Введение в очистку сточных вод при производстве ферментных препаратов 

В современной промышленности ферментные препараты все шире используются, от пищевой промышленности до фармацевтики и текстильной промышленности. Однако сточные воды, образующиеся в процессе производства ферментов, представляют собой проблему для охраны окружающей среды. Эти сточные воды характеризуются сложным составом и высоким содержанием органических веществ; при отсутствии надлежащей очистки они наносят серьезный ущерб водоемам, почве и другим экологическим средам. Сегодня давайте обсудим, как очищать сточные воды от производства ферментов и соответствующие процессы.

I. Процесс производства ферментов

Процесс производства ферментов представляет собой последовательность этапов, включающих экстракцию, очистку и стабилизацию, для получения ферментных продуктов, отвечающих стандартам качества. Основные этапы следующие:

Отбор и культивирование источников ферментов: Выбор подходящих штаммов бактерий или видов грибов в качестве источников ферментов. Путем культивирования и размножения получают большое количество штаммов, продуцирующих ферменты.

Процесс ферментации: Добавление источника фермента в культуральную среду и запуск процесса ферментации. Максимизация выхода фермента путем регулирования условий ферментации, таких как температура, pH и подача кислорода.

Экстракция фермента: Отделение ферментационной среды для получения жидкой фракции, содержащей фермент. Распространенные методы включают центрифугирование, фильтрацию и осаждение. Эти методы позволяют удалить продуцирующие фермент штаммы и нерастворимые примеси.

Растворение фермента: Выделенная жидкость, содержащая фермент, растворяется в подходящем растворе для повышения активности фермента.

Очистка фермента: С помощью ряда процессов очистки, таких как осаждение, ионный обмен, гель-фильтрация и ультрафильтрация, удаляются примеси из фермента, что приводит к повышению его чистоты.

Стабилизация фермента: Для ферментов, чувствительных к условиям окружающей среды, таким как температура, pH и влажность, необходима стабилизирующая обработка. Распространенные методы стабилизации включают лиофилизацию, распылительную сушку и добавление защитных агентов.

Хранение и упаковка: Очищенный и стабилизированный ферментный препарат хранится и упаковывается. Как правило, ферментный препарат должен храниться при комнатной температуре в течение длительного времени, сохраняя при этом хорошую активность.

Контроль качества: Для обеспечения соответствия ферментного препарата соответствующим стандартам качества проводится контроль качества, включающий определение активности, содержания влаги и чистоты.

II. Характеристики сточных вод от производства ферментных препаратов

01. Сложный состав

В производстве ферментных препаратов используется разнообразное сырье, включая различные компоненты питательных сред для микроорганизмов, такие как сахара, источники азота и неорганические соли. Кроме того, в процессах экстракции и очистки используются различные химические реагенты. Это приводит к образованию сточных вод, богатых органическими веществами, такими как неиспользованные сахара, белки, аминокислоты и различные промежуточные продукты. Помимо этого, они могут содержать микроэлементы, ионы тяжелых металлов и другие неорганические вещества. Такое сложное взаимодействие компонентов усложняет очистку сточных вод.

02. Высокая концентрация органических веществ

В процессе производства ферментных препаратов большая часть сырья не полностью преобразуется в продукты, попадая таким образом в систему сточных вод. Это приводит к постоянно высоким уровням химического потребления кислорода (ХПК) и биохимического потребления кислорода (БПК) в сточных водах. Высокие концентрации органических веществ не только снижают биоразлагаемость сточных вод, но и оказывают токсическое и ингибирующее воздействие на микроорганизмы в процессе очистки, что серьезно влияет на эффективность очистки.

03. Значительные колебания качества и количества воды

Поскольку процессы производства ферментов, как правило, не являются непрерывными и стабильными, различные партии производства и операции запуска/остановки во время производства могут приводить к резким колебаниям качества и количества сточных вод. Изменения качества воды могут проявляться в концентрации органических веществ, их составе и уровне pH; колебания количества воды представляют собой серьезную проблему для стабильной работы очистных сооружений, требуя процессов очистки с высокой устойчивостью к ударным нагрузкам.

