CN110563159A - 一种阿维菌素发酵废水的处理方法 - Google Patents

一种阿维菌素发酵废水的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种阿维菌素发酵废水的处理方法，通过对白地霉菌的预处理、处理过程中的温度、pH和接种量的控制，提高了白地霉处理阿维菌素的净化效率，操作简单，成本低廉，具有明显的经济效益、社会效益和环保效益。

Description

一种阿维菌素发酵废水的处理方法
技术领域
本发明属于生物发酵制药废水处理技术领域，具体涉及一种阿维菌素发酵废水的处理方法。
背景技术
阿维菌素是一种易溶于丙酮、乙醇等有机溶剂，是阿弗曼链霉菌经液体发酵的一组新型十六元大环内酯类抗生素，在一定条件下，该理化成分比较稳定，对环境的安全性比较高。
阿维菌素作为一种抗生素类生物杀虫杀螨剂，在市场中具有广泛的应用价值。阿维菌素存在于发酵液的菌丝体中，经过过滤，提纯等工艺得到阿维菌素精品。在其生产过程中，会产生大量高浓度废水，其主要成份为发酵残存的培养基，菌丝体和发酵过程中产生的代谢产物，以及提取过程中加入的有机溶剂，此外还有对微生物有毒害作用的阿维菌素，对周围环境的危害比较大。
阿维菌素废水中含有的某些抗生素对拟制环境中的某些菌种群的特定功能，进而影响到周围环境的可循环发展。另外，阿维菌素废水中的抗生素也会最终通过食物链传递给人，从而危害人类的健康。而阿维菌素废水的大量产生也会影响企业的经济效益。阿维菌素废水也属于一种资源，在经济新常态下，大量废水的产生说明生产流程还有许多不完善的地方，因此需要企业加强对废水的综合利用，变废为宝，以此增强企业的经济效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作简单、成本低廉、处理效果好的阿维菌素发酵废水的处理方法。
本发明采用如下技术方案：
一种阿维菌素发酵废水的处理方法，其包括如下步骤：
（1）白地霉菌悬液的制备；
（2）调整阿维菌素发酵废水，调节pH为3~7；
（3）向经步骤（2）处理后的阿维菌素发酵废水中，以5%~25%的接种量投入白地霉菌悬液；
（4）控制温度在20℃~40℃，通气量为2~3L/min，发酵24~72小时；
（5）经步骤（4）处理后的阿维菌素发酵废水进行固液分离。
其中，步骤（4）中的固液分离方法包括但不限于离心分离、沉降分离或过滤。经固液分离后的固体物质可作为饲料或直接焚烧处理。
其中，所述步骤（1）包括如下步骤：
（a）取0.3-0.5毫升液体培养基滴入保藏白地霉菌株的安瓿瓶内，震荡，将菌株均匀分散在液体培养基内，得到菌液；
（b）取0.1-0.2ml菌液滴入固体培养基上，涂平板或划线分离培养；
（c）挑单菌落于液体培养基中，在28℃，转速160r/min恒温摇床培养40h，得到扩培液；
（d）将扩培液在4000r/min、4℃的条件下离心10分钟，弃去上清液，收获菌体，用磷酸缓冲溶液洗涤4~5次后，制备成OD620nm为1.0的白地霉菌悬液。
其中，所述固体培养基包括：酵母粉3.0 g，麦芽提取物3.0 g，葡萄糖10.0 g，蛋白胨5.0 g，琼脂20 g，蒸馏水1000 mL；所述固体培养基的pH为6.0~6.4，121℃条件下灭菌20min。
其中，所述液体培养基包括：酵母粉3.0 g，麦芽提取物3.0 g，葡萄糖10.0 g，蛋白胨5.0 g，蒸馏水1000 mL；所述液体培养基的pH为6.0~6.4，121℃条件下灭菌20 min。
其中，所述步骤（2）中，调整阿维菌素发酵废水pH为5.0。
其中，所述步骤（3）中，白地霉菌在阿维菌素发酵废水中的接种量为20%。
其中，所述步骤（4）中，处理温度为25℃，处理时间为3d。
其中，所述步骤（d）中，磷酸缓冲溶液为pH为7.0的Na2HPO4-KH2PO4缓冲液。
本发明的有益效果在于：本发明将经麦芽汁琼脂培养基培养过的白地霉菌，接种到阿维菌素废水中，通过控制温度、pH、接种量提高了白地霉处理阿维菌素的净化效率，操作简单，成本低廉，具有明显的经济效益、社会效益和环保效益。
附图说明
图1为温度对废水中COD去除率的影响图。
