l a t e df r o mo i l - e o n f a i n e ds e w a g ea n d e a r t hs a m p l e si 硅c l o a c ao fu n i v e r s i t y , 0 i lm a n u f a c t o r y , s l a u g h t e r h o u s e o i l d e g r a d i n gr a t e o fas t r a i nd c - 3 2w a st h eh i g h e s ta f t e re f f e c t i v e l yp r i m a r ya n ds e c o n d a r ys c r e e n i n g m e t 的也w h i c hr e a c h e d6 7 ，3 2 ，s e v e r a le x p e r i m e n t s 职坞d o n e ：m o r p h o l o g yo b s e r v a t i o n 蠛c e l l ，c o l o n y , a s c o s p o r ea n dp s e u d o - h y p h a ea n d 嚣o n ，a n dp h y s i o l o g yb i o c h e m i s t r y , s u c ha sg l u c o s ef e r m e n t a t i o n , c a r b o nn u t r i m e n t sa s s i m i l a t i o n ，n i t r o g e nn u t r i m e n t s a s s i m i l a t i o n ，p r o d u c i n gs t a r c hc o m p o u n d ，u r e a l y t i c u m ，g e l a t i nl i q u e f a c t i o n ，g r o w t hi n n o v i t a m i np l a t e s a c c o r d i n gt oj l o d d e rsy e a s tc l a s s i f i c a t i o ns y s t e m t h ey e a s tw a s i d e n t i f i e d 签c a n d i d as p p r i m a r i l y o nt h eb a s eo ft h i s , t h eo r i g i n a ls t r a i nc a n a i d as p d c - 3 - 2w a si m p l a n t e db y3 0 k e y n + i ns e v e r a ld o s e s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ep l u sm u t a n tp e r c e n t a g ew a st h eh i 曲e s ti n t h ed o s eo f4 x 1 0 t m i o n c m 2 t h e r e f o r e ，t h ed o s ew a sc o n f o r m e do p t i m u ma n dt h em u t a n t w a sp e r f o r m e di nt h ed o s e t h er e s u l t ss i m w e dt h a tt h eo i l - d e g r a d i n gr a t eo ft h es t r a i n i m p l a n t e d 舞嚣+ i o nb e a mv l r s $ i n c r e a s e db yl l 麟。s i n g t e f a c t o rm e t h o dw a su s e d 谗t h e e x p e r i m e n t s 埝s t u d yt h ei n f l u e n c eo no i l w d e g r a d i n gr a t e + t h e r ew e r es e v e r a lf a c t o r s ：p h v a l u e ，i n o c u l u ms i z e ，t e m p e r a t u r e ，d i s s o l v e do x y g e n ，c a r b o nn u t r i m e n t s t h er e s u l t s i n d i c a t e dt h a tt h eo p t i m a lc u l t u r ec o n d i t i o n sw e r ea sf o l l o w ：i n i t i a lp hv a l u e9 0 ， i n o c u l u ms i z e 3 ，t e m p e r a t u r e2 5 3 0 。