生物技术与环境污染.doc

环境生物技术 课 程 论 文学院：生命科学与技术学院专业：生物技术班级：08级生物技术2班姓名： 黄 武 强 学号： 20080409 指导老师：王 平 SCP法处理生活废水技术 摘要：SCP技术是指用各种基质大规模培养细菌、酵母菌、霉菌、藻类和担子霉获得的微生物蛋白,是食品工业和饲料工业的重要蛋白质来源。在处理生活污水与工业废水方面有其独特的作用。合理的应用SCP法可以很好的除去污水中的大量有机物，使污水得到较好的处理，减少环境污染，而且可以充分的利用污水中的有机物合成单细胞蛋白，产生一定的经济效益。 关键词：SCP技术 生活污水 工业废水 含碳化合物 污水处理 环境污染 1、前言 环境污染问题和资源的有效利用是当今世界两大主题。如何利用一些废弃资源生产出有价值的产品，同时又可改善环境，已引起了人们极大的兴趣，SCP技术就是在这样的情况下应运而生的1。 SCP技术是指用各种基质大规模培养细菌、酵母菌、霉菌、藻类和担子霉获得的微生物蛋白,是食品工业和饲料工业的重要蛋白质来源。无论是在生活污水还是工业废水中，都含有大量的有机物及含碳化合物。一般情况下，有机废水的处理主要采用厌氧接触法、厌氧污泥床法、厌氧生物膜法等2。高浓度有机废水一般指含有机物(BOD)浓度高于1000 mg/L的废水，若直接采用一般的工艺处理法，不仅因有机物浓度太高而加大处理难度，而且这些废弃物中有用物质的直接排放会造成很大的浪费。而这些都是细菌、酵母菌生长所需要的碳源。在本世纪初，产生了以食用和饲用为目的的SCP生产技术，当时西欧主要是以糖蜜为原料生产食用和饲用酵母，直到第一次世界大战，SCP的重要性开始被人们认识。德国从木糖生产食用酵母，到后来发展了从造纸工业的亚硫酸废液制造饲料酵母，每年的产量在15000万吨SCP，作为肉类代制品以补充蛋白的不足。到了70年代中期，人们采用酵母菌和光合细菌生物处理法，将废水处理和单细胞蛋白(SCP)的生产结合起来。自70年代以来，国内外就有利用SCP技术处理沼气池废水、城市废水、二级处理厂的废水，以及缫丝、印染、制药、酿造、制糖、制革等工业有机废水，并使废水得以净化并得到大量单细胞蛋白的报导3。合理的应用SCP法不仅可以很好的除去污水中的大量有机物，使污水得到较好的处理，减少环境污染，而且可以充分的利用污水中的有机物合成单细胞蛋白，产生一定的经济效益，这就使得SCP法处理生活废水技术有着广大的发展空间和广阔的应用前景4。 2、SCP技术中菌种的要求 利用SCP法处理生活污水问题，最首要的问题就是菌种的挑选，对于SCP法处理生活废水技术的菌种、原料、工艺等方面，过内外做了不少研究工作，但是作为SCP技术的共性问题，至少应该考虑以下几个方面5： 所用菌种应增殖速度快，菌体收量大 可以作用于工农业废料废水 菌种对营养要求简单并光谱 易于培养，可连续发酵 不易污染杂菌 没有毒性、病原性及致癌物质，不产生其他有害物质 3、利用废水生产SCP的菌种筛选： 3.1、普通富集法：将少量土样投入装有40ml培养基（10Bx麦芽汁1000ml，加2%琼脂，灭菌15min）的250ml三角瓶内，在37,120r/min的条件下培养24h，然后用稀释涂平板法分类单菌落，将首批长出来的单菌落做好标记，继续将平板置于37培养24h，挑出首批长出且菌落较大的菌株。再用稀释涂平板法纯化1次6。 3.2、半连续富集培养法：将采用普通富集法得到的菌株进行摇瓶培养24h，测最终菌夜浓度及蛋白质含量。将两者之积较高的菌株以大致相同的接种量分别接入同一装量的三角瓶中，在37、120r/min的条件下培养8-12h。以10%接种量接入装有新鲜培养基的三角瓶中继续培养。如此重复多次，直至终菌夜浓度稳定。然后进行单菌落分离7。 3.3、恒化态优化法：在34-36。风量0.6m/(mmin)的条件下，在350ml玻璃循环反应器中先进行间歇培养，待菌夜浓度增至最大时开始连续培养。先将稀释率控制在最大比生长速率的一半处培养4天，然后逐步提高稀释率，使之略大于最大比生长速率，培养2h。在反应器中取样进行单菌落分离。在取得了上述菌株后，分别进行了培养基配方选择、培养时间、温度、发酵培养基灭菌与不灭菌等一系列最优处理条件的实验8。 4、菌种的培养条件 4.1、培养基配方选择 以上摇瓶实验中，培养基均为废水，未加任何物质，为增大产率，添加硝酸铵、硫酸氨，磷酸二氢钾等物质。 4.2、培养时间选择 从工业生产角度看，发酵时间越短越好，不仅省工省能源，而且可提高经济效益，一般设置为21个小时左右。 