CN101096689A - 肝泰乐生产废液水解秸秆并用于酵母菌发酵产乙醇的方法 - Google Patents
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Abstract
一种肝泰乐生产废液水解秸秆并用于酵母菌发酵产乙醇的方法，属于生物法处理工业废水领域。本发明主要是针对肝泰乐生产废液污染采取的有效治理和再利用方法，在国内还没有相关文献报导。该方法的特征在利用肝泰乐生产废液的强酸性，来水解农作物秸秆，并将得到的水解液通过加入Ca(OH)2或CaO进行处理并离心去沉淀，之后将离心得到的液体作为唯一碳源或营养添加物，进行酵母菌发酵产乙醇。本发明的优点是实现了对肝泰乐生产废液的处理，再利用了废液的酸性和废液中含有的糖类物质，并且再利用了秸秆中的糖类物质，对保护环境和资源再利用具有重要意义。
Description
技术领域
本文涉及一种利用肝泰乐生产废液水解秸秆并用于酵母菌发酵产乙醇的方法。该技术主要用于对肝泰乐生产废液的处理和利用，属于生物法处理工业废水领域。
背景技术
我国是世界上肝泰乐(又名葡萄糖醛酸)的主要生产国，但现有的生产工艺存在能耗大、污染大、浪费大、产业链单一等弊端。一般情况10吨淀粉产1吨肝泰乐。在肝泰乐的生产过程中会产生了大量废液，其中含有大量的糖类物质和酸，直接排放不仅会对环境造成了严重的污染，还是对资源的严重浪费。因此对废液进行处理和再利用具有重要意义，但目前国内还没有相关报道。
用淀粉来生产乙醇是发展燃料乙醇工业的传统工艺，但目前世界范围的粮食供应仍是一大问题，特别是发展中国家，因此，以粮食为原料生产燃料乙醇必将受到限制。解决发酵酒精原料的根本出路，在于利用纤维原料代替粮食，因此与发酵法生产乙醇相关的木质纤维素的转化技术的研究随之成为国内外关注的热点之一。我国是农业大国，每年作物收割后都会产生大量的秸秆，秸秆的主要成分是木质纤维素。木质纤维素构成了植物的细胞壁，对细胞起着保护作用。它主要由纤维素、半纤维素和木质素三部分组成，约占生物质干重的70％～75％，其中纤维素和半纤维素可通过水解得到葡萄糖、甘露糖、半乳糖、木糖等单糖或多糖，可用于微生物发酵产乙醇。但现实情况是大部分秸秆都直接焚烧或用作动物饲料，由于技术和成本等原因，只有很小部分被用来产乙醇。因此，研究木质纤维素产乙醇具有重要意义。
目前，对木质纤维素的水解主要有酶水解法和酸水解法，在酸水解法中又分为浓酸水解法和稀酸水解法，浓酸水解在19世纪即已提出，它的原理是结晶纤维素在较低的温度下可完全溶解于72％的硫酸、42％的盐酸和77％～83％的磷酸中，导致纤维素的均相水解。浓硫酸水解为最常用方法，其主要优点是糖的回收率高，大约有90％的半纤维素和纤维素转化的糖被回收，但浓酸对水解反应器的腐蚀作用是一个重要问题。稀酸水解工艺较简单，是木质纤维素原料生产酒精的最古老的方法，也是较为成熟的方法。稀酸水解工艺中糖的产率较低，一般为50％左右，而且水解过程中会生成对发酵有害的副产品。在“稀酸降解植物纤维素的研究”(杭志喜等人《安徽工程科技学院学报》2005第20卷第2期)报道了对小麦秸秆纤维素的稀酸降解的研究，考察了温度、质量分数、反应时间等因素对纤维素酸降解的影响。采用正交试验法探讨了乙酸、盐酸等稀酸降解植物纤维素的最佳反应条件.主要实验过程为：将每次处理后的试样和酸液均按料液比1∶4装入100mL的三角瓶，静置恒温水浴中，每10min摇晃一次。降解产物用医用离心机分离，清液即酸降解液，留待测糖量。结果表明用乙酸降解纤维素，转化率可以达到41.2％，用盐酸降解纤维素，转化率可以达到44.3％。
发明内容
本发明利用肝泰乐生产废液水解秸秆并用酵母菌发酵得到乙醇，是对肝泰乐生产废液进行处理和再利用的可行方法。
本发明特征在于，包括以下步骤：
1)用肝泰乐生产废液水解农作物秸秆渣，按照固液比m∶v1∶8～1∶20的比例进行混合，在60～120℃的水浴锅或油浴锅中恒温反应10～120分钟，通过物理法分离出固体残渣；
2)将分离出固体残渣后的水解液通过加入Ca(OH)2或CaO法进行处理，并调节pH值到8，离心除去沉淀；
3)用活性炭和离心除去沉淀后的液体按照固液比m∶v1∶20进行混合，在50℃进行搅拌吸附，吸附60分钟，抽真空过滤除去活性炭；将过滤除去活性炭后的液作为碳源用于菌体发酵，采用现有的流加法和批式发酵产乙醇。
本发明用的肝泰乐生产废液为酸液，废液中酸度高，含有大量的硝酸和乙酸，属于复合酸。本发明的优点是利用了废液酸性的特点，进一步发掘了废液的有效价值，并同时通过水解作物秸秆渣得到了可用发酵的糖源，提升了秸秆的有效利用率。
本发明秸秆采用高粱秆、玉米秸秆、麦秸秆、稻秸秆等。在进行水解反应时可用水浴或油浴，其中油可为豆油、硅油。在过滤水解固体残渣时可用物理法进行分离，比如用多层纱布过滤，机械压榨，静置分层。
本发明用Ca(OH)2或CaO对分离出固体残渣后的水解液进行处理，并调节pH值到8，水解液中的乙酸会生成醋酸钙难溶物，糠醛和重金属等有害物质都能沉淀除去。
