專利名稱：利用酵母廢水和啤酒廢水生產(chǎn)的微生物絮凝劑及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境工程廢水處理及資源化領(lǐng)域。涉及到微生物絮凝劑的發(fā)酵生產(chǎn)。具體是利用酵母廢水、啤酒廢水做培養(yǎng)基發(fā)酵生產(chǎn)微生物絮凝劑。
背景技術(shù)：
絮凝劑廣泛應(yīng)用于給水、エ業(yè)廢水、城市污水及污泥脫水、發(fā)酵エ業(yè)后處理、食品エ業(yè)等領(lǐng)域中。絮凝劑主要有無機(jī)絮凝劑、人工合成有機(jī)高分子絮凝劑和天然高分子絮凝劑等三大類。鐵鹽、鋁鹽等無機(jī)絮凝劑，成本低，效果好，但易造成二次污染，并產(chǎn)生大量的含鐵、鋁污泥，處理處置難度大。此外，鐵鹽通常還有一定腐蝕性，而且容易殘留鐵離子，使被處理液帶有顏色，影響水質(zhì)。鋁鹽的攝入與目前日益增多的老年性癡呆癥的引發(fā)有直接關(guān)系。有機(jī)合成高分子絮凝劑，如聚丙烯酰胺等本身沒有毒性，但其難于降解、易造成二次污 染，単體丙烯酰胺的殘留也是ー個(gè)令人十分擔(dān)憂的問題，這類高聚物的殘余単體具有“三致”效應(yīng)(致畸、致癌、致突變)，許多國(guó)家已禁止或限量使用此類絮凝劑。天然高分子絮凝劑往往需要進(jìn)行化學(xué)改性，其效能不如合成高分子絮凝劑理想，在研究和應(yīng)用上有較大的局限。因此當(dāng)前亟待研究開發(fā)高效、無毒、無二次污染、經(jīng)濟(jì)適用的絮凝劑。微生物絮凝劑是ー類由微生物產(chǎn)生的有絮凝活性的次生代謝產(chǎn)物，如糖蛋白、粘多糖、蛋白質(zhì)、纖維素和DNA等，是天然生物高分子絮凝劑的重要種類。微生物絮凝劑具有以下幾大特點(diǎn)(I)無毒無害，安全性高。經(jīng)小白鼠安全性試驗(yàn)證明，微生物絮凝劑能用于食品、醫(yī)藥等行業(yè)的發(fā)酵后處理。(2)易被微生物降解，無二次污染。(3)對(duì)多種廢水有絮凝效果，脫色效果獨(dú)特。(4)某些微生物絮凝劑的pH和熱穩(wěn)定性好、用量小。由于微生物絮凝劑具有微生物的某些特性，同時(shí)也具有天然有機(jī)高分子絮凝劑的特性，可以克服無機(jī)和有機(jī)高分子絮凝劑所固有的缺陷，最終實(shí)現(xiàn)處理后水的無污染排放，因而微生物絮凝劑的研究正成為當(dāng)今世界絮凝劑研究的熱點(diǎn)與新的發(fā)展方向。現(xiàn)在制約微生物絮凝劑エ業(yè)化生產(chǎn)的主要問題在于生產(chǎn)成本太高。目前大多微生物絮凝劑發(fā)酵培養(yǎng)基碳源用葡萄糖l(T20g/L，氮源用酵母膏(0. 5g/L)、脲(0. 5g/L)蛋白胨(I. Og/L)或硫酸銨等復(fù)合物，這些價(jià)格較貴的試劑使絮凝劑價(jià)格高居不下，利用微生物絮凝劑處理廢水，投加費(fèi)用在1.5元/噸水以上，而無機(jī)絮凝劑的費(fèi)用僅為0. ro. 3元/噸水，因此盡管微生物絮凝劑為綠色水處理劑，安全無毒，但不具備價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，得不到大規(guī)模生產(chǎn)和使用。針對(duì)此問題，研究者試圖利用廢水做培養(yǎng)基來降低成本，如馬放、朱艷彬等利用谷氨酸發(fā)酵廢水制取微生物絮凝劑(申請(qǐng)?zhí)?00610010368. I )，聶麥茜、和玲等利用淀粉廢水做碳源發(fā)酵生產(chǎn)絮凝劑(申請(qǐng)?zhí)?00810017351. 8)。但這些培養(yǎng)基仍以人工營(yíng)養(yǎng)成分為主，廢水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)為輔。