專利名稱：一種利用造紙污泥生產(chǎn)燃料乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固體廢棄資源再生利用和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種造紙污泥資 源化利用技術(shù)，更具體來說涉及一種利用造紙污泥生產(chǎn)燃料乙醇的方法。
背景技術(shù)：
在我國，造紙工業(yè)是耗水大戶，造紙過程中產(chǎn)生的大量造紙廢水在生化處理過 程中又產(chǎn)生了大量的造紙污泥(造紙污泥是指造紙廠廢水在生化處理過程中于初沉池和 二沉池中得到的混合污泥)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2007年我國大約產(chǎn)生2389萬噸脫水造紙污泥(含 水率為80%)，478萬噸干污泥，預(yù)計(jì)到2020年，我國大約將產(chǎn)生3088萬噸脫水造紙污 泥(含水率為80%，618萬噸干污泥)。面對如此大量的造紙污泥，傳統(tǒng)的處理處置方法是焚燒、填埋和土地利用。 造紙廢水在處理過程中，由于混凝、吸附等作用將廢水中大部分的污染物質(zhì)富集到污泥 中，影響其直接土地施用；填埋造紙污泥不但耗費(fèi)資金，占用土地，而且對土壤、地下 水及空氣容易造成二次污染；焚燒造紙污泥則需提高污泥脫水率，但鍋爐焚燒系統(tǒng)投資 及運(yùn)行費(fèi)用較高，易產(chǎn)生煙氣污染，不適合一般的中小型造紙企業(yè)。由于造紙污泥中富含細(xì)小纖維、木質(zhì)素及其衍生物、糖類和鹽，生物處理成為 造紙污泥資源化利用的一個(gè)重要途徑。目前國內(nèi)外生物處理的一個(gè)主要方法是利用造紙 污泥進(jìn)行好氧堆肥制得有機(jī)肥料，但堆肥過程中存在揮發(fā)性氣體產(chǎn)量大、能耗高、惡臭 等問題。因此尋找更合適的生物處理方法對其中的有效物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和世界人口的激增，能源危機(jī)日趨加劇，全球?qū)τ陂_發(fā)新 的可替代能源的興趣越來越大。乙醇作為一種潔凈和可再生的能源，已經(jīng)受到各國政府 和眾多研究者的廣泛重視。生產(chǎn)燃料乙醇的生物質(zhì)原料主要包括三大類①糖質(zhì)原料， 包括甘蔗、甜高粱等；②淀粉質(zhì)原料，包括薯類、谷物等；③纖維類原料，包括蘆葦、 苧麻稈、秸稈和稻殼等。現(xiàn)階段我國燃料乙醇的生產(chǎn)均以糖類或糧食為原料，進(jìn)一步擴(kuò) 大產(chǎn)量將會(huì)受到資源的限制，因此采用價(jià)廉、易得的纖維質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇將是今后發(fā)展 的必然趨勢。我國每年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中形成的農(nóng)作物殘?jiān)?稻草、秸稈等)有7X108t，工業(yè)生產(chǎn) 中還有數(shù)百萬噸的纖維廢棄物，如何利用這些廉價(jià)的原料制備乙醇是目前研究的熱點(diǎn)， 其中利用農(nóng)業(yè)纖維質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇在國內(nèi)外已有較多研究(羅鵬，劉忠。表面活性劑對 麥草同步糖化發(fā)酵轉(zhuǎn)化乙醇的影響。過程工程學(xué)報(bào)，2009，9(2) 355-360 ； Marchetti J M, Errazu A F.Biodiesel production from acid oils and ethanol using a solid basic resin as catalyst.Biomass&Bioenergy，2009，6 1_5)，而利用工業(yè)纖維廢棄物(如造紙污泥) 制取乙醇卻未見報(bào)道。因此本發(fā)明從造紙污泥的特性和當(dāng)前世界能源現(xiàn)狀角度出發(fā)，研究總結(jié)造紙污 泥生產(chǎn)燃料乙醇的工藝條件，為更高效地實(shí)現(xiàn)造紙污泥的“減量化、無害化、資源化”利用探索新的途徑，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對造紙污泥產(chǎn)生量日趨增加和能源短缺日益嚴(yán)重的問題， 提供一種利用造紙污泥生產(chǎn)燃料乙醇的方法。