c ，d i s s o l v e do x y g e n1 8 0 - 2 0 0 r p m ，c a r b o n n u t r i m e n t ss o y b e a ns a l a do i l i no p t i m u mc o n d i t i o n ，i th a dt h eh i g h e s to i l - d e g r a d i n gr a t e ， w h i c hw a s8 7 7 k e yw o r d s ：a s c o s p o r ep s e u d o - h y p h a e i o nb e a m y e a s t c a n d i d as p b o d s c o d o h r t e m p h d 呼 t o c s u a s b a h r m b r c a b s b r s c p p o d 缩写词表 b i o l o g i c a lo x y g e nd e m a n d c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e e m b d e n m e y e r h o fp a t h w a y h e x o s em o n o p h o s p h a t ep a t h w a y t o t a lo r g a n i cc a r b o n s l u d g ev o l u m ei n d e x u p - f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb l a n k e t a n a e r o b i ch y b r i dr e a c t o r m e m b r a n eb i o l o g i c a lr e a c t o r c o n v e n t i o n a la e r o b i cb i o - r e a c t o r s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r s i n g l ec e l lp r o t e i n p e r o x i d a s e 五日生化需氧量 化学需氧量 水力停留时间 糖酵解途径 己糖单磷酸途径 有机碳总含量 污泥指数 上流式厌氧污泥床 厌氧混合反应器 膜生物反应器 普通好氧生物反应器 序批式活性污泥反应器 单细胞蛋白 过氧化物酶 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属于西北大学。学校有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和 借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同 时，本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作 者单位为西北大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：i 氢垂查商指导教师签名：主! l 建篓! p 诈6 月1 日2 萨多月7 日 西北大学学位论文独创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西 北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。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作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：f 习亚蛹 词年月f 日 第一章文献综述 随着人民生活水平的提高以及餐饮业的增多，排放的泔脚垃圾，即所称的剩菜 剩饭也越来越多，其成分复杂，有机物含量高，主要有食物纤维、淀粉、脂肪、动 植物油脂、各类佐料、洗涤剂和蛋白质等，具有营养成分高、含水量高、油脂和盐 分含量高、易腐发臭的特点，因此，易污染环境，传播病菌。