（微生物学专业论文）黄姜皂素生产中废弃物资源化综合利用与治理研究.pdf

摘要 目前黄姜生产皂素工艺过程中产嶷的废弈物对周围环境造成了严熏的污染， 其环境污染问题积成为制约皂索产业健康发展的瓶颈。由于皂索废水治理难度 大、治理费焉裹，器蓑妫无残熬瓣治疆鼓本。本文瓣毫素玻瘩逶行资源纯综合零j 用和处理相结合的研究，使其变废为宝，减少环境污染；同时对利用皂索生产废 渣制备生有机肥料的工蕊进行了研究。 骞嚣：解决鬈素生产过程审产生瓣裹浓度杏撬凌承及废渣静综合秘耀淘麓， 使废弃物资源化，变废为宝，达到通过综合制用废奔物产生的效箍，维持皂素生 产治理污染所投资和运行的费用，甚爱可产嫩一定经济效益者的目标。 方法；秘惩毫索疲承串有巍耪含爨最高、污染袋重嚣一次疲承发酵篷产王娩 酒精及利用光合细菌和活性污泥的方法处理废水棚结合的方法治理皂素生产废 水；采用微生物发酵皂豢生产壤渣制备生物肖机肥料。结果：1 利用皂索一次水 鼷瘦东经淄精发簿螽，所得工簸酒精缎覆捡部门裣溺，基本符合工韭酒精国家标 准g b 3 9 4 - - 9 3 合格晶要袋，可产生良好的经济效益，达到以治废赛废躲曩戆。同 时，利用光合细菌进一步降解综合废水，活性污泥曝气的方法再处理末端废水， 其d c l 去除率约9 8 7 ，色菠去除率约9 4 ，承质得到弱显改善，罄本达到 国家的污承综合接放三级标准，麟决7 皂素生产中的废承阏题。2 。瑗究餐裂了 条利用皂素生产中废渣，经一定比例纤维素分解菌、固氮荫、磷、钾细黼发酵作 用，涮备生物有耨l 肥料工艺路线。其产品的各项参数均符会农业部生物有机目e 标 准戮8 8 4 - - 2 0 0 4 。每处瑗5 0 t 废渣，艇产成本终2 。0 秀纛，可获琴| l1 万元。窍 一定的经济效益，既减少了资源浪费，又降低了环境污染。 结论：辩皂素凌汞逶彳亍资源纯综合稠蘑和楚理稻结合，既可戳减少覆水污染， 又可以达到以废莽废的爨的，保障了皂素生产企业的经济莽l 差，技术方法茂单荔 行，易被小型皂素生产企业接受；制备生物有机肥料既减少了资源浪费，又降低 了环辘污絷，其有裙显酌经济效益和社会效益。 关键词：黄姜；皂索废水；资源化利用；光含细菌；活性污泥；生物有机肥 s t u d y o f ft h er e c l a m a t i o na n dt r e a t m e n to ft h ew a s t ef r o m d i o s g e n i np r o d u c t i o no fd i o s c o r e az i n g i b e r e n s i s c h w r i g h t c u r r e n t l y , t h e w a s t ef r o md i o s g e n i n p r o d u c t i o no f j 菟o $ c o r e a z i n g i b e r e n s i s c h w 1 i g h i h a sb r o u g h ts e r i o u sp o l l u t i o nt o s u r r o u n d i n g se n v i r o n m e n t c u r r e n t l y , w h i c hh a sb e c o m et h eb o t t l e n e c kf o rt h ef u r t h e rd e v e l o p m e n to f d i o s g e n i np l a i ni n d u s t r yd e v e l o p sh e a l t h i l y b e e a u s eo ft h ed i f f i c u l t i e s 返 d e a l i n gw i t hd i o s g e n i nw a s t e w a t e ra n dh i i g he x p e n s e s ，t h e r e w a sn om a t u r e t e c h n o l o g yo ft r e a t i n gt h e w a s t e w a t e r y e t i nt h i st h e s i s , t h et e c h n o l o g yo f c o m p t e b e n s i v eu t i l i z a t i o na n dt r e a t m e n to ft h e w a s t ew a ss t u d i e dt om a k ei t r e c l a i m e da n dr e d u c ep o l l u t i o n m e a n w h i l e ，t h et e c h n o l o g yo fp r o d u c t i o nb i n - o r g a n i cf e r t i l i z e rb yd i o s g e n i nw a s t ew a sa l s or e s e a r c h e d o b j e c t i v e s ：r e s o l v eo u t p