餐厨垃圾糖化液发酵制丁醇及糖化残渣堆肥化研究
本文选题:餐厨垃圾 + 丁醇发酵 ; 参考:《北京科技大学》2016年博士论文
【摘要】:本文针对餐厨垃圾制丁醇和堆肥的各自特点,将餐厨垃圾糖化后离心分离,上层液体(糖化液)用于制丁醇,下层残渣(糖化残渣)用于堆肥。这种组合方式既拓宽丁醇生产的原料来源,又解决了餐厨垃圾复杂成分中无法被丁醇菌利用的残渣资源化问题。餐厨垃圾热力学分析表明,与传统原料相比餐厨垃圾丁醇发酵省去糊化和液化等步骤,直接进行糖化,既省去蒸煮设备又节能、简化操作步骤,降低生产成本。同时优选出C. beijerinckii NCIMB 8052丁醇生产菌,以餐厨垃圾糖化液为底物,在未添加任何营养物质(即非调控状态),丁醇、总溶剂浓度及丁醇生产速率分别为5.95 g/L、8.23 g/L,0.139 g/L/h。但非调控状态下糖化液丁醇发酵出现“酸崩”现象,导致发酵启动较慢,相转型延滞和产物浓度较低等问题,通过添加0.3% (w/v) CaCO3可提高糖化液pH缓冲能力,解除“酸崩”抑制;进一步向糖化液添加5g/L酵母浸粉以刺激底物还原糖转化,丁醇、总溶剂及丁醇生产速率分别为11.7 g/L、16.7 g/L及0.308 g/L/h,与非调控状态相比分别提高96.6%、102.9%和121.6%。动力学模型表明促进目标产物生产,提高细胞生物量是关键措施所在,为此建立了高细胞密度批次发酵模式和高细胞密度循环连续发酵模式,前者的丁醇、总溶剂及丁醇生产速率分别为13.2 g/L、19.0g/L和0.746 g/L/h;后者的平均细胞生物量增殖为21.2 g/L,且丁醇生产速率高达1.37 g/L/h,分别是前者的1.94和1.84倍。因此,所建立的高细胞密度循环连续发酵模式是高效的。为使餐厨垃圾最大限度地资源化利用,对糖化残渣进行好氧堆肥并研究其AOB群落变化。结果表明,AOB群落结构随着物料温度升高发生明显变化,其中Nitrosomonas-like和Nitrosospira-like种属大量广泛存在于各个时期,Nitrosomonas europaea/eutropha是高温期优势菌属,它耐受性较强,在氨氮氧化过程中发挥着重要作用。冗余分析和方差分离的结果表明,NO3--N和pH值对AOB群落结构演替有显著影响(p<0.05);NO3-N单独解释27.3%(p=0.012)AOB种群结构,pH值解释27.1% (p=0.024) AOB种群结构;这些参数对餐厨垃圾好氧堆肥过程中氨氧化细菌活性的调控具有重要意义。综上所述,餐厨垃圾糖化液发酵制丁醇和糖化残渣堆肥化的组合工艺是可行的,为餐厨垃圾能源化与资源化探索了一条新的途径。
[Abstract]:In this paper, according to the characteristics of butyl alcohol production and compost from kitchen waste, the waste is separated by centrifugation after saccharification, the upper liquid (saccharification liquid) is used to make butanol, and the lower layer residue (saccharification residue) is used in compost. This combination method not only broadens the raw material source of butanol production, but also solves the problem of recycling the residue which cannot be used by butanol bacteria in the complex ingredients of kitchen waste. The thermodynamics analysis of kitchen waste showed that compared with the traditional raw materials, butanol fermentation of kitchen waste saved gelatinization and liquefaction, and saccharified directly, which not only saved cooking equipment but also saved energy, simplified operation steps and reduced production cost. At the same time, C. beijerinckii NCIMB 8052 butanol producing bacteria were selected, and the saccharification solution of kitchen waste was used as substrate. The concentration of total solvent, the concentration of total solvent and the production rate of butanol were 5.95 g / L ~ (8.23) g / L ~ (0.139) g / L ~ (-1) 路h ~ (-1) without adding any nutrients (i.e., non-regulated state, butanol, total solvent concentration and the production rate of butanol). However, the phenomenon of "acid avalanche" appeared in the fermentation of saccharification liquid butanol under the condition of non-regulation, which led to the slow start of fermentation, the delay of phase transition and the low concentration of product. The pH buffer capacity of saccharification solution could be improved and the inhibition of "acid avalanche" could be relieved by adding 0.3% w / v) CaCO3. 