生物預(yù)處理柑橘皮渣及優(yōu)化厭氧發(fā)酵技術(shù)研究.pdf

1、重慶市地處我國(guó)沿長(zhǎng)江柑橘優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)帶，年橙汁加工能力達(dá)25萬(wàn)噸，位居亞洲第一，每年產(chǎn)生約25萬(wàn)噸的柑橘皮渣。大量的橘渣至今仍采用填埋的方式處理，不但占用了大量寶貴的土地資源。同時(shí)對(duì)三峽庫(kù)區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成巨大的威脅。柑橘皮渣處理的問(wèn)題已經(jīng)迫在眉睫，產(chǎn)業(yè)化處理新技術(shù)亟待開(kāi)發(fā)。 由于柑橘皮渣的成分特性．沒(méi)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的柑橘皮在進(jìn)行厭氧發(fā)酵(anaerobic fermentation)時(shí)，發(fā)酵產(chǎn)物的酸度達(dá)到pH1，限制了微生物繁殖利用，

2、因此導(dǎo)致柑橘皮渣利用的低效率。 在柑橘皮渣厭氧發(fā)酵過(guò)程中，揮發(fā)性脂肪酸(Volatile fat acid，VFA)如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸以及它們的異構(gòu)體是重要中間產(chǎn)物，其組成和含量可間接反映厭氧的反應(yīng)運(yùn)行情況。在運(yùn)轉(zhuǎn)良好的厭氧反應(yīng)器中，VFA中乙酸可占有很高的比例，但是當(dāng)反應(yīng)器運(yùn)行狀態(tài)不好時(shí)，丙酸、丁酸濃度會(huì)上升。研究表明，丙酸的產(chǎn)生和積累嚴(yán)重影響厭氧發(fā)酵生物處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行。丙酸的大鼉產(chǎn)生導(dǎo)致產(chǎn)乙酸效率低，

3、進(jìn)而引起厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器中pH降低并影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌活性，導(dǎo)致產(chǎn)甲烷失敗。本研究通過(guò)生物方法對(duì)柑橘皮渣進(jìn)行好氧分解預(yù)處理以提高柑橘皮渣厭氧發(fā)酵液的pH，然后再進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷，并在此基礎(chǔ)上探討柑橘皮渣厭氧發(fā)酵的產(chǎn)酸過(guò)程，定向控制發(fā)酵向最有利于產(chǎn)甲烷方向進(jìn)行，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)相關(guān)研究報(bào)道。此外，本論文還研究了使用沼氣促進(jìn)劑對(duì)沼氣產(chǎn)量的影響。試驗(yàn)主要結(jié)論如下：白腐菌篩選并預(yù)處理柑橘皮渣試驗(yàn)研究表明：在1.6g干重的柑橘皮渣中該菌分解的最佳生長(zhǎng)條

4、件是柑橘皮渣含水量60％、初期pH為3，添加硫酸銨0.2g。同時(shí)還原糖和木糖產(chǎn)量平均分別達(dá)到517μg/g和120.81μg/g：纖維素+半纖維素分解量0.96g：均失重達(dá)到67％；能夠有效地將柑橘皮渣發(fā)酵料的pH從1提高劍4。且酶活力測(cè)定表明：菌絲覆蓋柑桔皮渣的第8天到第26天之間， AVI(微晶纖維素酶)的活力均要遠(yuǎn)高于CMC(羧甲基纖維素鈉酶)和FPA(濾紙纖維素酶活)，在培養(yǎng)的第13天酶活力達(dá)到最大，在第17天后，酶活性直線下降

