郭曉婭，年躍剛，閆海紅，殷勤，高鵬

中國環(huán)境科學(xué)研究院水污染控制技術(shù)研究中心，北京　100012

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淀粉廢水資源化利用現(xiàn)狀與應(yīng)用前景

郭曉婭，年躍剛*，閆海紅，殷勤，高鵬

中國環(huán)境科學(xué)研究院水污染控制技術(shù)研究中心，北京100012

摘要淀粉廢水中含有大量淀粉、蛋白質(zhì)、糖類、脂肪等具有經(jīng)濟(jì)價值的物質(zhì)，直接進(jìn)行厭氧-好氧處理不僅浪費資源，也會增加處理成本，因此有必要推進(jìn)淀粉廢水的資源化利用。在查閱國內(nèi)外大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，闡述了淀粉廢水的資源化利用現(xiàn)狀和主要技術(shù)方法；總結(jié)了利用淀粉廢水發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)、回收有用組分、培養(yǎng)功能微生物、生產(chǎn)新能源4種方法的技術(shù)特點；分析了資源化利用對淀粉廢水處理的作用；提出了淀粉廢水資源化利用的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞淀粉廢水；資源化利用；回收蛋白質(zhì)；功能微生物；新能源

Current Status and Application Prospect of Resource Utilization of Starch Wastewater

GUO Xiaoya, NIAN Yuegang, YAN Haihong, YIN Qin, GAO Peng

Research Center of Water Pollution Control Technology, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China

AbstractStarch wastewater contains plenty of starch, protein, sugar, fat and other substances with economic value, and it not only wastes resources but also increases treatment cost when the wastewater is directly treated by anaerobic-aerobic system. So it is necessary to promote the resource utilization of starch wastewater. Based on a review of literatures both at home and abroad, the resource utilization situation of starch wastewater and the main treatment technical methods were expounded, and the technical characteristics of four methods were summarized, including using starch wastewater to develop ecological agriculture, recycling useful components, cultivating functional microorganism and producing new energy. The effect of resource utilization on the treatment of starch wastewater was then analyzed and the development direction of starch wastewater resource utilization was put forward.

Key wordsstarch wastewater; resource utilization; recycling proteins; functional microbes; new energy sources

淀粉分為以谷類、薯類、豆類及各種植物為原料，通過物理方法而產(chǎn)生的原淀粉；以及原淀粉經(jīng)過某種方法處理，改變其原來的物理或化學(xué)特性的變性淀粉[1]。作為一種重要的工業(yè)原料，淀粉除供食用與加工食品外，更廣泛地應(yīng)用于化工、紡織、醫(yī)藥、飼料、造紙、石油等行業(yè)。我國是淀粉生產(chǎn)與消費大國，自改革開放以來，我國淀粉總產(chǎn)量由1978年的28萬t[2]發(fā)展到2013年的2 305萬t[3]，產(chǎn)量僅次于美國，居世界第二位。隨著不斷調(diào)整生產(chǎn)格局、引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，我國淀粉及其深加工產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)水平得到明顯的提升。然而淀粉廢水仍是食品工業(yè)中污染最嚴(yán)重的廢水之一[4]。淀粉生產(chǎn)過程中需水量很大，廢水排放量也很大，排放的廢水中含有大量淀粉、蛋白質(zhì)、糖類、脂肪等有機物，屬于高濃度酸性有機廢水。典型淀粉工業(yè)單位產(chǎn)品廢水產(chǎn)生量如表1所示。典型淀粉廢水水質(zhì)如表2所示。

表1　典型淀粉工業(yè)單位產(chǎn)品廢水產(chǎn)生量[2]

Table 1　The quantity of wastewater generated by typical starch industry unit product　m3t

表1　典型淀粉工業(yè)單位產(chǎn)品廢水產(chǎn)生量[2]

技術(shù)類型玉米淀粉馬鈴薯淀粉木薯淀粉小麥淀粉淀粉糖先進(jìn)≤3≤4≤4≤3≤2.5平均≤4≤8≤8≤4≤3.0一般≤5≤12≤12≤5≤3.5

表2　典型淀粉廢水水質(zhì)[2]