III. Распространенные ферментативные процессы очистки сточных вод

01. Физические процессы очистки
1.1 Решетки и сита

Решетки и сита устанавливаются перед очистными сооружениями. Крупноячеистые решетки задерживают крупные твердые отходы, такие как фрагменты упаковочных материалов и ветки, с расстоянием между ячейками обычно от 10 до 40 мм. Мелкоячеистые решетки дополнительно удаляют более мелкие взвешенные твердые частицы, такие как волосы и волокна, с расстоянием между ячейками от 3 до 10 мм. Благодаря мелкому размеру пор, решетки эффективно удаляют мелкие частицы примесей, обеспечивая нормальную работу последующего очистного оборудования и предотвращая засорение и износ.

1.2 Метод осаждения

Этот метод использует силу тяжести для осаждения твердых частиц в сточных водах. Горизонтальные отстойники имеют простую конструкцию, обеспечивают горизонтальный поток сточных вод и стабильный эффект осаждения, что делает их подходящими для крупномасштабной очистки сточных вод. Вертикальные отстойники имеют восходящий поток воды, занимают меньше места и часто используются в условиях ограниченного пространства. Радиально-поточные отстойники имеют больший диаметр, высокую эффективность осаждения и позволяют обрабатывать большие объемы сточных вод. Осаждение позволяет удалять более тяжелые твердые частицы из сточных вод, снижая нагрузку на последующие процессы очистки.

02 Химические процессы очистки

2.1 Метод коагуляции и осаждения

Добавление коагулянтов, таких как соли алюминия (полиалюминийхлорид) и соли железа (сульфат железа и др.), в сточные воды приводит к коагуляции коллоидов и мельчайших взвешенных твердых частиц в сточных водах в более крупные частицы, которые затем отделяются путем осаждения. Продукты гидролиза коагулянта агрегируют загрязняющие вещества за счет адсорбционной нейтрализации заряда и адсорбционного образования мостиков. Одновременно использование вспомогательных коагулянтов может усилить эффект коагуляции и увеличить скорость осаждения. Точный контроль таких факторов, как тип и дозировка коагулянта, а также значение pH реакции, имеет решающее значение для обеспечения эффективности коагуляции и осаждения.

2.2 Метод химического окисления

Окисление озоном использует сильные окислительные свойства озона для разложения органических веществ в сточных водах, превращая крупные органические молекулы в более мелкие и улучшая биоразлагаемость сточных вод. Окисление Фентона использует реакцию перекиси водорода и ионов железа для генерации гидроксильных радикалов, которые обладают чрезвычайно сильной окислительной способностью и могут неселективно окислять органические вещества. Однако методы химического окисления требуют тщательного внимания к соотношению дозировок реагентов, времени реакции и условиям реакции, чтобы избежать расхода реагентов и вторичного загрязнения.

03 Биологический процесс очистки

3.1 Анаэробная биологическая очистка — анаэробный реактор IC

Анаэробный реактор IC является важным элементом современной технологии анаэробной очистки. Он состоит из двух реакционных зон. Высокая концентрация анаэробных микроорганизмов в нижней реакционной зоне позволяет быстро разлагать органические вещества и производить биогаз. Биогаз приводит в движение смесь осадка и воды, создавая внутреннюю циркуляцию, что значительно повышает эффективность массопереноса и способность к удалению органических веществ. Его преимущества весьма существенны: он обладает высокой несущей способностью по отношению к органическим веществам и может адаптироваться к воздействию высоких концентраций органических веществ в сточных водах, обработанных ферментами; в то же время, образующийся биогаз может быть рециркулирован и использован повторно, обеспечивая преобразование энергии.