該方法具有工藝簡單、操作方便、低能耗 等特點(diǎn)。本發(fā)明的發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明利用味精廢液作為造紙污泥的能源調(diào)理劑，按照一定的重量比例將味精 廢液和造紙污泥兩種物料混合，使發(fā)酵底物(造紙污泥和味精廢液)達(dá)到合適的C/N，通 過添加纖維素酶，促進(jìn)物料的糖化分解，同時(shí)在反應(yīng)體系中加入馬鈴薯營養(yǎng)液，并接種 經(jīng)培養(yǎng)后的釀酒酵母菌液，在一個(gè)反應(yīng)器中同時(shí)實(shí)現(xiàn)了原料的糖化與發(fā)酵，發(fā)酵開始后 的第6h內(nèi)即有乙醇產(chǎn)生。本發(fā)明優(yōu)選味精廢液造紙污泥重量比為3 10 100。所述利用造紙污泥生產(chǎn)燃料乙醇的方法，包括以下步驟(1)將新鮮的造紙污泥，進(jìn)行均勻分散；(2)以干質(zhì)量計(jì)，按照味精廢液造紙污泥重量比為3 10 100稱取味精廢液 和造紙污泥，混合，得到合適C/N的發(fā)酵底物；(3)將固體狀態(tài)的纖維素酶，添加適量蒸餾水，轉(zhuǎn)化成纖維素酶溶液；(4)制備營養(yǎng)液馬鈴薯(去皮)切小塊后放入800 IOOOmL水中煮沸25 35min,過濾，濾液補(bǔ)足至IOOOmL,再加入相當(dāng)于馬鈴薯質(zhì)量5 15%的葡萄糖，制成 發(fā)酵系統(tǒng)微生物生長所需的不同濃度的營養(yǎng)液；(5)制備接種菌液將酵母菌加入到步驟(4)所得的濃度為20%的培養(yǎng)基，液體 培養(yǎng)(30士2°C，150rev/min)15h后，利用平板計(jì)數(shù)法測得此時(shí)菌液中單一菌落數(shù)的數(shù)量 級為IO8 IO9CfoAnL，則該菌液可用作接種菌液；(6)將步驟⑵得到的發(fā)酵底物添加到IOOOmL的反應(yīng)器中，反應(yīng)器的有效體積 為700mL，本試驗(yàn)反應(yīng)器中添加的所有物料總量也設(shè)定為600mL，按照40U/g VS (VS指 反應(yīng)器中添加的造紙污泥和味精廢液所含揮發(fā)性物質(zhì)的總質(zhì)量)加入步驟(3)纖維素酶溶 液，然后加入步驟(4)得到的營養(yǎng)液(營養(yǎng)液的添加量以保證最終600mL的反應(yīng)物料中 馬鈴薯的濃度為20%為準(zhǔn))，再加入蒸餾水，使得反應(yīng)器內(nèi)物料總量達(dá)到600mL，反應(yīng) 器內(nèi)總物料干物質(zhì)(指原料扣除水分后的剩余部分)含量為3 8%，最后將上述所得的 混合物用質(zhì)量濃度為10 %的檸檬酸溶液調(diào)節(jié)其pH值至4.0 6.0 ；(7)按照接種菌液系統(tǒng)物料總量的體積比為1 5 15加入步驟(5)培養(yǎng)好的 接種菌液；(8)蓋緊瓶口，于30士2°C、150rev/min條件下恒溫震蕩；(9)48h后對得到的乙醇發(fā)酵液進(jìn)行蒸餾提純，即可得到燃料乙醇產(chǎn)品。本發(fā)明更為優(yōu)選的方案是，提供一種利用造紙污泥生產(chǎn)燃料乙醇的方法，發(fā)酵 過程不需要滅菌操作，可有效降低能耗，簡便操作，所述方案二包括以下步驟(1)將新鮮的造紙污泥，進(jìn)行均勻分散；(2)以干質(zhì)量計(jì)，按照味精廢液造紙污泥重量比為3 10 100稱取味精廢 液，添加到造紙污泥中，得到合適C/N的發(fā)酵底物；
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(3)將固體狀態(tài)的纖維素酶，添加適量蒸餾水，轉(zhuǎn)化成纖維素酶溶液，將纖維素 酶溶液用0.22 μ m的微孔濾膜于無菌操作臺進(jìn)行過濾滅菌；(4)制備營養(yǎng)液馬鈴薯(去皮)切小塊后放入800 IOOOmL水中煮沸25 35min,過濾，濾液補(bǔ)足至IOOOmL,再加入相當(dāng)于馬鈴薯質(zhì)量5 15%的葡萄糖，制備
