發(fā)酵工業(yè)存在的主要問題及解決措施探討論文
發(fā)酵工業(yè)是傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)和現(xiàn)代DNA重組、細胞融合等新技術(shù)相結(jié)合并發(fā)展起來的現(xiàn)代生物技術(shù)，并通過現(xiàn)代化學工程技術(shù)，生產(chǎn)有用物質(zhì)或直接用于工業(yè)化生產(chǎn)的一種大工業(yè)體系。以下是學習啦小編今天為大家精心準備的：發(fā)酵工業(yè)存在的主要問題及解決措施探討相關(guān)論文。內(nèi)容僅供參考，歡迎閱讀!
發(fā)酵工業(yè)存在的主要問題及解決措施探討全文如下：
1 我國發(fā)酵工業(yè)的現(xiàn)狀
我國發(fā)酵工業(yè)是將傳統(tǒng)的發(fā)酵工藝和現(xiàn)代生物工程技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是現(xiàn)代工業(yè)生物工程技術(shù)的具體應(yīng)用產(chǎn)業(yè)。我國發(fā)酵工業(yè)目前已發(fā)展形成了具有一定規(guī)模和技術(shù)水平的門類比較齊全的獨立工業(yè)體系。其中，一部分產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)工藝及技術(shù)已接近或達到世界先進水平，并且掌握了核心工藝技術(shù)擁有知識產(chǎn)權(quán)。目前，我國已經(jīng)是味精、檸檬酸的世界第一大生產(chǎn)國。2013年我國發(fā)酵行業(yè)主要產(chǎn)品產(chǎn)量、出口量及同比增長率。
2013年我國生物發(fā)酵工業(yè)全年生產(chǎn)值約2780億人民幣，全年的產(chǎn)品總產(chǎn)量為2429萬噸，比2012年略有增長。其中，味精、淀粉糖由于價格等原因?qū)е庐a(chǎn)量下降，而氨基酸、酵母、酶制劑行業(yè)保持了持續(xù)增長。2013年，氨基酸產(chǎn)品年產(chǎn)量為400萬噸，有機酸產(chǎn)品年產(chǎn)量為158萬噸，功能發(fā)酵制品年產(chǎn)量為310萬噸。2013年我國發(fā)酵工業(yè)主要產(chǎn)品出口總量為327.9萬噸，比2012年增長了13.2%。
近年來，隨著食品發(fā)酵工業(yè)的迅速發(fā)展和人口不斷增長，工業(yè)用糧也在不斷增加，工業(yè)大量使用糧食造成了與人類爭糧的局面。與此同時，這些企業(yè)排放的廢水、廢渣也極大地污染了環(huán)境，不僅消耗了大量糧食、能源和水資源，而且也嚴重制約了自身的發(fā)展。發(fā)酵工業(yè)耗能多、排污大，采用新技術(shù)，優(yōu)化發(fā)酵生產(chǎn)工藝，減少廢水、廢渣的排放量，提高發(fā)酵原料的綜合利用率，把耗能降到最低水平，以期獲得最佳產(chǎn)品和獲得最好的效益，這一直以來都是發(fā)酵工業(yè)努力的目標。
2 我國發(fā)酵工業(yè)存在的主要問題
2.1 糧食短缺問題
我國用占世界耕地面積總量7%左右的耕地，養(yǎng)育了占世界人口總額21%的人口，而且我國的可耕地面積還在不斷減少，人口在不斷增長。2013年我國糧食國內(nèi)總消費量為60 133萬噸，而發(fā)酵主要工業(yè)耗糧約為16 970萬噸，我國人均糧食占有量約為420千克，但人均糧食消費量約500千克，尤其是近幾年全國各地都有旱情，導致糧食減產(chǎn)，有的地方甚至顆粒無收，所以降低糧耗是目前我國發(fā)酵工業(yè)所面臨的重要問題。因此，發(fā)酵工業(yè)首先要面臨的問題就是優(yōu)化發(fā)酵生產(chǎn)工藝、節(jié)約糧食。
2.2 水資源匱乏問題
2012年我國味精行業(yè)年耗水量1.25億噸，檸檬酸行業(yè)年耗水量4000萬噸，而且廢水排放量每年都在增加。眾所周知，我國是一個嚴重缺水的國家，盡管我國的淡水資源總量很大，約占全球水資源的7%，但因我國人口眾多，人均水資源量卻很少，2012年人均水資源量為2186立方米，是全球人均水資源貧乏的國家之一，而且水資源分布很不均勻[3]。我國有11個省份屬于“水稀缺”，還有許多地區(qū)在為生活飲用水發(fā)愁，所以要降低發(fā)酵工業(yè)的用水量，減少廢水的排放量，加大對廢水的處理，爭取早日實現(xiàn)廢水零排放。
