以秸稈和谷氨酸廢液制取生物絮凝劑及其凈水效能研究.pdf

1、生物絮凝劑作為一種高效、無毒、安全、可生物降解的綠色凈水劑，代表了絮凝劑的重要研發(fā)方向之一。然而制備成本偏高和作用范圍相對較窄等劣勢是制約其規(guī)?；瘧?yīng)用的主要瓶頸問題。針對上述問題，本文立足于廉價生物質(zhì)廢料的資源化利用，開展了以秸稈和谷氨酸廢液制取生物絮凝劑及其凈水效能的研究。
　　在優(yōu)化了產(chǎn)絮菌F2-F6發(fā)酵條件的基礎(chǔ)上，考察分批補(bǔ)料發(fā)酵方式對產(chǎn)絮菌 F2-F6的影響。確定初始葡萄糖濃度為10g/L時，碳源補(bǔ)料的最佳參數(shù)為：碳源最

2、佳補(bǔ)料種類為葡萄糖，最佳補(bǔ)料時間為發(fā)酵15h時，補(bǔ)料濃度為0.1％，補(bǔ)料方式為一次性投加；氮源補(bǔ)料不會增加生物絮凝劑產(chǎn)量，無需補(bǔ)加氮源。產(chǎn)絮菌 F2-F6經(jīng)分批補(bǔ)料發(fā)酵24h后，其生物量增加了37.04%，絮凝劑產(chǎn)量增加了40.9%，糖利用率提高了5.51%，絮凝劑得率提高了28.15%，結(jié)果顯示分批補(bǔ)料發(fā)酵效果明顯好于分批發(fā)酵。
　　根據(jù)產(chǎn)絮菌F2-F6發(fā)酵過程的特點(diǎn)，在Logistic方程和Luedeking-Piret方程的

3、基礎(chǔ)上，建立了其發(fā)酵過程中菌體生長、基質(zhì)消耗和產(chǎn)物形成的動力學(xué)方程。采用Origin7.5軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到了產(chǎn)絮菌 F2-F6的分批發(fā)酵動力學(xué)模型參數(shù)；模型預(yù)測值和試驗(yàn)值吻合較好，說明所建立的方程能較好地預(yù)測其實(shí)際發(fā)酵過程，具有很好的適用性。
　　采用正交試驗(yàn)等方法對秸稈預(yù)處理工藝進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后的預(yù)處理?xiàng)l件為：粒度40目的秸稈，在溫度80℃、質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的NaOH溶液中反應(yīng)90min。預(yù)處理后的秸稈經(jīng)過微生物降解，

4、轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到70.3%，還原糖產(chǎn)率為10.6%。產(chǎn)絮菌 F2-F6利用秸稈糖化液產(chǎn)絮，絮凝率可達(dá)94%；秸稈經(jīng)過纖維素復(fù)合酶水解，在秸稈濃度50g/L，酶用量0.2g酶/g秸稈條件下，酶解得率為49.65%，以酶解液培養(yǎng)產(chǎn)絮菌 F2-F6產(chǎn)絮，絮凝率達(dá)到96.5%。說明秸稈經(jīng)過預(yù)處理后，可以作為碳源替代葡萄糖制取生物絮凝劑，每噸秸稈制取生物絮凝劑產(chǎn)量最大值為87kg。
　　基于谷氨酸廢液的濃度梯度策略構(gòu)建谷氨酸廢液培養(yǎng)基：濃度為

5、20%的谷氨酸廢液中補(bǔ)加8g/L的葡萄糖，無需添加額外的氮源即可作為替代培養(yǎng)基培養(yǎng)產(chǎn)絮菌 F2-F6，絮凝率可達(dá)95.4%。廢水培養(yǎng)基培養(yǎng)產(chǎn)絮菌 F2-F6的最佳發(fā)酵條件為：溫度30℃、初始 pH7.0、搖床轉(zhuǎn)速140rpm、種子液接種量8%、發(fā)酵時間20h。每升谷氨酸廢液可以制備生物絮凝劑8.5g。發(fā)酵過程中，產(chǎn)絮菌細(xì)胞生長和絮凝產(chǎn)物合成對發(fā)酵體系中溶解氧的要求存在差異，結(jié)合分階段供氧控制策略，在谷氨酸廢液和絮凝劑培養(yǎng)基制備生物絮凝劑

6、的發(fā)酵過程中，需要集中大量供氧的時間分別為8h和21h。
　　結(jié)合谷氨酸生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，提出了以秸稈和谷氨酸廢液為底物生產(chǎn)生物絮凝劑的工藝流程，確定了生產(chǎn)過程主要操作條件及控制策略；并制定了生物絮凝劑生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；對經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益進(jìn)行了簡要分析。針對飲用水原水進(jìn)行了生物絮凝劑與助劑的復(fù)配絮凝試驗(yàn)，并探討最佳投劑方式及投劑量。結(jié)果顯示，將生物絮凝劑與助劑復(fù)配使用可以得到最佳處理效果，在滿足出水水質(zhì)需求的同時，總投劑