据不完全统计，每年 餐饮业排放的未经处理的废水达上亿吨，且有不断增加的趋势，据国内几个主要大 城市对餐饮业排放污水污染指标检测的结果显示：b o d s 为3 0 0 - 5 0 0 m g l ，c o d c a 为5 0 0 - a 0 0 0 m g l ，s s 为3 0 0 - 5 6 8 m g l ，油脂为1 5 0 , , 4 2 1 m g l ，氨氮平均值为 6 - 5 0 m g d 1 1 。这些废水由于不能正确处理，给人们的生产生活带来一系列负面影响， 并造成严重的环境污染。 1 餐饮废水的来源及特征 餐饮废水是指由餐饮业排放的未经处理的废水，它已成为城市的主要污染源， 该废水主要来自食堂、酒店、饭店等场所排放的污水。据统计，上海目前有大大小 小的餐馆、饭店约2 8 7 万家，每天因洗涤菜肴、碗盆所排放的废水超过1 2 万吨。 监测表明，这类废水平均每吨含有浓度油、悬浮物等污染物约1 8 5 k g 。由此推算， 每年随餐饮废水排出的各类污染物就达8 万吨之多。 餐饮废水中的营养物成分极其丰富，b o d s 、c o d c , 含量高，含油量大，是一个 高度污染源，但其中有毒物质相对较小。污染物成分比较复杂，大多以胶体或悬浮 物状态存在，主要成分有食物纤维、淀粉、脂肪、蛋白质、动植物油脂、各类佐料 和洗涤剂等。这些物质对c o d c , 都有很大的贡献。餐饮废水与一般的生活污水相比， 除氨氮浓度较低外，其他污染物浓度均比生活污水高，尤其是动植物油脂浓度比一 般生活污水的浓度高的多。例如上海市餐饮废水的组成1 2 l ：部分营养物和佐料的好 氧指标分析测定结果见表1 - 1 。 餐饮废水是一种含油废水，污水中不同形态的油有着不同的理化性质，在很大 程度上决定了相应处理方法的选择。通常油类在水中主要以四种状态分布。 ( 1 ) 浮油：这种油在水中分散颗粒较大，油粒径一般大于1 0 0 u m ，静置后能较快 上浮，以连续相的油膜漂浮在水面。 ( 2 ) 分散油：油在水中分散粒径为1 0 - 1 0 0 u m ，以微小油珠悬浮于水中，不稳定， 静置一定的时间后往往形成浮油。 ( 3 ) 乳化油：油珠粒径小于1 0 u m ，一般为0 1 2 u m ，往往因水中含有表面活性剂 使油珠形成稳定的乳化液。乳化油的稳定性取决于废水的性质及油滴在水中 的分散度，分散度愈大愈稳定。 ( 4 ) 溶解油：油以分子状态或化学方式分散于水体中，形成稳定的均相体系，粒 径一般小于几微米。 表1 - 1 餐饮废水中各种营养成分对水体中c o d o 贡献的量( g ) t a b l e 1 - 1 p e r f o r m a n c e t o c o d c , i nr e s t a u r a n t w a s t e r w a t e r n u l r i m e n t s 壁曼整墼重量主皇! ! q 量 精制油 1 0 02 3 0 - 2 6 0 大豆色拉油 1 0 02 4 0 么7 0 动物油脂 生粉 酱油 黄酒 白糖 奶油 味精 洗洁精 l - 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 l - 1 0 0 1 0 0 2 5 0 吨 o 艏- 0 粥 o 4 5 吨6 5 o 3 5 n 6 0 0 4 0 - 0 7 0 0 4 0 o 5 5 2 餐饮废水的危害 泔水营养丰富，具有可回收利用价值。一般大宾馆、饭店、食堂将泔水以一定 的价格销售给一些个体养殖户，这些养殖户把收回的泔水经简单加热，甚至不经任 何处理，就用作饲料，进而产生所谓的“垃圾猪”、“垃圾羊”由于泔水中含有的油 以及动物性蛋白，不符合动物食物链，长期使用这些饲料，其肉质质量下降，又由 于泔水中含有未被杀死的病原体，这些病原体寄生在猪、羊的体内，再以食物链的 形式进入人体，进而导致交叉感染，危害人体健康。因此，环卫部门已开始限制直 接将泔水用作畜禽饲料。 餐饮废水成分复杂，有机物含量高，其中的动植物油脂属于难生物降解的有机 物，这种有机物流到自然水体中，可浮油形成油膜后会阻碍大气复氧，断绝水体氧 的来源；而水体中的乳化油和溶解油，由于需氧微生物的作用，在分解过程中消耗 水中的溶解氧，使水体形成缺氧状态，以致鱼类和水生生物难以生存。因此，这些 有机物如不经处理而排放到江河湖海，飘浮于水体表面，影响水体的复氧及其自然 净化过程，危害水体生态系统，严重污染周围环境。 另外，由于它的液体成分中含有许多动植物油脂，许多不法经营者从泔水中简 单分离出泔水油，用来制造假冒伪劣的工业产品，例如油漆等来谋取暴利。