盐析法和黄孢原毛平革菌处理柑橘罐头废水的研究

摘要

我国是生产柑橘罐头的主要国家之一，在柑橘罐头生产过程中会产生大量的废水，由于柑橘罐头生产废水具有细小果肉类和悬浮性纤维类多、含有难降解的果胶、容易腐烂等特点，致使这类废水很难处理。通过对柑橘罐头生产废水的分析，废水中所含果胶是导致该类废水难处理的最主要原因。目前，混凝-生物法是国内外处理含果胶的有机废水应用最广泛的方法。其中，混凝处理可以去除废水中大部分的果肉和柑橘囊衣，以及一部分果胶等悬浮物，可以减少后续生物处理的负荷。生物处理作为混凝阶段的后续处理，进一步降解废水中的果胶和其他有机污染物，使废水中的COD得以去除。然而，由于果胶具有粘附性，易于粘附在混凝剂的表面，包裹混凝剂，在一定程度上降低混凝剂的混凝效果。另外，混凝沉降的果胶、果肉等也可能粘附于好氧生物处理单元的活性污泥上，使得好氧生物后处理效果仍然不理想，废水无法达标排放。
　　在柑橘罐头生产过程中，果胶主要来源于酸洗废水和碱洗废水，在这两个阶段的废水中，果胶浓度可达3000mg·L-1左右。果胶存在于废水中是很难处理的污染物，然而，成品果胶在制药工业和化妆品行业却是必不可少的原料，我国对果胶的需求量很大，目前仍需大量从国外进口。因此，在处理柑橘罐头生产废水时，可考虑把酸洗和碱洗废水与其他废水分开处理，从中提取有用组分-果胶。
　　因此，本研究采取硫酸铝盐析法从柑橘罐头生产废水中回收果胶，实验研究了盐的种类、pH、盐的用量、盐析温度和盐析时间等不同因素条件下，果胶的回收率。结果表明，硫酸铝是柑橘罐头生产废水回收果胶时最好的盐析剂，硫酸铝的最佳用量为60g·L-1，盐析时废水pH对果胶回收率有很大影响，pH为5时盐析效果最好，所得果胶回收率最高，可达50％左右。此外，盐析时废水的温度和盐析时间均可对果胶回收率产生很大影响，适宜的温度和盐析时间可有效提高果胶的回收率。当废水温度为60℃，盐析时间为60min时，果胶回收率较高，所得果胶成品品质也较好。利用柑橘罐头生产废水回收果胶，具有一定的经济效益，本实验研究结果可为回收果胶的实际工程提供一定的参考价值和指导意义。
　　然而，在利用柑橘罐头生产废水回收果胶时，对回收后的废水没有考虑如何处置，并且，所产生的废水中铝离子含量很高，在处理过程中可能会遇到另一些问题。由于黄孢原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium）具有非特异性降解酶系统，降解底物具有广谱性，能够降解木质素、糖类等高分子聚合物以及多环芳烃类、染料、等许多有机、有毒物质，并能够吸附降解废水中特定的重金属离子。黄孢原毛平革菌被广泛应用于造纸废水、生物制浆以及纸浆的生物漂白等废水处理工程中。因此，本课题考虑用黄孢原毛平革菌直接处理柑橘罐头生产废水。
　　实验研究了菌体接种量、氮源、氮源浓度、温度和pH等不同因素条件下，黄孢原毛平革菌对果胶废水中果胶和COD去除效率的影响。结果表明，接种量为10g·L-1时，黄孢原毛平革菌对果胶和COD的去除率最高，分别为96％和83％。酒石酸铵为黄孢原毛平革菌处理果胶废水的最佳氮源，其最佳浓度为0.8g·L-1，在此条件下，菌体对果胶和COD的去除率分别为96％和84％。废水温度为25～35℃，废水pH值为4～5时，黄孢原毛平革菌对果胶废水中果胶和COD的去除效率分别可达95％及80％以上。黄孢原毛平革菌处理果胶废水的研究结果可为实际废水处理工程技术工艺的设计提供参考价值和指导意义。

目录

封面

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 柑橘罐头生产废水水质特征分析

1．2．1 废水来源

1．2．2 废水水质特征

1．2．3 水质水量

1．3 柑橘罐头生产废水处理现状

1．3．1 废水处理方法

1．3．2 柑橘罐头生产废水处理方法

1．3．3 目前处理工艺运行中存在的问题

1．4 果胶

1．4．1 果胶概述

1．4．2 果胶提取方法

1．4．3 柑橘罐头生产废水回收果胶

1．5 白腐真菌

1．5．1 白腐真菌概述

1．5．2 白腐真菌具有如下培养特性

1．5．3 白腐真菌降解污染物的机理

1．5．4 白腐真菌降解技术的优点

1．6 研究目的和内容

1．6．1 研究目的

1．6．2 研究内容

第2章 盐析法从柑橘罐头生产废水中回收果胶

2．1 实验材料

2．1．1 废水来源与废水水质

2．1．2 主要试剂和实验仪器

2．2 实验方法

2．3 实验创新点

2．4 盐析法提取果胶

2．5 分析方法

2．5．1 果胶质量的测定

2．5．2 pH的测定

2．6 单因素结果与分析

2．6．1 盐的选择

2．6．2 pH对果胶回收率的影响

2．6．3 硫酸铝用量对果胶回收率的影响

2．6．4 盐析温度对果胶回收率的影响

2．6．5 盐析时间对果胶回收率的影响

2．7 正交试验

2．8 本章小结

第3章 黄孢原毛平革菌处理柑橘罐头生产废水

3．1 实验材料

3．1．1 菌种

3．1．2 培养基

3．1．3 主要实验设备和试剂

3．2 实验方法

3．2．1 灭菌方法

3．2．2 黄孢原毛平革菌的保藏

3．2．3 液体培养基扩大培养

3．2．4 菌球重量

3．3 分析方法

3．3．1 果胶的测定

3．3．2 COD的测定

3．3．3 pH的测定

3．3．4 黄孢原毛平革菌分解果胶产物的分析

3．4 结果与分析

3．4．1 接种量对黄孢原毛平革菌去除废水中果胶和COD的影响

3．4．2 氮源对黄孢原毛平革菌去除废水中果胶和COD的影响

3．4．3 氮源浓度对黄孢原毛平革菌去除废水中果胶和COD的影响

3．4．4 温度对黄孢原毛平革菌去除废水中果胶和COD的影响

3．4．5 pH对黄孢原毛平革菌去除废水中果胶和COD的影响

3．4．6 黄孢原毛平革菌分解果胶产物的分析

3．5 正交实验

3．6 本章小结

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