得到營養(yǎng)液；(5)制備接種菌液將酵母菌加入到步驟(4)所得培養(yǎng)基，液體培養(yǎng)至菌液中單 一菌落數(shù)的數(shù)量級為IO8 IO9CfuAnL，得接種菌液；(6)將步驟(2)得到的混合物添加到IOOOmL的反應(yīng)器中，反應(yīng)器的有效體積為 700mL,本試驗(yàn)反應(yīng)器中添加的所有物料總量也設(shè)定為600mL，加入步驟(4)得到的營 養(yǎng)液(營養(yǎng)液的添加量以保證最終600mL的反應(yīng)物料中馬鈴薯的濃度為20%為準(zhǔn))，再 加入蒸餾水，使得反應(yīng)器內(nèi)物料總量達(dá)到600mL，反應(yīng)器內(nèi)總物料干物質(zhì)(指原料扣除 水分后的剩余部分)含量為3 8%，最后將上述所得的混合物用質(zhì)量濃度為10%的檸檬 酸溶液調(diào)節(jié)其pH值至4.0 6.0;將上述反應(yīng)器移至高壓滅菌鍋，于121°C、Iatm滅菌 60min,再按照40U/g VS (VS指反應(yīng)器中添加的造紙污泥和味精廢液所含揮發(fā)性物質(zhì)的總 質(zhì)量)加入步驟(3)得到的纖維素酶溶液；(7)按照接種菌液系統(tǒng)物料總量的體積比為1 5 15加入步驟(5)培養(yǎng)好的 接種菌液；(8)蓋緊瓶口，于30士2°C、150rev/min條件下恒溫震蕩；(9)48h后對得到的乙醇發(fā)酵液進(jìn)行蒸餾提純，即可得到燃料乙醇產(chǎn)品。本發(fā)明上述兩個(gè)方案中所述造紙污泥是指造紙廠的制漿廢水、造紙廢水或造紙廠的生活污水中的一種 或幾種的任意比例的混合物，在生化處理過程中，于初沉池和二沉池中得到的混合污 泥，污泥的含水率在70 80%。所述味精廢液是指提取味精后的發(fā)酵廢液或濃縮結(jié)晶遺棄的結(jié)晶母液中的一種 或幾種的任意比例的混合物。步驟⑵所述發(fā)酵底物的C/N調(diào)整為20 30 1 ；步驟(4)所述馬鈴薯優(yōu)選切成邊長為Icm的小方塊；步驟(5)所述酵母菌是指釀酒酵母菌，包括常規(guī)市購的工業(yè)上用于糧食酒、果 酒釀造和醫(yī)藥上用于酵母片制作的任意一種菌種。步驟(6)采用質(zhì)量濃度為10%的檸檬酸溶液調(diào)節(jié)pH值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明利用適量的味精廢液作為造紙污泥的能源調(diào)理劑，獲取合適的C/N值， 通過添加纖維素酶，促進(jìn)物料的糖化分解，同時(shí)在反應(yīng)器中加入馬鈴薯營養(yǎng)液，并接種 經(jīng)培養(yǎng)后的釀酒酵母菌液，在一個(gè)反應(yīng)器中同時(shí)實(shí)現(xiàn)了原料的糖化與發(fā)酵，發(fā)酵開始后 的第6h內(nèi)即有乙醇產(chǎn)生，不存在還原糖的累積現(xiàn)象。本發(fā)明整個(gè)制備過程操作方便，工 藝簡單，節(jié)約能耗，利用工業(yè)固體廢物(造紙污泥)替代傳統(tǒng)生產(chǎn)乙醇的糖質(zhì)和糧食原 料，同時(shí)利用另一種工業(yè)固體廢物(味精廢液)優(yōu)化系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，造紙污泥與味精廢 液混合發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇，不僅能從營養(yǎng)結(jié)構(gòu)方面改善微生物的生存環(huán)境，促進(jìn)產(chǎn)氣高 峰的到來，縮短發(fā)酵周期，從而提高反應(yīng)器的處理能力和處理效率；而且還能同時(shí)實(shí)現(xiàn)
6兩大固體廢棄物的“無害化、減量化和資源化”。本發(fā)明方法工藝簡單，可操作性強(qiáng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)條件溫和；尤其是方案二， 整個(gè)發(fā)酵過程無需滅菌操作，能耗低。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1發(fā)酵過程還原糖的濃度變化情況。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1發(fā)酵過程乙醇的產(chǎn)量變化情況。圖3為本發(fā)明實(shí)施例2發(fā)酵過程還原糖的濃度變化情況。圖4為本發(fā)明實(shí)施例2發(fā)酵過程乙醇的產(chǎn)量變化情況。
