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甜菜糖蜜酒精废液的处理研究

作　者: 黄明静
导　师: 张鹏
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 甜菜糖蜜成熟醪微滤酵母回用废液处理酒精
分类号: X792
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

糖蜜酒精废液是制糖工业中最重要的污染源。传统糖蜜酒精发酵工艺是将酒精成熟醪直接送入蒸馏塔,蒸馏废液中因含有大量的酵母残体,而造成COD、BOD含量高,直接排放不但对水体、土壤等环境造成严重污染,甚至会危害到人类的健康。本文针对这一问题对传统工艺加以改进：采用膜分离技术对甜菜糖蜜酒精成熟醪进行处理,分离后的酒精酵母回用发酵。这样不但可以减小废液的污染程度,还可以节约酒精酵母资源,为糖蜜废液酒精的资源化治理提供了新思路。本文的主要研究内容与结果如下：首先,本文采用微滤对酒精成熟醪进行处理,分离得到含酵母菌体的浓缩液,循环回用于发酵,透过液送至蒸馏。对微滤前后的蒸馏废液进行比较,得到以下结论：未经处理的成熟醪直接蒸馏,得到的废液COD值高达139302.727 mg·L-1,经微滤处理后的成熟醪蒸馏废液COD值降为74288.217 mg·L-1,比较得出微滤前后COD去除率达到46.67%,乙醇损失为3.46%,可以有效的减小废液的治理难度,比离心处理的效果好,能耗较离心低,易于工业化,易于密闭条件操作,减少乙醇损失,且不易染菌。其次,本文对微滤的条件进行了初步的优化,分别使用0.01μm,0.02gm孔径的微滤膜,对膜孔径和操作压力两个影响因素进行了研究：根据料液处理量不同,选择不同操作条件,微滤效果更佳。相同膜孔径的条件下,操作压力越大,初始膜通量越大,但是膜通量随时间的下降速度也越快,在处理少量醪液时,可以选择选用较高的操作压力(安全压力之内),反之,选择低操作压力微滤速度相对更快,更稳定；在相同操作压力条件下,比较不同膜孔径的膜通量,膜孔径越大,初始膜通量越大,但是随时间的下降速度也越快,且膜内压力上升较快,适合少量料液的处理；反之,在长时间处理大量料液时,小孔径的微滤膜速度相对更快。同时本文考察了不同操作压力下的微滤效果,综合考虑乙醇损失率与COD去除率,选择0.01μm,0.04Mpa操作压力为优化条件。最后,本文对酒精酵母回用发酵的发酵特性进行了研究比较,并对甜菜糖蜜发酵条件进行了初步的优化：初始糖浓度在26°Bx,接种量为8%,初始pH为4.2,30℃,140rpm条件下发酵36h,为最优发酵条件；本文将微滤分离出的酵母循环回用,连续循环5批后,比较发酵特性参数,酵母得率与酸化力呈下降趋势,然而糖醇转化率与糖转化率变化不明显,基本保持稳定,循环回用过程乙醇得率可以提高约1%,发酵周期缩短了6-12h,说明该工艺可行,既可以节省酵母资源,又可以缩短发酵周期,提高设备的利用率,提高产率。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章绪论  13-25
  1.1 糖蜜酒精发酵的概述  13-17
    1.1.1 糖蜜与甜菜糖蜜  13
    1.1.2 糖蜜酒精酵母  13
    1.1.3 传统的糖蜜酒精发酵工艺  13-14
    1.1.4 糖蜜酒精发酵方法的简述  14-16
    1.1.5 糖蜜酒精成熟醪  16-17
  1.2 糖蜜酒精废液的简述  17-22
    1.2.1 糖蜜酒精废液的特点与危害  17-18
    1.2.2 糖蜜酒精废液处理技术现状  18-20
    1.2.3 糖蜜酒精废水的资源化治理  20-22
  1.3 膜分离技术在废水处理领域的应用  22-24
    1.3.1 膜分离技术  22
    1.3.2 膜分离原理  22-23
    1.3.3 膜分离技术应用现状  23
    1.3.4 膜分离技术应用中存在的问题  23-24
  1.4 本课题选题依据、研究内容及创新点  24-25
    1.4.1 选题依据  24
    1.4.2 研究内容  24
    1.4.3 创新之处  24-25
第二章甜菜糖蜜酒精发酵的研究及条件优化  25-47
  2.1 实验材料  25-28
    2.1.1 原料  25-26
    2.1.2 实验试剂  26-27
    2.1.3 实验仪器  27
    2.1.4 培养基  27-28
  2.2 分析方法  28-32
    2.2.1 糖浓度的测定  28-30
    2.2.2 酵母干重的测定  30-31
    2.2.3 乙醇浓度的测定  31-32
    2.2.4 PH的测定  32
    2.2.5 酵母活性的测定  32
    2.2.6 酵母活力的测定  32
  2.3 实验方法  32-35
    2.3.1 甜菜糖蜜预处理  32-33
    2.3.2 酵母的培养方法  33
    2.3.3 糖蜜酒精发酵  33-34
    2.3.4 发酵条件优化的摇瓶试验  34-35
  2.4 结果与讨论  35-45
    2.4.1 糖浓度随时间的变化  35-36
    2.4.2 酵母浓度随时间的变化  36-38
    2.4.3 乙醇浓度随时间的变化  38-40
    2.4.4 PH随发酵时间的变化  40-41
    2.4.5 酵母细胞的活性  41
    2.4.6 成熟醪的成分分析  41-42
    2.4.7 发酵条件的优化  42-45
  2.5 小结  45-47
第三章微滤处理成熟醪的研究及条件优化  47-63
  3.1 实验材料  47-49
    3.1.1 实验试剂  47
    3.1.2 实验仪器  47-49
  3.2 分析方法  49-51
    3.2.1 COD的测定  49-51
    3.2.2 酵母细胞数的测定  51
    3.2.3 乙醇损失量的测定  51
    3.2.4 微滤膜通量的测定  51
  3.3 实验方法  51-52
    3.3.1 微滤  51-52
    3.3.2 蒸馏  52
  3.4 结果与讨论  52-61
    3.4.1 微滤的处理效果  52-54
    3.4.2 微滤条件的优化  54-61
  3.5 小结  61-63
第四章酵母回用发酵的研究  63-71
  4.1 实验材料  63-65
    4.1.1 原料  63-64
    4.1.2 实验试剂  64-65
    4.1.3 实验仪器  65
  4.2 分析方法  65-66
    4.2.1 残总糖含量的测定  65
    4.2.2 酵母浓度的测定  65-66
    4.2.3 酵液中乙醇浓度的测定  66
    4.2.4 酵母活力的测定  66
  4.3 实验方法  66-67
    4.3.1 甜菜糖蜜发酵液的预处理  66
    4.3.2 酵母的循环回用  66-67
  4.4 结果与分析  67-70
    4.4.1 循环发酵中底物消耗的比较  67-68
    4.4.2 循环发酵中乙醇产量的比较  68-69
    4.4.3 循环发酵中酵母特性的比较  69-70
  4.5 小结  70-71
第五章问题与展望  71-73
第六章结论  73-75
参考文献  75-81
致谢  81-83
研究成果及发表的学术论文  83-85
作者及导师简介  85

甜菜糖蜜酒精废液的处理研究

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