利用城市生活垃圾制备燃料乙醇的研究

作     者：吉利娜 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：魏刚

授予年度：2014年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：厨余垃圾 废纸 预处理 酶水解 发酵 

摘      要：传统能源的日益枯竭以及气候变暖,使得可再生的清洁能源燃料乙醇受到广泛的关注。粮食危机的出现,迫使燃料乙醇寻找更廉价和丰富的生产原料。与此同时,城市生活垃圾的迅速增长,意味着探索新的垃圾处理方式。本文在现有城市生活垃圾分类回收的基础上,以其中的主要部分厨余垃圾和废纸为原料,分别进行了预处理、糖化和发酵制取燃料乙醇的系统性工艺研究,为其资源化提供新的方向。 探讨了厨余垃圾糖化酶与纤维素酶水解糖化工艺,并采用微波联合化学的方法预处理厨余垃圾,考察其对酶水解糖化效果的影响。结果表明：厨余垃圾的糖化酶与纤维素酶水解糖化最佳条件为：糖化酶与纤维素酶的用量比为3：7,底物浓度为10%,温度为60℃,pH为5,时间为60min,相应酶水解糖产率为34.9%;可以改善厨余垃圾的酶水解糖化效果的预处理条件为：固液比为1：8或者1：10,3%H2S04浸泡,联合微波80W加热至105℃,预处理40分钟,酶水解糖产率达到51.4%。 利用固定化酿酒酵母,对预处理过的厨余垃圾的酶水解液进行静态发酵,结果表明：固定化菌种接种量10%,发酵48h,发酵培养基还原糖浓度120g/L,初始pH为4-5,发酵温度30-35℃,发酵醪液中乙醇体积浓度为6.0%,乙醇产率为20.1%,每克干厨余垃圾的乙醇产量为0.255ml/g。相应条件下的摇床(速率60r/min)动态发酵,乙醇的体积浓度达到6.8%;35℃-30℃-35℃的摇床动态发酵,乙醇体积浓度达到7.1%。 探讨了废纸纤维素酶水解糖化工艺,并采用微波联合化学的方法预处理废纸,考察其对酶水解糖化效果的影响。结果表明：废纸的纤维素酶水解糖化的最佳条件为：0.2g/10g废纸,底物浓度为8%,温度为50℃,pH为5,时间为40h,相应酶水解糖产率为28.3%;可以改善废纸酶水解糖化效果的预处理条件为：固液比为3：100,5%H2SO4浸泡,联合微波80W加热至120℃,预处理40分钟,酶水解糖产率达到43.6%。 利用等比例混合的固定化噬单宁管囊酵母与固定化酿酒酵母,对预处理过的废纸的酶水解液进行静态发酵,单因素结果表明：混合固定化菌种接种量10%,发酵36h,发酵培养基还原糖浓度120g/L,,初始pH为5、发酵温度33℃、,发酵醪液中乙醇体积浓度为5.5%,乙醇产率为15.7%,每克废纸乙醇产量为0.199ml/g。相应条件下的摇床(速率50r/min)动态发酵,乙醇的体积浓度达到5.99%;35℃-30℃-35℃的摇床动态发酵,乙醇体积浓度达到6.3%。