纤维乙醇—沼气双发酵废水的回用研究

【摘要】：随着国际能源价格的波动和能源需求的不断增长,利用纤维质原料生产燃料乙醇成为国内外的研究热点之一。以纤维质原料代替粮食生产燃料乙醇被认为是解决燃料乙醇原料有限和成本高的根本出路。目前纤维乙醇项目的技术瓶颈主要是废水难处理、生产所需酶价格高、秸秆运输及储存困难和生产能耗高等,这些因素限制了纤维乙醇的发展。纤维乙醇废水污染负荷高,组分复杂,数量巨大,是一种难处理的工业废水。因此,探索有效的废水处理方法是降低纤维乙醇生产成本的关键。本文以河南天冠集团经过厌氧发酵生产沼气处理后的纤维乙醇废水为研究对象,重点研究了该废水作为纤维乙醇发酵的配料用水回用于乙醇发酵的工艺过程,旨在减少废水排放对环境的污染,为纤维乙醇项目的进一步推广奠定基础。首先采用国标法对纤维乙醇-沼气双发酵废水进行分析,废水的COD为2902mg/L,色度为3021,氨氮含量为300.9 mg/L,总磷含量为16.75 mg/L。利用GC-MS和ICP发射光谱法等分析方法对厌氧出水进行成分分析,废水中可定性有机物有20多种,金属离子种类较多,其中,钾、钙、钠的含量较高。其次,主要考察了甲酸、乙酸、丙酸、糠醛和氨氮等废水主要成分对纤维素酶解和乙醇发酵过程的影响,找到其临界抑制浓度。结果表明:沼气发酵过程中产生的以甲酸、乙酸和丙酸为代表的小分子有机酸是抑制乙醇发酵的主要物质,会导致最终乙醇产量的下降。甲酸、乙酸和丙酸对纤维素酶解过程的影响主要是酸度的影响,可以通过调节酶解液的初始p H而消除。甲酸、乙酸和丙酸对酵母发酵产生抑制的浓度分别为1.6、3和3 g/L。糠醛对纤维素酶解过程几乎无影响,但对酵母发酵产生抑制,其抑制浓度为4 g/L。氨氮在低浓度(0.6 g/L)时对乙醇发酵有促进作用,高浓度时抑制乙醇发酵。最后以还原糖浓度、乙醇得率、残还原糖浓度及失重为考察指标,研究了纤维乙醇-沼气双发酵厌氧出水作为工艺用水回用于汽爆玉米秸秆酶解和乙醇发酵过程,探讨其废水回用的可行性。结果表明:废水全回用对纤维素酶解和酵母发酵都有一定的抑制作用。废水回用量为20%时对酶解和乙醇得率无影响。采用活性氧化铝和活性炭吸附法对废水进行资源化处理,处理后废水的最大回用量分别为40%,50%。放大实验表明:废水作为部分工艺用水回用于汽爆玉米秸秆酶解和乙醇发酵过程是可行的。 【关键词】：纤维乙醇 废水 酶解 酵母发酵 汽爆玉米秸秆 回用
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 引言11-24
• 1.1 纤维乙醇简介11-12
• 1.2 纤维乙醇废水的特点12
• 1.3 国内外燃料乙醇废水的研究进展12-18
• 1.3.1 物理处理法13
• 1.3.2 化学处理法13-15
• 1.3.3 生物处理法15-17
• 1.3.4 吸附法17-18
• 1.4 燃料乙醇废水回用的研究进展18-19
• 1.5 抑制物对酵母发酵的抑制及其机理19-22
• 1.5.1 抑制物的分类20-21
• 1.5.2 不同抑制物的作用机理21-22
• 1.6 选题背景和意义及研究思路22-24
• 2 纤维乙醇-沼气双发酵废水的水质分析24-30
• 2.1 概述24
• 2.2 实验部分24-27
• 2.2.1 实验仪器24-25
• 2.2.2 废水的水质指标分析方法25-26
• 2.2.3 废水中有机物的分析方法26
• 2.2.4 废水中金属离子的分析方法26-27
• 2.3 结果与讨论27-29
• 2.3.1 废水的水质指标分析27-28
• 2.3.2 废水中有机物定性分析28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 抑制物对纤维素酶解和酵母发酵的影响30-50
• 3.1 概述30
• 3.2 实验部分30-37
• 3.2.1 实验材料30
• 3.2.2 实验仪器和试剂30-31
• 3.2.3 实验方法31-32
• 3.2.4 分析方法32-37
• 3.3 结果与讨论37-49
• 3.3.1 玉米秸秆的成分测定37
• 3.3.2 纤维素酶用量的影响37-38
• 3.3.3 酵母接种量对酵母发酵的影响38-39
• 3.3.4 有机酸对酶解的影响39-41
• 3.3.5 有机酸对酵母发酵的影响41-45
• 3.3.6 糠醛对酶解的影响45
• 3.3.7 糠醛对酵母发酵的影响45-47
• 3.3.8 氨氮对酶解的影响47-48
• 3.3.9 氨氮对酵母发酵的影响48-49
• 3.4 本章小结49-50
• 4 纤维乙醇-沼气双发酵废水的回用研究50-63
• 4.1 概述50
• 4.2 实验部分50-51
• 4.2.1 实验材料50
• 4.2.2 实验仪器和试剂50
• 4.2.3 实验方法50-51
• 4.2.4 分析方法51
• 4.2.5 乙醇得率的计算51
• 4.3 结果与讨论51-61
• 4.3.1 废水回用对酶解的影响52
• 4.3.2 废水回用对酵母发酵的影响52-54
• 4.3.3 氧化铝处理的废水对酶解的影响54-55
• 4.3.4 氧化铝处理的废水对酵母发酵的影响55-57
• 4.3.5 活性炭处理的废水对酶解的影响57-58
• 4.3.6 活性炭处理的废水对酵母发酵的影响58-59
• 4.3.7 废水回用的放大试验研究59-61
• 4.4 本章小结61-63
• 5 结论与展望63-64
• 参考文献64-69
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果69-70
• 致谢70

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