5g/L yeast extract was added to the saccharification solution to stimulate the substrates to reduce sugar conversion, the production rate of butanol, total solvent and butanol was 11.7g / L 16.7 g / L and 0.308 g / L / h, respectively, which increased 96.6g / 102.9% and 121.6%, respectively, compared with the non-regulated state. The kinetic model showed that promoting the production of target products and increasing cell biomass were the key measures. Therefore, a batch fermentation model with high cell density and a continuous fermentation model with high cell density were established. The production rate of total solvent and butanol were 13.2g / L 19.0g / L and 0.746 g / L / h, respectively. The average cell biomass of the latter was 21.2 g / L, and the production rate of butanol was 1.37 g / L / h, which was 1.94 and 1.84 times higher than that of the former, respectively. Therefore, the established high cell density cycle continuous fermentation model is efficient. In order to maximize the utilization of kitchen waste, aerobic composting of saccharified residue was carried out and its AOB community change was studied. The results showed that the community structure of Nitrosomonas-like and Nitrosospira-like changed obviously with the increase of material temperature. The species of Nitrosomonas-like and Nitrosospira-like were the dominant genus of Nitrosomonas europaea/eutropha in high temperature stage, which had strong tolerance and played an important role in the process of ammonia nitrogen oxidation. The results of redundancy analysis and variance separation showed that no _ 3 N and pH value had a significant effect on the succession of AOB community structure. P < 0.05 no _ 3-N could explain the population structure of 27.3%(p=0.012)AOB alone and the pH value could explain 27.1% AOB population structure. These parameters play an important role in controlling the activity of ammonia-oxidizing bacteria in aerobic composting of kitchen waste. To sum up, it is feasible to produce butanol by fermentation of saccharification solution of kitchen waste and compost of saccharified residue, which provides a new way for energy conversion and resource utilization of kitchen waste.