2.3 環(huán)境污染問題
發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品是原料先經(jīng)過發(fā)酵，再經(jīng)提取、精制得到的，生產(chǎn)過程必然會產(chǎn)生大量的一定濃度的有機廢水和廢渣。2012年我國味精行業(yè)排放廢水1.2億噸，檸檬酸行業(yè)排放廢水3500萬噸，這些廢水和廢渣是發(fā)酵工業(yè)的主要污染物，不經(jīng)嚴格處理就排入江河，將會對人類的生活環(huán)境造成嚴重污染，甚至危害人類的身體健康。
3 我國發(fā)酵工業(yè)主要問題的解決措施
近年來，為了提高發(fā)酵原料綜合利用率和工業(yè)副產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率，加大對產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，減少污染物的排放，促進發(fā)酵生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢水、廢渣、廢氣和工業(yè)廢棄物等污染物的治理與回收利用，國家出臺了一系列措施。隨著科學技術(shù)的發(fā)展以及國家政策的正確指導，越來越多的發(fā)酵企業(yè)認識到發(fā)展節(jié)能減排技術(shù)和走資源節(jié)約、環(huán)境友好型循環(huán)經(jīng)濟的重要性和必要性。發(fā)酵企業(yè)已經(jīng)認識到只有提高原提煉過程，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，從工藝和源頭上控制、消除污染因素，才能降低發(fā)酵的綜合生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益，充分利用物質(zhì)原料的價值和生產(chǎn)潛力，求得物盡其用，建立資源節(jié)約型的循環(huán)經(jīng)濟、環(huán)境友好型的生態(tài)發(fā)酵工業(yè)體系。
3.1 原料精制體系
為解決糧食問題，經(jīng)多年研究陳洪章等[5]提出了原料組分分離和選擇性結(jié)構(gòu)拆分的煉制原理。發(fā)酵工業(yè)原料的組分分離即發(fā)酵工業(yè)原料的精制。發(fā)酵原料是含有多種成分的資源，將原料的各成分分離精制，成為具有一定純度的各類成分，這些成分再經(jīng)過不同的發(fā)酵工藝加工成為不同的有價值的發(fā)酵產(chǎn)品。這樣就可以使原料資源分配利用最大化，實現(xiàn)原料組分的全利用。近年來，經(jīng)過對發(fā)酵工業(yè)原料充分利用的高值化研究，已創(chuàng)建了以汽爆為核心的發(fā)酵原料煉制平臺和針對發(fā)酵工業(yè)常用的淀粉、糖類、木質(zhì)纖維素類及有機酸、醇類等作為發(fā)酵原料的節(jié)水、節(jié)能、環(huán)境友好的原料煉制技術(shù)體系，為建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的循環(huán)發(fā)酵工業(yè)體系提供了技術(shù)支撐。
3.2 廢水處理
2012年我國全年廢水排放總量為684.76億萬噸，其中氨氮排放量為253.59萬噸。工業(yè)廢水必須經(jīng)過處理達到排放標準才能夠排入城市污水管道。不同行業(yè)所排放的廢水是不一樣的，主要是廢水里的污染物種類和含量相差很大，所以不同的廢水要有不同的凈化處理方法。以下介紹幾種新型廢水處理方法。
3.2.1 用UASB-CASS法處理啤酒廠廢水根據(jù)啤酒廠排放廢水的特質(zhì)，萬田英等[6]采用UASB-CASS工藝對其進行凈化處理。在UASB反應(yīng)器中加入約占反應(yīng)器體積30%的顆粒狀甲烷菌，用顆粒甲烷菌處理流經(jīng)的廢水，產(chǎn)生的甲烷通過氣固液分離裝置回收利用。使用CASS反應(yīng)器可省去內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，脫氮效果也很好。經(jīng)過處理的廢水中BOD(生化需氧量)去除率約90%、SS(懸浮物)去除率約95%。用此法處理廢水，剩余污泥比活性污泥法減少75%、消耗電力減少50%，回收利用產(chǎn)生的沼氣使工廠燃料節(jié)省11%。此法不僅節(jié)能、減少廢棄物的產(chǎn)生量，而且還可使設(shè)備穩(wěn)定運轉(zhuǎn)、延長設(shè)備的使用壽命。