廢水主要提供碳源或氮源中的ー種，而生長(zhǎng)因子等其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)需人工添加，成本降低幅度有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種生產(chǎn)微生物絮凝劑的方法，其充分利用發(fā)酵廢水中豐富的氮源、生長(zhǎng)因子與啤酒廢水中豐富的碳源，將兩者混合作為產(chǎn)絮煙曲霉原變種培養(yǎng)基，僅需添加一定量的磷酸鹽便可以獲得較高的微生物絮凝劑產(chǎn)率。利用酵母廢水和啤酒廢水生產(chǎn)微生物絮凝劑的方法，將酵母廢水和啤酒廢水混合，并添加磷酸鹽，得到混合廢水培養(yǎng)基，在該混合廢水培養(yǎng)基中接種煙曲霉原變種(Aspergillus fumigatus),發(fā)酵生產(chǎn)微生物絮凝劑。

優(yōu)選地，通過控制酵母廢水和啤酒廢水的比例使混合廢水培養(yǎng)基中總糖濃度為4 12g/L，碳氮比為1:8 1:12。優(yōu)選地，所述磷酸鹽為磷酸ニ氫鉀和磷酸氫ニ鉀。優(yōu)選地，所述磷酸ニ氫鉀的添加量為I. (T3. Og/L,磷酸氫ニ鉀的添加量為
2.0 6. Og/L。優(yōu)選地，所述培養(yǎng)基pH值控制在6. (T7. O。優(yōu)選地，所述發(fā)酵時(shí)間為5 7d，發(fā)酵溫為度28° (T32° C，發(fā)酵時(shí)攪拌速度為120 180r/min。優(yōu)選地，所述煙曲霉原變種為煙曲霉原變種(Aspergillus fumigatus)HHE_A8,由中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心保藏，其簡(jiǎn)稱為CCTCC，保藏編號(hào)為CCTCC N0:M2012081，保藏日期為2012年3月14日。本發(fā)明所使用的菌種煙曲霉(Aspergillus fumigatus) HHE-A8,由本實(shí)驗(yàn)室從污泥中分離得到。該菌主要特征為其特征為菌落在察氏瓊脂上生長(zhǎng)迅速，25°C培養(yǎng)8天菌落直徑為5(T56mm，中心稍凸起，有少量輻射狀皺紋質(zhì)地絨毛；分生孢子結(jié)構(gòu)大量，中部多邊緣少，帶灰的橄欖色，無滲出液；菌落反面黃褐色。分生孢子頭球形；頂囊燒瓶狀，直徑2(T30 u m,約3/4表面具有不同程度的緑色；產(chǎn)孢結(jié)構(gòu)單層，瓶梗5 8X2 2. 5 y m，近于平行；分生孢子球形，直徑2. 5^3 u m。菌落在PDA上生長(zhǎng)更快，25°C培養(yǎng)8天菌落直徑為7(T80mm，平坦，質(zhì)地絲絨狀，具有大量分生孢子結(jié)構(gòu)，百合綠；無滲出液，菌落反面淺黃色。優(yōu)選地，所述啤酒廢水總糖濃度為10(T200g/L，總氮濃度50(T2000mg/L ;發(fā)酵廢水總糖濃度為l(T20g/L，總氮濃度為250(T3500mg/L。優(yōu)選地，所述發(fā)酵生產(chǎn)微生物絮凝劑的具體步驟如下I)在已滅菌的液體培養(yǎng)基中，接入已活化的煙曲霉原變種(Aspergillusfumigatus) HHE-A8的孢子,并在溫度30°C下?lián)u床培養(yǎng)2h,得到種子液；2)取上述種子液接入滅菌后的混合廢水培養(yǎng)基中進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)；3)培養(yǎng)結(jié)束后進(jìn)行過濾，得到濾液即為微生物絮凝劑。優(yōu)選地，步驟I)所述的液體培養(yǎng)基為20g/L的葡萄糖，0. 5g/L的脲，0. 5g/L的酵母浸膏，0. 2g/L 的(NH4)2SO4jO. lg/L 的 NaCl，5g/L 的 K2HPO4, 2g/L 的 KH2PO4, pH=6. O。所述微生物絮凝劑與氯化鈣、聚合氯化鋁等無機(jī)絮凝劑復(fù)配使用，可用于處理市政污水、エ業(yè)污水等多種廢水。
