شماره مدرك :
17475
شماره راهنما :
1897 دكتري
پديد آورنده :
هاشمي، سجاد
عنوان :

توسعه پالايشگاه زيستي پساب كارخانه هاي تخمير ملاس و آب پنير با استفاده از قارچ هاي رشته اي

مقطع تحصيلي :
دكتري
گرايش تحصيلي :
مهندسي شيمي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع :
1400
صفحه شمار :
ط، 109ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
محمد جعفر طاهرزاده، كيخسرو كريمي
توصيفگر ها :
پساب خميرمايه , ويناس , آب پنير , COD , قارچ هاي رشته اي , زيست توده قارچي , كشت قارچي , هضم بي هوازي , اسيد هاي آمينه , پروتئين , كيتوزان
استاد داور :
صبيحه سليمانيان زاد، احمد حاجي نژاد، ابراهيم قاسمي، محمد هادي جزيني
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/02/06
كتابنامه :
كتابنامه
رشته تحصيلي :
مهندسي شيمي
دانشكده :
مهندسي شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/02/07
كد ايرانداك :
2825498
چكيده فارسي :
پساب هاي برجاي مانده از صنايع غذايي و تخميري چالش هاي زيست محيطي بسياري را در پي دارند. كارخانه هاي توليد اتانول و خميرمايه معمولا از ملاس به عنوان خوراك استفاده و حجم عظيمي از پساب تيره رنگ، اسيدي و بدبو با COD بسيار بالا توليد مي كنند، كه ويناس ناميده مي شود. در كارخانه هاي لبنيات نيز در فرآيند توليد پنير سالانه ده ها ميليون تن آب پنير با بار آلي بالا برجاي مي ماند. بخش قابل توجهي از اين پساب ها بدون استفاده است و تصفيه آن ها هزينه هاي سنگيني را بر صنايع تحميل مي كند. هدف اين پژوهش، اجراي يك پالايشگاه زيستي نوآورانه دو يا سه مرحله اي است كه از پساب به عنوان خوراك استفاده و ضمن حذف COD، مقادير قابل توجهي زيست توده قارچي غني از پروتئين و همچنين بيوگاز توليد مي كند. آزمايشات انجام شده در اين پژوهش به چهار بخش مجزا تقسيم شدند. 1- بخش اول: پالايشگاه زيستي با محوريت چهار سويه از قارچ هاي رشته اي، بر روي پساب خميرمايه انجام گرفت. در مرحله اول قارچ هاي موكور اينديكوس، موكور هيماليس، نئورسپورا اينترمديا و آسپرژيلوس اورايزه بر روي پساب خميرمايه كشت داده شد و آسپرژيلوس اورايزه با بازده توليد زيست توده 13/5 گرم بر ليتر بهترين عملكرد را داشت. در مرحله دوم نيز هضم بي هوازي بر روي مايع خروجي كشت قارچي انجام گرفت. در مجموع در بهترين حالت به ازاي يك مترمكعب پساب خميرمايه، 13/5 كيلوگرم زيست توده قارچ آسپرژيلوس اورايزه حاوي 8/43% پروتئين خام و 42/1 مترمكعب متان توليد شد. علاوه براين با استفاده از اين فرآيند دومرحله اي، COD پساب خميرمايه نيز با كاهش 7/58 درصدي از 1/29 به 0/12 گرم بر ليتر رسيد. 2- بخش دوم: پالايشگاه زيستي با محوريت قارچ نئورسپورا اينترمديا بر روي پساب كارخانه الكل (ويناس) و آب پنير انجام شد. در مرحله ي اول، شرايط كشت نئورسپورا اينترمديا (pH، نسبت ويناس به آب پنير، زمان كشت، افزودن منبع فسفر و نيتروژن) بر روي مخلوط آب پنير و ويناس بهينه سازي شد. در بهترين حالت (زمان كشت 96 ساعت، pH برابر با 5/6، نسبت ويناس به آب پنير 75:25 و افزودن منبع نيتروژني)، بازده توليد زيست توده معادل 0/12 گرم بر ليتر حاصل شد. خروجي كشت قارچي نيز براي توليد بيوگاز استفاده شد. در مجموع به ازاي يك مترمكعب از مخلوط ويناس و آب پنير، 0/12 كيلوگرم زيست¬توده حاوي 0/45 درصد پروتئين و 3/10 مترمكعب متان توليد شد و ميزان COD پساب نيز 3/93 درصد كاهش يافت. 3- بخش سوم: شرايط كشت موكور اينديكوس بر روي ويناس با استفاده از مدل باكس-بنكن بهينه سازي شد. بهترين بازده توليد زيست توده 85/7 گرم بر ليتر بود. كيتوزان موجود در ديواره سلولي قارچ استخراج شد و به ازاي هر گرم زيست توده، 104/0 گرم كيتوزان بدست آمد. به طور كلي از يك مترمكعب ويناس 82/0 كيلوگرم كيتوزان و 2/8 مترمكعب متان توليد شد و ميزان COD پساب نيز 0/92 درصدكاهش يافت. 4- بخش چهارم: پالايشگاه زيستي سه مرحله اي با محوريت قارچ آسپرژيلوس اورايزه بر روي مخلوط ويناس و آب پنير اجرا شد. همانند بخش دوم، ابتدا شرايط كشت آسپرژيلوس اورايزه بر روي ويناس و آب پنير بهينه سازي شد. در شرايط كشت بهينه براي آسپرژيلوس اورايزه، 7/15 گرم بر ليتر زيست توده قارچي توليد شد. در مرحله دوم اين فرآيند، نئورسپورا اينترمديا بر روي خروجي كشت آسپرژيلوس اورايزه كشت شد و بازده توليد زيست توده 56/2 گرم بر ليتر بدست آمد. در مرحله ي سوم نيز از خروجي كشت قارچي در مرحله دوم، براي توليد متان استفاده شد. در مجموع از يك متر مكعب مخلوط ويناس و آب پنير، 75/17 كيلوگرم زيست توده شامل 51/9 كيلوگرم پروتئين و 84/0 كيلوگرم چربي و هم چنين 0/5 مترمكعب متان توليد شد. در اين فرآيند سه مرحله اي 5/96 درصد از COD پساب نيز حذف شد. زيست توده توليد شده در بخش هاي اول، دوم و چهارم از نظر پروفايل اسيدهاي آمينه و اسيدهاي چرب آناليز شدند تا امكان جايگزيني زيست توده قارچي با منابع متدوال پروتئيني در خوراك آبزيان يعني كنجاله سويا و پودر ماهي بررسي گردد. به طور كلي اجراي پالايشگاه زيستي با محوريت قارچ هاي رشته اي، ضمن توليد محصولات ارزشمند، به طور قابل توجهي منجر به كاهش آلايندگي پساب ها شده و چالش هاي زيست محيطي ناشي از آن ها را كاهش مي دهد.
