利用酒精压滤废液生产微生物蛋白

课程设计——利用酒精压滤废液生产微生物蛋白今有长江边某酒精厂生产中产生了大量的酒精压滤废液，欲用该废水生产微生物蛋白，一方面使废水达到排放标准，另一方面增加效益，需设计一个切实可行的方案来处理发酵废液。菌种选择相信最早使用螺旋藻作为食物的是在十六世纪墨西哥的阿兹特克人，根据荷南·科尔蒂斯的士兵的描述，当时他们从德斯科科湖采摘螺旋藻及作为薄饼售卖。阿兹特克人称呼它为“特脆特拉脱儿”，意思是石头的排泄物。螺旋藻于1960年代由法国科学家所发现，但却未有显示作为食物之用。第一台大型生产螺旋藻的机器就是于1970年代在那儿建立的。螺旋藻在查德有着很久远的历史，最早要追溯至九世纪的卡内姆－博尔努帝国。它们今日仍然会被食用，烘干成为叫作“Dihé”的薄饼，用来制作清汤之用，且会在市集上出售。螺旋藻是从像查德湖中采集的。1.1螺旋藻含丰富的蛋白质，高达60-70%，比一般概念上的食品营养丰富，比大豆、牛肉、鸡蛋等也高出数倍。蛋白质是维持生命的基本元素。2.螺旋藻含丰富的β胡萝卜素，为胡萝卜的15倍，为菠菜的40-60倍。1.3.螺旋藻含丰富的维生素B1,B2,B5,B6,B11,B12,C,E。B族维生素种类繁多，而且各具特殊的生理功能，缺乏其中的任何一种都可能导致疾病。1.4螺旋藻含多种人体必需的微量元素，钙、镁、钠、钾、磷、碘、硒、铁、铜、锌等，缺铁会导致贫血，缺锌会导致发育不良；硒能激活DNA修复酶，刺激免疫球蛋白及抗体的产生，捕获自由基，降低或抵抗体内某些金属的毒性，抑制一些致癌物质的致癌作用。硒还能防止高山病。1.5.螺旋藻中所含的叶绿素A,有其独特的造血净血功能。螺旋藻的安全性和高消化吸收率：1980年，钱莫罗（Chamorro）博士发表了长达6万字的研究报告，证明食用螺旋藻安全无毒，中华人民共和国卫生部及美国食品药品管理局（FDA）认证螺旋藻完全无毒副作用，是最安全的保健品。螺旋藻的细胞壁很薄，厚度只有40-60μm,而且是由肽葡聚糖构成的，极易被降解，消化吸收率达95%1.6.螺旋藻中含很高的γ亚麻酸，有促进钙吸收、提高免疫力、防止代谢紊乱和防止衰老的功能。γ亚麻酸是前列腺素的前体，在加氧酶的作用下变为前列腺素，前列腺素对生殖，心血管、呼吸、消化及神经系统均有作用。1.7.螺旋藻中的多糖，有抗辐射的功能，并通过增强机体免疫力，间接抑制癌细胞的增生。另外螺旋藻多糖能提高血浆中的SOD的活性，减少脂质过氧化物的生成，有抗衰老的作用。营养分析：螺旋藻是目前地球上人类已知的营养成分最丰富、均衡的生物，科学检测表明：1克螺旋藻粉的营养含量相当于1000克各种蔬菜水果营养的总和。螺旋藻蛋白质含量高达65%-71%，且蛋白质的氨基酸组成与人血蛋白相似，极易被人体吸收。螺旋藻同时富含各种维生素、微量元素、藻多糖、藻蓝素、亚麻酸、类胰岛素等多种生物活性物质，这些有效成分在一定的条件下有降低胆固醇、解肾毒、提高人体的免疫机能，促进前列腺素合成、抑癌防癌、加速创口愈合等多种药用和保健功能。但不能代替药品治疗疾病。每100克螺旋藻营养成分一般成份蛋白质50—75g碳水化合物10—30g脂肪2—6g纤维0.5—1.5g碳水化合物10—30g天然色素类叶绿素800—1200mg类胡萝卜素200—600mg藻蓝类3000—6000mg天然矿物质钙25—200mg铁15—200mg锌3—10mg镁200—600mg锗2—4µg硒5—20µg天然维生素β—胡萝卜素100—200mg维生素B1100—300µg维生素B23—10mg维生素B6100—300µg维生素B121—3µg维生素C10—80mg维生素E2—10mg尼克酸4—30mg叶酸50—100µg泛酸0.5—1.5mg其它γ—亚麻酸0.5—1.6g螺旋藻多糖2—6g二十二碳六烯酸0.2—1g超氧化歧化酶活性10—37.5万单位辅酶Q10活性5—20万单位螺旋藻已成为世界性保健食品，近年来又受到医学界广泛重视，被视为一种理想营养源和潜在的"药源"。由此可见，螺旋藻具有相当高的应用价值。为在长江边建设一利用酒精压滤废液生产螺旋藻的工厂，因为要在长江边即南方用高盐废水养殖，盐泽螺旋藻是适应高温、盐水和海水生殖的藻种，所以我们选择盐泽螺旋藻。2.原料预处理2.1冷却酒精废液出来的温度达到了100℃，这个温度不论是对排放环境、絮凝处理（适宜温度40℃），还是后期的产朊假丝酵母（适合生长温度为20-30℃）的发酵生产都是不利的，所以要将废水通过冷凝塔降低废水的温度，先使其达到40℃进行废液的絮凝处理。