膜生物反應(yīng)器封閉循環(huán)發(fā)酵殘液特性及處理技術(shù)研究.pdf

1、在工業(yè)中，以玉米、小麥、薯類等含淀粉質(zhì)植物及蜜糖為原料，經(jīng)糖化、發(fā)酵和蒸餾的工藝制取工業(yè)乙醇，再將工業(yè)乙醇中的少量水脫除后進(jìn)一步制得燃料乙醇。燃料乙醇可看成一種生物轉(zhuǎn)化的太陽能，是一種取之不盡用之不竭的可再生能源。大力發(fā)展燃料乙醇能節(jié)約石油，確保國(guó)家能源安全，凈化空氣質(zhì)量，改善環(huán)境。 燃料乙醇生物發(fā)酵生產(chǎn)的傳統(tǒng)工藝，由于微生物的產(chǎn)物抑制特性，存在高能耗、高水耗和高污染的問題。在能源和水資源成本日益高漲、環(huán)境問題越來越受到人們關(guān)注

2、的情況下，降低能耗、水耗和減少污染成為必須面對(duì)和解決的問題。 本研究基于自己構(gòu)建的硅橡膠(PDMS)復(fù)合膜生物反應(yīng)器封閉循環(huán)發(fā)酵系統(tǒng)，利用PDMS膜滲透汽化對(duì)乙醇的選擇性分離特性，在發(fā)酵過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵液中產(chǎn)物乙醇的原位分離，減少乙醇對(duì)酵母細(xì)胞的抑制。該系統(tǒng)能長(zhǎng)時(shí)間平穩(wěn)運(yùn)行，發(fā)酵罐中乙醇濃度、酵母濃度和乙醇產(chǎn)率維持穩(wěn)定，乙醇產(chǎn)率較傳統(tǒng)間歇發(fā)酵可提高4.5倍。但系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的周期受制于酵母細(xì)胞的老化。目前的實(shí)驗(yàn)連續(xù)運(yùn)行記錄是500

3、小時(shí)。 本文對(duì)PDMS膜生物反應(yīng)器封閉循環(huán)發(fā)酵系統(tǒng)發(fā)酵殘液性態(tài)進(jìn)行了分析研究。在系統(tǒng)封閉循環(huán)連續(xù)運(yùn)行時(shí)，由于發(fā)酵液中作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)加入的沒有被完全消耗的無機(jī)鹽、PDMS滲透汽化不能分離除去的發(fā)酵副產(chǎn)物和死細(xì)胞的長(zhǎng)期累積，使發(fā)酵微生物的生長(zhǎng)環(huán)境惡化，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行周期結(jié)束時(shí)，發(fā)酵罐中的殘液成為需要處理的發(fā)酵廢棄物，其總量約為傳統(tǒng)間歇發(fā)酵工藝的1/6，但性態(tài)差別很大。發(fā)酵殘液的總固體質(zhì)量為76.71g/L，固含量為7.52％，含約2％(w

4、％)的乙醇，殘液COD為1.2×10<'5>mg/L。發(fā)酵殘液中除含有酵母細(xì)胞外，還含有蛋質(zhì)、纖維素、糖類物質(zhì)、甘油、脂類、雜醇油、有機(jī)酸等很有價(jià)值的副產(chǎn)物。 對(duì)此種殘液進(jìn)行后處理，有效利用廢棄物并實(shí)現(xiàn)發(fā)酵工藝的廢液零排放，成為該系統(tǒng)的又一主要工藝技術(shù)問題。本文對(duì)PDMS膜生物反應(yīng)器封閉循環(huán)發(fā)酵系統(tǒng)發(fā)酵殘液的處理工藝路線和設(shè)備進(jìn)行了研究。提出利用玉米酒精糟制取全蛋白飼料(DDGS：Distillers DriedGrains W