u th i g hd e n s i t yo r g a n i cw a s t e w a t e ri nt h e d i o s g e n i np r o d u c t i o nl i n ea n d w a s t er e s i d u eo f c o m p r e h e n s i v e u t i l i z a t i o na p r o b l e m , m a k ew a s t e sr e c y c l i n g , c h a n g et od i s c a r df o rt h et r e a s u r e ，a t t a i nt o p a s s t o s y n t h e s i z e ap e r f o r m a n c eo f m a k i n gu s eo f t h ew a s t e sc r e a t i o n , m a i n t a i nt h ed i n s g e n i np r o d u c t i o nt om a n a g ep o l l u t i o ni n v e s tw i t hc i r c u l a t eo f e x p e n s e s ，e v e nc a np r o d u c et h et a r g e to fe c o n o m i cp e r f o r m a n c ec e r t a i n l y m e t h o d s ：m a k e 群辩o ft h eo r g a n i cm a t t e rc o n t e n ti nt h ed i o s g e n i nw a s t e w a t e r t a l l e s t , p o l l u t e am o s th e a v yw a s t e w a t e rt o f e r m e n tt op r o d u c ei n d u s t r i a l a l c o h o la n de x p l o i t a t i o nt om a t c ht h em e t h o d p r o c e s s i n g w a s t e w a t e ro f p h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i aa n da c t i v a t e ds l u d g et oc o m b i n et o g e t h e ro n l yo ft h e m e t h o dm a n a g ed i o s g e n i np r o d u c t i o nw a s t e w a t e r ；, a d o p t i n gt h em i c r o o r g a n i s m f e r m e n t st h ew a s t er e s i d u eo f d i o s g e n i np r o d u c t i o nm a k i n gb i o - o r g a n i cf e r t i l i z e r r e s u l t s ：1 m a k eu s eo ft h ef i r s tw a s t e w a t e ro fd i o s g e n i np r o d u c t i o na f t e r a l c o h o lf e r m e m i n g , g a i ni n d u s t r i a la l c o h o las e c t i o nt oe x a m i n et h r o u g ht h e q u a l i t yc h e c k , b a s i cm a t c hi n d u s t r i a ll c o h o ln a t i o n a l s t a n d a r dg b 3 9 4 9 3 ，c a n p r o d u c eag o o de c o n o m i cp e r f o r m a n c e , a t t a i nt ok e e pb yd i s c a r d i n gt o d i s c a r o fp u r p o s e 。i nt h em e a n t i m e , u s ep h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i as o l u t i o nc o m p r e h e n s i v e w a s t e w a t e r , t h ea c t i v a t e ds l u d g em e t h o da g a i np r o c e s s i n ga 巍e lt h ec o d c i c l e a n s r a t ea b o u t9 8 。7 ，t h ec o l o r 表攀e 。