具體實(shí)施例方式以下通過實(shí)施例來對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍并不局 限于具體實(shí)施方式
中所描述的范圍。實(shí)施例1 利用造紙污泥生產(chǎn)燃料乙醇本實(shí)施例采用的造紙污泥取自廣東省某造紙廠，也可以采用其他造紙廠的造紙 污泥，是造紙廠的制漿廢水、造紙廢水或造紙廠的生活污水中的一種或幾種的任意比例 的混合物，在生化處理過程中，于初沉池和二沉池中得到的混合污泥，污泥的含水率在 70 80%。本實(shí)施例采用的味精廢液取自廣東省某味精廠，也可以采用其他味精廠的味精 廢液，是提取味精后的發(fā)酵廢液或濃縮結(jié)晶遺棄的結(jié)晶母液中的一種或幾種的任意比例 的混合物。(1)將取回的新鮮造紙污泥進(jìn)行均勻分散；(2)按照味精廢液造紙污泥=6 100 (w/w,以干質(zhì)量計(jì))稱取新鮮味精廢 液，添加到造紙污泥中，使得由上述兩種物料組成的發(fā)酵底物的C/N = 25 1 ；(3)按照纖維素酶蒸餾水=1 4(w/v),將固體粉末狀的市購纖維素酶配制 成纖維素酶溶液，保持溶液的酶活性與固態(tài)粉末一致，即固態(tài)時(shí)的纖維素酶活性為1.5U/ mg，溶液中的纖維素酶活性也為1.5U/mL，然后將纖維素酶液分成兩份，其中一份用 0.22 μ m的微孔濾膜于無菌操作臺進(jìn)行過濾滅菌；(4)稱取300g的馬鈴薯(去皮)，切小塊后放入IOOOmL水中煮沸30min，用8 層紗布過濾，濾液補(bǔ)足至IOOOmL,再加入30g的葡萄糖，制成發(fā)酵系統(tǒng)微生物生長所需 的營養(yǎng)液；(5)接種菌液的制備將酵母菌(釀酒酵母CICC1001-購自廣州微生物研究 所)加入到按照步驟(4)所得的培養(yǎng)液經(jīng)蒸餾水稀釋1.5倍后濃度為20%的培養(yǎng)基，液 體培養(yǎng)15h(30士2°C，150rev/min)后，利用平板計(jì)數(shù)法測得此時(shí)菌液中單一菌落數(shù)為 1.8XlO9CfuAnL,則該菌液可用作接種菌液。(6)將步驟(2)得到的混合物(含造紙污泥干物質(zhì)16g，味精廢液干物質(zhì)0.8g)添 加到IOOOmL的反應(yīng)器中，反應(yīng)器的有效體積為700mL，本試驗(yàn)反應(yīng)器中添加的所有物料 總量也設(shè)定為600mL，按照40U/g VS (VS指反應(yīng)器中添加的造紙污泥和味精廢液扣除水 分和灰分后剩余部分的總質(zhì)量)加入步驟(3)得到的未滅菌纖維素酶液7.5mL，然后加入步驟(4)得到的營養(yǎng)液360mL，再加入蒸餾水，使得反應(yīng)器內(nèi)物料總量達(dá)到600mL，反 應(yīng)器內(nèi)總物料干物質(zhì)含量為3%，最后將上述所得的混合物用質(zhì)量濃度為10%的檸檬酸 溶液調(diào)節(jié)其pH值至4.5，利用緊實(shí)棉花塞蓋緊反應(yīng)瓶口 ；(7)按照步驟(5)的各物質(zhì)用量，分別添加造紙污泥和味精廢液混合物、營養(yǎng)液 和蒸餾水至另一個(gè)IOOOmL反應(yīng)器，用質(zhì)量濃度為10%的檸檬酸溶液調(diào)節(jié)其pH值至4.5， 并用緊實(shí)棉花塞蓋緊瓶口，將上述反應(yīng)器移至高壓滅菌鍋，于121°C、Iatm滅菌60min， 再按照40U/gVS加入步驟(3)得到的滅菌纖維素酶液7.5mL ；(8)將步驟(6)和步驟(7)得到的兩組反應(yīng)器分別按照接種菌液系統(tǒng)物料總量 =1 10 (ν/ν)加入步驟(5)培養(yǎng)好的接種菌液60mL ；(9)將反應(yīng)瓶移至恒溫震蕩器，于30士2°C、150rev/min條件下恒溫震蕩，試驗(yàn) 開始后的第6h內(nèi)即有乙醇產(chǎn)生；(10)經(jīng)過48h發(fā)酵，系統(tǒng)中乙醇濃度趨于恒定，則可結(jié)束該反應(yīng)，對得到的乙 醇發(fā)酵液進(jìn)行蒸餾提純，即可得到燃料乙醇產(chǎn)品。