餐廚垃圾糖化液發(fā)酵制丁醇及糖化殘?jiān)逊驶芯?/H1>
發(fā)布時(shí)間:2018-04-29 07:13
本文選題:餐廚垃圾 + 丁醇發(fā)酵; 參考:《北京科技大學(xué)》2016年博士論文
【摘要】:本文針對(duì)餐廚垃圾制丁醇和堆肥的各自特點(diǎn),將餐廚垃圾糖化后離心分離,上層液體(糖化液)用于制丁醇,下層殘?jiān)?糖化殘?jiān)?用于堆肥。這種組合方式既拓寬丁醇生產(chǎn)的原料來源,又解決了餐廚垃圾復(fù)雜成分中無法被丁醇菌利用的殘?jiān)Y源化問題。餐廚垃圾熱力學(xué)分析表明,與傳統(tǒng)原料相比餐廚垃圾丁醇發(fā)酵省去糊化和液化等步驟,直接進(jìn)行糖化,既省去蒸煮設(shè)備又節(jié)能、簡(jiǎn)化操作步驟,降低生產(chǎn)成本。同時(shí)優(yōu)選出C. beijerinckii NCIMB 8052丁醇生產(chǎn)菌,以餐廚垃圾糖化液為底物,在未添加任何營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(即非調(diào)控狀態(tài)),丁醇、總?cè)軇舛燃岸〈忌a(chǎn)速率分別為5.95 g/L、8.23 g/L,0.139 g/L/h。但非調(diào)控狀態(tài)下糖化液丁醇發(fā)酵出現(xiàn)“酸崩”現(xiàn)象,導(dǎo)致發(fā)酵啟動(dòng)較慢,相轉(zhuǎn)型延滯和產(chǎn)物濃度較低等問題,通過添加0.3% (w/v) CaCO3可提高糖化液pH緩沖能力,解除“酸崩”抑制;進(jìn)一步向糖化液添加5g/L酵母浸粉以刺激底物還原糖轉(zhuǎn)化,丁醇、總?cè)軇┘岸〈忌a(chǎn)速率分別為11.7 g/L、16.7 g/L及0.308 g/L/h,與非調(diào)控狀態(tài)相比分別提高96.6%、102.9%和121.6%。動(dòng)力學(xué)模型表明促進(jìn)目標(biāo)產(chǎn)物生產(chǎn),提高細(xì)胞生物量是關(guān)鍵措施所在,為此建立了高細(xì)胞密度批次發(fā)酵模式和高細(xì)胞密度循環(huán)連續(xù)發(fā)酵模式,前者的丁醇、總?cè)軇┘岸〈忌a(chǎn)速率分別為13.2 g/L、19.0g/L和0.746 g/L/h;后者的平均細(xì)胞生物量增殖為21.2 g/L,且丁醇生產(chǎn)速率高達(dá)1.37 g/L/h,分別是前者的1.94和1.84倍。因此,所建立的高細(xì)胞密度循環(huán)連續(xù)發(fā)酵模式是高效的。為使餐廚垃圾最大限度地資源化利用,對(duì)糖化殘?jiān)M(jìn)行好氧堆肥并研究其AOB群落變化。結(jié)果表明,AOB群落結(jié)構(gòu)隨著物料溫度升高發(fā)生明顯變化,其中Nitrosomonas-like和Nitrosospira-like種屬大量廣泛存在于各個(gè)時(shí)期,Nitrosomonas europaea/eutropha是高溫期優(yōu)勢(shì)菌屬,它耐受性較強(qiáng),在氨氮氧化過程中發(fā)揮著重要作用。冗余分析和方差分離的結(jié)果表明,NO3--N和pH值對(duì)AOB群落結(jié)構(gòu)演替有顯著影響(p<0.05);NO3-N單獨(dú)解釋27.3%(p=0.012)AOB種群結(jié)構(gòu),pH值解釋27.1% (p=0.024) AOB種群結(jié)構(gòu);這些參數(shù)對(duì)餐廚垃圾好氧堆肥過程中氨氧化細(xì)菌活性的調(diào)控具有重要意義。綜上所述,餐廚垃圾糖化液發(fā)酵制丁醇和糖化殘?jiān)逊驶慕M合工藝是可行的,為餐廚垃圾能源化與資源化探索了一條新的途徑。
[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.