霉菌體內(nèi)所含元素組成可簡(jiǎn)寫為C12H18O7N，微生物生長(zhǎng)所需的六大營(yíng)養(yǎng)要素(碳源、氮源、能源、生長(zhǎng)因子、無機(jī)鹽和水)中，除水外，碳源、氮源的需求量相對(duì)較大，特別是碳源的需要量大，并且普通培養(yǎng)基中的碳源、氮源的成本高。發(fā)酵廢水、啤酒廢水均屬于食品エ業(yè)廢水,兩種廢水的可生化性較好,便于煙曲霉原變種吸收利用；營(yíng)養(yǎng)成分豐富，幾乎能提供煙曲霉原變種自身代謝所需的全部營(yíng)養(yǎng)成分，并且兩種廢水提供不同的營(yíng)養(yǎng)成分，發(fā)酵廢水中氮源含量高，碳源含量低，用其做氮源，不僅提供了充足的氮元素，其中含有的絡(luò)蛋白氨基酸、絡(luò)蛋白、丙氨酸和谷氨酸等生長(zhǎng)因子對(duì)產(chǎn)絮菌的生產(chǎn)發(fā)育及絮凝劑的分泌合成均有良好的促進(jìn)作用。而啤酒廢水中碳源含量豐富，氮源含量低，用其做碳源，產(chǎn)絮菌利用效率高，絮凝劑產(chǎn)量高。兩者混合實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)成分互ネト，達(dá)到協(xié)同增效的效果，產(chǎn)生大量微生物絮凝劑的同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了污染物的降解，真正實(shí)現(xiàn)了變廢為寶。由于不需添加碳源、氮源、生長(zhǎng)因子等人工營(yíng)養(yǎng)成分，成本大為降低。另外在實(shí)際培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)，盡管磷不是微生物生長(zhǎng)的必需元素，但磷酸鹽對(duì)絮凝劑產(chǎn)量有著關(guān)鍵的影響，不加磷酸鹽產(chǎn)絮菌生長(zhǎng)發(fā)育良好，發(fā)酵液中菌體質(zhì)量較大，但是幾乎不產(chǎn)絮凝劑，絮凝效果很差；加入磷酸鹽后產(chǎn)絮菌菌體質(zhì)量沒有明顯的提高，但是絮凝劑產(chǎn)量明顯提高，發(fā)酵液絮凝效果較人工培養(yǎng)基還要好。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)在于(I)降低生產(chǎn)成本按照大多文獻(xiàn)中使用的培養(yǎng)基，每噸液體絮凝劑粗品成本約為11(T150元，其中，碳源費(fèi)用約占總成本的2/3，酵母膏及氮源費(fèi)用約占總成本的1/4。本發(fā)明采用酵母、啤酒廢水做培養(yǎng)基不需外加碳源、氮源僅需添加少量的磷酸鹽做磷源，使微生物絮凝劑生產(chǎn)成本大為降低。(2)絮凝效果好利用混合廢水培養(yǎng)基生產(chǎn)得到的微生物絮凝劑產(chǎn)率高，絮凝效果好，廢水培養(yǎng)基發(fā)酵液與氯化鈣復(fù)配處理高嶺土懸濁液，懸濁液濁度由110NTU降至13NTU，而采用昂貴人 エ培養(yǎng)基的發(fā)酵液與氯化鈣復(fù)配使用濁度只能降到23NTU。(3)變廢為寶，廢水實(shí)現(xiàn)資源化利用利用混合廢水培養(yǎng)基生產(chǎn)微生物絮凝劑，充分利用了廢水中的碳源、氮源等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在得到絮凝劑的同時(shí)又降解了啤酒廢水、酵母廢水中的C0D&、總氮等高濃度污染物，真正實(shí)現(xiàn)了變廢為寶，廢水得到資源化利用。