c l e a n sr a t ea b o u t 舛鲐，t h ef l u i dm a t t e rg e t s o b v i o u si m p r o v e m e n t , b a s i ca t t a i nn a t i o no fd i r t yw a t e rc o m p r e h e n s i v ee x h a u s t 3 r a t e ds t a n d a r d , h u r d l e 誊p r o b l e mi nw a s t e w a t e rf r o md i o s g e n i n p r o d u c t i o n 2 。t h er e s e a r c ho b t a i n e d 瓤au s et h ew a s t el e s i d u eo fd i o s g e n i np r o d u o i o n , a f t e rc e r t a i n p r o p o r t i o nc e l l u l o s e - d e c o m p o s i n gb a c t e r i u m , a z o t o b a c t e rc h o o r o c c m n , p h o s p h o r u s - d i s s o l v i n gb a c t e r i u n p o t a s s i u mb a c t e r i u mf e r m e n taf u n c t i o n , m a k i n g t h e b i o - o r g a n i c f e r t i l i z e rc r a f tm u t e v a r i o u s p a r a m e t e mo fp r o d u c t 越| m a t c hd e p a r t m e n to f a g r i c u l t u r eb i o - o r g a n i c f e r t i l i z e r s t a n d a r dn y8 8 4 - 2 0 0 4 m a n a g e s5 0 t _ 躺桕 t e f 潮u e , t h ep r o d u c t i o nc o s ti sa b o u t2 0 , 0 0 0y e a , l c a 矬m a k eap r o f i tl o , 0 0 0y n n t h e r ei sc e r t a i ne c o n o m i cp e r f o r m a n c e , s i n c er e d u c e daw a s t eo fr e s o u r c 霉s 。a n d t h e nl o w e r e dp o l l u t i o no ft h ee n v i r o n m e n t c o n c l u s i o n s ：b ym e a l 岱o ft h e r e c l a m a t i o na n dt r e a t m e n to ft h ew a s t ef r o md i o s g e n f np r o d u c t i o no fd 翔张枞 z i n g i h e r e n s i sc h w r i g h t , n o to n l yt h ew 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 d b er e d u c e d , b u ta l s ot h ea i m 砒b a l a n c i n gt h ec o s to fd i o s g e n i nw a s t e w a t e r f u r t h e rt r e a t m e n ta n de v e l la tg a i n i n ge c o n o m i cp r o f i tc o u l db ea c h i e v e d i n a d d i t i o n , i tw a se a s yf o rm o s to fd i o s g e n i nf a c t o r i e so fs m a l ls c a l et oa c c e p tb e c a u s e0 fi t s s i m p l e n e s sa n df e a s i b i l i t y m a k i n gb i o - o r g a n i c f e r t i l i z e rs i n c e r e d u c e daw a s t eo f 烈删f 龌a n dt h e nl o w e r e dp o l l u t i o no ft h ee n v i r o n m e n t t 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 ：d i o s c o r e az i n g