发酵工程在环境保护中的应用探讨

发酵工程在环境保护中的应用探讨

环境工程专业李双

自然界存在着丰富的微生物种群，在生物圈物质循环中着重充当分解者的角色。微生物通过发酵作用，可以对物质进行降解与转化。因此，利用微生物发酵工程的原理与技术，净化和处理环境污染物，可以实现废物资源化，提高整体工艺的效益，降低运行成本，同时达到减轻环境污染，保护环境的目的。

发酵工程是生物技术的瓶颈，固态发酵作为发酵工程一个重要的部分，在资源环境应用研究方面取得了重要进展。

1、发酵的概念

发酵是微生物分解有机物，产生乳酸或乙醇和二氧化碳的过程，发酵必须依靠微生物酶的参与，并为微生物提供细胞生命活动所需的能量和各种细胞结构物质。工业上的发酵是泛指一切依靠微生物的生命活动而实现的工业生产过程。

2、发酵的特点

2.1发酵条件温和

发酵过程一般来说都是微生物及其酶作用下的生物化学反应，通常在常温常压下进行，其反应条件也比较简单温和，因此发酵的过程要素条件一般比较容易控制。

2.2发酵原料广泛

发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，还可以用许多环境中的废弃物，因此发酵原料来源广泛。可以充分利用废水和废物中的有机物作为发酵的原料进行污染物的降解利用和资源化，达到废物资源化和环境保护的目的。

2.3发酵专一性强

发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，更确切地讲，是通过微生物的酶来调节的，由于微生物的遗传特性及其酶的专一性，因此，发酵反应的专一性强，因而可以得到较为单—的发酵代谢产物。

2.4发酵的高效性

微生物优良菌种是进行发酵的根本因素，是发酵取得良好效益的关键。通过微生物诱变和菌种筛选，可以获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品，因此发酵具有高效性。

2.5发酵的创新性

随着科学技术的发展和人们对生物技术研究的深入，现代发酵工程除了使用微生物外，还可以用动植物细胞和酶，也可以用人工构建的“工程菌”来进行反应；反应设备也不只是常规的发酵罐，而是以各种各样的生物反应器取而代之，自动化、连续化程度高，使发酵水平在原有基础上有所提高和和创新。

3、发酵工程的原理

发酵的基本原理是单一菌种在培养基中的纯培养，因此优良菌种的选育和发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。优良菌种的选育是发酵取得良好效益的关键，因此必须采取合理的菌种选育方法，获得性能优良稳定的菌种。此外，发酵过程杂菌防治是生产成败的关键，除了必须对设备进行严格消毒处理和空气过滤外，反应必须在无菌条件下进行。无菌操作和无菌概念要贯穿整个发酵过程的始终。

4、发酵工程的应用

微生物发酵技术已经广泛运用于环境保护的多方面，以下重点介绍几项经多年开发，已接近产业化的微生物发酵技术。

4.1亚硫酸盐纸浆废液乙醇发酵

亚硫酸盐纸浆废液中含有较多的木质素和相当数量的糖类，亚硫酸盐纸浆废液经过预处理后，添加N、P，在发酵罐中加入絮状酵母，通入空气搅拌，进行乙醇发酵，可生产乙醇。

4.2酵母循环系统

酵母循环系统是一种利用酵母的新式食品废水处理系统，能有效地处理废水并能回收大量的酵母菌体，从而解决了活性污泥法剩余的污泥问题。与细菌活性污泥系统相比，酵母废水系统的性能大大提高。酵母废水处理系统日处理能力达到10-15BODkg/m3，是细菌法的5-7倍，酵母污泥可在常压下脱水，无需添加药剂。

4.3废纤维素的资源化

纤维素是生物圈中数量最大的废物。目前以绿色木霉生产纤维素酶制剂，其酶活力已经得到很大的提高，并据此开发了纤维素酶解糖化工艺。此外利用纤维素肥料生产单细胞蛋白的技术也在不断地改进。80年代全世界用纤维素原料的水解液生产SCP 已达50×104t。同时利用纤维素生产乙醇，被认为是解决能源危机和减少能源污染的一条有效途径。

4.4有机固体废物的快速堆肥

我国每年由固体废弃物造成的各种经济损失达80 亿元，而这些废弃物中含有许多有利用价值的物质和能量组成，各种有机物就是其中之一。运用微生物发酵，对废弃物进行无害化、资源化、减量化处理，可以达到变害为宝，化害为利的目的。传统的静态发酵堆肥法就是将有机废弃物进行厌氧发酵，制成有机肥，使固体废弃物无害化处理的过程。有机废物经堆肥化处理后，可以成为优良的土壤改良剂和优质肥料。而高效快速的堆肥技术也是20 世纪60 年代以来国内外竞相研究的重点之一。堆肥方法已从传统的露天静态堆肥向快速堆肥法发展，如DANO工艺可以节省投资，提高处理能力。

5、发酵工程在环境保护中的应用前景展望

随着发酵工程技术在环境保护中的应用，随着全球范围内对环境保护的高度重视，为发酵工程及其技术在环境保护中的应用展示了更为广阔的前景。我国微生物发酵工程在环境保护上的应用还处于初级阶段，发酵工程技术在环保中进一步开发需要得到我们社会、同行及主管部门的广泛支持。大力开发以废物资源化为主体的微生物发酵工程技术研究，大力推进发酵工程技术在环境保护中的应用，带动整个环保科技的发展，并为环保市场提供高品质的环境保护技术，是每个环保工作者和科研人员关心和重视的课题,发酵工程在环境保护中的应用必将取得更大的成绩。