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步具體詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，對(duì)于未特別注明的エ藝參數(shù)，可參照常規(guī)技術(shù)進(jìn)行。I、混合廢水培養(yǎng)基的配制方法啤酒廢水的性質(zhì) CODcr濃度為100000mg/L 250000mg/L、總糖濃度為100 200g/L，總氮濃度為500 2000mg/L，總磷濃度為(Tl. 0g/L, pH 值 3. 0 6. O。發(fā)酵廢水的性質(zhì)CODcr 濃度為 2000(T80000mg/L、總糖濃度為 5 20g/L，總氮濃度為 2500 3500mg/L，總磷濃度為(Tl- Og/L, pH值4. 0 6. O?；旌蠌U水培養(yǎng)基配制混合廢水培養(yǎng)基中總糖濃度在ri2g/L，C/N為1:8 1:12，根據(jù)廢水的性質(zhì)計(jì)算出兩種廢水的混合比及稀釋倍數(shù)。根據(jù)計(jì)算出的配比，將兩種廢水混合并稀釋，稀釋后向混合廢水中加入磷酸ニ氫鉀I. (T3. Og/L，磷酸氫ニ鉀2. (T6. Og/L，利用鹽酸(0. lmol/L)和氫氧化鈉(0. lmol/L)調(diào)節(jié)混合廢水pH值至6. (T7. 0.將培養(yǎng)基在121°C下高溫滅菌20min，冷卻至室溫，得到混合廢水培養(yǎng)基。2、種子液培養(yǎng)種子液培養(yǎng)基成分葡萄糖(20g/L)，脲(0. 5g/L)，酵母浸膏(0. 5g/L)，(NH4)2SO4(0. 2g/L)，NaCl (0. lg/L), K2HPO4 (5g/L)，KH2PO4 (2g/L)，pH 值 6. 0。按上述配比得到液體培養(yǎng)基，將液體培養(yǎng)基在121°C下高溫滅菌20min，冷卻至室溫，取IOOml液體培養(yǎng)基，接入 已活化的微生物絮凝劑產(chǎn)生菌煙曲霉(Aspergillus fumigatus)的孢子,并在溫度30°C下?lián)u床培養(yǎng)2h，得到種子液。3、混合廢水培養(yǎng)產(chǎn)絮煙曲霉原變種(I)取上述種子液0. 2^0. 5ml接入IOOml滅菌后的混合廢水培養(yǎng)基中(2)混合廢水培養(yǎng)基在恒溫?fù)u床內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，控制培養(yǎng)溫度在28°C 32°C，搖床轉(zhuǎn)速控制在 120r/min 180r/min。(3)培養(yǎng)時(shí)間控制在5 7d。(4)培養(yǎng)結(jié)束后將培養(yǎng)基以四層脫脂棉紗布進(jìn)行過濾，得到濾液即為煙曲霉原變種產(chǎn)微生物絮凝劑。實(shí)施例I生產(chǎn)微生物絮凝劑的方法( I)廢水水質(zhì)一種啤酒廢水總糖濃度為196. lg/L, CODcr濃度為250432mg/L，總氮濃度為1796. 8mg/L,總磷濃度為0. 44g/L。一種發(fā)酵廢水總糖濃度為19. 85g/L，CODcr濃度為71194mg/L,總氮濃度為3263. 3mg/L,總磷濃度為0. 66g/L。(2)混合廢水培養(yǎng)基控制混合廢水培養(yǎng)基中總糖濃度為4g/L，C/N為1:12，計(jì)算后需啤酒廢水I. 60ml、發(fā)酵廢水4. 38ml，將兩種廢水混合后稀釋至100ml，加入為0. 2g磷酸ニ氫鉀，0. 5g磷酸氫ニ鉀溶解，利用HCl、Na0H調(diào)節(jié)廢水pH值至6.0，然后將廢水在121 °C高溫滅菌20min，得到廉價(jià)的混合廢水培養(yǎng)基。