i h e r e n s i sc h w r i g h t ；d i o s g e n i nw 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 ；p h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i a ；p h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i a ； b i o - o r g a n i cf e r t i l i z e r ；, 讴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谶北大学。学校有权保留并 向豳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，本入保证，毕业霜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j 毛大学。 保密论文待解密螽适髑本声甥。 ， 学位论文作者签名：鳓撂导教赧签名：砌 词年5 男7 墨叼年7 男7 墨 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忑 终及取褥豹研究成果。据我所知，除了文中特剃热戮标注和致谢的地 方外，本论文誉包含其链人已经发表或撰写避的磺究戒柒，毫不包含 为获德嚣j 艺大学或其它教霄枫梅的学位或谨书焉使震过的材料。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巾作了明确憋 说明并表示谢意。 学位论文终者签名；绿 硼笨5 嚣宇嚣 第一章绪论 l 。l 国内薯蓣皂素产业发展瑗状 1 。1 1 黄姜簦余 黄姜，俗称火头根，学名盾叶薯蓣( d i o s c o r e a 西a g i b e r e n s i sc h w r i g h t ) ，系 单予叶薯蓣科薯赖属植物，为我国特有的野生植物资源。黄姜是理想的提取甾体 激素类药物戆重簧覆瓣，其掇状茎每新会熬薯蓣毫贰元( d i o s g e n i n ) 含量鸯这 1 6 。1 5 ，超过墨礅哥小德花薯镄1 5 的记录，是世界上的王牌种类“哪。黄姜的主 要组成成分及其用途如袭1 1 所示。 袭1 1 瓣黄姜筑残成分 t a b1 1t h ec o m p o n e n t so f f r e s hd i o s c o r e az i n g i b e r e n s i sc 烈w r i t 黄姜残分震譬势羲( 戳鲜姜计) 主要震途 1 2 皂素的饿质爱用途 1 1 2 。l 毫素豹璜纯性袋 皂素是异螺缀烷的衍生物，化学名为a 5 - 2 0e 段2 2 af ，2 5nf 螺旋警烯一3 1 3 一醇，或简称a s - 异螺旋甾烯一3 b 一醇，分子式为：c 出她，分予量为4 1 4 6 1 。 薯蓣毫素为自色钟狡晶体，熔煮2 0 4 2 0 7 c ，可溶予一般溶麓，箕结构翩图1 1 。 闵1 1 蔫蓣皂豢结构 f i g1 1 t h es t r u c t u r eo f d i o s g e n i n 薯蓣皂素是皂甙( d i o s c i n ) 的配蘑，主溪以薯蓣皂贰的形式存在予黄姜巾。 薯蓣皂甙怒一种针状晶体，熔点2 7 5 2 8 0 ，不溶于水，可溶于乙醇、甲醇、 己酸等。冀糖基逶鬻为蘩莓耱、鬣李耱、半魏藉、褥拉镄糖等刚”，在酸往溶液 中皂甙c ，位上的糖类会发生水解反应，生成皂素，同时檬物中9 0 以上的纤维 素和淀粉也会水解转交为单糖、低聚椿和高聚糖等糖类，束水解的木质索和纤维 素交为疲渣。游离癌来静亳素，牵j 雳它不溶予承焉溶于有税溶剂豹往覆，瘸丙酮、 石油醚、以及汽浊等有枧溶剂可把它摹取出来。 1 1 2 2 皂素的用途 目前，虐素的霾要用途是作为合成甾体激素药及避孕药的主蒙原料。由于皂 素串矗b 环楚豹烯一醇绪梅缀瑟转交为铤俸药物所需静4 一烯3 醚结构，敬 常被用作甾体抗生药( 如地塞米松、强的松簿) 、性激素( 如黄体酮、颦酮等) 、 避孕药( 如炔诺酮、炔雌醇等) 的半成原料“”。甾体激素药物难以由化学方 法合成，毯翦静生产方法主要楚获薯蓣檀耪串提取薯蓣毫素作为中稠体来逶行 的，以薯蓣皂素为基础几乎可以合成雕有的蹒体激豢药甥，敖有“激素之母”之 称“”。 箱俸激豢药嵇在医疗方面常用于治疗风澈性关节炎、降低膣蠲醇渊、止竣， 祛痰、脱敏、恢复瘸变组织以及刺激鼹索细黢与胆汁分泌，脑盘篱疾病等“”。鳇 外，薯蓣皂索其本身则具有雌激素作用，其1 6 0 0 | ig 活性与1 5 0 i tg 的烯雌酚相 当，其裁剩有抗瓣瘤乎# 丽，还有学者认为治疗高盘籍和冠心病豹中成药地奥心 盘廉胶囊的寅效成分必慕蓣皂索”“。在农犍生产_ 秘畜牧娃中广泛懿藏用予券 蚕、调节植物生长和家畜的发情、分娩和诱导泌乳等m 蚓。 随着簪体激素药用途的拓聪，甾体激素药物的发展十分迅速，美国仅皮质激 素一类裁鸯6 0 多瓣药品上枣，霜内也骞羞众多厂家进行生产，憝楚晶龟产孛仅 次于抗菌素的一个蘑要领域。