甜菜糖蜜酒精废液的处理研究

论文摘要

糖蜜酒精废液是制糖工业中最重要的污染源。传统糖蜜酒精发酵工艺是将酒精成熟醪直接送入蒸馏塔,蒸馏废液中因含有大量的酵母残体,而造成COD、BOD含量高,直接排放不但对水体、土壤等环境造成严重污染,甚至会危害到人类的健康。本文针对这一问题对传统工艺加以改进：采用膜分离技术对甜菜糖蜜酒精成熟醪进行处理,分离后的酒精酵母回用发酵。这样不但可以减小废液的污染程度,还可以节约酒精酵母资源,为糖蜜废液酒精的资源化治理提供了新思路。本文的主要研究内容与结果如下：首先,本文采用微滤对酒精成熟醪进行处理,分离得到含酵母菌体的浓缩液,循环回用于发酵,透过液送至蒸馏。对微滤前后的蒸馏废液进行比较,得到以下结论：未经处理的成熟醪直接蒸馏,得到的废液COD值高达139302.727 mg·L-1,经微滤处理后的成熟醪蒸馏废液COD值降为74288.217 mg·L-1,比较得出微滤前后COD去除率达到46.67%,乙醇损失为3.46%,可以有效的减小废液的治理难度,比离心处理的效果好,能耗较离心低,易于工业化,易于密闭条件操作,减少乙醇损失,且不易染菌。其次,本文对微滤的条件进行了初步的优化,分别使用0.01μm,0.02gm孔径的微滤膜,对膜孔径和操作压力两个影响因素进行了研究：根据料液处理量不同,选择不同操作条件,微滤效果更佳。相同膜孔径的条件下,操作压力越大,初始膜通量越大,但是膜通量随时间的下降速度也越快,在处理少量醪液时,可以选择选用较高的操作压力（安全压力之内）,反之,选择低操作压力微滤速度相对更快,更稳定；在相同操作压力条件下,比较不同膜孔径的膜通量,膜孔径越大,初始膜通量越大,但是随时间的下降速度也越快,且膜内压力上升较快,适合少量料液的处理；反之,在长时间处理大量料液时,小孔径的微滤膜速度相对更快。同时本文考察了不同操作压力下的微滤效果,综合考虑乙醇损失率与COD去除率,选择0.01μm,0.04Mpa操作压力为优化条件。最后,本文对酒精酵母回用发酵的发酵特性进行了研究比较,并对甜菜糖蜜发酵条件进行了初步的优化：初始糖浓度在26°Bx,接种量为8%,初始pH为4.2,30℃,140rpm条件下发酵36h,为最优发酵条件；本文将微滤分离出的酵母循环回用,连续循环5批后,比较发酵特性参数,酵母得率与酸化力呈下降趋势,然而糖醇转化率与糖转化率变化不明显,基本保持稳定,循环回用过程乙醇得率可以提高约1%,发酵周期缩短了6-12h,说明该工艺可行,既可以节省酵母资源,又可以缩短发酵周期,提高设备的利用率,提高产率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 糖蜜酒精发酵的概述
• 1.1.1 糖蜜与甜菜糖蜜
• 1.1.2 糖蜜酒精酵母
• 1.1.3 传统的糖蜜酒精发酵工艺
• 1.1.4 糖蜜酒精发酵方法的简述
• 1.1.5 糖蜜酒精成熟醪
• 1.2 糖蜜酒精废液的简述
• 1.2.1 糖蜜酒精废液的特点与危害
• 1.2.2 糖蜜酒精废液处理技术现状
• 1.2.3 糖蜜酒精废水的资源化治理
• 1.3 膜分离技术在废水处理领域的应用
• 1.3.1 膜分离技术
• 1.3.2 膜分离原理
• 1.3.3 膜分离技术应用现状
• 1.3.4 膜分离技术应用中存在的问题
• 1.4 本课题选题依据、研究内容及创新点
• 1.4.1 选题依据
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 创新之处
• 第二章 甜菜糖蜜酒精发酵的研究及条件优化
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 原料
• 2.1.2 实验试剂
• 2.1.3 实验仪器
• 2.1.4 培养基
• 2.2 分析方法
• 2.2.1 糖浓度的测定
• 2.2.2 酵母干重的测定
• 2.2.3 乙醇浓度的测定
• 2.2.4 PH的测定
• 2.2.5 酵母活性的测定
• 2.2.6 酵母活力的测定
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 甜菜糖蜜预处理
• 2.3.2 酵母的培养方法
• 2.3.3 糖蜜酒精发酵
• 2.3.4 发酵条件优化的摇瓶试验
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 糖浓度随时间的变化
• 2.4.2 酵母浓度随时间的变化
• 2.4.3 乙醇浓度随时间的变化
• 2.4.4 PH随发酵时间的变化
• 2.4.5 酵母细胞的活性
• 2.4.6 成熟醪的成分分析
• 2.4.7 发酵条件的优化
• 2.5 小结
• 第三章 微滤处理成熟醪的研究及条件优化
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 实验试剂
• 3.1.2 实验仪器
• 3.2 分析方法
• 3.2.1 COD的测定
• 3.2.2 酵母细胞数的测定
• 3.2.3 乙醇损失量的测定
• 3.2.4 微滤膜通量的测定
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 微滤
• 3.3.2 蒸馏
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 微滤的处理效果
• 3.4.2 微滤条件的优化
• 3.5 小结
• 第四章 酵母回用发酵的研究
• 4.1 实验材料
• 4.1.1 原料
• 4.1.2 实验试剂
• 4.1.3 实验仪器
• 4.2 分析方法
• 4.2.1 残总糖含量的测定
• 4.2.2 酵母浓度的测定
• 4.2.3 酵液中乙醇浓度的测定
• 4.2.4 酵母活力的测定
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 甜菜糖蜜发酵液的预处理
• 4.3.2 酵母的循环回用
• 4.4 结果与分析
• 4.4.1 循环发酵中底物消耗的比较
• 4.4.2 循环发酵中乙醇产量的比较
• 4.4.3 循环发酵中酵母特性的比较
• 4.5 小结
• 第五章 问题与展望
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者及导师简介