图2为温度对废水中氨氮去除率的影响图。
图3为温度对废水中总氮去除率的影响图。
图4为pH对废水中COD去除率的影响图。
图5为pH对废水中氨氮去除率的影响图。
图6为pH对废水中总氮去除率的影响图。
图7为白地霉菌的接种量对废水中COD去除率的影响图。
图8为白地霉菌的接种量对废水中氨氮去除率的影响图。
图9为白地霉菌的接种量对废水中总氮去除率的影响图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
在无菌环境下，用浸75%酒精的脱脂棉擦拭装有白地霉菌菌株的安瓿管，在火焰上加热外管之尖端。滴数滴无菌水于加热处，使外管破裂，用锉刀或者镊子敲下已破裂的安瓿管顶端并将冻干管开口处在火焰上过一遍。用无菌吸管吸取0.3-0.5毫升液体培养基滴入安瓿瓶内，并轻微震荡，直到均匀悬浮。取0.1-0.2ml之菌体悬浮液于平板培养基上，做划线分离培养或做成一系列之稀释，用无菌L型玻棒均匀涂抹，以检验菌种之纯度及活化情形，挑菌落于1L的锥形瓶中加500mL蒸馏水，葡萄糖5.0 g，蛋白胨2.5 g，酵母粉1.5 g，麦芽提取物1.5 g的液体培养基中，在摇床中恒温28℃，转速160r/min恒温摇床培养40h。通过在4000r/min和4℃的条件下离心10分钟，弃去上清液，收获菌体，用pH为7.0的Na2HPO4-KH2PO4缓冲液洗涤4~5次后，制备成OD620nm为1.0左右的菌悬液，备用。
菌悬液中的菌株处于对数生长期，此时的白地霉菌生长旺盛，代谢活力最强，生理特性比较一致，可以大量的去除废水中的有机物，对废水的处理效果好，而且菌悬液比较稳定，容易保存。与通常扩充培养基相比，通常培养基培养的菌株不够均匀，而且菌液浓度不稳定，不易保存，制备菌悬液，增加了离心这一步骤，为了分开不同质量的菌株，缓冲液洗涤菌体，可以洗去表面活性剂和其他代谢产物之类的，得到的是纯菌体，而且能保持细胞内外渗透压的平衡，有利于保持菌体活性。
实施例2
（1）调整阿维菌素发酵废水，调节pH为5.0；
（2）向经步骤（1）处理后的阿维菌素发酵废水中，以20%的接种量投入白地霉菌；
（3）控制温度在20℃，通气量为2.1L/min，发酵处理72小时；
（4）经步骤（3）处理后的阿维菌素发酵废水进行固液分离，对分离得到的液相，测定计算COD去除率、氨氮去除率、总氮去除率。
仅改变步骤（3）的处理温度，在25℃、30℃、35℃、40℃进行平行实验，结果如图1~3所示。
由图1可知，随着时间变化COD的去除率总体趋势是随着温度的升高而升高；前40h，25℃和30℃的变化基本都是从20%左右上升到30%左右，40h后，25℃条件下，COD的去除率仍明显上升；30℃条件下的COD去除率上升缓慢，由此得出25℃的为最优条件；在36h时COD去除率依次为：17.19%、30.59%、31.23%、9.47%、7.9%；72h时COD去除率依次为：23.25%、50.32%、42.57%、9.68%、3.8%。
由图2可知，随着时间变化氨氮的去除率也呈先增大后减小的趋势，前25h增加速率缓慢，随着时间的变化，增加趋势逐渐明显，36h氨氮的去除率依次为：12.56%、14.1%、17.8%、11.12%、4.2%；72h氨氮的去除率依次为：15.99%、20.97%、20.21%、12.21%、3.8%；30℃去除效率相对较高，达到25%左右。温度达到40℃时，去除率很低，且基本保持不变，说明高温使酶的失活。温度过低，去除效率也不明显，可能是低温抑制的酶的活性。
图3是总氮去除率的变化图，随着温度的上升，总氮的去除率在逐渐上升，且在前25h左右上升速率较快；36h总氮的降解效果依次为：23.43%、25.46%、22.86%、20.43%、13.49%；72h总氮的降解效果依次为：25.98%、29.12%、36.78%、15.95%、9.14%；在72h，30℃的条件下，去除率达到最大值36.78%；在温度为35℃的条件下，去除率下降，只有20.84%；温度为40℃时，去除率下降明显，基本保持在10%左右，此时由于高温使酶失活。
通过对不同温度下COD、氨氮、总氮的去除率的分析，确定25℃为温度的最优条件。
实施例3