目前，國內(nèi)外普遍采用以厭氧-好氧聯(lián)合生物處理方式處理淀粉廢水[5-9]，其他處理技術(shù)還包括電絮凝法[10]、電化學(xué)法[11-12]、Fenton-厭氧法[13]等，這些技術(shù)面臨的共同問題是投資費用大、運行成本高。如何對淀粉廢水進(jìn)行資源化處理，降低處理成本成為科研領(lǐng)域和企業(yè)關(guān)注的熱點問題之一。目前，國內(nèi)外關(guān)于淀粉廢水的資源化利用技術(shù)主要包括：利用淀粉廢水發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)、回收有用組分、培養(yǎng)功能微生物以及生產(chǎn)新能源等。根據(jù)淀粉廢水的特點，回收其中具有經(jīng)濟(jì)價值的物質(zhì)或者將淀粉廢水作為企業(yè)新產(chǎn)品的原材料，可以達(dá)到降低廢水處理成本或產(chǎn)品生產(chǎn)成本，減輕企業(yè)排水壓力的目的，因此推進(jìn)淀粉廢水的資源化利用十分必要。

1利用淀粉廢水發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)

淀粉廢水富含蛋白質(zhì)、多糖、脂類等有機物，氮和磷含量高，有毒有害成分含量極低，因此經(jīng)過適當(dāng)?shù)念A(yù)處理后，在控制合理用量的前提下，可以用作農(nóng)田灌溉[14]。

Magalh?es等[15-16]以木薯淀粉廢水為肥料，研究了不同廢水用量對玉米生長性狀和營養(yǎng)元素累積量的影響。Ayyasamy等[17]發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)處理的西米淀粉廢水會造成作物減產(chǎn)，而經(jīng)過好氧處理的廢水可以有效用于灌溉，對植物沒有不利影響。

我國固原市環(huán)境保護(hù)局同農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心一起，經(jīng)過3年的試驗研究與示范，提出了“控制氮肥、增加磷肥、不施鉀肥”的灌溉技術(shù)。試驗發(fā)現(xiàn)，利用淀粉廢水灌溉既能改良土壤理化性質(zhì)，又能增加土壤孔隙度和肥力，使農(nóng)作物增產(chǎn)超過25%[18]。李洪民等[19]考察了土壤對淀粉廢水的降解效果。研究發(fā)現(xiàn)：冬季將廢水排入土壤30 d左右可使絕大部分有機酸分解，80 d左右有機質(zhì)幾乎完全被分解，并且麥苗長勢良好，表明淀粉廢水用于冬季灌溉不會對環(huán)境和農(nóng)作物造成不良影響。但該法處理效率低，占地面積較大，同時若在薯類重病感染區(qū)采用該法，易使病原物返田，造成病原物積累，形成惡性循環(huán)。

土地播撒法處理淀粉廢水需要大量用于施用的土地面積和大容量的廢水存儲設(shè)施，此外還需要專業(yè)的播撒設(shè)施以及系統(tǒng)規(guī)范的技術(shù)保障[20]，否則將對土壤、地表或地下水體造成污染。因此利用淀粉廢水發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)要因地制宜。

2從淀粉廢水中回收有用組分

2.1回收淀粉

Devereux等[21]利用離心分離法從馬鈴薯加工廢水中回收馬鈴薯淀粉。在工業(yè)規(guī)模上可回收15～28 gL可溶性淀粉和約10 gL的不溶性淀粉。崔雯[22]研究了木薯二次分離廢水中淀粉的回收技術(shù)，發(fā)現(xiàn)利用自然沉淀可回收淀粉7.04 gL；利用有機絮凝劑和無機絮凝劑可回收淀粉8.02 gL，COD去除率為50%左右，各絮凝劑處理成本為0.20～1.24元m3；利用胰蛋白酶淀粉回收量為8.72 gL，但處理費用為264元m3，成本過高；利用微生物法回收二次分離廢水中的殘余淀粉，淀粉回收量為9.58 gL，回收效果明顯，所選材料是處理過的木薯淀粉廢水，基本不需要成本投入。綜上可知，從淀粉廢水中回收淀粉可以削減大量COD，減輕后續(xù)處理的壓力。

2.2回收蛋白質(zhì)

