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我國白酒企業(yè)發(fā)展迅速,釀酒后會積累大量酒糟。據(jù)統(tǒng)計,2014年我國的白酒酒糟年產(chǎn)量超過6000萬噸。新鮮的酒糟水分含量較大,酸度較高,其中還含有大量有機質(zhì)成分,如淀粉、粗纖維、粗蛋白、粗脂肪等。如果不對其進(jìn)行處理,或者使用填滿、堆放等初級簡單處理方式,極易造成土壤污染、空氣污染。而且,酒糟中富含有機質(zhì),如果就此填埋,也造成了有機資源的極大浪費。目前針對酒糟的綜合處理方法較為多樣,可直接作為畜禽飼料、食用菌培養(yǎng)基、厭氧發(fā)酵等。但是,由于目前工業(yè)對飼料質(zhì)量的要求逐漸提高,其易被高營養(yǎng)、精細(xì)飼料所代替,而用于食用菌培養(yǎng)基所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益也較為低下。厭氧發(fā)酵處理酒糟是較好的辦法,其既能在厭氧條件下有效降解酒糟,又同時能產(chǎn)生清潔能源生物天然氣。實現(xiàn)了有機廢棄物的資源化利用。這樣,既解決了酒糟堆積所產(chǎn)生的各類環(huán)境問題,又能對其進(jìn)行能源化利用,符合綠色可持續(xù)發(fā)展的要求。不過,由于各類酒糟原料配比不同,所產(chǎn)生的酒糟性質(zhì)也有差異。相應(yīng)的厭氧消化能力也有差異。沱牌濃香型酒糟具有酸度高 (pH=4 .36)、稻殼含量大(56 .49% TS)的特性,如直接對其厭氧消化,一方面高酸性的特性會對厭氧體系造成直接抑制,使得產(chǎn)甲烷能力降低;另一方面,由于致密的木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)的稻殼在厭氧體系中無法被降解,長期累積會增大體系固體含量,使體系難以攪拌,產(chǎn)生堵塞等問題。因而,針對高稻殼含量、高有機酸濃度的濃香型酒糟,在進(jìn)行厭氧消化前,需要對其進(jìn)行預(yù)處理以實現(xiàn)濃香型酒糟的高值化、無害化利用。
中國科學(xué)院成都生物研究所碩士研究生敖天杰在李東的指導(dǎo)下,針對濃香型酒糟高稻殼含量(56 wt%)、高有機酸含量(乳酸,106g/kg;乙酰丙酸,50g/kg)的特性,提出了水洗分離耦合高溫液態(tài)水預(yù)處理該種酒糟的方法,并進(jìn)行了不同處理條件下的固體以及液體樣品的產(chǎn)甲烷潛力驗證實驗。通過SEM, FTIR, XRD, HPLC, GC-MS, ESI-MS,以及 2D HSQC NMR等化學(xué)分析方法,揭示水洗分離以及高溫液態(tài)水法預(yù)處理對濃香型酒糟產(chǎn)甲烷的促進(jìn)以及抑制機理。實驗結(jié)果表明,水洗分離酒糟并將分離得到的稻殼進(jìn)行高溫液態(tài)水法預(yù)處理的方法能顯著提高沱牌酒糟總體甲烷產(chǎn)率,其最大甲烷產(chǎn)率為214 L/kg TS。直接對酒糟進(jìn)行高溫液態(tài)水而不進(jìn)行水洗分離的處理方式,會使得小分子有機酸寡聚生成不易被產(chǎn)甲烷菌利用的寡聚物,進(jìn)而使得產(chǎn)甲烷率下降。因此,研究人員提出了一條沱牌酒糟零廢棄物產(chǎn)生的全利用路線,具體為:首先對沱牌濃香型酒糟進(jìn)行水洗分離,得到分離后的稻殼以及水洗液。分離后的稻殼進(jìn)一步進(jìn)行高溫液態(tài)水預(yù)處理得到生物炭以及處理后的水解液。針對水洗液以及水解液,直接進(jìn)行液態(tài)厭氧消化,針對處理后的生物炭,可進(jìn)一步對液態(tài)厭氧消化后產(chǎn)生的高氨氮沼液進(jìn)行吸附,制備高氨氮生物炭,用作土壤調(diào)節(jié)劑等。而沼液吸附的清水又可回用于第一步水洗分離操作,從而減少水的浪費。該研究為濃香型固體酒糟的高值化利用提供了一定的理論基礎(chǔ),具有較強的工程應(yīng)用意義。
該研究得到國家重點研發(fā)計劃課題、成都市國際合作項目、西部之光“西部青年學(xué)者”項目A類、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會、中科院國際合作局對外合作重點項目等的支持。相關(guān)成果發(fā)表在Journal of Cleaner Production 期刊上。
沱牌濃香型固體酒糟全利用路線
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