（1）调整阿维菌素发酵废水，调节pH为3；
（2）向经步骤（1）处理后的阿维菌素发酵废水中，以20%的接种量投入白地霉菌；
（3）控制温度25℃，通气量为2.1L/min，发酵处理72小时；
（4）经步骤（3）处理后的阿维菌素发酵废水进行固液分离，对分离得到的液相，测定计算COD去除率、氨氮去除率、总氮去除率。
仅改变步骤（1）的阿维菌素发酵废水的pH，在pH分别为4、5、6、7的条件下进行平行实验，结果如图4~6所示。
由图4可知，COD的去除率随着pH值的上升而不断增加，前25h各个pH下的COD去除率都有所增加，pH6和pH5条件下上升速率更快，36h时COD的去除率依次为：30.34%、34.12%、46.12%、43.12%、39.43%；50h后，pH3、pH4条件下的去除率增长缓慢，pH5条件下去除率上升仍然较快；72h时COD的去除率依次为：39.13%、39.83%、47.54%、45.12%、41.54%；pH5、60h达到最大去除率49.14%，随着pH的继续上升，去除率呈现明显的下降趋势，当pH为7时，去除率明显下降。白地霉菌主要通过产生胞外酶来完成对阿维菌素废水中有机物的降解，pH过高会改变胞外酶的空间结构，引起酶的活性变化，同时也会影响酶对底物的分解；白地霉菌最佳生长pH为5，超过这个最适值，就会引起酶活性的改变，降低对废水中有机物的降解，COD的去除率也因此下降。
由图5可知，前25h，pH4和pH3变化趋势相似，25小时后pH4去除率在稳定上升，在出现大幅度下降过后再次上升；在pH5和pH6的情况下上升趋势最明显，这是由于NH4+通常在偏酸性条件下比较稳定，活性不高，在碱性条件下比较活泼。因此，氨氮的去除率会随着pH值的升高而升高；40h后上升趋势稳定，去除效率最高；pH继续上升时，去除率又出现下降趋势，此时可能由于碱性条件，酶的活性受到抑制。随着pH的变化，COD的去除率基本都有上升，在pH5时达到最大。
由图6可知，前25h总氮变化趋势明显，差异较大；36h总氮的去除效果依次为：20.14%、21.32%、29.85%、26.12%、24.16%；72后总氮降低效果依次为：25.65%、26.1%、32.12%、30.92%、27.99%；特别是pH5上升速度最快，36h去除率达到32.12%；25h后变化趋势变得缓慢，此时可能由于废水中的有机物含量在减少，白地霉菌得不到充足的营养，活性降低。随着pH值的升高，总氮的去除率有了明显下降，此时可能由于胞外酶的活性受到抑制，去除率最高达到30%左右。
通过对不同pH下COD、氨氮、总氮的去除率的分析，确定pH5为最优条件。
实施例4
（1）调整阿维菌素发酵废水，调节pH为5.0；
（2）向经步骤（1）处理后的阿维菌素发酵废水中，以5%的接种量投入白地霉菌；
（3）控制温度在20℃，通气量为2.1L/min，发酵处理72小时；
（4）经步骤（3）处理后的阿维菌素发酵废水进行固液分离，对分离得到的液相，测定计算COD去除率、氨氮去除率、总氮去除率。
仅改变步骤（2）中向阿维菌素发酵废水中接入白地霉菌的接种量，在接种量分别为10%、15%、20%、25%的条件下进行平行实验，结果如图7~9所示。
由图7可知，总的趋势是随着接种量的增加，COD的去除率在不断的增加；去除速率增加的最快，最高能达到50%左右，效果最明显；36h的COD的去除效果依次为：15.96%、17.25%、23.45%、30.56%、28.36%；72h的COD去除效果依次为：26.32%、28.67%、40.56%、48.16%、23.04%；其次是接种量为15%最高去除率可以达到40.53%；接种量继续增加到25%时，去除率刚开始时是增加的且增加速率较高，但30h后，去除率开始降低，最后大概维持在23%左右，此时由于随着接种量的增加，废水中的白地霉菌浓度较高，营养物质一定，白地霉菌之间产生竞争，导致白地霉菌的死亡，生物量的流失。接种量为5%时，虽然去除率也在上升，但总的去除率较低，可能由于废水中白地霉菌的浓度过低，废水单位时间被白地霉菌降解的有机物也就相应较少。
