柠檬酸-沼气双发酵耦联循环生态工学系统构建及其稳定性研究

发布时间：2021-04-23 10:31

　　柠檬酸是一种天然的、多功能的有机酸,它同其它大宗发酵产品一样,柠檬酸废水具有水量大、浓度高、酸性强,处理难度大等问题。为减轻柠檬酸废水对环境的污染,国内外生产企业主要采用“厌氧消化+好氧消化”的方式来处理柠檬酸废水,然而这种废水处理方式不仅占地大、操作费用高,且出水仍无法实现达标排放,这给企业带来了沉重的经济和环境负担。为解决上述存在的问题,本论文以柠檬酸绿色制造为研究目标,根据“生态营养链”的原理,构建了“柠檬酸-沼气双发酵耦联循环生态工学系统”,探讨影响该生态工学系统中的抑制因子及其临界抑制浓度,并剖析抑制物对耦联循环生态工学系统影响的机制,通过引入耦合膜技术对厌氧消化液进行资源化处理以解除关键抑制物的抑制,又解析了该系统建立前后沼气发酵中微生物群落结构变化,最后通过建立数学模型的方式来模拟研究柠檬酸-沼气双发酵耦联循环生态工学系统的运行规律,以揭示耦联循环生态工学系统稳定运行的必要性。这种生态循环制造模式,对解决柠檬酸废水污染问题,提高资源的综合利用效率,实现该产业的环境与经济协调发展,以及促进整个发酵产业的转型升级都具有重要的战略意义。主要研究内容与结果如下:1.构建了“柠檬酸... 