發(fā)酵過程還原糖的濃度變化情況和發(fā)酵過程乙醇的產(chǎn)量變化情況見附圖1和附 圖2，反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)物料TS(干物質(zhì)，即原料扣除水分后剩余的部分)為3%條件下系統(tǒng)的 還原糖得率和乙醇產(chǎn)量，由圖中可見，還原糖濃度和乙醇產(chǎn)量有著明顯的正相關(guān)性，二 者均在12h取得最高值，48h以后變化不大，主要原因是本試驗(yàn)是屬于同步糖化發(fā)酵產(chǎn) 乙醇，系統(tǒng)產(chǎn)生的還原糖能及時(shí)被酵母菌利用，產(chǎn)生乙醇。另外，滅菌與未滅菌處理相 比，同一時(shí)間系統(tǒng)內(nèi)還原糖濃度和乙醇產(chǎn)量的差異均在5%以內(nèi)，說明未滅菌操作對本試 驗(yàn)乙醇產(chǎn)量沒有影響，而未滅菌操作可以簡化工藝、方便操作，并能節(jié)約能耗，具有重 要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。實(shí)施例2 利用造紙污泥生產(chǎn)燃料乙醇。本實(shí)施例采用的造紙污泥取自廣東省某造紙廠，也可以采用其他造紙廠的造紙 污泥，是造紙廠的制漿廢水、造紙廢水或造紙廠的生活污水中的一種或幾種的任意比例 的混合物，在生化處理過程中，于初沉池和二沉池中得到的混合污泥，污泥的含水率在 70 80%。本實(shí)施例采用的味精廢液取自廣東省某味精廠，也可以采用其他味精廠的味精 廢液，是提取味精后的發(fā)酵廢液或濃縮結(jié)晶遺棄的結(jié)晶母液中的一種或幾種的任意比例 的混合物。(1)將取回的新鮮造紙污泥進(jìn)行均勻分散；(2)按照味精廢液造紙污泥=10 100 (w/w,以干質(zhì)量計(jì))稱取新鮮味精廢 液，添加到造紙污泥中，使得由上述兩種物料組成的發(fā)酵底物的C/N = 20 1 ；(3)按照纖維素酶蒸餾水=1 4(w/v),將固體粉末狀的市購纖維素酶配制 成纖維素酶溶液，保持溶液的酶活性與固態(tài)粉末一致，即固態(tài)時(shí)的纖維素酶活性為1.5U/ mg，溶液中的纖維素酶活性也為1.5U/mL，然后將纖維素酶液分成兩份，其中一份用 0.22 μ m的微孔濾膜于無菌操作臺進(jìn)行過濾滅菌；(4)稱取200g的馬鈴薯(去皮)，切小塊后放入IOOOmL水中煮沸30min，用8 層紗布過濾，濾液補(bǔ)足至IOOOmL,再加入20g的葡萄糖，制成發(fā)酵系統(tǒng)微生物生長所需 的營養(yǎng)液；
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(5)接種菌液的制備將酵母菌(釀酒酵母CICC1001-購自廣州微生物研究所) 加入到步驟(4)所得的濃度為20%的培養(yǎng)基，液體培養(yǎng)15h(30士2°C，150rev/min)后， 利用平板計(jì)數(shù)法測得此時(shí)菌液中單一菌落數(shù)為1.8X IO9CfuAnL，則該菌液可用作接種菌液。(6)將步驟(2)得到的混合物(含造紙污泥干物質(zhì)32g，味精廢液干物質(zhì)1.6g)添 加到IOOOmL的反應(yīng)器中，反應(yīng)器的有效體積為700mL，本試驗(yàn)反應(yīng)器中添加的所有物料 總量也設(shè)定為600mL，按照40U/gVS (VS指反應(yīng)器中添加的造紙污泥和味精廢液扣除水 分和灰分后剩余部分的總質(zhì)量)加入步驟(3)得到的未滅菌纖維素酶液15mL，然后加入 步驟(4)得到的營養(yǎng)液540mL，再加入蒸餾水，使得反應(yīng)器內(nèi)物料總量達(dá)到600mL，反 應(yīng)器內(nèi)總物料干物質(zhì)含量為6%，最后將上述所得的混合物用質(zhì)量濃度為10%的檸檬酸 溶液調(diào)節(jié)其pH值至4.5，利用緊實(shí)棉花塞蓋緊反應(yīng)瓶口 ；(7)按照步驟(6)的各物質(zhì)用量，分別添加造紙污泥、味精廢液、營養(yǎng)液和蒸餾 水至IOOOmL反應(yīng)器，用質(zhì)量濃度為10%的檸檬酸溶液調(diào)節(jié)其pH值至4.5，并用緊實(shí)棉花 塞蓋緊瓶口，將上述反應(yīng)器移至高壓滅菌鍋，于121°C、Iatm滅菌60min，再按照40U/ gVS加入步驟(3)得到的滅菌纖維素酶液15mL ；(8)將步驟(6)和步驟(7)得到的兩組反應(yīng)器分別按照接種菌液系統(tǒng)物料總量 =1 10 (ν/ν)加入步驟(5)培養(yǎng)好的接種菌液60mL ；(9)將反應(yīng)瓶移至恒溫震蕩器，于30士2°C、150rev/min條件下恒溫震蕩，試驗(yàn) 開始后的第6h內(nèi)即有乙醇產(chǎn)生；(10)經(jīng)過48h發(fā)酵，系統(tǒng)中乙醇濃度趨于恒定，則可結(jié)束該反應(yīng)，對得到的乙 醇發(fā)酵液進(jìn)行蒸餾提純，即可得到燃料乙醇產(chǎn)品。