基本信息
- 项目名称：
- 添加全细胞脂肪酶制剂的活性污泥法处理餐饮废水研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本研究首次将经过细胞表面展示技术构建得到的高活性解脂耶氏酵母全细胞脂肪酶(菌)制剂直接投于活性污泥中，处理餐饮废水，省去了脂肪酶应用于污水处理的添加预处理工艺、酶的分离纯化和固定化等过程。工艺简单、稳定性高、成本低廉、便于推广使用，实用性强，并且使用的全细胞脂肪酶制剂同时具有脂肪酶的高效性和产脂肪酶微生物应用的便捷性，最适反应温度接近室温、最适反应pH范围宽、作用底物广泛、油脂和COD去除率高。
- 详细介绍：
- 本研究首次将经过细胞表面展示技术构建得到的高活性解脂耶氏酵母全细胞脂肪酶(菌)制剂直接用于活性污泥中，用于处理餐饮废水。这不仅省去了脂肪酶应用于污水处理的添加预处理工艺、酶的分离纯化和固定化等过程，工艺简单、具有稳定性高、成本低廉、便于推广使用，实用性强，并且使用的全细胞脂肪酶制剂同时具有脂肪酶的高效性和产脂肪酶微生物应用的便捷性，最适反应温度接近室温、最适反应pH范围宽、作用底物广泛、油脂和COD去除率高以及稳定性好等特点。此外，将生物学技术应用于活性污泥中微生物的改造，使现代生物学技术服务于污水处理工程，实现了现代生物学技术与污水处理工程有机结合，优势互补，有望大幅度提高污水处理效率，降低处理成本，同时也符合国家“节能减排、科学发展”和构建“资源节约型和环境友好型社会”的可持续发展战略方针，具有重要的实际意义。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本研究将经过细胞表面展示技术构建得到的高活性解脂耶氏酵母全细胞脂肪酶(菌)制剂投加到活性污泥中，采用间歇式活性污泥法（SBR）处理餐饮含油脂废水，分析油脂、化学需氧量（COD）的去除效率，评价含餐饮废水处理效果，并初步探讨餐饮废水的高效处理工艺条件。
科学性、先进性及独特之处
- 本研究首次将经过细胞表面展示技术构建得到的高活性解脂耶氏酵母全细胞脂肪酶(菌)制剂直接用于活性污泥中处理餐饮废水，将脂肪酶的高效性和产脂肪酶微生物应用的便捷性结合，生物学技术应用于活性污泥中微生物的改造，实现了现代生物学技术与污水处理工程有机结合，优势互补，有望大幅度提高污水处理效率，降低处理成本。
应用价值和现实意义
- 该全细胞脂肪酶（菌）制剂具有最适反应温度接近室温、最适反应pH范围宽、作用底物广泛、油脂和COD去除率高以及稳定性好等特点，便于推广使用，实用性强。将其应用于餐饮废水的处理工艺，使现代生物学技术服务于污水处理工程，有利于降低污水处理的能耗、提高污水处理的效率，符合国家“节能减排、科学发展”和构建“资源节约型和环境友好型社会”的可持续发展战略方针，具有重要的实际意义。
学术论文摘要
- 本研究将通过表面展示技术构建得到的解脂耶氏酵母全细胞脂肪酶（菌）制剂投加到活性污泥中，采用SBR反应器，进行了餐饮废水处理实验研究。以温度、pH、投加菌种量以及废水油脂浓度为控制因子，进行了正交实验，探讨了添加酶制剂后油脂和COD的去除效果、工艺的稳定性。实验结果表明：随着驯化时间的延续，絮凝时间缩短，沉降性能良好，污泥沉降比（SV）基本在40%以内，污泥容积指数（SVI）值在40-65之间，污泥浓度（MLSS）最高可达1300mg/L。添加了酶制剂后，油脂和COD的去除率明显高于酶制剂对照组和空白对照组，且工艺达到稳定的时间明显缩短。其中，pH和温度是影响油脂和COD去除率的关键因子。在温度为25℃，pH为7-8，进水油脂浓度为6000mg/L，投加的菌种量为300ml(菌悬液)/1000ml（废水）的工艺条件下，油脂和COD的去除率分别能达到91.67%和90.67%。可知，将全细胞脂肪酶制剂投加到活性污泥系统中能处理较高浓度的餐饮废水，废水的油脂和COD去除率高。
