微生物菌剂的规模化培养技术

摘要

微生物菌剂规模化培养技术的研究，是投菌法改善外环河水质项目研究中的一部分。投菌法在实际应用中需要大量的菌剂，因此本项研究的目的是研究菌剂的规模化生产方法，以保证投菌法在实际应用中对菌剂的需要。本文以降低微生物菌剂生产成本为出发点，研究模拟啤酒废水培养微生物菌剂的可行性，并以酵母菌为例，研究了适宜规模化生产的碳源及氮源。考虑到下游加工的需要，进一步研究了高密度培养方法。由于传统发酵罐价格昂贵，实际应用中基建费用较高，因此研究新型生物反应器-气升式反应器代替传统发酵罐。 通过传统培养基与模拟啤酒废水培养基比较，得出除絮凝剂产生菌外，其它七种菌在模拟啤酒废水中的生长量均大于或者等于传统培养基，说明模拟啤酒废作为培养基培养这七种菌是可行的。将玉米淀粉糖化液、玉米浆分别与常用碳源(葡萄糖)、氮源(酵母膏)对比，得出糖化液、玉米浆中生长的酵母菌浓度较高，且菌液对原水的CODcr去除率较高，说明以玉米淀粉糖化液、玉米浆作为酵母菌规模化生产碳源及氮源是可行的。在此基础上，利用正交实验原理并结合酵母菌对原水的CODcr去除率，确定了酵母菌分批培养的优化培养基为：模拟啤酒废水1L、糖化液5ml，玉米浆9g；最佳培养条件为：接种量15％、装液量100ml/250ml、起始pH4.5、培养温度30℃、摇床转速220r/min。通过补料培养与循环培养两种高密度培养方案比较得出：在现有实验条件下，循环培养的最终菌体浓度较高，且操作简单，因此选择循环培养作为酵母菌的高密度培养方法。并结合循环培养过程中酵母菌的降解能力变化，得出酵母菌的最佳循环培养次数为三次。在烧瓶实验的基础上，研究设计新型生物反应器-气升式反应器在微生物培养中的应用，并通过实验确定最佳通气量为0.25vvm。将气升式反应器与循环培养方法相结合，酵母菌最终浓度可达53.7g/L。综合上述研究成果，拟设计了实际生产工艺流程。在此基础上，进行了经济效益评价。培养基成本为1.7元/千克菌体，气升式反应器运行成本为5.31元/千克菌体干重。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2微生物培养的文献综述

1.2.1微生物菌剂的规模化培养

1.2.2微生物培养的主要影响因素

1.2.3微生物培养的特点及微生物生长

1.2.4啤酒废水作为廉价培养基的研究实例

1.2.5微生物的高密度培养途径

1.2.6新型气升式生物反应器应用的研究实例

1.3微生物的废水处理过程

1.3.1高效微生物菌剂应用于水处理

1.3.2酵母菌在废水处理中的应用

1.4本课题研究的目的和意义

1.5本课题的研究思路及主要研究内容

1.5.1研究思路

1.5.2主要研究内容

第二章实验材料与方法

2.1菌种来源

2.2实验材料

2.2.1八种细菌的传统培养基

2.2.2八种细菌的种子培养基

2.2.3模拟啤酒废水培养基

2.3实验方法

2.3.1培养条件及生长曲线绘制

2.3.2玉米淀粉糖化液制备方法

2.3.3有机物降解实验

2.3.4高密度培养方法

2.3.5测量方法

2.4实验装置及仪器

第三章廉价培养基选择及培养条件优化

3.1模拟啤酒废水培养微生物菌剂的可行性

3.2酵母菌培养基、培养条件优化

3.2.1玉米淀粉糖化液制备

3.2.2碳氮源对酵母菌浓度及降解能力的影响

3.2.3培养条件的影响

3.3培养基成本分析

第四章高密度培养方法研究

4.1不同培养方法比较

4.2循环培养条件的影响

4.2.1离心温度对循环培养的影响

4.2.2碳源浓度对循环培养的影响

4.2.3循环培养末期菌体形态

4.3循环培养过程中酵母菌液的降解能力变化

4.4发酵废液资源化利用

第五章气升式反应器应用

5.1“放大效应”的主要影响因素

5.1.1从250ml烧瓶到1 L烧瓶的放大

5.1.2装液量的影响

5.2通气量的影响

5.3烧瓶培养与气升式反应器比较实验

5.4气升式反应器的循环培养方法

5.4.1 2L气升式反应器的循环培养

5.4.2 36L气升式反应器的半循环培养

5.5微生物菌剂规模化生产工艺流程示意图

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

附录