更有甚 者，有人在宾馆、饭店的泔水池或排污口中掏取“地沟油”，用土法炼制成所谓的“精 制食用油”再兜售给街头的小商贩或某些食品加工厂，炸油条、做饼干等，严重危 害人民群众的身体健康。据不完全统计，目前北京近两万家宾馆、饭店、餐厅每天 倒掉的泔水达6 5 0 0 吨，每年生产的垃圾油已经超过2 0 万吨，在京西已自发形成了 一个靠垃圾油发迹的外地驻京群体。 因此，城市餐饮业泔水的处理问题已经是一个刻不容缓的问题，如不及时处理， 将会导致严重的后果。 3 餐饮废水的处理方法 含有大量污染物的餐饮废水排入水体，造成水体的严重污染，并给人们的生产 生活带来一系列的影响，许多学者在其综合治理方面作了不少有益的探索，并取得 了一定的成果。从餐饮废水的水质看，从镤馆、饭店、食堂收集的泔水含有动物硬 骨、废餐具、纸巾及其它杂质，因此首先要经过固液分离等租分离，对于不同的成 分采取不同的处理方法。 3 1 液体废水的油水分离 3 1 1 物理分离法 3 1 1 1 磁吸附分离法 广东工业大学曾胜、朱又春等【3 j 的“磁吸附分离法”处理餐饮废水的工艺是借 助于磁性物质作载体，利用油珠的磁化效应，将磁性颗粒与含油废水相混和，使油 分在磁性颗粒上粘附，然后再通过磁性分离装置，将磁性物质及其吸附的油留在磁 场，从而达到与水分离的目的。磁性分离技术在污水除油方法中占有一席之地，但 其技术还有待进一步完善和推广。投加无机混凝剂能够大幅度地提高悬浮物和有机 物的去除率，处理效果明显。 3 1 1 2 粗粒化法 踟年代后，粗粒化技术被引入含油废水的处理中，它是根据粗粒化滤料具有亲 油疏水的性质设计的。当乳化油脂废水进入除油装置后，首先流经水平段的粗粒化 床。粗粒化后，油珠迅速增大，然后进入垂直油水分离段，凭借油和水的密度差， 油珠上浮，水由下方排出，达到油水分离的目的本法用于预处理乳化油。刘蓉、 张大年等【4 】用w 型和h 型改性聚丙烯酰胺纤维作为粗粒化滤料，均能有效处理乳化 油脂废水，某些指标显示h 型比w 型具有更好的除油性能它能有效降低餐饮废水 的含油量，并能大幅度降低c o d c t 的浓度，采用此法作为餐饮废水的预处理方法， 将有利于后续的生化处理。 3 1 1 3 气浮法 气浮法是使大量微细气泡吸附在欲去除的颗粒( 油滴) 上，利用气体本身的浮 力将污染物带出水面，达到分离目的的方法。气浮技术常用的有加压溶气气浮、电 解气浮以及机械破碎气浮。电解气浮设备简单、操作容易，且在不需充气和加混凝 剂的情况下，去除水中乳化油和浮油，效率可高达9 0 ，然而由于其耗电量较大以 及电极材料的原因导致电解气浮多停留在试验研究阶段，未能得到大的实际应用。 目前国内对于油脂废水处理系统来说，最常用气浮技术是加压溶气气浮技术【5 l 。该 方法主要用于不含表面活性剂的分散油的分离。若在含油废水中加入絮凝剂，则加 压溶气气浮技术对油的分离效果还会提高。加压溶气气浮还具有其他气浮无法相比 的特征，如溶气系统的气液两相压力控制极其稳定等。目i j i 该法已广泛应用于食品 油生产废水等的处理，工艺较为成熟i 汹 。 4 3 1 i a 超声波法 超声波是一种高频机械波，其频率一般2 x 1 0 4 s x l c h z 之间，具有能量集中、 穿透力强等特点。超声波在水中可以发生凝聚效应、空穴或空化效应。当超声波通 过含油污水的溶液时，造成微小油滴与水一起振动。但由于大小不同的粒子具有不 同的相对振动速度，油滴将会相互碰撞、粘合，使油滴的体积增大。随后，由于粒 子已变大不能随声波振动，只作无规则运动。最后水中小油滴凝聚并上浮，油水分 离效果良好。超声波处理乳化油污水必须先通过实验，以确定最佳的声波频率，否 则可能出现超声粉碎效应，影响处理效果【9 】【枷。 3 1 2 化学方法 3 1 2 1 絮凝法。 餐饮废水中污染物主要以胶体形式存在。胶体本身既具有巨大的表面自由能， 有较大的吸附能力，又具有布朗运动的特性，从而颗粒间有较多的碰撞机会，可以 粘附聚合成大的颗粒，然后受重力作用而下沉。但同类胶体带同性电荷，且带电荷 的胶粒和反离子与周围的水分子发生水化作用形成一层水化膜，所以阻碍胶粒的聚 合。投加趟等无机盐后，发生金属离子水解和聚合反应过程，被吸附的带正电荷 的多核络离子能够压缩双电层、降低电位，使胶粒问最大排斥能降低，从而使胶 粒脱稳。使用无机盐絮凝剂处理的同时，有机高分子也常作絮凝剂使用。高分子絮 凝剂有较好的架桥和吸附作用，与无机絮凝剂共同使用可以加快反应速度，提高处 理效果。 王乃之等【1 1 】采用复合型混凝剂，将餐饮废水经过混凝沉淀、砂滤以及活性炭吸 附深度处理后，达到国家二级排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) ，经消毒处理可用于生活杂 用水。