發(fā)酵過程還原糖的濃度變化情況和發(fā)酵過程乙醇的產(chǎn)量變化情況見附圖3和附 圖4，反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)物料TS(干物質(zhì)，即原料扣除水分后剩余的部分)為6%條件下系統(tǒng)的 還原糖得率和乙醇產(chǎn)量，由圖中可見，還原糖濃度和乙醇產(chǎn)量有著明顯的正相關(guān)性，二 者均在12h取得最高值，48h以后變化不大，主要原因是本試驗(yàn)是屬于同步糖化發(fā)酵產(chǎn) 乙醇，系統(tǒng)產(chǎn)生的還原糖能及時(shí)被酵母菌利用，產(chǎn)生乙醇。另外，按照本發(fā)明方法，滅 菌與未滅菌處理相比，同一時(shí)間系統(tǒng)內(nèi)還原糖濃度和乙醇產(chǎn)量的差異均在5%以內(nèi)，說明 未滅菌操作對乙醇產(chǎn)量沒有影響，而未滅菌操作可以簡化工藝、方便操作，并能節(jié)約能 耗，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。實(shí)施例3 利用造紙污泥生產(chǎn)燃料乙醇本實(shí)施例采用的造紙污泥取自廣東省某造紙廠，也可以采用其他造紙廠的造紙 污泥，是造紙廠的制漿廢水、造紙廢水或造紙廠的生活污水中的一種或幾種的任意比例 的混合物，在生化處理過程中，于初沉池和二沉池中得到的混合污泥，污泥的含水率在 70 80%。本實(shí)施例采用的味精廢液取自廣東省某味精廠，也可以采用其他味精廠的味精 廢液，是提取味精后的發(fā)酵廢液或濃縮結(jié)晶遺棄的結(jié)晶母液中的一種或幾種的任意比例 的混合物。(1)將取回的新鮮造紙污泥進(jìn)行均勻分散；(2)按照味精廢液造紙污泥=3 100 (w/w,以干質(zhì)量計(jì))稱取新鮮味精廢
9液，添加到造紙污泥中，使得上述兩種物料組成的發(fā)酵底物的C/N = 30 1 ；(3)按照纖維素酶蒸餾水=1 4(w/v),將固體粉末狀的市購纖維素酶配制 成纖維素酶溶液，保持溶液的酶活性與固態(tài)粉末一致，即固態(tài)時(shí)的纖維素酶活性為1.5U/ mg，溶液中的纖維素酶活性也為1.5U/mL，然后將纖維素酶液分成兩份，其中一份用 0.22 μ m的微孔濾膜于無菌操作臺進(jìn)行過濾滅菌；(4)稱取200g的馬鈴薯(去皮)，切小塊后放入800mL水中煮沸30min，用8層 紗布過濾，濾液補(bǔ)足至IOOOmL,再加入25g的葡萄糖，制成發(fā)酵系統(tǒng)微生物生長所需的
營養(yǎng)液；(5)接種菌液的制備將酵母菌(釀酒酵母CICC1001-購自廣州微生物研究所) 加入到步驟(4)所得的濃度為20%的培養(yǎng)基，液體培養(yǎng)15h(30士2°C，150rev/min)后， 利用平板計(jì)數(shù)法測得此時(shí)菌液中單一菌落數(shù)為1.8X IO9CfuAnL，則該菌液可用作接種菌液。(6)將步驟(2)得到的混合物(含造紙污泥干物質(zhì)16g，味精廢液干物質(zhì)0.8g)添 加到IOOOmL的反應(yīng)器中，反應(yīng)器的有效體積為700mL，本試驗(yàn)反應(yīng)器中添加的所有物料 總量也設(shè)定為600mL，按照40U/g VS (VS指反應(yīng)器中添加的造紙污泥和味精廢液扣除水 分和灰分后剩余部分的總質(zhì)量)加入步驟(3)得到的未滅菌纖維素酶液7.5mL，然后加入 步驟(4)得到的營養(yǎng)液540mL，再加入蒸餾水，使得反應(yīng)器內(nèi)物料總量達(dá)到600mL，反 應(yīng)器內(nèi)總物料干物質(zhì)含量為3%，最后將上述所得的混合物用質(zhì)量濃度為10%的檸檬酸 溶液調(diào)節(jié)其pH值至4.5，利用緊實(shí)棉花塞蓋緊反應(yīng)瓶口 ；(7)按照步驟(5)的各物質(zhì)用量，分別添加造紙污泥和味精廢液混合物、營養(yǎng)液 