淀粉生產(chǎn)過程中大量的植物蛋白未有效利用而隨生產(chǎn)廢水排放[23]，尤其是甘薯類淀粉廢水中的蛋白質(zhì)比例可達(dá)33%～41%[24]。蛋白質(zhì)具有較高的經(jīng)濟(jì)利用價值，如可作為動物飼料或食品添加劑等。利用淀粉廢水生產(chǎn)蛋白質(zhì)有2種方法：1)直接從淀粉廢水中回收蛋白質(zhì)；2)利用發(fā)酵法獲得菌體蛋白?；厥辗椒盎厥章室姳?。

(1)泡沫分離法：根據(jù)表面吸附原理，利用通氣鼓泡在廢水中形成的氣泡為載體，使具有表面活性的蛋白質(zhì)在氣-液界面發(fā)生吸附，然后分離泡沫并進(jìn)行破泡處理[25]，達(dá)到回收蛋白質(zhì)的目的。

(2)超濾法：以壓力差為驅(qū)動力，促進(jìn)溶液中不同大小分子的分離，溶液中的膠體顆粒、聚合物和糖類等被膜截留[26]。

(3)酸沉法：蛋白質(zhì)是帶有正電荷和負(fù)電荷基團(tuán)的兩性電解質(zhì)，帶電基團(tuán)的電荷數(shù)量因pH不同而變化。蛋白質(zhì)處于等電點時，其靜電荷為零，由于相鄰蛋白質(zhì)分子之間沒有靜電斥力而趨于聚集沉淀[27]。

(4)混凝法：通過添加化學(xué)藥劑改變膠態(tài)蛋白質(zhì)的表面特性，使分散的膠體顆粒聚集形成大顆粒物而沉淀(或上浮)[28]。

(5)發(fā)酵法：以淀粉廢水為原料培養(yǎng)微生物獲得菌體蛋白[29]。

表3　不同淀粉廢水回收蛋白質(zhì)方法及回收率

注：N.A.表示文獻(xiàn)中未說明。

回收淀粉廢水中蛋白質(zhì)的研究在國內(nèi)外已取得一定進(jìn)展，蛋白質(zhì)回收率可以達(dá)到較高水平，一般可達(dá)70%以上，物化法COD去除率為10%～60%，生物法COD去除率較高，可以達(dá)到50%～95%。但現(xiàn)有回收技術(shù)還存在一些問題，主要優(yōu)缺點如表4所示。

淀粉廢水中蛋白質(zhì)的回收及開發(fā)利用研究對于增加產(chǎn)品附加值、提高環(huán)保性能、發(fā)展可循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有十分重要的作用[46]?；厥諒U水中的蛋白質(zhì)既可以變廢為寶，又能去除部分污染物，減輕后續(xù)生物處理的壓力。如何改進(jìn)回收工藝提高蛋白質(zhì)的純度尚需深入研究和探討。

