酒精沼气双发酵耦联工艺技术中高浓度酒精发酵及抑制因子的研究

论文摘要

酒精沼气双发酵耦联工艺既能解决蒸馏废液污染问题又能节约大量的水资源。通过前期的实验发现消化液中有抑制酒精发酵的抑制因子存在,而且酒精发酵前期硫酸的添加会抑制厌氧沼气发酵。故本文针对可能会影响双发酵循环的物质进行了研究,并寻找到解决方法,为此工艺的进一步工业化打下基础。通过研究发现,丙酸对酒精发酵的抑制受浓度和发酵液初始pH的影响。当丙酸浓度在合适条件下能使酒精产量提高7.6%,酵母数量减少76%,甘油产量降低39.6%。但是丙酸浓度过高时酒精发酵会被完全抑制。在丙酸浓度相同时,初始pH的降低增强了丙酸对酒精发酵的抑制作用。通过无预糖化工序的“同步糖化发酵”技术研究,将酒精发酵的初始pH提高到6.0,硫酸的消耗降低了50%,使SO42-的浓度在3g/L的沼气发酵安全范围内。高浓度酒精发酵条件为：料水（中温厌氧出水）比1：2.2（w/w）,糖化酶的添加量为140 U/g木薯,发酵54 h,最终酒精浓度达14.7%（v/v）。糖化酶添加量较常规酒精发酵用量增加了17%。在进行高浓度酒精发酵时,双发酵耦联工艺进行的没有低浓度酒精发酵时稳定,尤其在第四批到第八批时淀粉利用率仅有80%。在对厌氧发酵进行调整后循环继续到15批,发酵时间54 h,酒精度维持在14.5%左右,淀粉利用率在87%以上,比较稳定。对酒精发酵配料水进行检测发现在循环前期COD、碱度、氨氮和无机离子含量都有很大幅度的提高,后期基本稳定。通过对钙、钠、镁、钾四种离子对酒精发酵的影响进行研究发现,钙离子的抑制浓度为10 g/L,钠离子的抑制浓度为5 g/L,镁离子浓度在5g/L以下时会提高最终酒精产量,而钾离子对酒精发酵的影响并不明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外燃料酒精发酵研究现状
• 1.1.1 高浓度酒精发酵
• 1.1.2 酵母细胞固定化研究
• 1.1.3 纤维素酒精发酵
• 1.1.4 酒精蒸馏废液的处理
• 1.2 "酒精沼气双发酵耦联工艺"的提出
• 1.2.1 酒精蒸馏废液治理过程中存在的主要问题
• 1.2.2 "酒精沼气双发酵耦联工艺"的提出
• 1.3 影响"酒精沼气双发酵耦联工艺"正常运行的抑制因素
• 1.3.1 小分子有机酸对于"酒精沼气双发酵耦联工艺"正常运行的影响
• 4^2-对于"酒精沼气双发酵耦联工艺"正常运行的影响'>1.3.2 SO₄^2-对于"酒精沼气双发酵耦联工艺"正常运行的影响
• 1.4 本论文的研究意义及研究内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 木薯及酵母
• 2.1.2 主要试剂
• 2.1.3 培养基
• 2.1.4 相关溶液配制
• 2.1.5 实验仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 酒精发酵三角瓶实验
• 2.2.2 "酒精沼气双发酵耦联工艺"循环中酒精发酵上罐实验
• 2.2.3 发酵醪理化性质的测定
• 2.2.4 酒精发酵配料水理化性质的测定
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 丙酸对于木薯酒精发酵的影响
• 3.1.1 丙酸浓度对酒精产量的影响
• 3.1.2 丙酸浓度对酵母生长的影响
• 3.1.3 丙酸浓度对甘油产量的影响
• 3.1.4 丙酸浓度对酒精发酵结束时各参数的影响
• 3.1.5 小结
• 4^2-的控制探讨'>3.2 "酒精沼气双发酵耦联工艺"中SO₄^2-的控制探讨
• 3.2.1 预糖化和发酵初始pH对高浓度酒精发酵的影响
• 3.2.2 酒精发酵硫酸使用量分析
• 3.2.3 同步糖化发酵工艺研究
• 3.2.4 同步糖化发酵工艺的放大验证
• 3.2.5 小结
• 3.3 "酒精沼气双发酵耦联工艺"废液全循环的研究
• 3.3.1 高浓度酒精发酵运行状态及各项发酵指标
• 3.3.2 酒精发酵配料水中各参数研究
• 3.3.3 小结
• 3.4 无机离子对高浓度酒精发酵的影响
• 3.5 结论与展望
• 3.5.1 本文的主要结论
• 3.5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文