纖維乙醇—沼氣雙發(fā)酵廢水的回用研究

【摘要】：隨著國際能源價格的波動和能源需求的不斷增長,利用纖維質(zhì)原料生產(chǎn)燃料乙醇成為國內(nèi)外的研究熱點之一。以纖維質(zhì)原料代替糧食生產(chǎn)燃料乙醇被認(rèn)為是解決燃料乙醇原料有限和成本高的根本出路。目前纖維乙醇項目的技術(shù)瓶頸主要是廢水難處理、生產(chǎn)所需酶價格高、秸稈運輸及儲存困難和生產(chǎn)能耗高等,這些因素限制了纖維乙醇的發(fā)展。纖維乙醇廢水污染負(fù)荷高,組分復(fù)雜,數(shù)量巨大,是一種難處理的工業(yè)廢水。因此,探索有效的廢水處理方法是降低纖維乙醇生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。本文以河南天冠集團經(jīng)過厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣處理后的纖維乙醇廢水為研究對象,重點研究了該廢水作為纖維乙醇發(fā)酵的配料用水回用于乙醇發(fā)酵的工藝過程,旨在減少廢水排放對環(huán)境的污染,為纖維乙醇項目的進一步推廣奠定基礎(chǔ)。首先采用國標(biāo)法對纖維乙醇-沼氣雙發(fā)酵廢水進行分析,廢水的COD為2902mg/L,色度為3021,氨氮含量為300.9 mg/L,總磷含量為16.75 mg/L。利用GC-MS和ICP發(fā)射光譜法等分析方法對厭氧出水進行成分分析,廢水中可定性有機物有20多種,金屬離子種類較多,其中,鉀、鈣、鈉的含量較高。其次,主要考察了甲酸、乙酸、丙酸、糠醛和氨氮等廢水主要成分對纖維素酶解和乙醇發(fā)酵過程的影響,找到其臨界抑制濃度。結(jié)果表明:沼氣發(fā)酵過程中產(chǎn)生的以甲酸、乙酸和丙酸為代表的小分子有機酸是抑制乙醇發(fā)酵的主要物質(zhì),會導(dǎo)致最終乙醇產(chǎn)量的下降。甲酸、乙酸和丙酸對纖維素酶解過程的影響主要是酸度的影響,可以通過調(diào)節(jié)酶解液的初始p H而消除。甲酸、乙酸和丙酸對酵母發(fā)酵產(chǎn)生抑制的濃度分別為1.6、3和3 g/L?？啡w維素酶解過程幾乎無影響,但對酵母發(fā)酵產(chǎn)生抑制,其抑制濃度為4 g/L。氨氮在低濃度(0.6 g/L)時對乙醇發(fā)酵有促進作用,高濃度時抑制乙醇發(fā)酵。最后以還原糖濃度、乙醇得率、殘還原糖濃度及失重為考察指標(biāo),研究了纖維乙醇-沼氣雙發(fā)酵厭氧出水作為工藝用水回用于汽爆玉米秸稈酶解和乙醇發(fā)酵過程,探討其廢水回用的可行性。結(jié)果表明:廢水全回用對纖維素酶解和酵母發(fā)酵都有一定的抑制作用。廢水回用量為20%時對酶解和乙醇得率無影響。采用活性氧化鋁和活性炭吸附法對廢水進行資源化處理,處理后廢水的最大回用量分別為40%,50%。放大實驗表明:廢水作為部分工藝用水回用于汽爆玉米秸稈酶解和乙醇發(fā)酵過程是可行的。 【關(guān)鍵詞】：纖維乙醇 廢水 酶解 酵母發(fā)酵 汽爆玉米秸稈 回用
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 引言11-24
• 1.1 纖維乙醇簡介11-12
• 1.2 纖維乙醇廢水的特點12
• 1.3 國內(nèi)外燃料乙醇廢水的研究進展12-18
• 1.3.1 物理處理法13
• 1.3.2 化學(xué)處理法13-15
• 1.3.3 生物處理法15-17
• 1.3.4 吸附法17-18
• 1.4 燃料乙醇廢水回用的研究進展18-19
• 1.5 抑制物對酵母發(fā)酵的抑制及其機理19-22
• 1.5.1 抑制物的分類20-21
• 1.5.2 不同抑制物的作用機理21-22
• 1.6 選題背景和意義及研究思路22-24
• 2 纖維乙醇-沼氣雙發(fā)酵廢水的水質(zhì)分析24-30
• 2.1 概述24
• 2.2 實驗部分24-27
• 2.2.1 實驗儀器24-25
• 2.2.2 廢水的水質(zhì)指標(biāo)分析方法25-26
• 2.2.3 廢水中有機物的分析方法26
• 2.2.4 廢水中金屬離子的分析方法26-27
• 2.3 結(jié)果與討論27-29
• 2.3.1 廢水的水質(zhì)指標(biāo)分析27-28
• 2.3.2 廢水中有機物定性分析28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 3 抑制物對纖維素酶解和酵母發(fā)酵的影響30-50
• 3.1 概述30
• 3.2 實驗部分30-37
• 3.2.1 實驗材料30
• 3.2.2 實驗儀器和試劑30-31
• 3.2.3 實驗方法31-32
• 3.2.4 分析方法32-37
• 3.3 結(jié)果與討論37-49
• 3.3.1 玉米秸稈的成分測定37
• 3.3.2 纖維素酶用量的影響37-38
• 3.3.3 酵母接種量對酵母發(fā)酵的影響38-39
• 3.3.4 有機酸對酶解的影響39-41
• 3.3.5 有機酸對酵母發(fā)酵的影響41-45
• 3.3.6 糠醛對酶解的影響45
• 3.3.7 糠醛對酵母發(fā)酵的影響45-47
• 3.3.8 氨氮對酶解的影響47-48
• 3.3.9 氨氮對酵母發(fā)酵的影響48-49
• 3.4 本章小結(jié)49-50
• 4 纖維乙醇-沼氣雙發(fā)酵廢水的回用研究50-63
• 4.1 概述50
• 4.2 實驗部分50-51
• 4.2.1 實驗材料50
• 4.2.2 實驗儀器和試劑50
• 4.2.3 實驗方法50-51
• 4.2.4 分析方法51
• 4.2.5 乙醇得率的計算51
• 4.3 結(jié)果與討論51-61
• 4.3.1 廢水回用對酶解的影響52
• 4.3.2 廢水回用對酵母發(fā)酵的影響52-54
• 4.3.3 氧化鋁處理的廢水對酶解的影響54-55
• 4.3.4 氧化鋁處理的廢水對酵母發(fā)酵的影響55-57
• 4.3.5 活性炭處理的廢水對酶解的影響57-58
• 4.3.6 活性炭處理的廢水對酵母發(fā)酵的影響58-59
• 4.3.7 廢水回用的放大試驗研究59-61
• 4.4 本章小結(jié)61-63
• 5 結(jié)論與展望63-64
• 參考文獻64-69
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果69-70
• 致謝70

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