论文摘要
造纸污泥是造纸企业在废水处理过程中产生的一种固体废弃物,简单的填埋、焚烧或不加任何处理直接排放容易对环境造成二次污染,也是一种资源浪费。造纸污泥中含有大量的纤维物质,可作为生物质原料发酵生产燃料乙醇,具有较好的资源化利用价值。本文基于实现造纸污泥的资源化利用,优化造纸污泥中纤维质生物转化乙醇工艺这一目的,进行了发酵菌驯化、里氏木霉RUT C-30发酵产纤维素酶、混合菌同步糖化共发酵转化燃料乙醇及戊糖、己糖共发酵过程的研究实验。APMP造纸废水经生物活性污泥法处理产生的造纸污泥总纤维素含量达到47.9%。通过利用污泥酶解液梯度驯化法驯化发酵菌株,酿酒酵母与KO11的OD值由2.226和1.978分别增加到2.493和2.187,分别提高约12.0%和10.6%,较好的适应了造纸污泥发酵的生长环境,获得了发酵的耐受菌株。以里氏木霉作为纤维素酶生产菌株,酿酒酵母和大肠杆菌KO11作为乙醇发酵菌进行了同步糖化共发酵实验。通过单因素和正交实验获得了底物浓度为5%时的最佳发酵条件:发酵温度38℃、纤维素酶用量20U/g底物、混合菌总接种量6%、酿酒酵母与大肠杆菌K011配比为1:1(细胞干重初始浓度分别为1.0 g/L和0.33 g/L)。在此最佳工艺条件下,进行乙醇混合菌发酵验证试验,乙醇产率可达0.115 g乙醇/g底物,发酵效率可达理论值的42.31%。通过单菌种发酵与混合菌发酵比较发现,混合菌发酵效果最好。通过纸层析法分析造纸污泥酶解液的单糖组成实验结果表明,酶解液中含有较多的木糖和葡萄糖,另外,还含有少量的阿拉伯糖和甘露糖等。混合菌发酵葡萄糖和木糖的混合液实验表明,发酵过程中总还原糖利用率达到90.8%,葡萄糖利用率高于木糖利用率,且在发酵过程中菌种先利用葡萄糖发酵。混合菌发酵造纸污泥酶解液实验结果表明:乙醇发酵集中在24h之内,乙醇最高浓度为5.67g/L,糖醇转化率达到理论值的63.06%。通过红外光谱分析表明,造纸污泥酶解及发酵前后最显著的变化是纤维素、半纤维素发生了剧烈降解,其原始污泥的多糖特征谱强于酶解和发酵后的多糖特征谱。通过扫描电镜观察结果表明,造纸污泥酶解后纤维素降解非常明显,发酵残渣中的纤维基本被降解完毕。
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