液體培養(yǎng)基(即種子液培養(yǎng)基)葡萄糖(20g/L)，脲(0.5g/L)，酵母浸膏(0. 5g/L)，(NH4)2SO4 (0. 2g/L)，NaCl(0. lg/L), K2HPO4 (5g/L), KH2PO4 (2g/L)，pH 值 6. 0。按上述配比得到液體培養(yǎng)基。(3)培養(yǎng)過程將液體培養(yǎng)基在121°C下高溫滅菌20min，冷卻至室溫，取IOOml液體培養(yǎng)基，接入已活化的微生物絮凝劑產(chǎn)生菌煙曲霉原變種(Aspergillus fumigatus) HHE-A8的孢子,并在溫度30°C下?lián)u床培養(yǎng)2h，得到種子液。接種0. 2ml種子液至混合廢水培養(yǎng)基，培養(yǎng)溫度為30°C，搖床轉(zhuǎn)速150r/min，培養(yǎng)時(shí)間為5d。結(jié)束后直接取發(fā)酵液作為微生物絮凝劑。(4)微生物絮凝劑的使用方法處理高嶺土懸濁液(a)高嶺土懸濁液濁度為110NTU，且主要為細(xì)小絮體，較難沉降，首先快速攪拌IL懸濁液(150rpm)，30s后加入IOml lmol/LCaCl2,繼續(xù)攪拌30s加入5. Oml微生物絮凝劑，繼續(xù)快速攪拌2min后，轉(zhuǎn)為慢速攪拌(50rpm)，20min后停止攪拌，靜置IOmin取上層清液測(cè)試濁度，處理后懸濁液濁度可降至13. 3NTU，絮凝率達(dá)到87. 9%，同等情況下，采用人工培養(yǎng)基培養(yǎng)的微生物絮凝劑，濁度最低只能降到18. 7，絮凝率僅為83%。(b)高嶺土懸濁液水質(zhì)、攪拌程序同上。投藥量為5. Oml微生物絮凝劑(發(fā)酵液)與5ml ImoVLCaCl2,處理后懸濁液濁度可降至18. 3NTU,絮凝率達(dá)到83. 4%，同等情況下，采用人工培養(yǎng)基培養(yǎng)的微生物絮凝劑，濁度最低只能降到23. 7NTU，絮凝率為78. 5%。
(C)高嶺土懸濁液水質(zhì)、攪拌程序同上。投藥量為10. Oml微生物絮凝劑(發(fā)酵液)與5ml lmol/L CaCl2，處理后懸濁液濁度可降至15. 3NTU，絮凝率達(dá)到86. 1%，同等情況下，采用人工培養(yǎng)基的微生物絮凝劑，濁度最低只能降到19. 7NTU，絮凝率為82. 1%。實(shí)施例2本實(shí)施例與實(shí)施例I的不同之處在于混合廢水培養(yǎng)基中C/N為1:8。制得的微生物絮凝劑按方法(a)處理高嶺土懸濁液，濁度去除效率達(dá)到75%。實(shí)施例3本實(shí)施例與實(shí)施例I的不同之處在于混合廢水培養(yǎng)基中總糖濃度為12g/L，C/N為1:8,磷酸ニ氫鉀濃度為I. Og/L。制得的微生物絮凝劑按方法(a)處理高嶺土懸濁液，濁度去除效率達(dá)到76%。實(shí)施例4本實(shí)施例與實(shí)施例I的不同之處在于混合廢水培養(yǎng)基中總糖濃度為12g/L，磷酸氫ニ鉀濃度為3. Og/L。制得的微生物絮凝劑按方法(a)處理高嶺土懸濁液，濁度去除效率達(dá)到71%。
權(quán)利要求
1.利用酵母廢水和啤酒廢水生產(chǎn)微生物絮凝劑的方法，其特征是將酵母廢水和啤酒廢水混合，并添加磷酸鹽，得到混合廢水培養(yǎng)基，在該混合廢水培養(yǎng)基中接種煙曲霉原變種(Aspergillus fumigatus),發(fā)酵生產(chǎn)微生物絮凝劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是通過控制酵母廢水和啤酒廢水的比例使混合廢水培養(yǎng)基中總糖濃度為4 12g/L，碳氮比為1:8 1:12。