表4　蛋白質(zhì)回收方法優(yōu)缺點比較

3淀粉廢水培養(yǎng)功能微生物

淀粉廢水有機物含量高，氮磷及其他營養(yǎng)物充足、毒性小，是培養(yǎng)微生物的理想介質(zhì)[47]。

Loss等[48]利用玉米淀粉廢水作為平菇培養(yǎng)的碳源、氮源以及潤濕劑。Chang等[49]對比了以甘薯淀粉廢水為原料制成的培養(yǎng)基和商品培養(yǎng)基在培養(yǎng)微生物殺蟲劑——蘇云金桿菌(Bacillusthuringiensis)中的差異。研究表明，以淀粉廢水為原料制成的培養(yǎng)基培養(yǎng)的蘇云金桿菌在活菌數(shù)量和孢子數(shù)量上分別比商品培養(yǎng)基提高72%和107%，且細(xì)菌產(chǎn)生的內(nèi)毒素含量與殺蟲毒效也都明顯優(yōu)于商品培養(yǎng)基。Yezza等[50-52]也發(fā)現(xiàn)淀粉廢水是實現(xiàn)蘇云金桿菌高產(chǎn)量的理想原材料。Yin等[53]利用淀粉廢水培養(yǎng)4種真菌(R.oryzae、R.oligosporus、A.oryzae和R.arrhizus)作為生物吸附劑吸附廢水中的鎘，鎘的吸附量分別為0.28、0.35、0.40和0.56 molg。Xu等[47]利用甘薯淀粉廢水培養(yǎng)多黏類芽孢桿菌(Paenibacilluspolymyxa)作為生物肥料種植有機茶，在最佳培養(yǎng)條件下可獲得最大生物量9.7×109cfumL，茶葉產(chǎn)量、水浸出物以及茶多酚含量均比未經(jīng)施肥的對照組提高了16.7%、6.3%以及10.4%。Pu等[40]利用馬鈴薯淀粉廢水培養(yǎng)出由M9和M17型根霉菌組成的新型混合型微生物絮凝劑MBF917，并用于絮凝處理淀粉廢水。研究發(fā)現(xiàn)：馬鈴薯淀粉廢水適宜培養(yǎng)M9和M17型根霉菌，且無需添加額外碳源以及調(diào)整pH；在最佳絮凝條件下，COD去除率為54.09%，濁度去除率為92.11%；此外還可回收1.1 gL蛋白質(zhì)用于動物飼料。Huang等[54]利用馬鈴薯淀粉廢水培養(yǎng)少根根霉36017(Rhizopusarrhizus36017)和米根霉2062(Rhizopusoryzae2062)獲得乳酸，在最佳培養(yǎng)條件下，經(jīng)36～48 h發(fā)酵，可獲得1.5～3.5 gL生物量以及0.85～0.92 gg乳酸。

利用淀粉廢水培養(yǎng)功能微生物，可大大降低微生物的培養(yǎng)成本，從而降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本?，F(xiàn)有文獻(xiàn)多以微生物的培養(yǎng)結(jié)果為主要觀測指標(biāo)，較少涉及污染物的去除情況，淀粉廢水的后續(xù)處理方式以及經(jīng)濟(jì)價值，在今后的研究中應(yīng)該多加關(guān)注。

4利用淀粉廢水生產(chǎn)新能源

以生物方法從污水中回收能源可以最大限度實現(xiàn)污水處理的可持續(xù)發(fā)展[55]。利用淀粉廢水生產(chǎn)新能源的技術(shù)主要包括微生物燃料電池、發(fā)酵生物制氫以及微生物油脂。

4.1微生物燃料電池

微生物燃料電池(microbial fuel cells，MFCs)是一種利用微生物的酶將儲存在有機物中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置[56]。MFCs在凈化污水的同時能夠收獲電能，降低了污水的處理成本，近年來受到廣泛關(guān)注[57-59]。

Muthukumar等[60]利用合成電解液、未經(jīng)處理的西米淀粉廢水以及接種厭氧污泥的西米淀粉廢水作為陰極電解液，設(shè)計了雙室MFCs。通過對比3種電解液的產(chǎn)電性能以及污染物去除率發(fā)現(xiàn)，就產(chǎn)電性能而言，合成電解液效果最佳，但對環(huán)境造成的污染大；就COD、碳水化合物以及淀粉的去除率而言，接種厭氧污泥的西米淀粉廢水作為陰極電解液效果最佳，COD去除率為80.4%，碳水化合物和淀粉去除率為100%，達(dá)到了廢水處理和回收電能的雙重效果。

Kim等[61]研究了以淀粉廢水為能源的富集產(chǎn)電MFCs：在30 d的富集期間，當(dāng)外阻為1 kΩ時，最大電流為0.2 mA，COD可從1 700 mgL降到50 mgL。

Li等[62]研究發(fā)現(xiàn)，以馬鈴薯淀粉廢水為燃料的單室MFCs，陽極微生物主要以變形菌門(Proteobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)和擬桿菌(Bacteroidetes)為主，這種微生物群落特征對以后利用馬鈴薯淀粉廢水設(shè)計MFCs具有一定的借鑒意義。

