餐廚垃圾發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、化石能源的日益枯竭促進(jìn)了可再生能源的研究熱潮，在眾多的選擇中，燃料乙醇由于其制備工藝簡(jiǎn)單，凈溫室氣體排放為零，可與汽油以一定比例混合形成乙醇汽油等優(yōu)點(diǎn)而備受人們關(guān)注。目前，燃料乙醇生產(chǎn)中存在的問(wèn)題是原料來(lái)源多為糧食作物，成本相對(duì)較高，生產(chǎn)過(guò)程中污染嚴(yán)重。
　　本研究以城市生活垃圾中的重要組成部分餐廚垃圾為研究對(duì)象，充分利用其具有豐富營(yíng)養(yǎng)的特點(diǎn)，進(jìn)行生物發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的系統(tǒng)研究，探討餐廚垃圾資源化的新方法，并且為乙醇生產(chǎn)尋找新的廉價(jià)原

2、料。
　　對(duì)餐廚垃圾中的營(yíng)養(yǎng)成分和熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果表明餐廚垃圾中淀粉類物質(zhì)含量豐富，并且含有大量的蛋白質(zhì)、脂肪和金屬離子等物質(zhì)，具有資源化利用的價(jià)值。熱力學(xué)分析表明餐廚垃圾糊化性質(zhì)與淀粉類物質(zhì)相似，糊化熱僅為0.1805 J/g，顯著低于其他原料，適宜進(jìn)行無(wú)蒸煮的發(fā)酵。
　　利用酵母進(jìn)行餐廚垃圾乙醇發(fā)酵的試驗(yàn)表明，餐廚垃圾可以通過(guò)無(wú)蒸煮不滅菌的開(kāi)放式發(fā)酵，乙醇濃度可達(dá)32g/L，與雙酶法和中溫發(fā)酵結(jié)果相當(dāng)。加入糖化酶

3、和蛋白酶可以提高乙醇發(fā)酵的產(chǎn)量，其相應(yīng)的最佳用量均為100U/g。單因素試驗(yàn)確定相應(yīng)的最佳反應(yīng)條件為固液比為1:0.5,接種量為10％，pH4~6，溫度35℃左右，發(fā)酵時(shí)間48~60 h。利用中心復(fù)合試驗(yàn)建立以溫度，pH，發(fā)酵時(shí)間為因素的發(fā)酵模型，確定了相應(yīng)的最佳條件為發(fā)酵時(shí)間67.60 h，pH為4.18，溫度為35℃，最佳的乙醇濃度為33.05 g/L，干垃圾乙醇轉(zhuǎn)化率為23%，表明餐廚垃圾乙醇發(fā)酵具有較強(qiáng)的實(shí)用意義。
　　為

4、探討運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌封閉式發(fā)酵餐廚垃圾生產(chǎn)乙醇的可行性，采用Plackett-Burman設(shè)計(jì)篩選了細(xì)菌發(fā)酵的影響顯著性因素，結(jié)果表明餐廚垃圾的豐富營(yíng)養(yǎng)可以滿足微生物的需要，不需要外加其它營(yíng)養(yǎng)元素。只需按100 U/g分別加入糖化酶和蛋白酶，乙醇濃度可達(dá)52 g/L。進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)學(xué)試驗(yàn)表明，封閉式細(xì)菌發(fā)酵的最優(yōu)條件為時(shí)間30.69 h, pH為4.95,溫度31.22℃，接種量10%，固液比1：0.5，相應(yīng)的乙醇濃度為53.20 g/L，

5、乙醇轉(zhuǎn)化率為40.2%。
　　為了研究細(xì)菌在酸性條件下開(kāi)放式發(fā)酵的可行性，對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌進(jìn)行了酸性馴化并利用酸性馴化菌株進(jìn)行了酸性條件下的開(kāi)放式發(fā)酵。結(jié)果表明，酸性馴化菌株可以成功地在酸性條件下實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式發(fā)酵，相應(yīng)的最佳條件為pH為4，接種量為9％，發(fā)酵溫度為29℃，發(fā)酵時(shí)間為40 h。與酵母開(kāi)放式發(fā)酵相比，酸性馴化后的運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌具有發(fā)酵速度快，乙醇產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)，具有進(jìn)一步研究的潛力。
　　餐廚垃圾酒糟含高蛋白及多種金

6、屬離子，氨基酸含量豐富，應(yīng)用其離心液回流發(fā)酵可以提高乙醇產(chǎn)率近4%；以其為基礎(chǔ)培養(yǎng)基可以制備糖化酶而用于乙醇生產(chǎn)，并且濕酒糟也可以替代麩皮，相應(yīng)的最佳添加量為1%，糖化酶最高可達(dá)近10000 U/ml，所得糖化酶與工業(yè)酶制劑發(fā)酵效率相當(dāng)。濕酒糟中蛋白含量近40%，可直接制取飼料以進(jìn)一步降低成本，提高附加值。
　　餐廚垃圾發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇及其副產(chǎn)物的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)垃圾的資源化，在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)廢物的零排放，并產(chǎn)生高附加值的副產(chǎn)品，具有