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以餐饮废油为碳源的鼠李糖脂发酵及其应用研究

章宏梓  
【摘要】:鼠李糖脂作为一种重要的生物表面活性剂,能够显著降低界面张力,具有良好的乳化性能和极广的潜在应用价值,但由于产量低、成本高,一直未能进行大规模的生产与应用。 本文采用废弃餐饮废油为碳源,通过菌种筛选和培养基优化提高鼠李糖脂发酵水平,降低发酵成本,同时通过直接采用去菌体发酵液作为鼠李糖脂粗产品降低分离成本。在此基础上,开展去菌体发酵液在含油废水处理以及油泥清洗回收原油方面的应用研究。研究内容主要包括以下几个方面: 1)选择实验室原有菌株P.aeruginosa ZJU.ulM为出发菌进行诱变和育种,使摇瓶培养周期从120h缩短到96 h,且鼠李糖脂分泌能力从19.0 g/L提高到27.2g/L,进一步优化培养基组成,继续提高产量到43.7 g/L,比原出发菌产鼠李糖脂能力提高了一倍多。对于几批不同来源的餐饮废油,鼠李糖脂发酵水平基本稳定在38.5~44.3 g/L范围内。在10 L发酵罐中培养72 h时鼠李糖脂产量达到35.7g/L。可见,新筛选菌对废油具有较强的适应性,大幅度降低鼠李糖脂发酵成本。 2)针对以前遇到的50 L不锈钢发酵罐中发酵液变白且只有少量糖脂产生的异常现象,分析可能是因为罐中铁离子过量导致鼠李糖脂代谢途径改变,因此重点考察铁离子过量对菌生长及产鼠李糖脂的影响。结果发现在生长对数期加入过量铁离子会严重抑制菌体生长和鼠李糖脂合成,但在稳定期或以后加入过量铁离子不仅没有抑制作用,反而刺激鼠李糖脂的合成。过量铁离子的存在严重影响鼠李糖脂发酵。 3)对去菌体发酵液进行物理化学分析,确定鼠李糖脂主要由单鼠李糖脂Rha-C10-C10和双鼠李糖脂Rha-Rha-C10-C10组成,证明该发酵液具有比鼠李糖脂溶液更好的界面活性和增溶能力。 4)在摇瓶规模上采用去菌体发酵液清洗罐底油泥回收其原油,考察清洗参数(鼠李糖脂含量、与盐复配及升高温度)对原油回收效果的影响,并选择三种常规化学表面活性剂(十二烷基磺酸钠、吐温-80和石油磺酸钠)进行原油回收比较。去菌体发酵液具有比化学表面活性剂更高的回收效率,与钠盐复配或升高清洗温度可以更显著提高原油的回收率。采用含340 mg/L鼠李糖脂和1N氯化钠的清洗液在30℃下可以从油罐油泥中回收92.4%的原油。 5)考察了去菌体发酵液对好氧活性污泥法处理含油废水的促进作用。含油废水分别采用烹饪废油、原油和润滑油配制得到。加入45 mg/L鼠李糖脂到小试好氧活性污泥池中可以在24 h内将水中餐饮废油浓度从900 mg/L降到65.4 mg/L,而中试规模的降解效果更加显著,12 h处理就降到50 mg/L左右。在降解烃类物质时,更低的鼠李糖脂加入量(11.2~25 mg/L)就能产生显著的增效作用,对原油和润滑油的降解率提高到60-95%,均比不加发酵液的对照组提高了3~4倍。而且,鼠李糖脂自身在活性污泥中能够被有效降解,具有环境友好特性。 总之,本论文通过诱变育种和培养基成分优化大大提高了鼠李糖脂产量,且以废弃餐饮废油为碳源,大幅度降低鼠李糖脂的发酵成本,而将去菌体发酵液用作粗鼠李糖脂溶液可以降低产品分离成本,拓宽其促进含油废水降解和回收油罐油泥中原油的潜在应用。


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