尹艳华等【1 2 】研究表明硫酸铝钾+ 聚丙烯酰胺作絮凝剂，可明显降低餐饮废水的 c o d c r 及其浊度，c o d o 的去除率可达到8 3 3 ，浊度去除率可达到7 6 9 ，但投药 量及投药方式、p h 值对处理效果都有很大影响。它优于单一微生物絮凝剂的处理效 果。 3 1 2 2 化学氧化法 化学氧化法一般是在催化剂作用下，用化学试剂如：臭氧、f c n t o n 试剂m i i “1 等 处理有机废水以提高其可生化性或直接氧化降解废水中的有机物使之稳定化。在化 学氧化法中，超临界水氧化技术是近年来迅速发展起来的一门废水高级氧化技术， 其原理是将水体中有机污染物在超临界水中氧化分解成为c 0 2 、h ：o 等无害的小分 子化合物。赵朝成【捌发现，超临界水中氧化反应能有效去除污水中的油分，并且反 应时间、反应漱度是影响油骺去除攀豹重要因素。陈颖1 1 螂用光催化氧化去除污水中 演分遴取褥7 较好瓣效采。 3 2 餐饮废水的膀续处理 油水分离麟排出的液态泔水可用于提炼泔水油，熙然泔水油具有很高的利用价 值，但泔水精制艏仍然是动植物油的混合体，其理想的用途是用作燃料。经避研究 帮试验，耪麓漤窳溜虢适当瓣毙键謦轻囊檠洼混会及嚣麓处理，成为一瓣凝慧熬滢 合燃料，即生物柴油1 1 删。这种柴油嚣溶性、均匀往好，经较长时期盼存放举分层， 不产生沉淀物，而且现有的发动机使用生物柴油既不必改动也不必另外添加附属设 备，同时生物紫油可再生，可生物酶解，具有防止空气质量恶化与她球温盛效应的 优点。我国紫演、汽漓等滚薅燃籽卡分紧缺，霜滏承澳髂燃辩隽我国瑷蜃露羧替代 燃辩提供7 一条薪静途径。魏井，湃承酒除7 胃俸燃耩，还可醴经高温、巍聪、承 解、中和、过滤、真空、蒸馏、脱也、脱臭、分离、脱水、加氯等一系列处蠼流程， 生产出油酸、甘油、硬脂酸等工业产品，为生产橡胶、肥皂、化妆品提供爨器原料。 3 3 生物学方法 2 l l 磁蔽瓣努鬻法、麓粒纯法、气澎法、亿学絮凝法、豫擎鬟像法等婺毽纯擘方法 对c o d o 、n o d s 的去除能力较低，而且投资大，占地广，流程复杂又需要特殊设备， 其结果大都是对污染物的稀释、聚集或在不同环境中的迎移，还有产生二次污染的 可能，面实际威用较少。因此，目前最主要的是找到一种简便、快速、高效的方法 来楚理餐钦疲承孛戆瀵糙，戳簿捩这一麴不容缓豹琢凌溺遂+ 垂手生蘩学方法处理 污东成本低、无二次污染，因此广泛受到国内外学者1 8 1 2 2 - 2 y l 的重视，但近凡十年来， 国内外学者对于含有废水的处理主鼹集中于石油类1 2 6 - 3 1 l 的研究，而对食用油脂废水 的研究相对较少 袭1 - 2 薅选蓥橡的蝰葬条箨鞫降解艟力 t a b l e 1 - 2c u l t u r ec o n d i t i o na n dd e g r a d i n ga b i l i t yo fs t r a i n s 6 菌株培养条件 降解能力 7 3 3 1 微生物处壤油脂废水的机理 微生物对油脂的降解一般认为鼹微生物以油脂作为生长所需的碳源和能源，通 过微生物生长过稷中产生的脂肪酶镰酶勰酶系豹作用，缎过一系列代谢过穗将其彻 底分簿羲往为鹣o 、c 0 2 等我瀣产谚，龟可遂e m p 途臻爱残篱莓穗，其反纛魏下： 油+ 磷酸二羟丙酮- 3 一磷酸甘油醛一 e m pr + b 珏斟p 微生物，特别是真菌对脂肪酸的分解过程基本上与劝植物分解脂肪酸的方式相 同，也是经过母一瓴化途径。降解的基键步骤是底物被氧化酶氧化的过程，此过程需 要氧分子豹参与，茸先将分子氧缝会戮基蒺孛，形成会簸孛阗薅，然嚣秀转毒乏戏其 绝物质。一般诀为，微生物的降解酶蹙属于诱导酶，逶鬻在碳、氮源受限瓣愫况下 才表达降解效率在很大程度上取决予降解酶系的产生及其催化活性的增强。油脂 降解微生物本身可能含有可降解油脂的酶系的基因或存猩降解质粒，一旦受到油脂 黥诱导有关基嚣簸表达出相应镌酶嬲姆系。7 0 年代数来，发现7 诲多其毒黪豫簿瓣 能力懿维藿，这撩缭蔻的降释镱力蠢覆粒控铡。鬟嚣蘸隽斑，己茇褒宣然赛镞垒秘 中所含的降解性质粒多达3 0 余种。y e n 等1 4 1 l 也研究发现谯假单胞菌属( p s e u d o m o n a s ) 的某些菌株中存在降解性的质粒( n a h t ) 。因此如何筛选、培养高效降解油脂菌株 的研究已逐濒成为国内科研人员关没髓焦点。当前对予餐饮废水进行生物降解的微 生鐾懿簿选多获囊然莠或工錾生产孛选择帮培莠符会要求懿蓥静，骧提蠢餐竣菠永 生物处理的效举。