4.3、培养温度选择 工业废水处理中，一般以27左右较为适宜，具体情况根据所选菌种特性而言9。 5、SCP法处理废水的一般工艺 用SCP技术处理生活污水技术的常规方法包括液态微生物发酵、固态微生物发酵等，主要步骤如下图所示10。液态发酵工艺由EmerL.Gaden Jr于20世纪40年代提出11。该方法具有产量大、易监控、机械化程度高、适合工业化生产等特点，其生产规模和产量均大大超过固体发酵。并可根据菌种的需要控制不同的发酵条件，例如在高密度发酵中,主要限制因子为营养供给不适宜、抑制性物质的积累和发酵液流变学特性的影响，可采用分批补料、重复补料的发酵方式，保持一定的溶氧使菌体生长旺盛。固态发酵是指微生物在几乎没有游离水的固态湿培养基中的发酵过程。固态湿培养基的含水量一般为30%-70%，而无游离水流出。固态发酵具有易干燥、低能耗、高回收、可对发酵物质(菌体、代谢产物、底物)全部利用等特点。在实际生产中，应根据所用菌种、原料、设备及所需产品和技术等，比较两种工艺的可行性和经济性，选择具体发酵工艺12。 6、SCP法处理生活废水的优越性 在生活污水还是工业废水中，都含有大量的有机物及含碳化合物。一般情况下，有机废水的处理比较困难，运用一般的污水处理法不仅因有机物浓度太高而加大处理难度，而且这些废弃物中有用物质的直接排放会造成很大的浪费。而利用SCP法处理生活废水技术可以利用废水中大量的有机物作为碳源，可以充分的利用污水中的有机物合成单细胞蛋白，产生一定的经济效益13。 7、SCP法处理生活废水技术的研究现状及其发展趋势与展望 7.1 研究现状 淀粉废水是食品工业中污染最严重的废水之一，用其培养微生物生产单细胞蛋白不仅产量高而且氨基酸含量也较高。研究发现，用玉米淀粉黄浆水培养白地霉生产饲料的蛋白含量与饲料酵母接近。雷晓燕以淀粉厂废水处理池中的活性污泥为原料，经筛选得到1株细菌B-2。在废水中接种该细菌,当按11的比例加入尿素和磷酸二氢钠，pH为5.5，接种量为20%，集菌时间为11 h时，获得的蛋白质量最多14。李琳等利用胶质芽孢杆菌和酿酒酵母可利用水溶性淀粉和蛋白质的特性，直接用红薯淀粉废水培养，并用其产生的絮凝作用处理红薯淀粉废水。经复合菌液絮凝处理得到的沉淀物富含蛋白质和多种营养物质，用热气流快速干燥后可制备成高级饲料，每1t淀粉废水可回收干燥沉淀物10-15kg15。 7.2 发展趋势及展望 综上所述,利用SCP技术处理生活废水、废物不仅可处理其它方法不易处理的有机废水，而且可生产出优质的蛋白质资源，具有成本低、能耗少、效率高、收益大等其他废水处理法所不具有的特点。这对于环境的改善、废弃资源的再利用以及单细胞蛋白生产成本的降低都具有巨大价值。尤其是对于我国这样的第三世界发展中国家，合理利用废弃资源更具有重要意义。实际应用中应选择一些高营养价值、处理效果好又容易收获的菌类、藻类作为生产对象，此外，工艺过程的进一步优化组合以及计算机自动控制、细胞固定化、高效光生物反应器等高新技术的应用都是其进一步发展的关键。相信随着环境科学及生物工程的不断进步，人类定能更好地利用废弃资源，变废为宝将不再仅是一个梦想。参考文献： 1尹金标.单细胞蛋白的应用及其开发前景J.潍坊学院学报，2009(7). 2梁新红，常景玲.作物秸秆生产单细胞蛋白的研究概况J.山西食品工业， 2003(3):5-9. 3秦麟源，“废水生物处理”，同济大学出版社，上海:1998. 4魏东，“糖蜜发酵废水中螺废藻生长特性的研究”，华南理工大学博士论文，1997. 5李志勇，郭祀远，李琳.利用废弃资源发展单细胞蛋白产业J.四川环境，1998:49- 51 6黑亮，杨清香，杨敏，等.利用酵母菌处理高浓度味精废水的连续小试J.环境科 学，2002，23(4):62-66. 7王丹，马玉龙，刘宁普，等.红霉素废液生产单细胞蛋白的发酵条件研究J.环境科 学与技术，2009，32(12):48-51. 8金新梅，金世芳，朱鸿飙等.用连续发酵工艺由味精废液制取单细胞蛋白.微生物学 报，1997，31(3):240-246. 9孙黔云，张灼，黄红武，马丁，陈黎明.工业发酵废液生产单细胞蛋白的研究.云南 大学学报(自然科学版)，1996，18(2):155一157. 10谭新国,张玮,金阳.腐乳废水生物转化单细胞蛋白的研究J.武汉生物工程学院学 报,2006,2(4):203-205. 11刘宁，孙希云，葛长荣.单细胞蛋白概况及其应用的探讨J.农业科技与装备， 2007(6):50-52. 12杨景亮，焦珍，李再兴.柠檬酸废