假丝酵母处理味精废水

1、假丝酵母处理味精废水郭晨 刘春朝 刘德华 方善康 龚宗富 孙静(中国科学院化工冶金研究所北京 100080 )(山东大学生命科学学院济南 250100)摘 要 利用从味精废水中筛选出的一株高活性假丝酵母y - 10进行味精废水处理.对ph、 温度、 接种量、 装液量、 处理时间等工艺条件进行了研究,确定最佳条件为:ph 5. 4 ,温度30,接种量10 %.在最佳条件下应用新型气升式双向内环流动态反应器培养假丝酵母y- 10处理味精废水,废水cod去除率达95. 1 % ,菌体干重达22. 62 g/ l.关键词 味精废水处理,假丝酵母,气升式双向内环流反应器中图分类号 x7031前 言随着味

2、精工业的发展,排放的废水量日益增多,对环境的污染日趋严重.以 1992 年我国年产34 万吨味精计算,大约产高浓度有机废液(废发酵料液) 680 万吨以上,其化学需氧量( cod) 为50 000 mg/l ,生物需氧量(bod)为25 000 mg/l ,固形物含量(ss) 为4 000 mg/ l ,每年向环境排放有机物的cod 为 34 万吨 ,bod 为 17 万吨 ,ss为 3 万吨 ,加上工厂车间设备地面的清洁水、冷却水等 ,每年还向环境排出大约108吨的低浓度废水,排放的污染负荷是十分惊人的,防治环境污染已成为味精工业面临的突出问题1 . 80 年代以来,许多味精生产企业加强了废

3、水治理的试验研究工作,已取得诸如废液生产饲料酵母,厌氧 、 曝气处理废水等成果,但由于处理效果差,成本高等原因,味精废水一直没有得到很好的治理.利用酵母菌处理味精废水,不仅减轻了废水对环境的污染,又可以为发展畜牧业、 家禽业 、 水产业等提供优质饲料蛋白,变废为宝,具有很好的社会效益和经济效益2 ,3 .本工作筛选出一株能高效利用味精废水中的有机废物快速生长的假丝酵母y - 10 (candi2day- 10) ,从 ph、 温度 、 接种量 、 处理时间等方面对其处理味精废水的工艺条件进行了优化,在最适条件下,利用气升式双向内环流反应器在动态操作下4 进行味精废水的酵母处理,取得了较好的结果

4、,为今后进一步工业化推广奠定了基础.2材料与方法2. 1 菌种热带假丝酵母y - 4(candi da tropicalisy - 4) ,产朊假丝酵母y - 7(candi da utilisy - 7) ,酿酒酵母y - 2(saccharom ycescerevisiaey - 2) ,产朊假丝酵母y - 8( candida utilisy- 8) ,假丝酵母y- 10(从济南味精厂污水排放处分离筛选而来) .2. 2 培养基斜面培养基:麦芽汁固体培养基5 .发酵培养基:济南味精厂离交工段排放的谷氨酸废母液,收稿日期:1997 - 09 - 10 ,修回日期:1997 - 10 - 3

5、1郭晨:女, 28岁,在读博士,分离工程专业第19卷第2期1998年 5月化 工 冶 金engineering chemistry& metallurgyvol119 no12may1998? 1994-2006 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. http:/其 cod、 bod 、 ss浓度 ( mg/ l ) 分别为44 000、 22 000、 4 100 , 总糖 、 还原糖 、 总氮的质量分数( , %) 分别为 1. 3、 0. 4、 0. 9 , ph 1. 7

6、. 调节 ph 至酵母菌最适生长值,不灭菌 .2. 3 分析方法菌体浊度测定:取一定量的发酵液稀释一定倍数,用 721 分光光度计在660 nm 测定 od 值.菌体干重测定:取一定量的发酵液离心后洗涤,105 烘至恒重后称重. cod 的测定用重铬酸钾滴定法5 .3结果与讨论3. 1 菌种筛选由表 1 可见 ,不同的酵母菌株在味精废水中的生长很不相同,有的可以利用味精废液中的物质快速生长,有的生长很慢或几乎不生长.在所有的供试菌中,由济南味精厂排放的污水中分离而来的假丝酵母y - 10(candi day - 10)生长最快,培养 6 h 后 , 菌体干重为8. 69 g/ l , cod

7、去除率为 28. 98 %. 由此确定假丝酵母y - 10 作为处理味精废水的菌株.表 1 不同酵母处理味精废水的结果table 1 treatment results of msg waste water by different yeastsstrainsinoculation size(g/ h)biomass( g/ h)maxium specificgrowth rate (h- 1)cod removal( %)candida y - 107. 858. 690. 01828. 89c. utilis y - 77. 667. 6600. 2c. utilis y - 87. 48

8、7. 520. 00091. 38c. tropicolis y - 47. 777. 850. 00172. 48s.cerevisive y - 29. 106. 160. 00112. 073. 2 假丝酵母y- 10 处理味精废水的工艺条件图 1为 ph 对菌体生长和cod 去除率的影响. 由图可见,菌体生长和cod 去除密切相关.ph 对假丝酵母y - 10 的影响很大,ph 太高或太低都不利于菌体的生长和cod 的去除 ,在 ph= 5. 4 时 ,假丝酵母y - 10 的最大比生长速率m和 cod 去除率均达最大,因此假丝酵母y - 10处理味精废水的最适ph 值为 5. 4.