【學(xué)位授予單位】:北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2016
【分類號(hào)】:X799.3;S141.4
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本文編號(hào):1818944
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本文選題:餐廚垃圾 + 丁醇發(fā)酵; 參考:《北京科技大學(xué)》2016年博士論文
【摘要】:本文針對(duì)餐廚垃圾制丁醇和堆肥的各自特點(diǎn),將餐廚垃圾糖化后離心分離,上層液體(糖化液)用于制丁醇,下層殘?jiān)?糖化殘?jiān)?用于堆肥。這種組合方式既拓寬丁醇生產(chǎn)的原料來源,又解決了餐廚垃圾復(fù)雜成分中無法被丁醇菌利用的殘?jiān)Y源化問題。餐廚垃圾熱力學(xué)分析表明,與傳統(tǒng)原料相比餐廚垃圾丁醇發(fā)酵省去糊化和液化等步驟,直接進(jìn)行糖化,既省去蒸煮設(shè)備又節(jié)能、簡(jiǎn)化操作步驟,降低生產(chǎn)成本。同時(shí)優(yōu)選出C. beijerinckii NCIMB 8052丁醇生產(chǎn)菌,以餐廚垃圾糖化液為底物,在未添加任何營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(即非調(diào)控狀態(tài)),丁醇、總?cè)軇舛燃岸〈忌a(chǎn)速率分別為5.95 g/L、8.23 g/L,0.139 g/L/h。但非調(diào)控狀態(tài)下糖化液丁醇發(fā)酵出現(xiàn)“酸崩”現(xiàn)象,導(dǎo)致發(fā)酵啟動(dòng)較慢,相轉(zhuǎn)型延滯和產(chǎn)物濃度較低等問題,通過添加0.3% (w/v) CaCO3可提高糖化液pH緩沖能力,解除“酸崩”抑制;進(jìn)一步向糖化液添加5g/L酵母浸粉以刺激底物還原糖轉(zhuǎn)化,丁醇、總?cè)軇┘岸〈忌a(chǎn)速率分別為11.7 g/L、16.7 g/L及0.308 g/L/h,與非調(diào)控狀態(tài)相比分別提高96.6%、102.9%和121.6%。動(dòng)力學(xué)模型表明促進(jìn)目標(biāo)產(chǎn)物生產(chǎn),提高細(xì)胞生物量是關(guān)鍵措施所在,為此建立了高細(xì)胞密度批次發(fā)酵模式和高細(xì)胞密度循環(huán)連續(xù)發(fā)酵模式,前者的丁醇、總?cè)軇┘岸〈忌a(chǎn)速率分別為13.2 g/L、19.0g/L和0.746 g/L/h;后者的平均細(xì)胞生物量增殖為21.2 g/L,且丁醇生產(chǎn)速率高達(dá)1.37 g/L/h,分別是前者的1.94和1.84倍。因此,所建立的高細(xì)胞密度循環(huán)連續(xù)發(fā)酵模式是高效的。為使餐廚垃圾最大限度地資源化利用,對(duì)糖化殘?jiān)M(jìn)行好氧堆肥并研究其AOB群落變化。結(jié)果表明,AOB群落結(jié)構(gòu)隨著物料溫度升高發(fā)生明顯變化,其中Nitrosomonas-like和Nitrosospira-like種屬大量廣泛存在于各個(gè)時(shí)期,Nitrosomonas europaea/eutropha是高溫期優(yōu)勢(shì)菌屬,它耐受性較強(qiáng),在氨氮氧化過程中發(fā)揮著重要作用。冗余分析和方差分離的結(jié)果表明,NO3--N和pH值對(duì)AOB群落結(jié)構(gòu)演替有顯著影響(p<0.05);NO3-N單獨(dú)解釋27.3%(p=0.012)AOB種群結(jié)構(gòu),pH值解釋27.1% (p=0.024) AOB種群結(jié)構(gòu);這些參數(shù)對(duì)餐廚垃圾好氧堆肥過程中氨氧化細(xì)菌活性的調(diào)控具有重要意義。綜上所述,餐廚垃圾糖化液發(fā)酵制丁醇和糖化殘?jiān)逊驶慕M合工藝是可行的,為餐廚垃圾能源化與資源化探索了一條新的途徑。
[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.