Lu等[63]利用單室空氣陰極MFCs，以玉米淀粉廢水作為接種液和基質(zhì)，探討了高COD、高氨氮有機廢水處置和產(chǎn)電的可行性。研究發(fā)現(xiàn)，MFCs的性能不受液相基質(zhì)中懸浮微生物的影響，主要決定于陽極表面形成的生物膜。試驗最高輸出電壓達(dá)490.8 mV，最大功率密度達(dá)239.4 mWm2，相應(yīng)的電流密度為893.3 mAm2，內(nèi)阻約為120 Ω。與此同時，COD和-N也達(dá)到較高的去除率，分別為98%和90.6%。

王慧勇等[64]以人工模擬淀粉廢水為底物運行MFCs，分別采用淀粉廢水、生活污水和二者的混合液作為接種液，考察不同來源菌群接種下MFCs產(chǎn)電能力與廢水處理效果。結(jié)果表明：采用混合液接種時，MFCs啟動時間最短，產(chǎn)電能力與廢水處理效果最佳，在最優(yōu)培養(yǎng)條件下，產(chǎn)電功率密度達(dá)4.63 Wm3，COD去除率為-N去除率為82.6%。

盧娜等[65]以玉米淀粉生產(chǎn)過程中的浸泡液(玉米浸泡液)作為接種液和基質(zhì)，利用“三合一”膜電極的單室空氣陰極MFCs進(jìn)行試驗。結(jié)果表明：經(jīng)過94 d(1個周期)的連續(xù)運行，最大輸出電壓為525.0 mV，最大輸出功率密度為169.6 mWm2，此時電池相應(yīng)的電流密度為440.2 mAm2，內(nèi)阻約為350 Ω，開路電壓619.5 mV，同時COD去除率為-N去除率為25.8%。

4.2發(fā)酵生物制氫

人們普遍認(rèn)為厭氧消化過程主要分為厭氧水解、產(chǎn)氫產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷3個階段[68]。近年來，越來越多的研究人員關(guān)注厭氧發(fā)酵過程中中間產(chǎn)物氫而非最終產(chǎn)物甲烷的獲取[69]。有機廢水存在許多適合光合生物與發(fā)酵型細(xì)菌共同利用的底物，理論上可以實現(xiàn)在處理廢水的同時利用光合細(xì)菌和發(fā)酵細(xì)菌共同制取氫氣。淀粉廢水是較好的厭氧發(fā)酵法生物產(chǎn)氫底物，是目前技術(shù)條件下具有很大可能性的原材料[70]。

厭氧產(chǎn)氫微生物是厭氧發(fā)酵制氫過程的核心，大部分研究者主要研究了不同產(chǎn)氫菌株利用不同基質(zhì)時的比產(chǎn)氫能力[71]。一般來講，由于菌種間的協(xié)同作用，混合菌種產(chǎn)氫能力優(yōu)于純菌種。并且由于混合菌種適應(yīng)能力較強，來源廣泛，預(yù)處理簡單易行，因此具有很強的發(fā)展?jié)摿72]。不同混合菌產(chǎn)氫能力如表5所示。

由表5可以看出：1)不同產(chǎn)氫菌種降解相同有機物的產(chǎn)氫能力不同，一般溫度越高越有利于產(chǎn)氫率的提高；2)除產(chǎn)氫微生物外，pH、溫度、水力停留時間和操作方式等環(huán)境因素也會對厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫能力產(chǎn)生影響；3)傳統(tǒng)厭氧生物處理通過產(chǎn)甲烷微生物將中間產(chǎn)物(如乙酸)轉(zhuǎn)化為甲烷獲得較高的COD去除率[81]，而產(chǎn)氫過程由于組分的不完全轉(zhuǎn)化以及氫氣的回收，在2.5 molmol葡糖糖的平均氫氣產(chǎn)量水平下，COD去除率通常低于20%[73,82]。但從表5可以看出，一些產(chǎn)氫過程還是可以達(dá)到較高的COD去除率，原因可能是產(chǎn)氫過程中還伴隨著甲烷和二氧化碳的生成，甲烷和二氧化碳所占回收氣體比例較高造成COD去除率上升。