获奖情况
- 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，将于2011年6月刊出)； 2.武汉市高校食堂含油废水调查与水质研究，2011，《湖北大学学报》（审稿中）； 3.团队于2010年7月参与了“武汉高校食堂油脂废水调查”的暑期实践，并获得“2010年湖北省暑期社会实践优秀团队”的称号，2010 年10月13日武汉晨报A28版、2010年12月29日中国日报网对此进行了报道； 4.团队全体成员均获得湖北大学资源环境学院2010年年度创新工作先进个人称号。此外，王蕊、罗培元和郑惠川还获得2010年湖北大学创新工作先进个人称号。
鉴定结果
- 本研究成果属实，具有一定的现实意义和使用价值。
参考文献
- [1]吕文洲,刘英,朱建林.PCR-DGGE用于油脂废水处理系统中酵母菌群落结构解析.微生物学通报,2008,35(8):1198-1202. [2]刘以珍,葛刚,吴兰.固定化解脂耶氏酵母间歇式处理油脂废水研究.环境工程学报,2010,4(3):616-620. [3]韩德军,潘丽梅.餐饮废水的微生物降解技术初步研究.东北师大学报:自然科学版,2009,4l(2):182-185． [4]游偲,朱琳,张艳等.含油废水中一株高效油脂降解菌的筛选和鉴定.生态环境学报,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.
同类课题研究水平概述
- 脂肪酶应用于废水处理的方面，目前主要集中在降解、转化油脂的产脂肪酶微生物分离鉴定、酶学性质及固定化脂肪酶应用的研究。实验证明，利用活性污泥驯化方法难以实现餐饮废水中油脂的高效降解，而目前最有效的方法是对具有油脂降解的微生物菌株进行分离、筛选，然后快速培养增殖以便进行工业应用。U.J.J.I-Jah等研究发现某些酵母菌比细菌有更高的油脂去除率。吕文州等利用酵母菌-SBR法处理油脂碱炼废水，油脂去除率能够达到90%以上。吴兰等利用解脂耶氏酵母酶处理含油废水，当温度在25℃，pH为6，处理时间在50h，摇床转速200r/min时，可处理油脂的最大负荷为5000mg/L。利用解脂耶氏酵母酶菌悬液处理含油废水时，油脂去除率随油脂浓度的上升而下降，进水油脂浓度在2000mg/L-5000mg/L之间时，去除率在75%-30%之间。可见，将相应微生物直接加入活性污泥中，可以省去添加设备和增加工艺流程的负担，但由于其脂肪酶活性低，酶学性质不佳等原因，油脂去除效率低，污水处理周期延长。若要缩短处理周期，提高去除效率，则需要投加大量的脂肪酶，这将导致处理成本的大幅上升。 固定化脂肪酶也可用于餐饮废水处理中，具体为，餐饮废水经固定化脂肪酶预处理后再进入活性污泥处理工艺，以有效地除去废水中的油脂。加拿大的Jeganathan J等利用固定化假丝酵母脂肪酶，对宠物饲料工业产生的高浓度油脂污水进行处理，3天时间可以除去约50％的油脂。赵亚乾等采用聚乙烯醇加少量海藻酸钠的方法对具有较高降解能力的优势菌株进行包埋固定，用于餐饮废水的处理，与未固定的菌相比固定化后的菌株对油脂废水的耐受性明显增加，处理效率明显提高。但是，在污水进行活性污泥法处理前利用脂肪酶对油脂废水进行预处理，不仅需要额外添加相应的设备，增加了污水处理的工艺流程，而且所用的脂肪酶必须经过固定化以改善其酶学性质，这些必然使得污水处理的成本大大增加。 本研究将通过表面展示技术构建得到的水解活性高、酶学性质适合于含油污水处理（最适反应温度接近室温、最适反应pH范围宽、作用底物广泛、稳定性好等）的全细胞脂肪酶（菌）制剂，以产脂肪微生物的形式投加到活性污泥中，处理餐饮废水，使活性污泥法处理含油废水的效率得到极大提高。实现了高效脂肪酶与产脂肪酶微生物的优势互补，同时具有产脂肪微生物应用的便携性和脂肪酶应用的高效性。
