餐廚垃圾發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、化石能源的日益枯竭促進了可再生能源的研究熱潮，在眾多的選擇中，燃料乙醇由于其制備工藝簡單，凈溫室氣體排放為零，可與汽油以一定比例混合形成乙醇汽油等優(yōu)點而備受人們關(guān)注。目前，燃料乙醇生產(chǎn)中存在的問題是原料來源多為糧食作物，成本相對較高，生產(chǎn)過程中污染嚴重。
　　本研究以城市生活垃圾中的重要組成部分餐廚垃圾為研究對象，充分利用其具有豐富營養(yǎng)的特點，進行生物發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的系統(tǒng)研究，探討餐廚垃圾資源化的新方法，并且為乙醇生產(chǎn)尋找新的廉價原

2、料。
　　對餐廚垃圾中的營養(yǎng)成分和熱力學性質(zhì)進行分析，結(jié)果表明餐廚垃圾中淀粉類物質(zhì)含量豐富，并且含有大量的蛋白質(zhì)、脂肪和金屬離子等物質(zhì)，具有資源化利用的價值。熱力學分析表明餐廚垃圾糊化性質(zhì)與淀粉類物質(zhì)相似，糊化熱僅為0.1805 J/g，顯著低于其他原料，適宜進行無蒸煮的發(fā)酵。
　　利用酵母進行餐廚垃圾乙醇發(fā)酵的試驗表明，餐廚垃圾可以通過無蒸煮不滅菌的開放式發(fā)酵，乙醇濃度可達32g/L，與雙酶法和中溫發(fā)酵結(jié)果相當。加入糖化酶

3、和蛋白酶可以提高乙醇發(fā)酵的產(chǎn)量，其相應(yīng)的最佳用量均為100U/g。單因素試驗確定相應(yīng)的最佳反應(yīng)條件為固液比為1:0.5,接種量為10％，pH4~6，溫度35℃左右，發(fā)酵時間48~60 h。利用中心復合試驗建立以溫度，pH，發(fā)酵時間為因素的發(fā)酵模型，確定了相應(yīng)的最佳條件為發(fā)酵時間67.60 h，pH為4.18，溫度為35℃，最佳的乙醇濃度為33.05 g/L，干垃圾乙醇轉(zhuǎn)化率為23%，表明餐廚垃圾乙醇發(fā)酵具有較強的實用意義。
　　為

4、探討運動發(fā)酵單胞菌封閉式發(fā)酵餐廚垃圾生產(chǎn)乙醇的可行性，采用Plackett-Burman設(shè)計篩選了細菌發(fā)酵的影響顯著性因素，結(jié)果表明餐廚垃圾的豐富營養(yǎng)可以滿足微生物的需要，不需要外加其它營養(yǎng)元素。只需按100 U/g分別加入糖化酶和蛋白酶，乙醇濃度可達52 g/L。進一步的統(tǒng)計學試驗表明，封閉式細菌發(fā)酵的最優(yōu)條件為時間30.69 h, pH為4.95,溫度31.22℃，接種量10%，固液比1：0.5，相應(yīng)的乙醇濃度為53.20 g/L，

5、乙醇轉(zhuǎn)化率為40.2%。
　　為了研究細菌在酸性條件下開放式發(fā)酵的可行性，對運動發(fā)酵單胞菌進行了酸性馴化并利用酸性馴化菌株進行了酸性條件下的開放式發(fā)酵。結(jié)果表明，酸性馴化菌株可以成功地在酸性條件下實現(xiàn)開放式發(fā)酵，相應(yīng)的最佳條件為pH為4，接種量為9％，發(fā)酵溫度為29℃，發(fā)酵時間為40 h。與酵母開放式發(fā)酵相比，酸性馴化后的運動發(fā)酵單胞菌具有發(fā)酵速度快，乙醇產(chǎn)率高等優(yōu)點，具有進一步研究的潛力。
　　餐廚垃圾酒糟含高蛋白及多種金

6、屬離子，氨基酸含量豐富，應(yīng)用其離心液回流發(fā)酵可以提高乙醇產(chǎn)率近4%；以其為基礎(chǔ)培養(yǎng)基可以制備糖化酶而用于乙醇生產(chǎn)，并且濕酒糟也可以替代麩皮，相應(yīng)的最佳添加量為1%，糖化酶最高可達近10000 U/ml，所得糖化酶與工業(yè)酶制劑發(fā)酵效率相當。濕酒糟中蛋白含量近40%，可直接制取飼料以進一步降低成本，提高附加值。
　　餐廚垃圾發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇及其副產(chǎn)物的應(yīng)用可以實現(xiàn)垃圾的資源化，在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)廢物的零排放，并產(chǎn)生高附加值的副產(chǎn)品，具有