2.2固形物、悬浮物去除及暴晒处理由于原废液中的pH为4.1，偏酸性，不适合螺旋藻生长，而且还含有较多的固形物和悬浮物，对发酵和后期菌体分离不利，所以要对原料进行预处理。处理方法是先加入石灰石或大理石来调节pH，然后离心去除沉淀物质。使用石灰石或大理石价格低廉，充分反应后可使溶液pH接近中性而不会过高，而且溶解部分能为螺旋藻生长提供钙元素。pH的提高能使悬浮物凝集而沉淀下来，从而更容易离心除去。3工艺参数3.1pH如上所述，在“二、原料预处理”中的各项都处理完后，为保证培养顺利进行，添加NaOH调整pH至9.0-10.0之间，不能超过10.0。3.2水温培养过程中。水温要保持在25-30℃，不能超过35℃.所以要注意螺旋藻呼吸产热、光照、天气等生物本身和外界环境影响因素的变化，及时采取降温或保温措施。3.3培养时间培养过程中可以定期或不定期打捞已经繁殖得十分繁盛、数目较多的螺旋藻，并留下部分作为种子继续繁殖，直到污水中的营养物质几乎消耗完或者符合排放标准为止。打捞螺旋藻的间隔时间不能超过十天。4.工艺流程上游工艺：摇瓶液体培养活化二级种子罐一级种子罐菌种摇瓶液体培养活化二级种子罐一级种子罐菌种大理石或石灰石中游工艺：大理石或石灰石薄板换热器灭菌离心机调节池废液原料薄板换热器灭菌离心机调节池废液原料接种接种CO2发生器CO2发生器CO2发酵罐开放池循环泵开放池循环泵螺旋藻培养液螺旋藻培养液下游工艺：灭菌干燥洗涤离心灭菌干燥洗涤离心成品藻细胞藻细胞浓缩液培养液成品藻细胞藻细胞浓缩液培养液图片来自迪爱生螺旋藻生产流程示意图作为人类食品添加剂时流程简介：将购得的菌种（斜面保存）通过摇床液体培养基扩大培养活化菌种，然后将活化后的菌种接种到种子罐中（一级、二级）扩大培养使种子液中菌体的浓度达到适合接种的浓度，然后将菌种接种到前述经过预处理后的废液中进行发酵，发酵条件参数按前述条件控制，待发酵进行72小时后，废液的COD、BOD均降低很多，此时可以收获菌种了，再利用发酵扩增投入开放池培养，获取培养液，利用离心机离心获取浓缩液，干燥后包装。设备菌种培育设备：-20℃冰箱，超净工作台一台。种子罐：一级种子罐（夹套换热）、二级种子罐（蛇管换热）发酵：主发酵罐（蛇管换热）及配套设备人工排渣碟片离心机：DHC500型干燥设备：CT-C型系列热风循环烘箱：蒸汽加热50-140℃，最高150℃；常用蒸汽压力0.02-0.8mpa(0.2-8kg/cm2)作为饲料添加剂时所用到的设备基本和作为食品添加剂时的一样，考虑到成本和产品以后的售价可以适当的更改用到的设备，降低成本，可以考虑将使用成本高效率高的膜分离器该成离心机，离心机可以用喷嘴排渣碟片离心机，此离心机处理量大，效率高，可以用于细胞的浓缩，使用成本低，符合用于饲料添加剂级别的工艺流程。喷嘴排渣碟片离心机：JMLDP424型5.产量估测根据氮元素计算，假设转化率为10%,则预计大致产量为300吨6排放测量《地表水环境质量标准基本项目标准限值》（GB3838-2002）单位：mg/LBOD5的测定用国标HJ505-2009稀释和接种法，CODCr的检测用国标GB/T11914-1989。水质标准能排入长江的水应属于Ⅱ类水质标准，所以废水排放标准要保证COD≤15mg/L，BOD5≤3mg/L。螺旋藻培养后，BOD和COD均大幅度降低，但是仍然未达到排放标准，如终端排放废水仍不达标，可以用延时曝气法处理，或者选用过氧化氢、臭氧、氯气、漂白粉、次氯酸钠等氧化剂漂白废水。7.经济效益分析7.1项目建设投资概算表（万元）序号建设内容单位数量单价复价备注一养殖基地建设1061平整土地亩1000.055.0不包含大棚2输变电KW1505.03养殖池及大棚个801.296二设备及工艺设施450中等规模1种子罐（2）及发酵设备套13003002烘干设备套135352收藻设施套1454工艺管道及泵套1505检验设施套15.05.06灭菌设备套11515三土建工程m259.01生产车间m244.02仓库及附属m25.03办公室及附属m210.0四规划、设计及管理费用15.0合计建设费用630备注以上设备及公益设施的报价以及养殖基地建设费用等参考互联网资料，或者根据面积比例或者生产能力比例进行等比例换算得来，土建工程项目进行大致估算7.2运行费用项目单价数量费用（万/年）用水抽取长江水，费用忽略能源材料费用65万元运费原料就近，忽略设备折旧费450*5%=22.5普通员工工资48000元/人15人72管理人员工资84000元/人2人16.8产品包装运输费11