5、。CMC在整個(gè)培養(yǎng)期間幾乎沒(méi)有變化，一直保持平穩(wěn)。對(duì)柑橘皮渣預(yù)處理后的厭氧產(chǎn)甲烷試驗(yàn)表明，經(jīng)預(yù)處理發(fā)酵后可使甲烷含量提高26％：COD值能有效地降低達(dá)27％，還原糖量降低24％。 2．真菌聯(lián)合預(yù)處理結(jié)果：預(yù)處理分解后的還原糖的OD值、各處理失重(％)、處理前后pH值．以及最終判定標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)氣效率分析，聯(lián)合預(yù)處理的自腐菌+F160(本實(shí)驗(yàn)菌株分離的一株分解纖維素的青霉菌株)及白腐菌+黑曲霉聯(lián)合處理柑橘皮渣25天后厭氧發(fā)酵是最佳選擇。

6、 3．控制柑橘皮渣產(chǎn)乙酸試驗(yàn)表明：柑橘皮渣在不同預(yù)處理后的厭氧發(fā)酵前10天，主要以乙酸為主，但當(dāng)發(fā)酵進(jìn)行了25天后各處理均不同程度地產(chǎn)生了丙酸，產(chǎn)酸量達(dá)到最大值。其中經(jīng)白腐菌+黑曲霉聯(lián)合預(yù)處理后的厭氧發(fā)酵乙酸、丙酸、丁酸均有產(chǎn)生，其余預(yù)處理發(fā)酵無(wú)丁酸產(chǎn)生。利用連續(xù)流控制其產(chǎn)酸類型時(shí)，啟動(dòng)階段控制其容積負(fù)荷、ORP(OxidationReduction Potential，氧化還原電位)、pH分別在41.1[kg.COD．(m3

7、．d)-1]、-400mV和5.6，乙酸產(chǎn)量最大；控制階段其他條件不變的前提下，調(diào)整ORP值為-230mV，乙酸產(chǎn)量能顯著提高73％；其后穩(wěn)定發(fā)酵階段調(diào)整pH值為6.7，乙酸產(chǎn)量保持穩(wěn)定在7.6×10-6g/ml左右。 4．沼氣促進(jìn)劑試驗(yàn)表明：在厭氧發(fā)酵過(guò)程中微量元素和木炭都能夠增強(qiáng)甲烷菌活性，提高產(chǎn)氣量。其最佳配比為Fe3+：Ni2+：木炭為2：1：5，投加絕對(duì)量為0.61％(相對(duì)于原料干重)。經(jīng)沼氣促進(jìn)劑馴化出的菌種微生物

8、生物量較高，較馴化前提高了27.3％。 5．探索柑橘皮渣厭氧發(fā)酵工藝最住參數(shù)試驗(yàn)表明：柑橘皮渣從生物預(yù)處理到厭氧發(fā)酵過(guò)程如按以下過(guò)程進(jìn)行，柑橘皮渣的產(chǎn)甲烷率可比只用鮮果渣直接厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷量提高62％。 1)以含水量60％的柑橘皮渣廢棄物為主要原料，先接種3％的白腐真菌于25℃中恒溫培養(yǎng)分解7-10天。 2)然后再接種3％(黑曲霉菌懸液重與柑橘皮渣總重之比g：g)的黑曲霉于23℃中恒溫，好氧分解20天。

9、 3)將第1)和2)步預(yù)處理后的好氧分解物添加5-10％(以預(yù)處理后的柑橘皮渣為基礎(chǔ)，人畜便糞干重與好養(yǎng)分解物加上人畜糞便的濕重總重之比g：g)的人畜禽糞便，以原料占有效反應(yīng)容積的百分比6-8％(好養(yǎng)分解物加人畜便糞的干重與好養(yǎng)分解物加人畜便糞加水的所有物質(zhì)濕重總重之比g：g)的濃度投料進(jìn)行厭氧發(fā)酵：并接種2％的(陳舊污泥干重與好養(yǎng)分解物加人畜便糞加陳舊污泥加水的所有物質(zhì)濕重之比g：g)微生物復(fù)合接種物，進(jìn)行兩相厭氧發(fā)酵，控制其產(chǎn)