达羽涵+咖啡因的污染过程、抗性基因与控制原理研究

《生物工程》课程论文咖啡因的污染过程、抗性基因与控制原理研究Research on caffeine of Dynamics Process, Risk Assessment and Key Remediation in Contaminated Sites姓名：达羽涵学号：131410127（东华大学环境科学与工程学院，环卓1301，上海，201620）二零一五年十二月二十日摘要：咖啡因（Caffeine）是从很畅销的茶叶、咖啡果中提炼出来的一种黄嘌呤生物碱化合物，现代医学研究表明咖啡因在生理上有重要作用，是一种中枢神经系统兴奋剂，能促进新陈代谢，影响神经、心脏和肾脏的功能,对人类的健康发挥着积极作用。

近年来，咖啡因已在世界许多水域中被检测到，包括北海、地中海等。

而美国科学家们的最新海洋监测和研究结果表明：人类产生的咖啡因已经开始影响太平洋中的海洋生物。

在俄勒冈州的几处太平洋海岸已经检测到高浓度的咖啡因。

我国是生产和出口咖啡因的大国，所以我国因咖啡因带来的污染也是不可避免的。

在咖啡因生产的过程中，虽然没有废气和废渣的产生，却产生了大量的废水。

咖啡因废水是一种高、高盐度、毒性大的废水，处理难度相当大。

此外，水洗原母液是咖啡因废水值的主要提供者，由此可见水洗原母是咖啡因废水中主要的难处理废液［1］。

关键词：咖啡因咖啡因废水咖啡因污染抗性基因控制原理Abstract: Caffeine (Caffeine) is extracted from the very popular tea, coffee fruit out of a xanthine alkaloid compound, modern medical research showed that caffeine has an important role in the physiology, is a central nervous system stimulant, can promote metabolism, affecting nerves, heart and kidney function, on human health plays an active role.In recent years, caffeine has been detected in many of the world's waters, including the North Sea, the Mediterranean and the like. US scientists' latest marine monitoring and research results showed that: caffeine humans have begun to affect marine life in the Pacific Ocean. Oregon's Pacific Coast has been detected several high concentrations of caffeine. Our country is a big country of production and export of caffeine, so China due to pollution caused by caffeine is inevitable.In the production process caffeine, although there is no waste gas and waste generated, but generated a lot of waste. Caffeine is a waste water, high salinity, toxic wastewater treatment quite difficult. Also, washing raw liquor is the main provider of caffeinewastewater values, we can see the original mother is washing caffeine wastewater main intractable waste [1].Keywords: Caffeine Caffeine wastewater Caffeine pollutionThe control-principle of resistance genes1咖啡因污染状况与研究意义1.1咖啡因污染的研究意义与应用前景科学家很早就在城市污水中发现了阿斯匹林和咖啡因，但没有得到足够的重视。

直到上个世纪90年代，PPCPs污染才被人们正式提出。

［2］美国和欧洲都开始对此类污染进行调查。

1999年，美国在一项全国的地表水监测项目中发现了24种药品，其中包括类固醇等药物。

德国的一项研究则在柏林地区的饮用水中发现了很多其他药物。

美国科学家们的最新的海洋监测和研究结果表明：人类产生的咖啡因已经开始影响太平洋中的海洋生物。

在俄勒冈州的几处太平洋海岸已经检测到高浓度的咖啡因。

咖啡因污染的主要来源是咖啡因废水，而咖啡因废水作为一种典型的高盐度、高浓度难生物降解废水,国内外研究的并不多见,并且在国内外尚无可借鉴的工业化成功经验,这就给其治理带来了相当大的难度。

