中试发酵糖蜜生产沼气及关联微生物的分离与生物强化

发布时间：2020-10-13 09:28

　　 甘蔗糖蜜是制糖厂制糖过程中产生的副产品之一,具有COD含量高、成分复杂、含有胶体杂质多和干物质浓度大等特点。糖蜜中所含的可发酵糖含量可达到30%～50%,是良好的发酵原料。在如今全球面临能源危机的背景下,沼气作为一种能通过厌氧发酵而得到的可再生能源,具有巨大的发展潜力。由于广西区内的糖蜜生产量大且需求量小,可利用糖蜜进行厌氧发酵生产沼气的探索研究,但目前鲜有相关方面的报道。本实验在以往实验室规模的的小试实验基础上,将甘蔗糖蜜作为底物,利用加入外循环泵的IC厌氧反应器进行中试厌氧发酵,以探究糖蜜厌氧发酵产沼气的可行性。本实验分为前期中试发酵工艺试验及关联微生物的生物强化小试实验。利用体积为2.3 m~3的IC反应器对糖蜜进行厌氧处理。反应器在自然温度下(20～38℃)进行发酵,在启动期过后添加外循环泵增强发酵效率。在不添加任何营养元素及缓冲物的条件下,每日进水400 L,水力停留时间时间为5 d,反应器负荷最高达到2500 mg/L,启动期的COD去除率最高,达到了88.00%,沼气日产量最高达到2.4m~3,产气率达到0.58 m~3/kgCOD,沼气中甲烷含量达49.8%。将发酵各阶段采取的活性污泥用富集培养法分离相关微生物,并进行鉴定。前期得到的污泥样品按时期(加入外循环前为A,加入外循环后为B)分为A1-A4,B1-B5,在三个温度25℃、30℃、37℃下进行培养,分离到三个温度下微生物菌株。对每个得到的单菌落进行16SrRNA的PCR扩增并测序,得到的序列使用BLAST方法在NCBI网站上进行比对。结果显示在A阶段污泥中的主要细菌菌群是Leuconostoc(明串珠菌属)、Acinetobacter(不动杆菌属)和Bacillus(芽孢杆菌属),B阶段为Lysinibacillus(短小芽孢杆菌属)和Leuconostoc(明串珠菌属)。在整个厌氧发酵过程中均能筛选得到明串珠菌属。实验得到的17株菌都可以在糖蜜为唯一碳源的培养基中生长。培养过程中生长状况最好的A3样品菌群加入体积为250 mL的发酵瓶进行生物强化实验。发酵瓶实验同样使用稀释糖蜜为发酵底物进行厌氧发酵。在驯化期完成后,加入A3样品菌群进行生物强化,共设置3个不同菌液量:1%、3%、5%及一个空白对照组,水力停留时间为4天,最高进水负荷为2500 mg/L。实验发现菌液量为3%的实验组处理效果最好,COD去除率最高达84.84%,比对照组和其余两组实验组COD去除率高;氨氮最低含量为18 mg/L,VFA含量最低199.9 mg/L,比对照组和其余两组实验组都低研究结果说明糖蜜在中试水平上的实验可行,具有产业化的潜力;从中试发酵得到的污泥样品中分离得到最多的菌株为Leuconostoc(明串珠菌属);在250 mL的发酵瓶中直接添加混合菌群的生物强化的方式对糖蜜厌氧发酵具有一定的促进作用,为规模化发酵糖蜜生产沼气奠定了理论基础。
【学位单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S216.4;Q93
【部分图文】：

反应器用钢钉固定于水泥地上，进水管、出水管与沼气出气管为ＰＶＣ管，通过三??通或直角ＰＶＣ转接头进行连接。配套设施有１吨体积的进水桶、计量泵、１．５ＺＤＫ－２０??自吸清水泵、防腐型气体流量计等。工艺示意图如图２－２。现场实验图见附录??沼．＼???＾??ｒ?￣??｛?＇?，?Ｊ—气液分离器??１??集气管一＿——??升流管—?ｔ层二相分离器??０流管一一－＾?＇??第二反应室??、一？＾一一?Ｆ层三相分离器??＞?＜??Ｈ——第一反应室??图２－１?１Ｃ反应器内部结构图［８９］??Ｆｉｇ．?２－１?Ｉｎｔｅｒｎａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＩＣ?ｒｅａｃｔｏｒ??１５??