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述磷酸鹽為磷酸ニ氫鉀和磷酸氫ニ鉀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是所述磷酸ニ氫鉀的添加量為I.(T3. Og/L，磷酸氫ニ鉀的添加量為2. (T6. Og/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3或4所述的方法，其特征是所述混合廢水培養(yǎng)基pH值控制在6.0 7.0，所述發(fā)酵時(shí)間為5 7d，發(fā)酵溫為度28° (T32° C，發(fā)酵時(shí)攪拌速度為120 180r/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3或4所述的方法，其特征是所述煙曲霉原變種為煙曲霉原變種(Aspergi I Ius fumigatus )HHE_A8 ,由中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心保藏，其簡(jiǎn)稱為CCTCC,保藏編號(hào)為CCTCC N0:M2012081，保藏日期為2012年3月14日。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3或4所述的方法，其特征是所述啤酒廢水總糖濃度為10(T200g/L，總氮濃度50(T2000mg/L ;發(fā)酵廢水總糖濃度為l(T20g/L，總氮濃度為250(T3500mg/L。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3或4所述的方法，其特征是所述發(fā)酵生產(chǎn)微生物絮凝劑的具體步驟如下 1)在已滅菌的液體培養(yǎng)基中，接入已活化的煙曲霉原變種(Aspergillusfumigatus)HHE-A8的孢子，并在溫度30°C下?lián)u床培養(yǎng)2h，得到種子液； 2)取上述種子液接入滅菌后的混合廢水培養(yǎng)基中進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)； 3)培養(yǎng)結(jié)束后進(jìn)行過濾，得到濾液即為微生物絮凝劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征是步驟I)所述的液體培養(yǎng)基為20g/L的葡萄糖，0. 5g/L 的脲，0. 5g/L 的酵母浸膏，0. 2g/L 的(NH4)2SO4jO. lg/L 的 NaCl，5g/L 的 K2HPO4,2g/L 的 KH2PO4, pH=6. O。
10.ー種微生物絮凝劑，其特征是該絮凝劑是由權(quán)利要求I、任意ー項(xiàng)方法制備的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用酵母廢水和啤酒廢水生產(chǎn)的微生物絮凝劑及方法，即將酵母廢水和啤酒廢水混合，并添加磷酸鹽，得到混合廢水培養(yǎng)基，在該混合廢水培養(yǎng)基中接種煙曲霉原變種(Aspergillus fumigatus)，發(fā)酵生產(chǎn)微生物絮凝劑。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)降低生產(chǎn)成本；(2)絮凝效果好；(3)變廢為寶，廢水實(shí)現(xiàn)資源化利用。
文檔編號(hào)C12P1/02GK102776239SQ201210258988
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月25日
發(fā)明者于琪, 胡勇有 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)