和蒸餾水至另一個(gè)IOOOmL反應(yīng)器，用質(zhì)量濃度為10%的檸檬酸溶液調(diào)節(jié)其pH值至4.5， 并用緊實(shí)棉花塞蓋緊瓶口，將上述反應(yīng)器移至高壓滅菌鍋，于121°C、Iatm滅菌60min， 再按照40U/gVS加入步驟(3)得到的滅菌纖維素酶液7.5mL ；(8)將步驟(6)和步驟(7)得到的兩組反應(yīng)器分別按照接種菌液系統(tǒng)物料總量 =1 10 (ν/ν)加入步驟(5)培養(yǎng)好的接種菌液60mL ；(9)將反應(yīng)瓶移至恒溫震蕩器，于30士2°C、150rev/min條件下恒溫震蕩，試驗(yàn) 開始后的第6h內(nèi)即有乙醇產(chǎn)生；(10)經(jīng)過48h發(fā)酵，系統(tǒng)中乙醇濃度趨于恒定，則可結(jié)束該反應(yīng)；對得到的乙 醇發(fā)酵液進(jìn)行蒸餾提純，即可得到質(zhì)量濃度為6%的燃料乙醇產(chǎn)品。本發(fā)明滅菌與未滅菌處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，系統(tǒng)內(nèi)乙醇產(chǎn)量的差異在5%以內(nèi)，說 明按照本發(fā)明方法實(shí)施時(shí)，未滅菌操作對乙醇產(chǎn)量沒有影響，而未滅菌操作可以簡化工 藝、方便操作，并能節(jié)約能耗，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
權(quán)利要求
1.一種利用造紙污泥生產(chǎn)燃料乙醇的方法，其特征在于是利用味精廢液作為造紙污 泥的能源調(diào)理劑，調(diào)節(jié)味精廢液和造紙污泥混合物C/N，在反應(yīng)體系中添加纖維素酶和 馬鈴薯營養(yǎng)液，接種經(jīng)培養(yǎng)后的釀酒酵母菌液，經(jīng)糖化與發(fā)酵制備得到乙醇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用造紙污泥生產(chǎn)燃料乙醇的方法，其特征在于包括以下步驟(1)將新鮮的造紙污泥，進(jìn)行均勻分散；(2)以干質(zhì)量計(jì)，按照味精廢液造紙污泥重量比為3 10 100稱取味精廢液，添 加到造紙污泥中，得到合適C/N的發(fā)酵底物；(3)將固體狀態(tài)的纖維素酶，添加適量蒸餾水，轉(zhuǎn)化成纖維素酶溶液；(4)制備營養(yǎng)液馬鈴薯放入水中煮沸，過濾，再加入相當(dāng)于馬鈴薯質(zhì)量5 15%的 葡萄糖，制備得到營養(yǎng)液；(5)制備接種菌液將酵母菌加入到步驟(4)所得培養(yǎng)基，液體培養(yǎng)至菌液中單一菌 落數(shù)為IO8 IO9CfoAnL，得接種菌液；(6)將步驟(2)得到的混合物添加到IOOOmL的反應(yīng)器中，按照每克造紙污泥和味精 廢液所含揮發(fā)性物質(zhì)的總質(zhì)量加入40U/g的量加入步驟(3)所述纖維素酶溶液，加入步驟 (4)制備得到的營養(yǎng)液，再添加蒸餾水使得反應(yīng)器內(nèi)系統(tǒng)物料總量達(dá)到600mL，調(diào)節(jié)系統(tǒng) 物料pH值至4.0 6.0 ；(7)按照接種菌液系統(tǒng)物料總量的體積比為1 5 15加入步驟(5)培養(yǎng)好的接種 菌液；(8)蓋緊瓶口，于30士2°C、150rev/min條件下恒溫震蕩;(9)48h后對得到的乙醇發(fā)酵液進(jìn)行蒸餾提純，即可得到燃料乙醇產(chǎn)品。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用造紙污泥生產(chǎn)燃料乙醇的方法，其特征在于包括以下步驟(1)將新鮮的造紙污泥，進(jìn)行均勻分散；(2)以干質(zhì)量計(jì)，按照味精廢液造紙污泥重量比為3 10 100稱取味精廢液和造 紙污泥，得到合適C/N的發(fā)酵底物；(3)將固體狀態(tài)的纖維素酶，添加適量蒸餾水，轉(zhuǎn)化成纖維素酶溶液，將纖維素酶溶 液用0.22 μ m的微孔濾膜于無菌操作臺進(jìn)行過濾滅菌；(4)制備營養(yǎng)液馬鈴薯放入水中煮沸，過濾，再加入相當(dāng)于馬鈴薯質(zhì)量5 15%的 葡萄糖，制備得到營養(yǎng)液；(5)制備接種菌液將酵母菌加入到步驟(4)所得培養(yǎng)基，液體培養(yǎng)至菌液中單一菌 