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)酵技術和現(xiàn)代DNA重組、細胞融合等新技術相結合并發(fā)展起來的現(xiàn)代生物技術，并通過現(xiàn)代化學工程技術，生產有用物質或直接用于工業(yè)化生產的一種大工業(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論文。內容僅供參考，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)代生物工程技術相結合的基礎產業(yè)，也是現(xiàn)代工業(yè)生物工程技術的具體應用產業(yè)。我國發(fā)酵工業(yè)目前已發(fā)展形成了具有一定規(guī)模和技術水平的門類比較齊全的獨立工業(yè)體系。其中，一部分產品的發(fā)酵生產工藝及技術已接近或達到世界先進水平，并且掌握了核心工藝技術擁有知識產權。目前，我國已經(jīng)是味精、檸檬酸的世界第一大生產國。2013年我國發(fā)酵行業(yè)主要產品產量、出口量及同比增長率。
2013年我國生物發(fā)酵工業(yè)全年生產值約2780億人民幣，全年的產品總產量為2429萬噸，比2012年略有增長。其中，味精、淀粉糖由于價格等原因導致產量下降，而氨基酸、酵母、酶制劑行業(yè)保持了持續(xù)增長。2013年，氨基酸產品年產量為400萬噸，有機酸產品年產量為158萬噸，功能發(fā)酵制品年產量為310萬噸。2013年我國發(fā)酵工業(yè)主要產品出口總量為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，優(yōu)化發(fā)酵生產工藝，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，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)產品是原料先經(jīng)過發(fā)酵，再經(jīng)提取、精制得到的，生產過程必然會產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)副產品的轉化率，加大對產品生產工藝的優(yōu)化，減少污染物的排放，促進發(fā)酵生產過程中所產生的廢水、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)酵的綜合生產成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益，充分利用物質原料的價值和生產潛力，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構拆分的煉制原理。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，萬田英等[6]采用UASB-CASS工藝對其進行凈化處理。在UASB反應器中加入約占反應器體積30%的顆粒狀甲烷菌，用顆粒甲烷菌處理流經(jīng)的廢水，產生的甲烷通過氣固液分離裝置回收利用。使用CASS反應器可省去內循環(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、減少廢棄物的產生量，而且還可使設備穩(wěn)定運轉、延長設備的使用壽命。
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)只產生極少量的污泥，無須使用藥物，而且也幾乎沒有臭味產生，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 磁分離技術磁分離技術是利用磁場力的作用，對水中不同磁性的物質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，利用絮凝技術即可使廢水中的非磁性物質和磁種相互結合在一起，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、結構簡單、占地少。為了更好地去除廢水中的COD、BOD5、氨氮、磷等污染物，可以將磁分離技術與現(xiàn)代生物工程技術相結合，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的未來發(fā)展趨勢。
3.3 節(jié)能減排技術的發(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)保技術的重要性，在原料精制、高附加值產品開發(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。
3.3.1 熱管式發(fā)酵設備熱管式發(fā)酵設備是指利用熱管作為傳熱或散熱元部件的發(fā)酵設備。該設備的工作原理是：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)酵產生的多余熱量，該設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)酵設備的需求，主要根據(jù)不同發(fā)酵生產工藝和不同發(fā)酵產品的要求，準確選擇發(fā)酵設備所需熱管的材質、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，副反應減少;③熱管安裝布置方式靈活，結構簡單緊湊，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 結晶技術結晶技術是能夠控制發(fā)酵產物固體特定物理形態(tài)的制造與分離純化技術，具有高效率、低污染、低能耗等優(yōu)點。分離提取也是發(fā)酵生產下游過程中最重要的部分。許多發(fā)酵產品可以通過結晶技術獲得，并且所獲得的產品濃度和質量都有所提高。近年來，隨著發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展，結晶技術也在不斷發(fā)展，結晶技術在發(fā)酵工業(yè)中的應用也越來越普遍。例如將多種結晶方法相結合的耦合結晶技術在發(fā)酵后目標產物的提取分離純化中的應用，結晶技術在生物大分子聚合物后提取純化工藝中的應用等。在發(fā)酵工業(yè)中，目標產物的分離提取純化是整個發(fā)酵工業(yè)的重中之重，如果將結晶技術應用到發(fā)酵工業(yè)目標產物的提取中，不但可以降低成本，也可簡化復雜的傳統(tǒng)操作工藝，而且有助于提高產品質量，增加發(fā)酵工業(yè)效益。
3.3.3 膜技術與過程耦合膜技術可據(jù)不同種類發(fā)酵產品的具體要求，去除不需要的成分和物質，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，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合成一個完整的單元操作。近年來，膜技術在發(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、有時甚至是關鍵性的作用。過程耦合膜技術已廣泛用于發(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 結語
為了提高發(fā)酵工業(yè)的核心競爭力，必須深化產業(yè)結構調整，加快產業(yè)升級，進一步擴大產品應用領域;企業(yè)也要積極研發(fā)新的生產技術、裝備和生產工藝，淘汰落后的生產技術和工藝，降低產品耗能和耗糧，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、新設備、新工藝應用到我國發(fā)酵行業(yè)中，實現(xiàn)資源利用的最大化，實現(xiàn)清潔生產，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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