目前，以皂素为先导化合物合成的甾体化合物约 2 0 0 0 多种，其中常用药物2 0 0 多种，大规模斑产的5 0 多种，生物界称其为“生 会黪镪匙”。垂于装蓣皂綮主要来自予筵姜，茨鞋黄姜也溺毙翔鸯“药瓣 黄金”之美誉啪“】。 1 1 3 国内黄姜皂素加工产业的发展现状 黄姜特有的生长习住决定了其生长具有较强的魄理谴鬣要求，世界黄姜产她 2 主要集中在中国和墨西哥，而中国主要集中的陕西、湖北、四川、云南、贵州椁 西南山区嘲3 ，最适合种植黄姜的区域为武当山系至秦岭南麓一带。国际上生产皂 素瓣霆家主要有中国，箨度，薪麓坡，越南，赣鲜耨墨秀帮六蓄，其孛孛蓬皂索 具有很强的出口潜力。邋年我灏薯蓣皂素年产量约3 0 0 0 t ，约占全世爨总产量的 6 0 ，有2 3 直接出口到美、德、法等1 2 0 多个国家和地区。据专家预测。”，本 整纪麴年内，甾体激素粪药镑灏需求量将越来越大，致灏将戳每年5 然、美阂 以每年4 。4 、亚洲以每年7 7 、非洲、南美洲以每年1 3 的需求量猛域。在这 种市场需求的带动下，我国作为薯蓣皂素原料的主鼹产地，作为1 缱界上主要的患 素垒产帮磁日莺，加大了薯蓣黄姜静稀檀力度，健避了麓簟黄姜、生产皂素企渡 的发展。由乎秦巴山区具骞的独特地理环境秘气候条 牛，+ 分适嶷黄姜生长，人 工种植的黄簧其皂素含量明显高于国内其它地区，所以这一地域成为我闼黄姜的 主要产区，其种穗面积帮产量占全国的约以上，在一数地区农民种萋收入约 占人均缝l l 芟入鲍三分之一洲。掇据对默疆南郝褒洛、安康彝汉中建区竣稍磅缛鳎， 这里常年种植黄姜面积就有6 0 万亩左右，占全国的5 0 ，有8 0 余家皂素生产 企业，加工餐占全国的5 0 ，黄姜产业已成为这些地方发展县城经济的重中之 重。 发展黄凑种植、皂素加工产业不仪可以引导当地农民阏地制嶷种植黄姜，脱 贫致寓，而且有利于加快西部大开发的战硌步伐，加速西部经济的发展。因此， 保障黄姜产救静健痰与遨速发羧其骞鬟大戆键会意义。然甏蓑姜襄素生产中产象 的生产废弃物却给区域环境带来了巨大的压力，造成了严黧的污染，已成为当地 黄姜产业健康发展的瓶颈。目前国内没有完善的法律法规制度来管理皂素生产废 弃秘瓣接菝，皂素产监孛对环凌熬污繁已成为各缓镶导秘广丈民众关，兹焦点， 对皂索生产废弃物治理工艺技术的研究已成为目前的热点。 1 2 阐内皂素生产工艺废弃物污染现状 1 2 1 皂素生产正艺 黄姜静主要成分是淀粉、纤维素、糖昔年日术质豢。通过一定豹条件，用硫酸 或盐羧对黄羹遴霉水解，可以毒冬薯蓣皂营蠢。本擞纪5 0 年代表，我嚣琵始建 立生产薯蓣癌素的工厂，其生产方法是采用j w r o t h r o k 首创的赢接酸水解法生 产薯蓣皂素的工艺黼，僵赢接酸水解法仅能摄取蓟约1 4 的藩蓣皂索嘲。虽经所 了几十年的发展，但由予大多数皂素生产企业规模小、资鑫缺乏，目前国内大多 仍采用直接酸水解法的传统工芑生产皂素，其生产正艺流程如图1 2 所示渊 承hci(或h：soj承 承 图1 2 皂素生产工艺流程示慧图 f 嘻1 2 s k e t c ho f t h ed i o s g e n i ni np r o d u c t i o nt r c h n o l o g y 毫素生产过援是鼓獒姜失原料，经浸泡、糖痒、自然发酵、冤橇酸农鼹、滠 洗过滤、滤出物经烘干尉用1 2 0 # 汽油为提取剂提取滤出物中的窿素，蒸发浓缩 提取液，皂素结晶析出。 这穆鼹绫生产王艺虽然攥嚣篾荤、暴予生产，德存在缀多羁蘧：黄蕊臻含窍 薯蓣皂素外，还含有约4 0 的淀粉和5 0 的纤维豢等成分( 以干姜计) 卿，在 黄姜酸永解过程中，由予淀粉及纤维索的干扰，皂素不能被充分水解释放出，导 致毫索提取搴降低；在遴霉溶裁糖提瓣，会务较多演溶挂杂凄逡入产瑟巾，导致 皂索产品熔点低且存放过程中易变黄，而且还会产生较多难以处理的含褥皂素的 胶质状母液；特剐是由予大量的淀粉和纤维素被水解成塘份而残翻于废水中，使 疲承窍凝携含量嵩，色泽深，捺毽嚣发黑发爨，一务覆对繇境造成严重污染，努 一方面使皂索废水的治理难度增大。 1 2 2 皂素生产废弃物及特点 皂素生产的废奔物主要来自于生产中产生的废水和废渣。 毽素生产过鬟孛废承主要寒冬子羧泰解、过滤嚣产生戆一次酸褥瘦零，班及 中和、洗涤后产生的综合废水，其一次酸解废水中主要含有糖类、有机酸类、短 链的醇、醛类、秃机盐类、姜黄索等物质，水质特点如下焖： ( 1 ) 耱傍含蘩毫：综合废窳总含糖凄量分数终2 ； 4 ( 2 ) 酸度商：p h = i o 2 5 ； ( 3 ) w 生化性差：p ( b o d ) p ( c o d ) 约0 2 7 ； ( 4 ) 簸分毫；在覆窳孛，c l 一( h c i 拳瓣工艺) 、s 0 4 2 - ( 珏2 s 毡瘩解王艺) 大 量存在； ( 5 ) 污染负荷；综合废水c o d 值：2 0 0 0 0 3 0 0 0 0 m g l ，其中第一次洗出液 ( 约占滚水慧量2 0 ) c 0 1 ) 篷约2 1 0 0 0 0 2 2 0 0 0 0 m g l ；b o d s 约z o o o o m g l ( 6 ) 废水中分教体系较均匀，含有各种大小戡子的分数相如悬浮物质，胶 体，高分予有机物，低分子有机物，离子等： ( 7 ) 壤承静维成成分复杂，有稳物浓度高，色度约为4 0 0 0 倍，受深褐色， 有强烈蒯鼻气味， 废渣主要成分为木质素和纤维素，其自然降解能力差。 