由图8可知，接种量对氨氮去除率的趋势是：随着接种量的增加总氮的去除效率越来越好；36h后去除率为：10.65%、14.56%、18.91%、21.62%、14.26%；接种量为20%、60h去除效果达到最高为24.3%，随后，去除率上升缓慢，这可能是由于废水中的有机物总量在不断的减少；其次是15%接种量，最高去除率可达到22.12%；接种量过高，去除率降低，比如接种量为25%，刚开始去除率在不断地增加，但在25h去除率开始下降到最低14.77%，此时可能由于废水中的有机物被大量消耗，控制初始投加量有利于去除率的提高。
由9可知，接种量对总氮的影响主要是：去除率随着接种量的增加呈上升趋势；36h后总氮的降解效果依次为：16.74%、18.54%、23.36%、28.58%、14.12%；72h时总氮去除率降解效果依次为：22.63%、30.12%、30.69%、35.49%、16.12%；最高去除率出现在接种量为20%，达到35.49%左右，因此白地霉菌处理阿维菌素废水最佳接种量为20%。
通过对不同接种量下COD、氨氮、总氮的去除率的分析，确定20%的接种量为最优条件。
实施例5
（1）调整阿维菌素发酵废水，调节pH为5；
（2）向经步骤（1）处理后的阿维菌素发酵废水中，以20%的接种量投入白地霉菌；
（3）控制温度在25℃，通气量为2.1L/min，发酵处理3d；
（4）经步骤（3）处理后的阿维菌素发酵废水进行固液分离，对分离得到的液相，测COD去除率为51.12%、氨氮去除率为25.43%、总氮去除率为35.74%，色度也大幅度下降，明显提高了从阿维菌素的净化效率。与传统的物理化学和生物法相比，操作简单，成本低廉，设备要求不高，从而大大降低了资金成本，具有明显的经济效益、社会效益和环保效益。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种阿维菌素发酵废水的处理方法，其特征在于，其包括如下步骤：
（1）白地霉菌悬液的制备；
（2）调整阿维菌素发酵废水，调节pH为3~7；
（3）向经步骤（2）处理后的阿维菌素发酵废水中，以5%~25%的接种量投入白地霉菌；
（4）控制温度在20℃~40℃，通气量为2~3L/min，发酵24~72小时；
（5）经步骤（4）处理后的阿维菌素发酵废水进行固液分离。
2.根据权利要求1所述的阿维菌素发酵废水的处理方法，其特征在于，所述步骤（1）包括如下步骤：
（a）取0.3-0.5ml液体培养基滴入保藏白地霉菌株的安瓿瓶内，震荡，将菌株均匀分散在液体培养基内，得到菌液；
（b）取0.1-0.2ml菌液滴入固体培养基上，涂平板或划线分离培养；
（c）挑单菌落于液体培养基中，在28℃，转速160r/min恒温摇床培养40h，得到扩培液；
（d）将扩培液在4000r/min、4℃的条件下离心10分钟，弃去上清液，收获菌体，用磷酸缓冲溶液洗涤4~5次后，制备成OD620nm为1.0的白地霉菌悬液。
3.根据权利要求2所述的阿维菌素发酵废水的处理方法，其特征在于，所述固体培养基包括：酵母粉3.0 g，麦芽提取物3.0 g，葡萄糖10.0 g，蛋白胨5.0 g，琼脂20 g，蒸馏水1000mL；所述固体培养基的pH为6.0~6.4，121℃条件下灭菌20 min。
4.根据权利要求2所述的阿维菌素发酵废水的处理方法，其特征在于，所述液体培养基包括：酵母粉3.0 g，麦芽提取物3.0 g，葡萄糖10.0 g，蛋白胨5.0 g，蒸馏水1000 mL；所述液体培养基的pH为6.0~6.4，121℃条件下灭菌20 min。
5.根据权利要求1所述的阿维菌素发酵废水的处理方法，其特征在于，所述步骤（2）中，调整阿维菌素发酵废水pH为5。
6.根据权利要求1所述的阿维菌素发酵废水的处理方法，其特征在于，所述步骤（3）中，白地霉菌在阿维菌素发酵废水中的接种量为20%。
7.根据权利要求1所述的阿维菌素发酵废水的处理方法，其特征在于，所述步骤（4）中，处理温度为25℃，处理时间为3d。
8.根据权利要求2所述的阿维菌素发酵废水的处理方法，其特征在于，所述步骤（d）中，磷酸缓冲溶液为pH为7.0的Na2HPO4-KH2PO4缓冲液。
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