实验证明，利用活性污泥驯化方法难以培养出降解油脂的离效菌 株，而目前最有效的方法是在实验黛中对具有降解油脂能力的微生物菌株谶彳亍再分 离、筛选，进步筛选出降解能力强的高效菌株，然厩快速培育增殖以便谶行工业 痘矮。表1 - 2 楚磁年来诲多学者在微黛携舞簿漕爨方嚣黪选王终豹整装。 厌氧处理l 恻誓艺目蘸采用较多鹣怒上流式厌氧污混_ 溱( u a s b ) 1 4 3 - , t 7 1 、茨袋混 合反应器( a h r ) p s i 、厌氧膜【删、厌氧滤床和厌氧复含床i 5 0 - s 2 j 等，但由于厌氧处 理运行周期长，操作管理复杂，而鼹不适合规模较小的北处理工程。因此目前含 漉疫拳的处理多袋愆好氡工艺，主要的技本有s b r 法、a o s 法、污泥反应器浃，爨 s 定化法、膜生物反应器( m b r ) 法1 5 3 - - 5 6 等，并开发了一系列的生物反应器，这些反 应器能提高处理菌的生物量浓度，保证高效率的处理能力，改善气一固一液的传质条 件，创造良好的环境，促进微生物的生长，有利于提高处理效率 3 3 2 餐饮废水的生物处理方法 3 3 2 1s b r 法 s b r 法是传统活性污泥工艺的变型，该工艺具有自动化程度高、抗冲击能力强、 不产生污泥膨胀等特点，因此，近年来国内逐渐采用s b r 法处理油脂废水，并取得 了一定的效果。l e el y 等【卅采用两阶段s b r 工艺处理含油废水，在含油废水中逐 渐加入甲醇使它成为培养基的一部分，这种策略能够缩短两阶段s b r 中污泥的驯化 周期使其适应油脂废水结果表明，两阶段s b r 用于处理高浓度的含油废水是可行 的，第一阶段主要用来处理油脂，能使油脂的去除率达到9 9 8 - - - , 2 0 1 ，而捧出的油脂 只有6 + _ 2 m g l ：第二阶段是进一步处理从第一阶段排出的c o d o ，排出物中c o d o 的含量只有9 7 1 6 m g l 而没有可见的油脂。考虑到餐饮废水排放的间歇性和不稳定 性，于金莲等1 5 8 】选用s b r 作为实用工艺，通过室内模拟试验，考察污泥浓度及负荷、 曝气时间等因素与处理效果的关系，从而确定出该工艺的最佳运行条件实验结果 显示，采用此法在最佳运行周期条件下，出水水质均能达到国家二级排放标准 ( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 。s b rq - 艺对水质水量的变化具有较强的耐冲击能力，这一特性对 处理水质水量变化较大的餐饮废水是一种理想的工艺选择。将s b r 工艺作为整套设 备推广具有较强的实用性，可以解决一大批还不能进入大型污水处理厂的污染源， 如中、小规模餐饮单位污水和小区生活污水的处理等。 3 3 2 2a 0 $ 法 王磊、范立梅等f s 9 】开发的新型厌氧好氧沉淀( a o s ) 组合型生物反应器是一 种集厌氧消化、好氧降解及物理沉降为一体的高效反应器。它对处理餐厅含油废水 是非常有效和可行的。在h r t = 0 8 d ( 有机负荷为4 0 1 9 l - d ) 时，a o s 的c o d o 去除率可达9 0 3 ，油脂去除率可达7 9 8 ，净污泥产生量仅为 0 0 7 1 - - 0 0 9 2 9 ( g c o d o ) 1 ，在香港w a n gl 【删等用a o s 系统在线处理餐馆含油废水也 得到相似的结果，这些数据都远远优于普通好氧生物膜( c a b ) 反应器，差距的主 要原因是原废水中的污染物经a o s 系统的厌氧区预处理后变为较易降解的小分于 物质，使它们在a o s 的好氧区很容易被完全降解。与c a b 反应器比较，a o s 法具 9 有较高的c o d c r 和油脂去除率、较低的净污泥产生率、反应器体积小、占地面积少 等特点。 3 3 2 3 污泥生物反应器法 j o n g i k p a r 等1 2 2 利用污泥生物反应器高效降解餐饮废水，在这种反应系统内， 餐饮废物可定期加入，而不需要间歇排出处理后的残渣，如不易或不能降解的物质。 这种模式的操作对于那些定期排放和收集泔水的餐馆和食堂特别实用。它能完全氧 化餐饮废物，可以在长时间内连续操作而不需要间歇性地排出处理后的残余。餐饮 废物的降解率可达9 1 ，它比常规的固态法有更高的降解率。这种反应器的实际可 行性已得到肯定，进一步的研究就是通过优化操作条件来提高反应器的效率，以缩 短处理时间。 3 3 2 4 固定化法 j e g a n a t h a nj 等1 6 t 1 6 2 1 采用固定化酶技术处理宠物食品加工厂的高浓度油脂废 水。研究发现，vm a x ( 2 2 5 9o & g l ) t 七未固定化的酶处理高6 倍。