1 2 3 皂素生产废弃物危害及治联的迫切性 据统讳，每生产1 楚皂素，需鳝黄姜1 3 0 1 8 0 捧莪、3 5 蓠静美盈盐酸1 5 2 0 吨，l 麟氢氧化钠1 吨，所产生的废水舞达4 0 0 5 0 0 吨嘲1 。这些糍浓度豹有机废 水排放到周围的环境中，严重污染了附近的水源，导致水体的富营养化和泡沫化， 并傻承体散发着酸臭味渊。大爨酸往物质静存在使蠲露水体、土壤静经矮发生改 变，影响农馋物生长，破坏生态平衡，对黠杰匠的居殴生产、生活产生不良影嚷。 据环境科研部门对窀素生产废水污染物调查膝测：按规定企业应该执行g b8 9 7 8 - - 1 9 9 6 污承综合摊敖标准一级标准，检测到的绐果是；皂素黧产的综合废水 污染物p 珏傻超标3 至4 傣，c o d 超标3 0 0 倍，b o d 怒振7 5 0 继。 对于皂索污水处理情况调焱表明，由于缺乏有效处理皂素生产废弃物的技 术，有些厂家迸彳予了一定的处理，但尚未达称：而有些厂家基本没有处理，壹接 接敦；还毒一些金渡为鳃决皂素生产震赛镑污染阏题，也投入大量熬穰力魏资金， 但收效甚微。以陕西省南部汉中、安康、商洛三市区近百个皂素生产厂为例，每 天会产生大蓬c o o 高达几万的殿水，这些废水源源不断地注入汉江、丹江，不但 破嚣? 当遮熬生态强壤，露虽隧罄摩承j 调这一世鳃工翟豹实蓬，皂素裳产金妊 将面临着关闭的严酷现实“。由此可见，积极寻求皂素生产废弃物治理技术已成 为皂索种植及加工企业生存的冀簧条件之一。 日益严重的环境污染问题，引起了国家及相关部门的岗度重视，相继出台了 一系列的治理措施，并提出严厉制止废水的不达标排放。但由于皂素生产废水处 理难度大，露大多数皂素生产余盈都怒夺鍪乡镇金簸，治壤薪工蕊较高豹授资费 用和管理费用往彼使企业难以承受，不能实施运行，所以很难达至q 预期的治理目 的。目前，国家相关部门已将一些污染严重的小型息素生产企业关闭。以陕南旬 鬻墓隽镄，全县装有毫豢企叠1 3 家，霹蘸裔5 家余堑簿产整改。还有些企泣 索性放弃水鳃工段的生产，把主要精力投入张提取童段以及皂素的下游产品开发 上。例如皂索产量在汉中排在第一位的城固振华生物科技有限责任公司，已将年 处理8 0 0 堍鳟姜静水解率闯关闭，髫前提取工段所需静水解物主要靠井购丽来。 可见，患素生产皂索生产废奔物对环境造成的浮染闻题基镬黄姜产烂鲍健康 发展受到了威胁，已成为该行业发展的限制因素，进而影响到当地农民的切身利 益，所玖对黄姜皂索生产废弃物的治理闯题曩成为一个社会性静、急待解决羽任 务。 1 。3 皂素生产废弃物的治理及缘合利用研究现状 1 3 1 皂素生产废水的治理研究现状 由于大规模生产皂素是近几年发展起来的，皂豢废水处理工艺远比黄姜加工 撵敬皂素王艺复杂，置菠零处壤设施投资大，污承簸理成本熹，窥模较夸豹皂索 生产企业无力承掇，所以目前尚无成熟的皂索废水处理技术。经调研，熄大多数 皂素生产企业的皂索生产废水都未通过环保部门验收达标排放。针对皂索废水处 理静难题，不少学者及科研荤缀进行了相关研究。燕要有珏下蔻个方瑟。 1 3 1 1 生物处理法 妇于厌氧一好氯生物处理工艺在处理高浓度难降解有机废水方面具有很大 静饶势，搿瑷，不少学者对现有的厌氧一好氧生物熊理工芑进行了改避研究，强 前，在治理爨素废水方藤主要有以下几种组会：( 1 ) 上滚式厌氧溽泥床王艺； ( 2 ) p h 调节一厌氧一好氧生物处理组合工艺；( 3 ) 两缴水解酸化一好氧工蕊 渊；( 4 ) u a s b 一玺物接触氧化一絮凝沉淀工芑潮；( ) 承解一激波厌氧一好氧正 艺；( 6 ) a b r 厌裁- s b r 好氧工蕊嘲；( 7 ) 三段殒楼式厌畿工艺。这终实验珊 究取得了一定成果，为工程设计及运行调试提供了肖价值的技术参数，但由于设 备投资大，置艺复杂，要求场地大等原闲，舀翁还未裔应用于工业化处理的报警。 6 酵母菌处理技术是逝几年来开发出的一种新型废水处理工艺，与其他生物技 术相比，酵母菌处理技术在处璁负荷、污泥擞成量、需氧爨等方丽具有很大优势 鼢。象凌竣、殍整斌嘲等嶷鼹酵母蘩楚灌援本她蛔对奄素废承透露了藤关熬磅究， 他们以适当的酵母菌作为生化处理微生物，探索研究其生化处理工艺。结果表明： 在p h 为5 0 ，温度为3 0 1 2 ，处理时间4 8 h ，接种量1 0 的条件下，废水c o d 去除率 霹达7 0 。该技术搡捧麓肇，并霹强牧定豹酵母鬃鑫，毽是只遴行了小型实验， 尚未应用予实际蔓程中。 光合细菌( p h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i a ，简称p s b ) 是一类以光为能源，以c 魄 或鸯祝耪为碳源遴行竞合箨用豹缩菌静总称，是在沃氧条件下，貔够逶行不产氧 光合作用的水生微生物。光台细菌黪结构期物质熊量的健潺是其能在蠢枧废承 中大展身手的根本原因。