制氫的方法很多，如太陽能制氫[83]、水電解制氫[84]、水煤氣轉(zhuǎn)化制氫[85]以及甲烷裂解制氫[86]等，這些制氫方法均有各自的不足。而正在開發(fā)和研究的各種生物制氫技術(shù)，仍處于實驗室研究階段，目前存在的主要問題是反應(yīng)器效率低、氫氣含量不高，難以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)[87]。然而，采用有機廢水連續(xù)產(chǎn)氫的構(gòu)思和試驗活動已引起相當(dāng)廣泛的關(guān)注。在回收氫氣的同時，若還想達(dá)到較高的COD去除率，可以考慮同時回收氫氣和甲烷，以使經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益達(dá)到最大化。

表5　不同混合菌產(chǎn)氫能力

1)膨脹顆粒污泥床；2)文中未指出是何種淀粉廢水；3)厭氧折流板反應(yīng)器；4)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器；5)厭氧序批式反應(yīng)器；6)上流式厭氧污泥床；7)ASBR的操作條件。

4.3微生物油脂

許多微生物(如酵母、霉菌和藻類等)在一定條件下能將碳水化合物轉(zhuǎn)化為油脂貯存在菌體內(nèi)，稱為微生物油脂，又叫單細(xì)胞油脂[88]。微生物油脂因其生產(chǎn)周期短、所需勞動力少、不受季節(jié)影響、不占用耕地等優(yōu)點[89]，在油脂工業(yè)市場上具有巨大的潛力。

Muniraj等[90]以馬鈴薯淀粉廢水為培養(yǎng)基培養(yǎng)產(chǎn)油脂絲狀真菌——米曲霉(Aspergillusoryzae)。研究發(fā)現(xiàn)，通過用自來水稀釋淀粉廢水，可以減少因?qū)U水滅菌處理而產(chǎn)生抑制絲狀菌生長的厚糊化介質(zhì)。在最優(yōu)稀釋率(25%)條件下，油脂濃度為3.5 gL。與此同時，COD、總?cè)芙庑缘涂側(cè)芙庑粤兹コ史謩e達(dá)到91%、98%和97%。

Yang等[91]研究了厭氧消化淀粉廢水和酒精廢水的不同配比對蛋白核小球藻(Chlorellapyrenoidosa)生物量、油脂產(chǎn)量以及污染物去除率的影響：當(dāng)最佳體積比為0.053∶1時，生物量為(3.01±0.15)gL(干物質(zhì)量)，油脂產(chǎn)量為(127.71±6.31)mg(L·d)，COD、總氮及總磷的去除率分別為(75.78±3.76)%、(91.64±4.58)%、(90.74±4.62)%。

Xue等[92]利用黏紅酵母(Rhodotorulaglutinis)處理玉米淀粉廢水生產(chǎn)微生物油脂，在300 L反應(yīng)器中培養(yǎng)30～40 h后菌體生物量為30 gL，其中含油量為35%，COD去除率為80%。

Liu等[93]利用斯達(dá)氏油脂酵母(Lipomycesstarkeyi)以馬鈴薯淀粉廢水為培養(yǎng)基，優(yōu)化培養(yǎng)條件后，微生物量為2.59 gL，其中含油量為8.88%。

杜鵑等[94]以甘薯淀粉廢水為培養(yǎng)基培養(yǎng)刺孢小克銀漢霉，在最優(yōu)培養(yǎng)條件下，生物量為18.15 gL，含油量接近60%，粗脂肪可以達(dá)到9 gL以上，同時COD去除率為87%。

楊珊[95]通過紫外線和脈沖強磁場復(fù)合誘變技術(shù)對刺孢小克銀漢霉進(jìn)行誘變育種，獲得的突變株C108能在甘薯淀粉廢水中良好生長并高效轉(zhuǎn)化為油脂，最大油脂產(chǎn)量為8.15 gL。

利用淀粉廢水生產(chǎn)微生物油脂，COD去除率一般可達(dá)75%以上，但由于淀粉廢水氮、磷濃度較高，直接用于培養(yǎng)產(chǎn)油微生物，往往限制菌體油脂的產(chǎn)量，最大油脂濃度為0.2～10.9 gL。如果采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)脫除部分氮和磷，提高原料的CN和CP，可以使底物更有效地轉(zhuǎn)化為油脂[96]。