据咖啡因废水的处理现状可知，有关咖啡因废水处理的报道不但鲜见,而且在有限的几篇文献报道中存在着以下几点不足之处①处理成本太高。

如采用复合菌微生物法处理，一次性投资和实际运行费用较高。

②处理的废水不完全。

某些文献只是针对某种咖啡因废水如氰根废水或氯提废水进行处理,而处理大量的、复杂的咖啡因废水还需继续研究。

③实际操作可行性差。

截止目前,国内外尚无一例有效处理咖啡因废水的工程化实例。

同时，国际贸易中日益严格的环保要求和标准，也成为制药企业头上的“紧箍咒”。

近年来，“中国制造”努力迈出国门，走向世界，参与全球竞争，但“绿色壁垒”常常成为欧美国家拒绝我国医药产品的理由。

目前很多跨国公司在采购我国的维生素、咖啡因等产品时就提出很高的环保要求。

咖啡因生产废水具有以下特点①有机物浓度高,成分复杂。

废水中含有大量的来自不同生产工艺段的有机原料和咖啡因中间产品,这些物质通常带有氨基,故其水溶性大,使得废水的COD值上万。

②盐度大。

废水中以钠离子、氯离子和硫酸根离子为主导的无机盐含量较高。

③色度大。

咖啡因废水颜色鲜艳,呈红棕色。

④显酸性。

由于有机酸、嚓吟类等物质的存在,废水显酸性，pH为3~5。

⑤可生化性差。

废水中所含的有机污染物结构复杂,如茶碱、嗓吟类物质等是由多个碳氮原子交错组成的离域共扼键,结构相当稳定,难以降解。

因此废水可生化性差,难以用一般的生化方法处理。

⑥毒性大。

生产咖啡因时使用的原料较多,且多为强腐蚀性、剧毒、易挥发化学品,如氰类化合物和浓硫酸等。

咖啡因废水排放量大,成分复杂，可能会产生如下几点危害①废水中的难降解物质。

难降解有机物质如有机氰、杂环类化合物一般难以降解或根本无法降解,在环境中逐步富集,具有长期残留性、生物积累性,甚至具有“三致”作用或毒性。

它们不仅仅危害着环境和生态系统,同时对人体健康造成极大的威胁。

②无机盐份污染。

无机盐份过高会影响生物细胞渗透压,影响生物与自然界物质的交换。

③需氧有机物污染。

废水中大量的有机物排入水体中,在微生物作用下,大量消耗水体中的溶解氧,最终出现水体厌氧状态,水质恶化。

④色度污染。

色度不但会给人感官造成不悦,还会减弱水体的透光性,阻碍水生生物的光合作用。

此外,水洗原母液是咖啡因废水值的主要提供者,由此可见水洗原母是废水中主要的难处理废液。

茶钠废母液和甲化废母液值相对较低,如果直接将这三种废水混合处理,咖啡因废水将呈现高值的特点,不利于进行水处理。

但如果降低水洗原母液的值,咖啡因废水处理的难度将降低。

所以研究咖啡因的污染的已刻不容缓，其意义在于：1、目前咖啡因废水一般通过一些简单的处理设施便直接排入水体，这对生态环境以及人类的健康带来了严重的危害。

因此，寻求一种经济有效的咖啡因废水处理方法意义重大。

2、采用处理咖啡因废水的新型方案，即过程处理而非末端处理技术,来解决传统末端废水处理方法中难处理和费用高的问题。

3、通过研究，能够很好地实现生产用水的资源化、节省原材料和提高产量等目的,具有一定的经济效益,实现了废水的“零排放”［3］。

1.2 某污染物国内外研究现状及发展动态分析表污染物的基本性质与特征形态、咖啡因废水作为一种典型的高盐度、高浓度难生物降解废水,国内外研究的并不多见,并且在国内外尚无可借鉴的工业化成功经验,这就给其治理带来了相当大的难度［4］。

若用漂粉精处理咖啡因车间氰化工段含氰废水,通过实验结果选定处理条件,在搅拌下通入液碱,pH调至10~12,每吨废水投加漂粉精1kg,在40℃下保温1h，出水CN-浓度可降至1mg /L以下,每日CN-总排放量由115g降至5g,减少了环境污染,而且节省了漂粉精、蒸汽及液碱用量,获得了经济效益。

通过往氰根,废水中投加氢氧化钠和次氯酸钠,与CN-发生氧化还原反应,生成无污染的氮气,有效地处理了氰根废水。

采用水解法去除氯提咖啡因废水中的氯仿,实验结果表明,在pH为12.54和95℃恒温条件下水解,可使氯仿浓度由16.08mg /L降至0.5mg /L 以下。

将经蒸发工艺处理后的咖啡因亚硝化废水采用Fenton试剂深度处理,通过优化最佳处理条件,确定在反应温度90℃,反应时间为90min,pH为3.0，二氧化氢浓度0.24mg /L，矛二价铁离子浓度为40mmol/L条件下,最终排水COD稳定在85~92mg /L，COD去除率为94,9%以上,达到废水排放标准。

采用“ABR+SBR”工艺及复合菌微生物技术处理咖啡因生产废水,结果显示,在实验条件下,该技术对咖啡因生产废水有良好的处理效果,出水COD基本在300mg /L以下,COD去除率在90%以上；出水氰根的均值为0.683mg /L,平均去除率为84.85%；新增吹脱工艺对NH3-N有较好去除效果,整套工艺具有较好的经济效益。

采用微电+ABR+SBR 工艺处理咖啡因废水,实验结果表明pH为5,水力停留时间为60min,铁炭体积比为1:1时,COD去除率可达46.8%,氨氮去除率可达62.6%，色度去除率可达93.5%，出水BOD5/COD在0.48以上,提高了废水的可生化性；该工艺对咖啡因废水有较好的处理效果,出水COD可达150mg /L以下,去除率在95%以上。

根据上述咖啡因废水的处理现状可知,有关咖啡因废水处理的报道不但鲜见,而且在有限的几篇文献报道中存在着以下几点不足之处①处理成本太高。