【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：117 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 柠檬酸概述
        1.1.1 柠檬酸的起源与发展
        1.1.2 柠檬酸的工业应用
        1.1.3 柠檬酸的工业生产
        1.1.4 柠檬酸提取工艺
        1.1.5 柠檬酸生产废水处理技术
    1.2 柠檬酸产业的生产现状与发展趋势
        1.2.1 柠檬酸产业的生产现状
        1.2.2 柠檬酸产业的发展趋势及其面临问题
    1.3 生态工学
        1.3.1 生态工学的原理及意义
        1.3.2 生态工学在发酵工业中的尝试
    1.4 本论文的研究意义和主要研究内容
        1.4.1 立题依据和研究意义
        1.4.2 研究内容
第二章 柠檬酸-沼气双发酵耦联循环生态工学系统中的抑制物的确定
    2.1 前言
    2.2 材料与方法
        2.2.1 菌株和原料
        2.2.2 原料预处理
        2.2.3 菌株保藏培养基及培养条件
        2.2.4 种子液制备与培养
        2.2.5 柠檬酸发酵培养基制备与培养
        2.2.6 沼气发酵
        2.2.7 厌氧消化液空气吹脱处理
        2.2.8 分析方法
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 厌氧消化液循环回用对原料液化的影响
        2.3.2 厌氧消化液直接循环回用对柠檬酸发酵的影响
        2.3.3 厌氧消化液中对柠檬酸发酵抑制因子解析
    2.4 本章小结
第三章 柠檬酸-沼气双发酵耦联循环生态工学系统中关键抑制物的抑制机理探索
    3.1 前言
    3.2 材料与方法
        3.2.1 菌株与原料
        3.2.2 培养基制备及培养条件
        3.2.3 柠檬酸发酵过程中的pH调控策略
        3.2.4 生物量的测定
        3.2.5 菌球直径的测定
        3.2.6 酶活力测定
        3.2.7 分析方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 抑制物Na+对柠檬酸发酵及菌体量的影响
        3.3.2 抑制物Na+对柠檬酸发酵菌体形态的影响
        3.3.3 抑制物Na+对柠檬酸发酵过程中培养基pH的影响
        3.3.4 抑制物Na+对TCA循环中关键酶活力的影响
    3.4 本章小结
第四章 双膜法在柠檬酸-沼气双发酵耦联循环生态工学系统中的应用
    4.1 前言
    4.2 材料与方法
        4.2.1 菌株与原料
        4.2.2 种子培养基制备及培养条件
        4.2.3 发酵培养基制备及培养条件
        4.2.4 膜的性能特征及操作条件
        4.2.5 分析方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 超滤膜筛选及操作因素对废水分离性能的影响
        4.3.2 纳滤膜的操作因素对模拟废水分离性能的影响
        4.3.3 纳滤膜操作因素对处理实际废水的研究
        4.3.4 柠檬酸-沼气双发酵耦联循环生态工学系统的构建
    4.4 本章小结
第五章 柠檬酸-沼气双发酵耦联循环生态工学系统中沼气发酵微生物群落结构分析
    5.1 前言
    5.2 材料与方法
        5.2.1 材料
        5.2.2 DNA提取
        5.2.3 16SrRNA基因扩增
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 细菌群落分析
        5.3.2 古菌群落分析
    5.4 本章小结
第六章 柠檬酸-沼气双发酵耦联循环生态工学系统中的物质平衡分析
    6.1 前言
    6.2 材料与方法
        6.2.1 菌株与酶
        6.2.2 原料预处理
        6.2.3 种子培养基培养条件
        6.2.4 发酵培养基和培养条件
        6.2.5 厌氧消化出水处理条件
        6.2.6 柠檬酸-沼气双发酵耦联循环生态工学系统
        6.2.7 柠檬酸提取
        6.2.8 分析方法
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 可溶性抑制物在柠檬酸-沼气双发酵耦联循环生态工学系统中累积模式
        6.3.2 柠檬酸-沼气双发酵耦联循环生态工学系统中COD的累积情况
        6.3.3 柠檬酸-沼气双发酵耦联循环生态工学系统中电导率和色度变化情况
        6.3.4 柠檬酸-沼气双发酵耦联循环生态工学系统中不同循环批次对沼气发酵的影响
        6.3.5 柠檬酸-沼气双发酵耦联循环生态工学系统中不同循环批次对柠檬酸发酵的影响
    6.4 本章小结
主要结论与展望
    主要结论
    展望
论文创新点
致谢
参考文献
附录 :作者在攻读博士学位期间发表的论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]色谱法提取柠檬酸的除杂工艺优化[J]. 满云,彭钢,陶惟一,郭东升,李秀娟,俞亚东,黄和.  生物加工过程. 2017(03)
[2]柠檬酸废水的厌氧处理[J]. 王建辉,王璐.  长春工程学院学报(自然科学版). 2017(01)
[3]耐酸性高温α-淀粉酶液化工艺条件的研究[J]. 郑美娟,郭金玲,余华顺,姚鹃,龚大春.  农产品加工. 2015(19)
[4]玉米秸秆水解液的黑曲霉发酵生产高浓度柠檬酸[J]. 孟佼,周平平,张建,鲍杰.  华东理工大学学报(自然科学版). 2014(06)
[5]柠檬酸对小鼠睾丸组织抗氧化酶活性的影响[J]. 张鹏飞,吕琼霞,刘玉梅,邓雯,陈晓光,王艳杰.  动物医学进展. 2012(08)
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博士论文
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[2]剩余污泥强化预处理及其厌氧产酸产甲烷研究[D]. 刘亚利.哈尔滨工业大学 2015
[3]酒精—沼气双发酵耦联生态系统的机理和关键技术研究[D]. 王柯.江南大学 2014
[4]高营养组分小球藻选育、代谢调控及废水资源化利用[D]. 李昌灵.江南大学 2013
[5]集成膜法海水淡化过程中纳滤—反渗透膜面结垢趋势预测及防垢研究[D]. 宋跃飞.中国海洋大学 2013

硕士论文
[1]柠檬酸—沼气双发酵耦联工艺中钠离子的影响及其耐受菌的筛选[D]. 陈阳秋.江南大学 2015
[2]沼气发酵复合菌系厌氧发酵特性及微生物群落结构分析[D]. 麻微微.哈尔滨工业大学 2015
[3]丙酮酸羧化酶在海洋解脂耶罗威亚酵母菌合成柠檬酸中的作用[D]. 符格意.中国海洋大学 2015
[4]柠檬酸氢钙提取工艺的生产应用与优化[D]. 李齐.北京化工大学 2014
[5]耐锰产柠檬酸黑曲霉的选育[D]. 郭伟.江南大学 2013
[6]酒精沼气双发酵耦联工艺探究[D]. 姜立.江南大学 2012
[7]柠檬酸生产废水的深度处理与回用技术[D]. 陆茵.清华大学 2010



本文编号：3155163