美國國家可再生能源實驗室(NREL)的報告特別指出，微生物油脂可能是生物柴油產(chǎn)業(yè)和生物經(jīng)濟(jì)的重要研究方向[97]。我國山東瑞星集團(tuán)利用高濃度CODCr淀粉廢水通過基因工程菌發(fā)酵合成油脂，年處理廢水60萬t，年產(chǎn)油脂5 154 t，年產(chǎn)生物菌粕7 560 t，每年節(jié)約水資源50萬t。廢水處理運行費用約3 900萬元，生產(chǎn)的油脂和菌粕銷售收入約5 300萬元a。如果將該技術(shù)應(yīng)用于全國淀粉生產(chǎn)企業(yè)，每年可以從淀粉廢水中產(chǎn)出1 260萬t生物油脂，用于生產(chǎn)生物柴油和其他油脂化工產(chǎn)品，15 000萬t菌粕可用于生產(chǎn)動物飼料，可節(jié)約水資源1.5億ta，具有很好的推廣前景[98]。但是，規(guī)?；a(chǎn)微生物油脂，正如規(guī)?；a(chǎn)其他生物燃料產(chǎn)品一樣，仍然面臨諸多困難[99]。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)和合成生物學(xué)以及各種綜合技術(shù)的不斷發(fā)展，最終會為生物燃料生產(chǎn)提供可靠的技術(shù)支持。

5展望

淀粉廢水資源化處理具有重要的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益，已經(jīng)成為科研領(lǐng)域和相關(guān)企業(yè)探索的重要方向。通過對淀粉廢水資源化相關(guān)文獻(xiàn)的歸納和分析，總結(jié)以下4個方面的淀粉廢水資源化途徑：

(1)利用淀粉廢水發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)雖然是一條可行的方法，但仍需因地制宜，不宜大面積推廣。

(2)從淀粉廢水中回收淀粉和蛋白質(zhì)等有用組分，不僅可以取得一定的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是減少淀粉廢水后續(xù)處理的壓力。目前國內(nèi)外普遍采用厭氧-好氧工藝處理淀粉廢水，如果在前端進(jìn)行有用組分的回收，將減少后端厭氧-好氧處理工藝中COD、總氮、總磷的輸入量，降低有機物去除和反硝化脫氮的壓力，避免因前端水質(zhì)污染物濃度高、波動大對后端達(dá)標(biāo)排放的影響。淀粉分離可采用離心分離法、混凝法，蛋白質(zhì)分離可采用泡沫分離法、超濾法、酸沉法、混凝法、發(fā)酵法，這些方法相對成熟，如果設(shè)計得當(dāng)，將會在淀粉廢水處理中發(fā)揮重要作用。其次，在注重提高回收率的基礎(chǔ)上，應(yīng)加大力度研究回收食品藥品等附加值高的淀粉或蛋白產(chǎn)品。

(3)淀粉廢水培養(yǎng)功能微生物和生產(chǎn)新能源處于小試研究階段，到生產(chǎn)應(yīng)用仍有相當(dāng)?shù)木嚯x，相關(guān)的微生物學(xué)研究是該領(lǐng)域研究的關(guān)鍵。培養(yǎng)功能微生物、生產(chǎn)新能源都與微生物密不可分。目前微生物技術(shù)還存在微生物培養(yǎng)成本高、抗沖擊能力差，受環(huán)境影響大等問題。相信隨著微生物學(xué)的發(fā)展，淀粉廢水培養(yǎng)功能微生物和生產(chǎn)新能源將取得更大的進(jìn)展。

(4)單一利用方式的經(jīng)濟(jì)效率有限，建議采用多段工藝對淀粉廢水進(jìn)行綜合利用，充分發(fā)揮各種技術(shù)優(yōu)勢，以達(dá)到效益的最大化。

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中圖分類號：X703

文章編號:1674-991X(2016)02-0117-10

doi:10.3969j.issn.1674-991X.2016.02.018

作者簡介:郭曉婭(1990—)，女，碩士，xiaoyaguo1990@163.com*責(zé)任作者:年躍剛(1963—)，男，研究員，博士，主要從事生態(tài)修復(fù)、中水回用研究，nianyg@craes.org.cn

基金項目:國家水體污染控制與治理科技重大專項(2012ZX07202-009-01)

收稿日期:2015-07-01