反应器用钢钉固定于水泥地上，进水管、出水管与沼气出气管为ＰＶＣ管，通过三??通或直角ＰＶＣ转接头进行连接。配套设施有１吨体积的进水桶、计量泵、１．５ＺＤＫ－２０??自吸清水泵、防腐型气体流量计等。工艺示意图如图２－２。现场实验图见附录??沼．＼???＾??ｒ?￣??｛?＇?，?Ｊ—气液分离器??１??集气管一＿——??升流管—?ｔ层二相分离器??０流管一一－＾?＇??第二反应室??、一？＾一一?Ｆ层三相分离器??＞?＜??Ｈ——第一反应室??图２－１?１Ｃ反应器内部结构图［８９］??Ｆｉｇ．?２－１?Ｉｎｔｅｒｎａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＩＣ?ｒｅａｃｔｏｒ??１５??

留余空间避免吸入底部污泥。进样及取样采用手动注射与抽取的方式，有利于吹散底部??污泥，使污泥与废水混合均匀，増强去除效率。进样或采样完成后用止水夹夹住采样口。??装置工艺图如图２－３，现场实验图见附录。??采样口??ｎ?ｎ??｝?ＩＩ?ｋ?止水阀????集气袋?ｚ??ｍｍ??发酵瓶??图２－３发酵瓶示意图??Ｆｉｇ．?２－３?Ｔｈｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｌａｂ－ｓｃａｌｅ?ｒｅａｃｔｏｒ??２．?５发酵瓶实验??实验采用厌氧发酵的方法，每瓶装入５０?ｍＬ的污泥与１５０?ｍＬ的稀释糖蜜，共２００?ｍＬ??发酵体积。每日进出水５０?ｍＬ，水力停留时间为４天。将发酵瓶置于３７°Ｃ的水浴锅中保??持发酵温度。实验设置一个空白对照组与３个实验组，每组３个平行。３个实验组分别??在驯化污泥完成后加入菌种培养时生长最好的样品菌液１％、３％、５％。监测出水ｐＨ、??ＣＯＤ、氨氮与ＶＦＡ，比较对照组与添加３个不同浓度菌液的实验组数据，得到生物强化??２１??
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 王强;李秀霞;林常旭;农娟;;甘蔗糖蜜净化处理工艺探究[J];广西民族师范学院学报;2014年03期

2 程斌斌;杨世忠;牟伯中;;苍白杆菌产生脂肽的结构解析[J];微生物学杂志;2013年03期

3 李伟峰;张胜标;程云川;马素花;沈晓冬;;甘蔗糖蜜改性及对硅酸盐水泥性能的影响[J];新型建筑材料;2013年03期

4 郑燕;贾仲君;;新一代高通量测序与稳定性同位素示踪DNA/RNA技术研究稻田红壤甲烷氧化的微生物过程[J];微生物学报;2013年02期

5 杨永东;黄国玲;解庆林;刘辉利;游少鸿;;微氧厌氧工艺处理糖蜜酒精废水的现场试验研究[J];安全与环境工程;2012年05期

6 刘金芝;冉千平;张建纲;刘加平;;甘蔗糖蜜减水剂的催化氧化改性及其性能研究[J];绿色建筑;2012年05期

7 汤艳;郭亭;杜腾飞;张秋妍;陈啸鹏;姜岷;;响应面法优化甘蔗糖蜜发酵产丁醇[J];生物加工过程;2012年05期

8 周爱霞;高焕芳;安永凯;董琨;贲继东;刘娜;;强化土著微生物处理硝基苯和苯胺污染地下水[J];环境污染与防治;2012年07期

9 杜腾飞;郭亭;汤艳;贺爱永;姜岷;;甘蔗渣和糖蜜混合发酵制备燃料丁醇[J];生物加工过程;2012年04期

10 张艳梅;王晓慧;于浩强;孟平蕊;;糖蜜的应用研究进展[J];化学工业与工程技术;2011年06期

本文编号：2839004