การรีไซเคิลครูดเซลลูเลสและจุลินทรีย์ด้วยการกรองในระดับอัลตราฟิลเตรชั่น เพื่อการผลิตเอทานอล

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการแยกเอนไซม์เซลลูเลสและจุลินทรีย์โดยการกรองไหลขวางระดับอัลตราฟิลเตรชั่นบนฐานของฟลักซ์เพอร์มิเอท กลไกการกรอง และความสามารถการกักกันสารโดยใช้สารป้อนจากสารละลายสังเคราะห์ (น้ำตาลและเอทานอล) และน้ำหมัก การดำเนินงานใช้ชุดกรองแบบไหลขวางด้วยเมมเบรนชนิดโพลีอีเทอร์ซัลโฟนเกรดการค้า และชุดทดลองการหมักเอทานอลแบบเฟดแบทช์ การทดลองแบ่งออกเป็น 3 ช่วง คือ (1) การแยกสารละลายเอทานอลความเข้มข้น 40, 120 และ 360 g/L และสารละลายน้ำตาลความเข้มข้น 30, 40 และ 50 g/L (2) การหาสภาวะที่เหมาะสมในกระบวนการกรองโดยใช้สารป้อนคือน้ำหมัก ณ ความเร็วไหลขวาง 0.13, 0.19 และ 0.25 m/s และ ความเข้มข้นอาหารเหลว 0, 30 และ 40 g/L (3) การประยุกต์เพื่อนำไปใช้โดยใช้สภาวะการกรองที่เหมาะสม พร้อมรีไซเคิลรีเทนเทตสู่ถังปฏิกรณ์และศึกษากลไกการกรองควบคู่โปรไฟล์ระหว่างกระบวนการหมัก ผลวิจัยพบว่าการกรองด้วยเมมเบรนไม่สามารถคัดแยกสารละลายสังเคราะห์ได้ ทุกความเข้มข้นและทุกความเร็วไหลขวาง การกรองใช้ความเร็วไหลขวาง 0.13 m/s และความเข้มข้นอาหารเหลว (LM –pH 5) 40 g/L มีค่าร้อยละการกักกันเอทานอล 16.76 น้าตาลรีดิวซ์ 23.01 เซลลูเลส แอคติวิตี้ 15.85 และ จุลินทรีย์ 0.98 เมื่อนามาขยายผลการผลิตเอทานอลที่สภาวะเหมาะสมมีร้อยละผลได้เอทานอลเท่ากับ 212 และ 100 สำหรับก่อนและหลังการเติมลำต้นสดข้าวฟ่างหวานตามลำดับ และกลไกการเกิดฟาล์วลิงทั้งหมดเป็นแบบ cake filtration model

This research aimed to study the separation of crude cellulase and microorganisms by the crossflow ultrafiltration of hydrolyzate and synthesis solution. The experimental results were discussed in terms of permeate flux, percentage of rejection and membrane fouling models. Experiments were conducted in the crossflow filtration using commercial membranes of polyethersulfone. The experiments were composed of three parts as following: (1) the separation of ethanol solution of concentration 40, 120 and 360 g/L and sugar solution of concentration 30, 40 and 50 g/L, (2) the optimal conditions for ultrafiltration of hydrolyzate with velocities at 0.13, 0.19 and 0.25 m/s and concentration of LM-pH 5 at 0, 30 และ 40 g/L, (3) the optimal conditions with recycle retentate to reactor and model of filtration. Results showed that ultrafiltration could not separate synthesis solutions of all concentrations and the velocities. The optimal conditions for filtration with adding LM-pH5 40 g/L was at 0.13 m/s and which yielded the percentage of 16.76 ethanol rejection, 23.01 reducing sugar, 15.85 cellulase activity and 0.98 microorganisms. The further application for ethanol production by using the optimal conditions with recycling their retentate showed an increasing of ethanol 212% before adding sweet sorghum stalks and 100% after adding sweet sorghum stalks and several of model filtrations showed the agreement to the cake filtration model.