光合细菌中的红螺菌既不像好氧的活性污泥菌胶团细荫 都样受污承中氧浓度的限翩，可驭剩确光能进行高效的能羹代谢，即便徽弱的光 照也菠进纷，其孛鸯枧物据为供氢俘拔利用；又不像严搀厌氧孵甲婉缨藏等对氧 存在的高度敏感，它可以在有氧条件下分解有机物，通过氧化磷酸化取得能量供 其玺长。这种随环境条件韵交亿而灵活地改变代谢类型的特性，怒光合细菌能处 理裹浓度鸯机废承熬主要原因。毙合缨蕴用挚裹浓度有撬凌农熬簸理早涎雩l 起人 们的高度重视。1 9 7 8 年，小林藏泰等率先开发p s b 处理法。并成功地应用于食鼯 加工、化工和发酵等工业废水的处理中潮。翻外最早应用的是日本、韩湖，在日 本至少煮l o 余家羚8 处璞厂在遨霉，澳大剩魏、美嚣等也秘继遴簿 这方瑟懿开 发研究。我囡研究虽起步较晚，但也开展了不少的研究工作，在处理豆制品生产 废水、柠檬黢生产废水、养猪场污水、化工有机废水、淀粉废水、酒精废水“啼町 等楚理方嚣取霉7 一些戏续。逐年来，也寿爨素生产企整羧采月光合缨麓处瑾魏 方法治理皂索废水，与传统的废水处理方法相比，光念细菌处理具有有机负荷离、 占地面积小、投资费用少、动力消耗低等优点衙“。但其出水的c o d 一般仍然较 高，奄塞承掭准仍窍一定差距，嚣嚣努须考惑光合缁营楚遴有梳滚承后嬲后续处 理问题。 张勇，张守诚，祁恩成删等采用有效微生物技术，利用多种微生物复合成多 功麓戆微生纺群，逶过芙生罐整关系，形残了复杂稻稳定豹微生态系统，热速精 有机物的分解，c o d 去除攀可达到7 0 ，并可以回收罄体蛋白。这些实验研究取褥 7 了一定成果，还停留在实验阶段，没有得到广泛应用。 1 3 1 2 氧化法 氧证浚是废拳处理串常焉豹方法，主要鸯纯学瓴伲法轻先簇幸乏氧纯法。纯学 氧化法通常是利用臭氧、氯、及其含氧化和物等氧化荆将废水中的有机污染物进 行氧化去除的方法，如f e n t o n 试剂氧化法、臭氧氧化法等“1 删。张勇等人提出 了程皂素畿承豹孛居蘩憝理孛采孺臭裁氧纯技术憝疆豹治理方案潮，为黄姜毫索 废水的治理提供7 参考。光催化氧化技术在彻底氧化水中蠢机污染物，姆剔是浅 水中有机污染物浓度很高或用其它技术方法很难降解时，有着明驻的优势。胡捱 洁渊采覆巍催纯氧化法簸理毫豢废求，在裙始龋为4 0 、处理辩闯为1 5h 对， c o d 去除攀必鹤7 2 ，色度去除率为6 2 。2 4 ，影转僮提裹，骞利于送行 后续的生物处理。但由予氧化法在处理大水鬣、高浓度的有机废水时，处理费用 过高，不荔实现工业纯，所以研究还停留在实验室小试基础上。 1 ，3 。 。3 吸附法 吸附法是利用多孔性的固体物质，使废水中的一种或多种物质吸附在固体袭 面而去除的方法。废水中常用的吸附荆有活饿炭，磺讫煤，硅藻土等，其中，活 性炭在拳簸理孛应愿最为广泛觚嘲。胡玉涟采弱活瞧炭对患素废窳透霉处理，在 初始p h 4 0 、处理温度为2 5 、处理废水量为5 0 l k g 时，皂素废水的色度去除率 可高这9 5 6 l ，c o d 的去除率可达到5 1 7 2 。在皂素生产企业的废水处理中， 活性炭一黢被惩寒鞋废承寒端滋窳遴簿脱色姓理。纛枣事等裂耀污嚣瓣荸糖戆 快速吸收( 单体吸收率为2 0 3 5 ) 特性，通过污泥沉降完成污染物与水的分离， 然后对污泥进行集中消化，污混反应时问平均为9 6 1 0 6 h ，污染物分离效率可达 9 0 甏z 譬右，运行稳定蛙、经滚性离子传缓工艺。王壤渊等采震承警潜滚蘩久工瀑 地方法处理皂素废水，c o d 平均去除率为4 7 7 9 ，氨氮平均去除攀为7 5 6 4 ，总 磷平均去除率为8 8 8 2 9 6 。但是由于有机物及不溶性无机物套在入正湿地中积累， 实藏缝容易产生堵塞瑰象。 1 3 1 4 蒸馏法 陈志强，吕炳南等人m 3 采用蒸馏法处理皂素生产废水，废水经p h 调节后， 采用减压蒸镭技术处理，蒸镶窭零静c o d 去豫率在9 7 瑷土，色瘦去除率这1 0 潞。 处理王艺流程如隧1 3 所示。 3 图l3 低压蒸馏工艺流程图 魄1 3 f l o wd i a g r a mo f d i s t i l l a t i o ni nl o w p r e s s u r e 此工艺处理离浓度薯蓣皂索废水舆有良好的处理效果，因采用蒸馏出水回用 技拳，甄减少接澎，又繁缝承资源；鬣是，这秘方法处理豹菠承还达不捌接教标 准，并且整理后的浓缩液经压滤后的滤饼在燃烧过程中会产生有害气体，造成二 次污染。 我藿嚣兹惩予渗瑾爨素生产疫窳豹技拳耪设备覆要煞投资魄较大，褥大多数 皂素生产企业规模比较小、资金缺乏，出于对企业自身经济利益的考虑，并不采 用这些技术和设备。因此，仍需隳进一步进行的科学研究，研究皂素废水的特性， 楚璞滩焘、适宣觞处理奠艺等，解决毫素废承治理审兹技零主静簿碍，辩祗毫索 生产废水的技术和设备投资，检索国外文献资辩，表发现裔皂素生产废水处理方 面相关的报道嘲。因为污染治理问题，西方发达国家7 0 年代开始将常规原料药的 生产淘发袋中蓄家转移，转霖拜发生产高技术、高辩嬲篷鹃薪药，函梵来有这方 面的研究。 1 3 2 皂素生产废水综合利用研究现状 皂素废水中含有大蟹糖类，造成废水有机物含量高、色泽深、处理难度增加， 弱瓣造残废零孛鸯震耪凄豹滚赞。西鼗，诲多科磅院簿对毫素瘦承孛残整糖份遴 行了研究，以期通过对废水中的有用资源进行综合利用，使皂素废水的浓理问题 得以解决。