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基本信息

項目名稱：
添加全細胞脂肪酶制劑的活性污泥法處理餐飲廢水研究
小類：
能源化工
簡介：
本研究首次將經(jīng)過細胞表面展示技術(shù)構(gòu)建得到的高活性解脂耶氏酵母全細胞脂肪酶(菌)制劑直接投于活性污泥中，處理餐飲廢水，省去了脂肪酶應(yīng)用于污水處理的添加預(yù)處理工藝、酶的分離純化和固定化等過程。工藝簡單、穩(wěn)定性高、成本低廉、便于推廣使用，實用性強，并且使用的全細胞脂肪酶制劑同時具有脂肪酶的高效性和產(chǎn)脂肪酶微生物應(yīng)用的便捷性，最適反應(yīng)溫度接近室溫、最適反應(yīng)pH范圍寬、作用底物廣泛、油脂和COD去除率高。
詳細介紹：
本研究首次將經(jīng)過細胞表面展示技術(shù)構(gòu)建得到的高活性解脂耶氏酵母全細胞脂肪酶(菌)制劑直接用于活性污泥中，用于處理餐飲廢水。這不僅省去了脂肪酶應(yīng)用于污水處理的添加預(yù)處理工藝、酶的分離純化和固定化等過程，工藝簡單、具有穩(wěn)定性高、成本低廉、便于推廣使用，實用性強，并且使用的全細胞脂肪酶制劑同時具有脂肪酶的高效性和產(chǎn)脂肪酶微生物應(yīng)用的便捷性，最適反應(yīng)溫度接近室溫、最適反應(yīng)pH范圍寬、作用底物廣泛、油脂和COD去除率高以及穩(wěn)定性好等特點。此外，將生物學(xué)技術(shù)應(yīng)用于活性污泥中微生物的改造，使現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)服務(wù)于污水處理工程，實現(xiàn)了現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)與污水處理工程有機結(jié)合，優(yōu)勢互補，有望大幅度提高污水處理效率，降低處理成本，同時也符合國家“節(jié)能減排、科學(xué)發(fā)展”和構(gòu)建“資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會”的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略方針，具有重要的實際意義。

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  • 添加全細胞脂肪酶制劑的活性污泥法處理餐飲廢水研究

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

本研究將經(jīng)過細胞表面展示技術(shù)構(gòu)建得到的高活性解脂耶氏酵母全細胞脂肪酶(菌)制劑投加到活性污泥中，采用間歇式活性污泥法（SBR）處理餐飲含油脂廢水，分析油脂、化學(xué)需氧量（COD）的去除效率，評價含餐飲廢水處理效果，并初步探討餐飲廢水的高效處理工藝條件。

科學(xué)性、先進性及獨特之處

本研究首次將經(jīng)過細胞表面展示技術(shù)構(gòu)建得到的高活性解脂耶氏酵母全細胞脂肪酶(菌)制劑直接用于活性污泥中處理餐飲廢水，將脂肪酶的高效性和產(chǎn)脂肪酶微生物應(yīng)用的便捷性結(jié)合，生物學(xué)技術(shù)應(yīng)用于活性污泥中微生物的改造，實現(xiàn)了現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)與污水處理工程有機結(jié)合，優(yōu)勢互補，有望大幅度提高污水處理效率，降低處理成本。

應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義

該全細胞脂肪酶（菌）制劑具有最適反應(yīng)溫度接近室溫、最適反應(yīng)pH范圍寬、作用底物廣泛、油脂和COD去除率高以及穩(wěn)定性好等特點，便于推廣使用，實用性強。將其應(yīng)用于餐飲廢水的處理工藝，使現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)服務(wù)于污水處理工程，有利于降低污水處理的能耗、提高污水處理的效率，符合國家“節(jié)能減排、科學(xué)發(fā)展”和構(gòu)建“資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會”的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略方針，具有重要的實際意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

本研究將通過表面展示技術(shù)構(gòu)建得到的解脂耶氏酵母全細胞脂肪酶（菌）制劑投加到活性污泥中，采用SBR反應(yīng)器，進行了餐飲廢水處理實驗研究。以溫度、pH、投加菌種量以及廢水油脂濃度為控制因子，進行了正交實驗，探討了添加酶制劑后油脂和COD的去除效果、工藝的穩(wěn)定性。實驗結(jié)果表明：隨著馴化時間的延續(xù)，絮凝時間縮短，沉降性能良好，污泥沉降比（SV）基本在40%以內(nèi)，污泥容積指數(shù)（SVI）值在40-65之間，污泥濃度（MLSS）最高可達1300mg/L。添加了酶制劑后，油脂和COD的去除率明顯高于酶制劑對照組和空白對照組，且工藝達到穩(wěn)定的時間明顯縮短。其中，pH和溫度是影響油脂和COD去除率的關(guān)鍵因子。在溫度為25℃，pH為7-8，進水油脂濃度為6000mg/L，投加的菌種量為300ml(菌懸液)/1000ml（廢水）的工藝條件下，油脂和COD的去除率分別能達到91.67%和90.67%。可知，將全細胞脂肪酶制劑投加到活性污泥系統(tǒng)中能處理較高濃度的餐飲廢水，廢水的油脂和COD去除率高。

獲獎情況

1. Construction of a whole-cell catalyst displaying a fungal lipase for effective treatment of oily wastewaters，2011，《Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic》(已接收，將于2011年6月刊出)； 2.武漢市高校食堂含油廢水調(diào)查與水質(zhì)研究，2011，《湖北大學(xué)學(xué)報》（審稿中）； 3.團隊于2010年7月參與了“武漢高校食堂油脂廢水調(diào)查”的暑期實踐，并獲得“2010年湖北省暑期社會實踐優(yōu)秀團隊”的稱號，2010 年10月13日武漢晨報A28版、2010年12月29日中國日報網(wǎng)對此進行了報道； 4.團隊全體成員均獲得湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院2010年年度創(chuàng)新工作先進個人稱號。此外，王蕊、羅培元和鄭惠川還獲得2010年湖北大學(xué)創(chuàng)新工作先進個人稱號。