落數(shù)為IO8 IO9CfoAnL得接種菌液；(6)將步驟(2)得到的混合物添加到IOOOmL的反應(yīng)器中，加入步驟(4)制備得到的 營養(yǎng)液，再添加蒸餾水使得反應(yīng)器內(nèi)系統(tǒng)物料總量達(dá)到600mL，調(diào)節(jié)系統(tǒng)物料pH值至 4.0 6.0;將反應(yīng)器于121°C、Iatm滅菌60min，按照每克造紙污泥和味精廢液所含揮發(fā) 性物質(zhì)的總質(zhì)量加入40U/g的量加入步驟(3)所述纖維素酶溶液；(7)按照接種菌液系統(tǒng)物料總量的體積比為1 5 15加入步驟(5)培養(yǎng)好的接種 菌液；(8)蓋緊瓶口，于30士2°C、150rev/min條件下恒溫震蕩；(9)48h后對得到的乙醇發(fā)酵液進(jìn)行蒸餾提純，即可得到燃料乙醇產(chǎn)品。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述利用造紙污泥生產(chǎn)燃料乙醇的方法，其特征在于步驟(1) 所述造紙污泥為造紙廠的制漿廢水、造紙廢水或造紙廠的生活污水中的一種或幾種的任 意比例的混合物，在生化處理過程中，于初沉池和二沉池中得到的混合污泥。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述利用造紙污泥生產(chǎn)燃料乙醇的方法，其特征在于步驟(2) 所述味精廢液為提取味精后的發(fā)酵廢液或濃縮結(jié)晶遺棄的結(jié)晶母液中的一種或幾種的任 意比例的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述利用造紙污泥生產(chǎn)燃料乙醇的方法，其特征在于步驟(2) 所述發(fā)酵底物的C/N調(diào)整為20 30 1 ；
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述利用造紙污泥生產(chǎn)燃料乙醇的方法，其特征在于步驟(4) 所述馬鈴薯優(yōu)選切成邊長為Icm的小方塊；
8.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述利用造紙污泥生產(chǎn)燃料乙醇的方法，其特征在于步驟(5) 所述酵母菌為釀酒酵母菌或醫(yī)藥上用于酵母片制作的任意一種菌種。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述利用造紙污泥生產(chǎn)燃料乙醇的方法，其特征在于步驟(6) 采用質(zhì)量濃度為10%的檸檬酸溶液調(diào)節(jié)pH值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用造紙污泥生產(chǎn)燃料乙醇的方法。本發(fā)明利用味精廢液作為造紙污泥的能源調(diào)理劑，獲取合適的C/N，通過添加纖維素酶，促進(jìn)物料的糖化分解，同時(shí)在反應(yīng)體系中加入馬鈴薯營養(yǎng)液，并接種經(jīng)培養(yǎng)后的釀酒酵母菌液，在一個(gè)反應(yīng)器中同時(shí)實(shí)現(xiàn)了原料的糖化與發(fā)酵，發(fā)酵開始后的第6h內(nèi)即有乙醇產(chǎn)生，不存在還原糖的累積現(xiàn)象。本發(fā)明整個(gè)制備過程操作方便，工藝簡單，節(jié)約能耗，利用工業(yè)固體廢物(造紙污泥)替代傳統(tǒng)生產(chǎn)乙醇的糖質(zhì)和糧食原料，同時(shí)利用另一種工業(yè)固體廢物(味精廢液)優(yōu)化系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)產(chǎn)氣高峰的到來，縮短發(fā)酵周期，不僅提高了反應(yīng)器的處理能力和處理效率，而且還同時(shí)實(shí)現(xiàn)了兩大固體廢棄物的“無害化、減量化和資源化”。
文檔編號C12P19/14GK102010883SQ201010510469
公開日2011年4月13日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者吳少全, 林云琴, 王德漢, 王釷汀 申請人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)