赵亚乾等 6 3 1 采用 聚乙烯醇加少量海藻酸钠的方法对筛选的具有较高降解能力的优势菌株进行包埋固 定，用于餐厅废水的处理，与未固定的菌相比，固定化后的菌株对油脂废水的耐受 性明显增加，处理效率明显提高，除油率也高于未固定化的细胞。t o mm a t s u i 等【卅 运用固定化流体反应器( i m m o b i l i z e df l u l i d i z e dr e a c t o r ) 处理模拟餐厅含油废水， 这种固定化流体反应器系统由多孔的聚亚胺酯作为支持物以培养微生物。结果表明： 在较高油脂浓度范围内，饱和脂肪酸如硬脂酸、棕榈酸的降解受到限制，含油负荷 在5 k g l 时，加入表面活性剂控制油粒的大小会提高处理效率，这为处理来自实际 餐厅含油废水提供了依据。c h i h - j ugj o u 等啤噪用固定化膜生物反应器( f i x e d f i l m b i o r e a c t o r ) 处理油脂精炼厂的废水。这种固定化膜生物反应器的主要组成元件是充 有混合培养基的小室，这种独特的结构使其有巨大的表面积以利于微生物的粘附和 生长，也减少了阻塞和爆炸、空气与水的分布、大规模的传质限制等潜在的问题。 在8 小时的水力停留时间内，c o d c r 的降解率达8 5 以上，而酚的降解率几乎达 1 0 0 。研究结果显示：这种固定化膜生物反应器系统有较高的降解能力，较好的稳 定性，与传统的活性污泥系统相比有较少的污泥形成。这种反应器的总体效率都超 出常规的污水降解方法，具有很大的发展前途。 3 3 2 5 酵母菌处理技术 1 0 利用酵母菌处理废水可以追溯到第二次世界大战时期，由于蛋白质大量缺惹， 利用石油特别是材机废料如酒精废水、糖蜜废水生产单细胞蛋白( s c p ) 的m 作受 剃一定程度的重携，生产逛形戒了一定的规模。但是，在邋艉生产s c p 是主要掰的， 蘩掾一般是缝耱，鬻置生产条襻要求妒裕，必矮在无蘩繇辘孛进行，楚莲成零 鬻 高，而有机物的旅除率并不高( c o d c r 去除率一般为5 0 侧) 。2 0 世纪7 0 筇代开 始，日本有人开贻利用酵母菌处理发酵废水等高浓度的肖机废水。u j j i j a b 等渺l 研 究也发现某些酵母蒴比细菌对油腊有较i 岛的降解能力。在8 0 年代末，日本一袈公司 褥酵霉藿筵理技零实霉纯。该公司将黪鸳蓥蹩理工艺援予溪毪污涯憨蓑段楚壤，赐 予最大限度的降解废水的有机负荷，鲶理后的有祝废水瘸常规活性污泥法等纛范避 一步处理即可达桥。l ( h a l i le t t a y e b i 铸例采用热带假丝酵母( c a n d i d at r o p i c a l i s ) y m e c l 4 处理橄榄油废水，能有效降低废水的有机负荷。k c h i g u s a 掣1 1 1 从油脂加 童厂疫承孛分离凑9 椽簿母蓥，窀镪熊蠢按处理豆洼燕王绽零霖不嚣要颈姓纛，磺 究表明混合酵母藏院单菌有更高的除油率。整个装置连续稳定运行1 年懿上，发现 用分离的酵母菌处理能使油脂浓度从1 0 ，0 0 0 9 l 降到1 0 0 9 l ，如果用活饿浮泥进 一步处理可使其浓度降到2 9 l ，这种酵母菌可形成菌丝硪假菌丝球，并具有低的发 簿驻力，通过三羧酸锤环代谢骀类。鹣文溯等嗣麸毫浓度禽油废拳孛分离出6 栋酵 鼙萤，著采燕活後污淀工艺对毒浓度禽淫废承透行7 连续楚理。在逶求c o d e r 绞 1 2 0 0 0 m g l ，油约3 5 0 0 m g l ，b o d - y e a s t 负荷1 o 砣5 k ( k g d ) 情况下，c o d c r 、 油去除率分别达到8 7 1 曲7 3 和9 2 9 一9 9 8 ；又从沉降性角度得出混合酵母菌 处理该废水的理想负荷( 以单位酵母计) 为1 0 1 5 k g ( k g d ) 。国内郑少奎等m 运 矮酵母蓦憝理技术瓣色短溪燕工褒承避簿处理，绥采显忝酵母墓憝理系统棼紫稳定， 除油率可高达9 r 7 ，污泥沉降性也非常好，s v i 最低可遮柏。酵母菌处理过稷中所 得到的酵母细胞可以作为蛋白饲料，嶷现废水处理的资源化。钟鸣掣醴1 的研究袭明， 运精酵母菌处理技术每吨油脂废水可舷产饲料酵母粉1 1 5 k g ，蛋白质含量3 s 3 8 ， 爨鑫震钱逡搴可这8 3 。5 3 。当兹环凌嚣羧食嚣丈翊题目豢突跑，獒霉蓥熟理鼓零由 予处理受荷高和熏产s c p 副产品煎特点而受蜀人们的黄遗关注。 3 3 工6 生物强化技术 生物强化技术，又叫生物增强技术，是通过向废水处理系统中直接投加从自然 弊薅选或通过基溅工程技东重组褥到的高效藏抹，以改蛰簸来系统豹处理熊力，达 到对某一种或某一类有害物质的去除或某方面性能优化的目的。