鑒定結(jié)果

本研究成果屬實，具有一定的現(xiàn)實意義和使用價值。

參考文獻

[1]呂文洲,劉英,朱建林.PCR-DGGE用于油脂廢水處理系統(tǒng)中酵母菌群落結(jié)構(gòu)解析.微生物學(xué)通報,2008,35(8):1198-1202. [2]劉以珍,葛剛,吳蘭.固定化解脂耶氏酵母間歇式處理油脂廢水研究.環(huán)境工程學(xué)報,2010,4(3):616-620. [3]韓德軍,潘麗梅.餐飲廢水的微生物降解技術(shù)初步研究.東北師大學(xué)報:自然科學(xué)版,2009,4l(2):182-185． [4]游偲,朱琳,張艷等.含油廢水中一株高效油脂降解菌的篩選和鑒定.生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2010,19(6):1378-1382. [5]Jeganathan J,Bassi A,Nakhla G.Pre-treatment of high oil and greas- epet food industrial wastewaters using immobilized lipase hydrol- yzation.J Hazard Mater,2006,137(1):121-128. [6]J.Jeganathan,G.Nakhla,A.Bassi,Long-term performance of highra- teanaerobic reactors for the treatment of oily waste water, Enviro- n.Sci.Technol. 2006, (40):6466-6472. [7]Jeganathan J,Nakhla G,Bassi A.Hydrolytic pretreatment of oily wa- stewater by immobilized lipase.J Hazard Mater,2007,145(1-2):127 -135. [8]Pendashteh AR,Fakhru'l-Razi A,Chuah TG,Radiah AB,Madaeni SS,Zurina ZA. Biological treatment of produced water in a seque- ncing batch reactor by a consortium of isolated halophilic micror- ganisms.EnvironTechnol,2010,31 (11):1229-1239.

同類課題研究水平概述

脂肪酶應(yīng)用于廢水處理的方面，目前主要集中在降解、轉(zhuǎn)化油脂的產(chǎn)脂肪酶微生物分離鑒定、酶學(xué)性質(zhì)及固定化脂肪酶應(yīng)用的研究。實驗證明，利用活性污泥馴化方法難以實現(xiàn)餐飲廢水中油脂的高效降解，而目前最有效的方法是對具有油脂降解的微生物菌株進行分離、篩選，然后快速培養(yǎng)增殖以便進行工業(yè)應(yīng)用。U.J.J.I-Jah等研究發(fā)現(xiàn)某些酵母菌比細菌有更高的油脂去除率。呂文州等利用酵母菌-SBR法處理油脂堿煉廢水，油脂去除率能夠達到90%以上。吳蘭等利用解脂耶氏酵母酶處理含油廢水，當(dāng)溫度在25℃，pH為6，處理時間在50h，搖床轉(zhuǎn)速200r/min時，可處理油脂的最大負(fù)荷為5000mg/L。利用解脂耶氏酵母酶菌懸液處理含油廢水時，油脂去除率隨油脂濃度的上升而下降，進水油脂濃度在2000mg/L-5000mg/L之間時，去除率在75%-30%之間。可見，將相應(yīng)微生物直接加入活性污泥中，可以省去添加設(shè)備和增加工藝流程的負(fù)擔(dān)，但由于其脂肪酶活性低，酶學(xué)性質(zhì)不佳等原因，油脂去除效率低，污水處理周期延長。若要縮短處理周期，提高去除效率，則需要投加大量的脂肪酶，這將導(dǎo)致處理成本的大幅上升。 固定化脂肪酶也可用于餐飲廢水處理中，具體為，餐飲廢水經(jīng)固定化脂肪酶預(yù)處理后再進入活性污泥處理工藝，以有效地除去廢水中的油脂。加拿大的Jeganathan J等利用固定化假絲酵母脂肪酶，對寵物飼料工業(yè)產(chǎn)生的高濃度油脂污水進行處理，3天時間可以除去約50％的油脂。趙亞乾等采用聚乙烯醇加少量海藻酸鈉的方法對具有較高降解能力的優(yōu)勢菌株進行包埋固定，用于餐飲廢水的處理，與未固定的菌相比固定化后的菌株對油脂廢水的耐受性明顯增加，處理效率明顯提高。但是，在污水進行活性污泥法處理前利用脂肪酶對油脂廢水進行預(yù)處理，不僅需要額外添加相應(yīng)的設(shè)備，增加了污水處理的工藝流程，而且所用的脂肪酶必須經(jīng)過固定化以改善其酶學(xué)性質(zhì)，這些必然使得污水處理的成本大大增加。 本研究將通過表面展示技術(shù)構(gòu)建得到的水解活性高、酶學(xué)性質(zhì)適合于含油污水處理（最適反應(yīng)溫度接近室溫、最適反應(yīng)pH范圍寬、作用底物廣泛、穩(wěn)定性好等）的全細胞脂肪酶（菌）制劑，以產(chǎn)脂肪微生物的形式投加到活性污泥中，處理餐飲廢水，使活性污泥法處理含油廢水的效率得到極大提高。實現(xiàn)了高效脂肪酶與產(chǎn)脂肪酶微生物的優(yōu)勢互補，同時具有產(chǎn)脂肪微生物應(yīng)用的便攜性和脂肪酶應(yīng)用的高效性。
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