本发明将除去沉淀后得到的液体，用活性炭按照固液比m∶v1∶20进行混合，在50℃进行搅拌吸附，吸附60分钟，抽真空过滤除去活性炭。将过滤除去活性炭后的液体作为碳源用于菌体发酵，采用现有的流加法和批式发酵产乙醇。
本发明用活性炭进行吸附，吸附除去水解液中的大分子杂糖及有害物质，净化菌体生长环境。
本发明通过酵母菌来发酵来利用水解液中的糖，如葡萄糖、甘露糖、半乳糖，以及部分硝酸根。使肝泰乐生产废液中的糖得到利用，实现了肝泰乐生产废液的治理和再利用的双赢。
具体实施方式：
水解率计算方式：(C1-C0)*V/m*100％
其中：C1为水解后废液糖含量(g/L)，C0为水解前废液糖含量(g/L)，V为水解时废液的加入量(L)，m为加入秸秆渣重量(g)。
种子液培养基：葡萄糖浓度20g/L，酵母膏3g/L，蛋白胨5g/L
往种子液培养基中接入酵母菌后，30℃培养20小时，作为种子液。
实施例1
1)把肝泰乐生产废液和高粱秆渣按照固液比m∶v1∶12的比例混合，在100℃水浴中反应60分钟，并且搅拌，用多层纱布过滤，分离出固体残渣，测定其高粱秆水解率为40％。
2)将分离出固体残渣后的水解液加入Ca(OH)2调节pH值到8，离心除去沉淀。之后，往离心后得到的液体中按照固液比m∶v1∶20的比例加入活性炭，在50℃恒温磁力搅拌器中吸附1小时，抽真空过滤，除去活性炭。
3)将除去活性炭后的水解液作为唯一碳源进行批式发酵，在接入体积比5％的种子液并培养10小时后，初始葡萄糖浓度为20g/l的培养基中，其最终乙醇含量为12g/l。
实施例2
1)把肝泰乐生产废液和高粱秆渣按照固液比m∶v1∶8的比例混合，在60℃水浴中反应120分钟，并且搅拌，用多层纱布过滤，分离出固体残渣，测定其高粱秆水解率为48％。
2)同实施例1步骤2
3)将除去活性炭后的水解液采用流加法进行酵母菌发酵实验。配制初始浓度为40g/l的葡萄糖培养基，加入体积比5％种子液并培养10小时后，乙醇含量为23g/L，之后加入体积比20％的水解液并培养8小时，其乙醇含量为35g/L。
实施例3
1)把肝泰乐生产废液和高粱秆渣按照固液比m∶v1∶20的比例混合，在120℃硅油浴中反应10分钟，并且搅拌，用多层纱布过滤，分离出固体残渣，测定其高粱秆水解率为33％。
2)同实施例1步骤2
3)将除去活性炭后的水解液采用流加法进行酵母菌发酵实验。配制初始浓度为40g/l的葡萄糖培养基，加入体积比5％种子液并培养10小时后，乙醇含量为25g/L，之后加入体积比20％的水解液并培养8小时，其乙醇含量为30g/L。
实施例4
1)把肝泰乐生产废液和玉米秸秆渣按照固液比m∶v1∶12的比例混合，在100℃水浴中反应60分钟，并且搅拌，用机械压榨过滤，分离出固体残渣，测定其高粱秆水解率45％。
2)同实施例1步骤2
3)将除去活性炭后的水解液采用流加法进行酵母菌发酵实验。配制初始浓度为40g/l的葡萄糖培养基，加入体积比5％种子液并培养10小时后，乙醇含量为30g/L，之后加入体积比20％的水解液并培养8小时，其乙醇含量为40g/L。
Claims (2)
1.一种利用肝泰乐生产废液水解秸秆并用于酵母菌发酵产乙醇的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1) 用肝泰乐生产废液水解农作物秸秆渣，按照固液比m∶v1∶8～1∶20的比例进行混合，在60～120℃的水浴锅或油浴锅中恒温反应10～120分钟，通过物理法分离出固体残渣；
2) 将分离出固体残渣后的水解液通过加入Ca(OH)2或CaO法进行处理，并调节pH值到8，离心除去沉淀；
3) 用活性炭和离心除去沉淀后的液体按照固液比m∶v1∶20进行混合，在50℃进行搅拌吸附，吸附60分钟，抽真空过滤除去活性炭；将过滤除去活性炭后的液作为碳源用于菌体发酵，采用现有的流加法和批式发酵产乙醇。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所用的秸秆可采用高粱秆、玉米秸秆、麦秸秆、稻秸秆。
Priority Applications (1)
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| Publication Number | Publication Date |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101429111B (zh) * | 2008-12-17 | 2011-10-12 | 安徽富博医药化工股份有限公司 | 葡醛内酯生产中母液的综合处理方法及装置 |
| CN104830942A (zh) * | 2015-05-11 | 2015-08-12 | 汪周启 | 有机污水的生物产醇技术 |
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2007
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