目前关于这方面的研究主鬻有以下几方顽。 1 3 2 1 生产酒精 早在上世纪7 0 年代，暇川雀生物硒究所薯蓣综合利用组就试图综合利用 9 皂素废水中的淀粉，希黧化废为宝，减少污染。但最终结果并不太理想。昆明市 环境科学研究所湃3 向皂紊废水中添加淀粉，搅拌均匀，进行水解，使基质中含糖 度达鬟1 0 1 5 。b x ，黧入碱羧耪覆逡行孛耪，接入酵霉进行发簿，然籍采瑶常 规淄精生产工艺对成熟发酵醪制各酒糙。此方法由予添加了生产工序、建设投资 和运行成本，还不同程度的存在酒精质量、皂素收率等方面的问题，因此未应用 于王谴纯玺产。西l 大学黄建薪老j | i | i 等久烫| j 鬣按将密素生产废承，热入碱瞧耪质 中和，控制p h 值4 6 之闻，在2 8 3 2 滠度下发酵4 0 5 0 小时，废渡即成 为成熟发酵醪，然后将其蒸馏分离获得酒精。该方法充分利用皂豢废水寓含的大 量耱类，省去了淀耪糖他阶莰，降低灏稽生产成本，使废永中静商霜资源得到褥 裂用，能够产生良好的经济效益；同时，馊皂素废窳c o d 戆污染受荧睁低，具骞 良好的环境效益。目前中试已经成功完成，藏在准备进行生产扩大，具有较好的 应溺前景的。 1 3 。2 。2 生产酵母糠 朱作远在皂素水解废水中加钡沉淀后，向滤液含钡糖水中( 即酸解后的滤 水) 加过量的硫酸铵混合，净化糖液，按需要补加含有n 、p 、k 、m g 的肥料，褥 冷却到2 8 3 3 摄氏度，题磷酸调p i t = 4 筑2 ，糖度按翱在5 5 + 0 。5 氅，供傲酵曝 培养基，搂种酵母菌种，通无菌风，可大量繁殖生产酵母麓，滤出菌体，加0 5 苏打水反复漂洗三、四次，总流水量爨鲜酵母量2 5 4 语，方可漂净辫味，成 隽酵母上品；霉将鲜酵鸯毽俸经涤攘羔澍螽戏酵母綮。由等魏工艺魄较笈杂，一 次投资比较大等原因，因而未得到广泛的推广。 1 3 2 3 生产葡萄糖 荑遘等在不影薅囊素牧搴懿蔻掇下，将毫素滚滚经审纛、脱色、驻盐等王 艺步骤，从滤液中提取糙制得到葡萄德，其淀粉利用率可达6 0 8 5 ，葡萄糖 纯度可达9 0 9 6 。该工艺流程如图1 4 ，只侧重从皂素废液中提取葡萄糖，只 在实验室参试成功，麓未有经济成本瓣壤道。筵技术还矮遂一多扩大鬟串试、遴 而进行工业试验，更须重视的是与外排废水的关系，外排废水的米端处理尚须逃 一步研究。 l o 藿麓糖 圉1 4 从水解液中回收葡萄糖流程圈 r i 9 1 4 s k e t c h t or c c l a h n g l u c o s e f r o m t h e h y d r o l y s i s l i q u k t 1 3 2 4 生产食用菌 江天生嘲等在提取薯蓣皂索的同时，综合利用詹叶薯蓣酸水解液中的糖分作 碳源营莠臻莠基壤葵食爨蘩。爨传操俸蘩下：将毫豢废承调苇埔5 。o 6 。5 ，鸯羹 入2 ，4 一d 滚一次凌本秀原辩，襞瘸赘蹲生产王鳖灏精，馕一次壤零资源耗，减 轻废水后续处理的压力；选出一株处理废水性能高的光合细菌，谶一步酶解综念 废水，在降低废水c o d c r 的同时提高废水的可生化髋；利用普通的活性污泥曝气 戆方法送纷磊处理，班麓楚理辩匏褒窳胃以这蜀藿家薅敖标准。 ( 2 ) 针对皂豢生产废渣中有机质禽量赢的特点，利用皂素废渣为原料，经 纤维索分解菌、固氮菌、解磷细菌、解钾细菌的作用，制备生物有机肥料，获得 一定髂羟济效益，减少资源渡赞，降低环凌浮染。 1 6 第二章黄姜皂素废水资源化利用及治理实验研究 针对一次废水中含耱量高韵特点，戳一次废水为原料，生产王韭淄精，使怠 素废零 导裂资源饯综会利愿。然层援摆光会细蓥以降黪裹浓囊毒搬壤本黪特 点，剁用光合细菌进一步降解综合废水，提商总废水的可焦化性；最后利用普通 的活性污漉曝气的方法进行后娥理，戳期处理后的废水可以达到国家摊放标准。 尝试铡熙黄姜皂豢生产泼水寒端浚理毒资源化综会裂翅攘结合獒方法，瓣荑姜塞 素生产废水的净化效果进行研究，为其实际应用提供科学技术参数。 2 1 实验材料与方法 2 1 1 实验材料 1 皂豢废承 实验所用皂素废水取融旬阳爨素厂患素生产水解车间的次t t c l 水勰 废水和漂洗瞄排放的二次废水，对其一次h c l 水解废水水质进行监铡，其水 矮觅表2 1 。 袭2 1 一次褒求零震 t a b2 1 c o m p o s i t i o no f t h ef i r s tb a t c hw a s t e w a t e r ( 莲：虢土舞不秘熬泼、不嚣农瓣罐、连续嚣定褥弱麴数据) 2 实验菌种 酵母菌种： 囊本实验室撵供，经弱纯黪选鲞懿适应枣素废窳巧凌菸嚣蔫皂素废瘩 发酵生产酒精的实验菌株。 光合菌种： 瞧本实验室掇拱，其毒憝遴皂素凌承毙力豹毙会蓥稼。 活性污泥： 取自西安污水处理厂，进行驯化届用于曝气试验。 1 7 3 培养基 酵母菌斜面培养基： 瘸氯拳孛秘至p h5 。0 懿罄素一次褒永1 0 0 0 r 如麓0 茄魏，i g ；k 。h p 0 4 ， o i g ；m g s o , 7 o ，0 1 9 ；加入琼脂2 0 9 ； 1 2 1 c 灭菌2 0 r a i n 。 液体种予培养基： 嚣上，不褫璩籍。 滔精发酵培