【学位授予单位】:北京科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:X799.3;S141.4
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 沈雪海,俞凯觎;餐厨垃圾的管理和处置[J];今日科技;2003年10期
2 ;杭州市加强餐厨垃圾管理[J];环境卫生工程;2003年04期
3 俞觊觎,沈雪海;餐厨垃圾的管理和处置[J];杭州科技;2004年02期
4 方战强;吴坚;鲍伦军;;餐厨垃圾处置方法探讨[J];华南师范大学学报(自然科学版);2007年01期
5 唐敏;熊强;;重庆城市餐厨垃圾管理对策的初步研究[J];环境科学与管理;2007年02期
6 赵蔚蔚;闫永强;;沈阳市餐饮业餐厨垃圾性状及产生量的调查[J];环境卫生工程;2007年02期
7 ;北京市餐厨垃圾规范管理试点工作正式启动[J];城市管理与科技;2007年05期
8 王莉;刘应宗;;基于主成分分析的餐厨垃圾产生量预测的实证研究[J];西安电子科技大学学报(社会科学版);2008年06期
9 潘丽爱;张贵林;付瑶;蒲红艳;;餐厨垃圾好氧降解工艺的优化试验研究[J];粮油加工;2009年09期
10 ;重庆市严处擅运餐厨垃圾行为[J];环境卫生工程;2009年05期
相关会议论文 前10条
1 陈建平;王文华;;我国餐厨垃圾管理现状、问题及对策研究[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷)[C];2011年
2 李巧莲;朱立奎;;浅析餐厨垃圾的利用和处理[A];2012中国环境科学学会学术年会论文集(第三卷)[C];2012年
3 蔡华青;乔鹏程;梁晓霞;;餐厨垃圾管理现状及处理对策概述[A];2013中国环境科学学会学术年会论文集(第五卷)[C];2013年
4 ;餐厨垃圾综合治理必须立法[A];“两区”同建与科学发展——武汉市第四届学术年会论文集[C];2010年
5 王丹丹;吴畏;;餐厨垃圾发酵制乳酸技术发展历程回顾与展望[A];2012中国环境科学学会学术年会论文集(第三卷)[C];2012年
6 李澄;;江苏省餐厨垃圾资源化处理研究[A];多元与包容——2012中国城市规划年会论文集(07.城市工程规划)[C];2012年
7 张画炜;;餐厨垃圾单独处理必要性及基本技术研究[A];2013中国环境科学学会学术年会论文集(第五卷)[C];2013年
8 王阳;林聪;侯雨;张倬;;关于我国餐厨垃圾处理的探究[A];沼气发展战略和对策研讨会文集[C];2010年
9 沈剑山;颜晓英;蒋宏华;;餐厨垃圾厌氧消化及综合利用技术[A];2011年中国沼气学会学术年会暨第八届理事会第二次会议论文集[C];2011年
10 李爱年;刘爱良;;餐厨垃圾管理立法问题研究[A];生态文明与林业法治--2010全国环境资源法学研讨会(年会)论文集(下册)[C];2010年
相关重要报纸文章 前10条
1 陈小岑鸟;厦门管好餐厨垃圾[N];中国环境报;2004年
2 杨涛军;银川餐厨垃圾治理寻求突破[N];中国环境报;2005年
3 记者 邱霞;餐厨垃圾今后都要集中处理[N];杭州日报;2005年
4 记者 施建 谢若闲 通讯员 穗仁宣;广州日产“餐厨垃圾”近千吨[N];民营经济报;2005年
5 本报记者 于翔 杨涛军 申东 马钦麟;餐厨垃圾“病”临城下[N];宁夏日报;2005年
6 本报记者 杨涛军 申东 于翔 马钦麟;餐厨垃圾问题不容漠视[N];宁夏日报;2005年
7 记者 于翔 实习生 李峰;首府餐厨垃圾统一处置项目正式启动[N];宁夏日报;2005年
8 记者 吴建龙;兰州定点收集餐厨垃圾[N];中国食品质量报;2004年
9 杨涛 周顺新 阎静;治理餐厨垃圾咋就这么难[N];新疆日报(汉);2005年
10 记者 王东亮邋通讯员 郭卫东;奥运签约饭店餐厨垃圾定点消纳[N];北京日报;2007年
相关博士学位论文 前7条
1 冯磊;寒冷地区餐厨垃圾干发酵及沼气微氧脱硫机理研究[D];天津大学;2014年
2 翟宁宁;餐厨垃圾厌氧发酵过程稳定性及高效产气工艺研究[D];西北农林科技大学;2016年
3 石姗姗;餐厨垃圾糖化液发酵制丁醇及糖化残渣堆肥化研究[D];北京科技大学;2016年
4 叶志隆;餐厨垃圾同步糖化发酵产乳酸与双水相分离[D];上海交通大学;2008年
5 邹德勋;以菌糠为调理剂的餐厨垃圾好氧堆肥技术及其机制研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 何清明;餐厨垃圾厌氧消化过程稳定性检测系统开发与研究[D];重庆大学;2014年
7 胡新军;利用大头金蝇幼虫生物转化餐厨垃圾的研究[D];中山大学;2012年
相关硕士学位论文 前10条
1 孙营军;杭州市餐厨垃圾现状调查及其厌氧沼气发酵可行性研究[D];浙江大学;2008年
2 詹爱平;餐厨垃圾的源头减量处理研究[D];华中科技大学;2011年
3 苗珍珍;餐厨垃圾管理的法律对策研究[D];山东师范大学;2015年
4 连红民;干式厌氧消化法处理餐厨垃圾的研究[D];西南交通大学;2015年
5 吴清莲;餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
6 李红明;脱脂餐厨垃圾燃烧及灰熔融特性研究[D];长沙理工大学;2014年
7 王智博;天水市餐厨垃圾资源化技术路线及主体工艺设计[D];兰州大学;2013年
8 王勇;基于改进型蚁群算法的餐厨垃圾收运路线优化研究[D];重庆交通大学;2015年
9 刘继舟;餐厨垃圾水解酸化过程中乳酸与丙酸含量的控制[D];南京农业大学;2013年
10 黄燕冰;餐厨垃圾高温干式厌氧消化工艺研究[D];北京工商大学;2015年
,本文编号:1818944
本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/nykjbs/1818944.html