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2 李巧蓮;朱立奎;;淺析餐廚垃圾的利用和處理[A];2012中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集(第三卷)[C];2012年
3 蔡華青;喬鵬程;梁曉霞;;餐廚垃圾管理現(xiàn)狀及處理對(duì)策概述[A];2013中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集(第五卷)[C];2013年
4 ;餐廚垃圾綜合治理必須立法[A];“兩區(qū)”同建與科學(xué)發(fā)展——武漢市第四屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2010年
5 王丹丹;吳畏;;餐廚垃圾發(fā)酵制乳酸技術(shù)發(fā)展歷程回顧與展望[A];2012中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集(第三卷)[C];2012年
6 李澄;;江蘇省餐廚垃圾資源化處理研究[A];多元與包容——2012中國(guó)城市規(guī)劃年會(huì)論文集(07.城市工程規(guī)劃)[C];2012年
7 張畫煒;;餐廚垃圾單獨(dú)處理必要性及基本技術(shù)研究[A];2013中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集(第五卷)[C];2013年
8 王陽;林聰;侯雨;張倬;;關(guān)于我國(guó)餐廚垃圾處理的探究[A];沼氣發(fā)展戰(zhàn)略和對(duì)策研討會(huì)文集[C];2010年
9 沈劍山;顏曉英;蔣宏華;;餐廚垃圾厭氧消化及綜合利用技術(shù)[A];2011年中國(guó)沼氣學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)暨第八屆理事會(huì)第二次會(huì)議論文集[C];2011年
10 李愛年;劉愛良;;餐廚垃圾管理立法問題研究[A];生態(tài)文明與林業(yè)法治--2010全國(guó)環(huán)境資源法學(xué)研討會(huì)(年會(huì))論文集(下冊(cè))[C];2010年
相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條
1 陳小岑鳥;廈門管好餐廚垃圾[N];中國(guó)環(huán)境報(bào);2004年
2 楊濤軍;銀川餐廚垃圾治理尋求突破[N];中國(guó)環(huán)境報(bào);2005年
3 記者 邱霞;餐廚垃圾今后都要集中處理[N];杭州日?qǐng)?bào);2005年
4 記者 施建 謝若閑 通訊員 穗仁宣;廣州日產(chǎn)“餐廚垃圾”近千噸[N];民營(yíng)經(jīng)濟(jì)報(bào);2005年
5 本報(bào)記者 于翔 楊濤軍 申東 馬欽麟;餐廚垃圾“病”臨城下[N];寧夏日?qǐng)?bào);2005年
6 本報(bào)記者 楊濤軍 申東 于翔 馬欽麟;餐廚垃圾問題不容漠視[N];寧夏日?qǐng)?bào);2005年
7 記者 于翔 實(shí)習(xí)生 李峰;首府餐廚垃圾統(tǒng)一處置項(xiàng)目正式啟動(dòng)[N];寧夏日?qǐng)?bào);2005年
8 記者 吳建龍;蘭州定點(diǎn)收集餐廚垃圾[N];中國(guó)食品質(zhì)量報(bào);2004年
9 楊濤 周順新 閻靜;治理餐廚垃圾咋就這么難[N];新疆日?qǐng)?bào)(漢);2005年
10 記者 王東亮邋通訊員 郭衛(wèi)東;奧運(yùn)簽約飯店餐廚垃圾定點(diǎn)消納[N];北京日?qǐng)?bào);2007年
相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條
1 馮磊;寒冷地區(qū)餐廚垃圾干發(fā)酵及沼氣微氧脫硫機(jī)理研究[D];天津大學(xué);2014年
2 翟寧寧;餐廚垃圾厭氧發(fā)酵過程穩(wěn)定性及高效產(chǎn)氣工藝研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2016年
3 石姍姍;餐廚垃圾糖化液發(fā)酵制丁醇及糖化殘?jiān)逊驶芯縖D];北京科技大學(xué);2016年
4 葉志隆;餐廚垃圾同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乳酸與雙水相分離[D];上海交通大學(xué);2008年
5 鄒德勛;以菌糠為調(diào)理劑的餐廚垃圾好氧堆肥技術(shù)及其機(jī)制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年
6 何清明;餐廚垃圾厭氧消化過程穩(wěn)定性檢測(cè)系統(tǒng)開發(fā)與研究[D];重慶大學(xué);2014年
7 胡新軍;利用大頭金蠅幼蟲生物轉(zhuǎn)化餐廚垃圾的研究[D];中山大學(xué);2012年
相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條
1 孫營(yíng)軍;杭州市餐廚垃圾現(xiàn)狀調(diào)查及其厭氧沼氣發(fā)酵可行性研究[D];浙江大學(xué);2008年
2 詹愛平;餐廚垃圾的源頭減量處理研究[D];華中科技大學(xué);2011年
3 苗珍珍;餐廚垃圾管理的法律對(duì)策研究[D];山東師范大學(xué);2015年
4 連紅民;干式厭氧消化法處理餐廚垃圾的研究[D];西南交通大學(xué);2015年
5 吳清蓮;餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年
6 李紅明;脫脂餐廚垃圾燃燒及灰熔融特性研究[D];長(zhǎng)沙理工大學(xué);2014年
7 王智博;天水市餐廚垃圾資源化技術(shù)路線及主體工藝設(shè)計(jì)[D];蘭州大學(xué);2013年
8 王勇;基于改進(jìn)型蟻群算法的餐廚垃圾收運(yùn)路線優(yōu)化研究[D];重慶交通大學(xué);2015年
9 劉繼舟;餐廚垃圾水解酸化過程中乳酸與丙酸含量的控制[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2013年
10 黃燕冰;餐廚垃圾高溫干式厭氧消化工藝研究[D];北京工商大學(xué);2015年
,本文編號(hào):1818944
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