3.2.2 含高濃度油脂廢水的處理系統(tǒng)根據(jù)含高濃度油脂廢水的特點，郭勇等[7]提出采用氣浮-反相破乳-IC塔法進行凈化處理，效果好，經(jīng)濟節(jié)約，工藝運行安全。該系統(tǒng)只產(chǎn)生極少量的污泥，無須使用藥物，而且也幾乎沒有臭味產(chǎn)生，更不會污染環(huán)境。經(jīng)該系統(tǒng)處理的廢水，污染物清除率為COD(化學需氧量)95%左右、BOD 99%以上，n-Hex抽提物99%以上。經(jīng)凈化處理的水完全達到《污水綜合排放標準》的三級標準，可直接排放進入污水管道。
3.2.3 含抗生素廢水的處理系統(tǒng)因為抗生素可以抑制細菌生長或殺死細菌，為了防止發(fā)酵過程染菌，抗生素在發(fā)酵行業(yè)的使用量也與日俱增。如果抗生素不經(jīng)過處理直接排放到環(huán)境中，將會極大地威脅生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和人類健康。不同的企業(yè)使用的抗生素也不同，因而須采用不同的污水處理方法。目前常用處理方法有人工濕地法、土壤滲濾系統(tǒng)法、超聲降解法、加強型活性污泥法和低溫等離子體技術(shù)等，這些方法對抗生素都有較高的去除效率，適用范圍也較廣，而且不會對環(huán)境造成二次污染。如果將這些工藝組合起來，建立組合式工藝，將可以更好地處理含抗生素的污水，這將成為以后的研究重點。
3.2.4 磁分離技術(shù)磁分離技術(shù)是利用磁場力的作用，對水中不同磁性的物質(zhì)進行分離去除的一種廢水處理方法。發(fā)酵工業(yè)廢水中的污染物很多都不是磁性的，只要在廢水中加入一定量的磁種和合適的混凝劑，利用絮凝技術(shù)即可使廢水中的非磁性物質(zhì)和磁種相互結(jié)合在一起，再通過磁盤分離、高梯度磁分離或超導高梯度磁分離等工藝，就能去除廢水中的懸浮物、有機物、細菌等污染物，凈化處理效果很好，分離效率高、速率快、處理效果好、結(jié)構(gòu)簡單、占地少。為了更好地去除廢水中的COD、BOD5、氨氮、磷等污染物，可以將磁分離技術(shù)與現(xiàn)代生物工程技術(shù)相結(jié)合，能夠獲得很好的凈化處理效果，如BioMag工藝和MagBR工藝，這也是廢水凈化處理中磁分離技術(shù)的未來發(fā)展趨勢。
3.3 節(jié)能減排技術(shù)的發(fā)展
近年來，糧食匱乏及環(huán)境污染問題越來越突出，發(fā)酵企業(yè)已經(jīng)認識到發(fā)展節(jié)能減排、生物環(huán)保技術(shù)的重要性，在原料精制、高附加值產(chǎn)品開發(fā)、加大對工業(yè)廢水及廢渣的處理和回收再利用方面有了很大進步。下面介紹一些節(jié)能減排的生物環(huán)保技術(shù)。
3.3.1 熱管式發(fā)酵設(shè)備熱管式發(fā)酵設(shè)備是指利用熱管作為傳熱或散熱元部件的發(fā)酵設(shè)備。該設(shè)備的工作原理是：當發(fā)酵罐溫度沒有達到預定的最高溫度或生產(chǎn)的最佳溫度時，熱管不工作;一旦其溫度達到或超過規(guī)定的最高溫度時，為了達到控制發(fā)酵罐溫度的目的，熱管就會自啟，開始控溫工作，將發(fā)酵罐產(chǎn)生的多余熱量傳到罐外冷凝段熱管，通過風扇冷卻、自然冷卻、水冷卻或其他方式強制冷卻。為了排除發(fā)酵產(chǎn)生的多余熱量，該設(shè)備是將不同熱管的冷凝段放在發(fā)酵罐外，蒸發(fā)段放在發(fā)酵罐中。為滿足不同發(fā)酵設(shè)備的需求，主要根據(jù)不同發(fā)酵生產(chǎn)工藝和不同發(fā)酵產(chǎn)品的要求，準確選擇發(fā)酵設(shè)備所需熱管的材質(zhì)、管徑、長度、數(shù)量、排列形式等，并合理確定冷凝段的冷卻方式。