它可以充分发挥微 生物的潜力，改善有机物生物处理效果【6 9 l 。生物强化技术产生于2 0 世纪7 哞代中期， 年代以来在水污染治理、污染土壤的修复及大气污染的治理中得到广泛的研究和 应, 用t t o j 。如s e l v a r a t n a m 等1 7 1 1 通过在活性污泥中投加苯酚降解菌p s e u d o m o n s ap u t n i a a t c c l l l 7 2 提高了对苯酚的去除率，系统在4 0 天内一直保持9 5 一1 0 0 的苯酚去除 率，而没有进行生物强化的对照组，苯酚的去除率很快降到4 0 左右。c h a m b e r s 7 2 1 用投加高效菌的方法处理牛奶废水，分别用延时曝气、曝气塘和氧化沟三种不同系 统，都提高t b o i ) 5 、c o d c 。的去除率。h u n g 等1 7 3 1 人用该方法处理马铃薯废水，可使 t o c 去除率达n 9 8 。 生物强化技术在水污染治理上的成功应用至少有两个条件：首先是高效菌株的 获得，其次是高效菌株在投加系统中的保持力及活力表达，最终达到对目标物的有 效去除或原有系统的某一特定性能的改善。获得高效环境污染物降解菌是研究强化 技术的基础，也是其产业化的核心和关键。高效菌株的获得主要通过从自然界被污 染的地区选育，也可以借助基因工程技术，将一些特定基因转移到微生物体内进行 基因重组，构建基因工程菌，利用其去执行降解污染物的功能。如p s e u d o m o n a ss p 1 3 菌只能降解3 - 氯苯甲酸酯( 3 - c b ) ，不能降解与其结构及其相似的4 c b 7 4 1 。 生物强化技术用于环境污染物的治理具有如下特点：1 ) 操作简单，因地制宜， 应用灵活。采用生物强化技术一般是在原来的污水处理系统及设备基础上根据需要 投加高效菌，一般无需构建新的设备装置，且采用生物强化技术的时间和地点可以 根据污染物存在状况而定，应用比较灵活。2 ) 针对性强，见效快。针对污水处理系 统出现的各种不同情况及所要达到的目标向系统中投加具有特殊作用的菌种，针对 性比较强，且能够很快达到对污染物去除或系统改善的目的。 3 4 油脂废水生物处理的发展趋势 餐饮废水的处理是一个复杂的过程，它的处理效果和质量受到多种因素的影响 和制约。物理化学方法会耗费大量的人力、物力和财力，而且容易造成二次污染， 因此越来越不受欢迎，而生物方法则越来越受到人们的重视。虽然现在的生物方法 以及运用经筛选培养的优势菌群处理含油脂废水已取得了一定的成果，但在一定程 度上还存在不足之处，而且筛选培养优势菌群处理含油废水的研究目前仍处于研究 阶段，还未投入工业运行。因此关于这方面的研究还需进一步的完善。另外，一般 来说从环境中筛选分离的菌株，其降解油脂的酶活性水平有限，因此要大幅度提高 镦生豹鼹会潼痰拳豹繇勰效率裁霆要瓣其进孬遗搀学改造，逶j 霪逮铸工程毂霆纛籀 建油脂降解工程菌，是网前最有希望和前途的一种手段。目前油脂的代谢途径、降 解酶系组成及其遗传控制机制还不滴楚，需进一步的深入研究，以实现用质牧转移、 基因重缎簿技寒梅逢怒效降瓣涵貉貔基西工程蘩。 4 低能离子束注入微生物诱变育种 2 0 世纪8 0 年代中期，中科院等离予体研究所的余增亮等1 7 习1 7 6 1 受离子注入材料表 嚣改性磷究的寝发，尝试将离子注入技术用于农撵臻晶静改毫，莽予1 9 8 6 筝藏次发 现了低能离子注入水稻的生物学效墩，开辟了诱变育种的新途径，从而产垒了一种 新型的生物技术一离子柬生物技术。该技术是通过将低能离子液入生物体( 如植物 手耱子、势蓬体、愈像缀织、微生镑、动豁缨戆镣) 疼，来磅究其生臻学效纛窝接 用机理，并将其应用予遗传育种、熬阂工程、生命起源等方面的一种综合技术，引 起了国内外学者的关注。该技术不仪以较小的生攥损伤得到较商的突变率、较广的 突交灌，舞曩吴寿设螽笼单、黠入钵纛嚣凌无害等筑焘，嚣魏鸯羞广舞熬发袋藏景。 低能离子的生物效应引起了国内外专家的普遍关浇，已发展成- f l 物理学与擞物学 相结合的交叉学科低能离子生物工程学。 研究翊懿t a a n 离予注入装置稳蠢五部分缓戏；离子添帮分( i o ns o u r c e ) 、控麓 部分( c o n t r o l p a r t 包括柬流的测量系统) 、靶室( v a c u u m c h a m b e r ) 、真空机组( p u m p i n g s y s t e m ) 希l 冷却系统( c o o l i n g s y s t e m ) 。图1 - 1 为离子柬注入装置简易图。 靶室邸分设有丈小