چكيده انگليسي :
Effluents from fermentation and food industries are the sources of various environmental challenges. Molasses is a common feedstock for fermentation industries, including baker's yeast and ethanol, leaving a huge volume of acidic, dark brown, and strong odor wastewater with high COD content, called vinasse. Tens of millions tons of whey with high organic content are also generated annually in the dairy industry. A significant part of these wastewaters are unused and their treatment imposes heavy costs on industries. The integration of baker's yeast wastewater, vinasse, and whey for an innovative two or three-step waste biorefinery process by producing protein-rich fungal biomass and biogas along with COD and nutrients removal was the main object of the present research. The experiments performed in this study were divided into four separate parts. 1- First part: Four strains of filamentous fungi (i.e., M. indicus, M. hiemalis, N. intermedia, and A. oryzae) were cultivated in baker's yeast processing wastewater. The cultivation of A. oryzae on wastewater resulted in a higher biomass production compared to the other three fungal strains. The maximum fungal biomass yield was 5.13 g/L. Overall, 1 m3 of baker's yeast wastewater yielded 5.13 kg of fungal biomass containing 43.8% (w/w) crude protein and 1.42 m3 of methane. In addition, using this two-step biorefinery, COD was reduced by 58.7% from 29.1 to 12 g/L. 2- Second part: The two-stage fungi-based biorefinery for protein and biogas production from vinasse and whey using N. intermedia was conducted. In the first stage, N. intermedia cultivation conditions including ratio of vinasse to whey (with ratios of 100: 0, 75:25, 50:50, 25:75, 0: 100 (v/v)), pH (4.5, 5.5, and 6.5), cultivation time (48, 72, and 96 h), and nutrient supplementation were optimized in a sequential order. Under optimum conditions (pH 6.5, cultivation time of 96 h and vinasse to whey ratio 25:75 (v/v) with nitrogen source supplementation), 12.0 g/L fungal biomass was produced. In the second stage, the remained effluent after fungal fermentation was subjected to anaerobic digestion. Overall, 1 m3 of wastewater yielded 12.0 kg of fungal biomass containing 45.0% (w/w) crude protein and 10.3 m3 methane, accompanied by 93.3% COD removal. 3- Third part: M. indicus cultivation conditions on vinasse were optimized using the Box–Behnken model. The maximum biomass yield of 7.85 g/L was attained. Chitosan in the fungal cell wall was extracted and 0.104 g of chitosan/ g biomass was obtained. Overall, 1m3 of vinasse at optimum conditions yielded 0.82 kg chitosan and 8.2 m3 methane. In addition, during this two-step process, COD was reduced by 92.0%. 4- Forth part: The three-stage fungi-based biorefinery on vinasse and whey using A. oryzae was conducted. Like the second part, the A. oryzae cultivation conditions on vinasse and whey were optimized first. Under optimum conditions, 15.7 g/L fungal biomass was produced. In the second stage of this process, N. intermedia was cultivated on the effluent of A. oryzae cultivation and the biomass yield of 2.56 g/L was obtained. In the third stage, the fungal cultivation effluent in the second stage was used to produce biogas. Overall, 1 m3 of wastewater yielded 17.75 kg of fungal biomass (containing 9.51 and 0.84 kg crude protein and lipid, respectively) and 5.0 m3 methane, accompanied by 96.5% COD removal. In addition, fungal biomass produced in the first, second and forth parts was analyzed to determine the amino acid and fatty acid profiles for comparison with soybean meal and fishmeal as the most commonly used protein sources in aquafeed. Therefore, besides addressing the environmental issues of baker's yeast wastewater, vinasse, and whey, the fungi-based biorefinery could successfully produce value-added products.
استاد راهنما :
محمد جعفر طاهرزاده، كيخسرو كريمي
استاد داور :
صبيحه سليمانيان زاد، احمد حاجي نژاد، ابراهيم قاسمي، محمد هادي جزيني
لينک به اين مدرک :

بازگشت