熱管式發(fā)酵設(shè)備的優(yōu)點：①減少發(fā)酵工業(yè)的能耗，節(jié)約大量水、電等;②傳熱效率高，副反應(yīng)減少;③熱管安裝布置方式靈活，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，同時可根據(jù)換熱量的多少增減熱管元件的數(shù)量，亦可單獨更換熱管;④安全可靠，不需要經(jīng)常維護。
3.3.2 結(jié)晶技術(shù)結(jié)晶技術(shù)是能夠控制發(fā)酵產(chǎn)物固體特定物理形態(tài)的制造與分離純化技術(shù)，具有高效率、低污染、低能耗等優(yōu)點。分離提取也是發(fā)酵生產(chǎn)下游過程中最重要的部分。許多發(fā)酵產(chǎn)品可以通過結(jié)晶技術(shù)獲得，并且所獲得的產(chǎn)品濃度和質(zhì)量都有所提高。近年來，隨著發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展，結(jié)晶技術(shù)也在不斷發(fā)展，結(jié)晶技術(shù)在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用也越來越普遍。例如將多種結(jié)晶方法相結(jié)合的耦合結(jié)晶技術(shù)在發(fā)酵后目標產(chǎn)物的提取分離純化中的應(yīng)用，結(jié)晶技術(shù)在生物大分子聚合物后提取純化工藝中的應(yīng)用等。在發(fā)酵工業(yè)中，目標產(chǎn)物的分離提取純化是整個發(fā)酵工業(yè)的重中之重，如果將結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用到發(fā)酵工業(yè)目標產(chǎn)物的提取中，不但可以降低成本，也可簡化復雜的傳統(tǒng)操作工藝，而且有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加發(fā)酵工業(yè)效益。
3.3.3 膜技術(shù)與過程耦合膜技術(shù)可據(jù)不同種類發(fā)酵產(chǎn)品的具體要求，去除不需要的成分和物質(zhì)，如除菌、除濁、除微粒、脫色、去酸、去異味等，保留所需成分和物質(zhì)，以實現(xiàn)分離、分級、凈化、濃縮、精制及回收再利用。過程耦合就是將發(fā)酵過程中兩個及兩個以上相連的獨立單元操作有機結(jié)合成一個完整的單元操作。近年來，膜技術(shù)在發(fā)酵工業(yè)的原料精制、發(fā)酵過程及下游分離純化過程中都有廣泛的、有時甚至是關(guān)鍵性的作用。過程耦合膜技術(shù)已廣泛用于發(fā)酵工業(yè)的許多過程中，成為整個發(fā)酵過程的組成部分或單元操作。合理設(shè)計的單元操作之間的相互耦合過程，可以提高發(fā)酵過程的效率和經(jīng)濟性，也有利于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟環(huán)境友好型發(fā)酵工業(yè)。
4 結(jié)語
為了提高發(fā)酵工業(yè)的核心競爭力，必須深化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，加快產(chǎn)業(yè)升級，進一步擴大產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域;企業(yè)也要積極研發(fā)新的生產(chǎn)技術(shù)、裝備和生產(chǎn)工藝，淘汰落后的生產(chǎn)技術(shù)和工藝，降低產(chǎn)品耗能和耗糧，提高原料的綜合利用率;同時也要學會借鑒發(fā)達國家或其他行業(yè)的經(jīng)驗，將一些新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝應(yīng)用到我國發(fā)酵行業(yè)中，實現(xiàn)資源利用的最大化，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，解決環(huán)境污染問題，推動發(fā)酵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
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