9、图1ph对 m和cod去除率的影响fig. 1effect of ph onmand cod removal 图2温度对 m和cod去除率的影响fig. 2effect of temperature onmand cod removal图 2为温度对菌体生长和cod 去除率的影响.由图可知,在 28 30 的温度范围内,假丝酵母 y - 10 生长较好,处理效果最佳.低于 28 或高于 30 ,生长均不好,故选择 30 作为处理的最适温度 .1512期郭晨等:假丝酵母处理味精废水? 1994-2006 china academic journal electronic publishing h

10、ouse. all rights reserved. http:/表 2 接种量对 m及 cod 去除率的影响 table 2 effect of inoculation on mand cod removalinoculationvolume( %)25102040m( h- 1)0. 10. 0820. 0930. 0830. 082time to reachm(h)1210744cod removal ( %)1726. 22829. 129 表 2 为接种量对菌体生长和cod去除率的影响 .由表 2 可见 ,加大接种量可以有效地缩短延迟期,使对数期明显提前,同时增加 cod去除率 .但

11、是一味地加大接种量 ,生长效果并不好 ,可能是一些代谢产物也带入发酵罐 ,对新菌体的生长造成影响,而且接种量过大 ,培养种子费工时较多,对实际生产不利 ,选择最适接种量为10%.图 3 为装液量对菌体生长和cod 去除率的影响. 由图可见,装液量越少,溶氧条件越好,菌体的生长越好,cod 去除率越高 .图 4 为培养时间对菌体生长和cod 去除率的影响. 由图可知,培养时间为20 h 时 ,可获得最大的生物量,而 cod 去除率在22 h 达最大 ,摇瓶中最佳处理时间为22 h.图3装液量对m和cod去除率的影响fig. 3effect of medium volumes onmandcod

12、removal图4 摇瓶处理味精废水的分批发酵结果fig. 4resultsof batchfermentation for treatingmonosodium glutamatewastewater in flasks图5气升式双向内环流生物反应器示意图fig. 5sketch of a dynamic two - directionloop air - lift bioreactor图6气升式双向内环流生物反应器处理味精废水的结果fig. 6resultsof treatment of msg waste waterin a dynamic two - direction loop ai

13、rliftbioreactor3. 3 应用气升式双向内环流动态生物反应器处理味精废水气升式双向内环流动态反应器体积15 l ,装液量 12 l ,反应器示意图如图5 所示 ,该反应器251化 工冶金19卷? 1994-2006 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. http:/内装有不锈钢导流筒,底部有一个中心气升喷嘴和三个互成120 角的环隙气升喷嘴.气流的交替由微机控制电磁阀的开关来实现,在一定时间内控制中心气升喷嘴的电磁阀开启,在另一段时间内控制环隙喷嘴的电磁阀开启而进行动态操作

14、.利用气升式双向内环流动态生物反应器处理味精废水的结果见图6. 动态培养的最大比生长速率为0. 248 h- 1,培养至 16 h ,菌体干重达最大值 22. 62 g/ l ,培养至 18 h , cod 由 44 000 mg/l 降至 2 200 mg/ l ,降低了 95. 1 %. cod 随着假丝酵母y - 10 的生长逐渐降低,菌体生长快时,cod 的降低也加快. 在 214 h,菌体的生长和cod 的去除都达到较高的速度,比生长速率均维持在一个较高的水平,说明动态反应器有利于菌体的生长,因而也有利于味精废水的去除. 应用动态气升式反应器处理味精废水,处理时间由22 h 缩短至

15、18 h,cod 去除率由 79. 9 %增加至 95. 1 % ,并且可以获得菌体干重22. 62 g/l.4结 论从味精废水中筛选到一株高活性假丝酵母y - 10 进行味精废水处理,对处理过程中的工艺条件进行了研究,获得了优化的处理条件.在优化的处理条件下,利用气升式双向内环流生物反应器在动态条件下处理味精废水,该反应器采用中心和环隙周期性通气的振荡操作,使处理效果明显提高,优于摇瓶培养.参考文献1于信今.味精工业手册.北京:中国轻工业出版社, 19932金新梅.用连续发酵工艺由味精废液制取单细胞蛋白.微生物学报,1991 , 31 (3) : 240 - 2463hsu yiao. si

16、ngle - cell protein from waste water of monosodium g lutamate manufacture.processbiochemistry , 1988 , 12 :176 - 1774刘德华.动态生化反应器的流体力学行为及溶氧传质特性研究.清华大学博士论文, 19905白毓谦,方善康,高东等.微生物实验技术.济南:山东大学出版社, 1987.506中国环境科学出版社.中国环境保护法规汇编.北京:中国环境科学出版社, 1985treatmentof monosodiumgl utamatewastewaterbycanadidayeast( y

17、- 10)guo chen l iu chunzhaol iu dehua( inst.chem.metall.,chinese academy of sciences, beijing100080 , china )fan g shankanggong zongfusun jing(state lab.microbio.technol.shandong univ., jinan 250100 , china)abstractmonosodiumglutamate(msg ) waste water was treated bycandiday - 10 selectedfrom the wa

18、ster water.the behavior of msg waste water treatmentb y candiday - 10 in differentculture conditionswas studied and the optimumtreatmentconditionswere obtained : p h = 5. 4 ,treatmenttemperature30and inoculationrate 10 %. a dynamic air2lift two2direction loop bioreac2tor was used to treat msg waste water under the optimumtreatmentco