木质纤维素乙醇发酵研究中的关键点及解决方案

该文综述了近年来木质纤维素材料发酵生产乙醇的研究进展，提出了在木质纤维素原料发酵生产乙醇过程中的两大关键点，一是减少和消除原料预处理过程中抑制物及其有害影响；二是含木糖、葡萄糖、甘露糖、半乳糖等多种物质的混合物同时作为底物的乙醇发酵。在对已有研究结果比较和分析基础上，提出相应的解决方案。首先要采取综合的预处理过程，达到提高木质纤维素水解率的同时减少发酵抑制物；然后是提高发酵菌种对混合糖底物的利用能力和发酵生成乙醇的能力以及对抑制物的耐受性，以提高木质纤维素发酵生产乙醇的转化率。     

尿素氨化预处理改善稻秸干法厌氧发酵特性

为了提高稻秸的可生物降解性,利用尿素氨化预处理方式,研究不同尿素质量分数(2%、4%、6%、8%、10%)和不同预处理温度(25、30、35、40、45、50℃)对稻秸预处理前后木质纤维素含量变化及干发酵产气特性的影响。结果表明:1)不同尿素质量分数对稻秸预处理效果影响显著,尿素预处理能够破坏稻秸木质纤维素的结构,预处理后稻秸的碳氮比降低,预处理后稻秸的累计产气量比未经处理组高20.67%~38.20%(P0.05),尿素质量分数为4%时效果较好;2)不同预处理温度对稻秸预处理效果影响不显著,尿素预处理效果主要受尿素质量分数的影响。研究结果为秸秆的预处理工艺提供参考,并为秸秆厌氧干发酵技术提供数据支持。     

互花米草中温厌氧发酵木质纤维结构的变化

采用扫描电子显微镜（SEM）、傅立叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）对互花米草中温（35℃）厌氧发酵前后木质纤维结构的变化进行了对比分析。结果表明,互花米草茎秆的生物降解主要发生在维管束组织部位,而薄壁细胞是一种生物难降解组织;发酵60 d后互花米草木质素的相对含量升高,木质素官能团所对应的FTIR光谱的特征峰的峰强与其纤维素和半纤维素所对应的特征峰的峰强的比值是发酵前的2倍以上;厌氧发酵使互花米草的结晶度有所降低,由发酵前的0.510降到了0.479。总之,木质素对纤维素和半纤维素的包裹作用,以及纤维素的结晶结构是影响互花米草厌氧生物转化的主要因素。     

木质纤维素乙醇发酵研究进展

以木质纤维素为原料生产燃料乙醇,首先要对原料进行预处理得到可发酵糖,在稀酸水解木质纤维素得到的糖液中,除含有葡萄糖、木糖等六碳糖和五碳糖外,根据水解温度、酸浓度和时间的不同,还含有不同浓度的发酵抑制剂。因此,在研究木质纤维素稀酸水解糖液的乙醇发酵中,对代谢木糖成乙醇的菌种的研究、对代谢发酵抑制剂微生物的研究、对稀酸水解糖液的脱毒方法的研究以及对稀酸水解糖液不同发酵方式的乙醇发酵研究等非常重要。本文重点介绍了以上几个方面近几年研究的进展。     

膨化预处理玉米秸秆提高还原糖酶解产率的效果

为了提高玉米秸秆的可发酵还原糖转化率,采用膨化技术对玉米秸秆木质纤维素进行预处理。扫描电镜观察,玉米秸秆的纤维束受到破坏,木质素包裹作用减弱,纤维素酶的空间作用面积提高。红外光谱分析表明有部分半纤维素和少量木质素水解;X射线衍射测定纤维素结晶度降低了12.68%。通过进一步纤维素酶解试验,与未处理的相比膨化处理后原料酶解时间可缩短16 h,未经膨化处理原料还原糖的酶解产率为13.48%,膨化处理后原料还原糖的酶解产率可达24.91%。结果表明,膨化预处理技术可明显提高玉米秸秆木质纤维素的能源化利用效率。该     

木质纤维素乙醇研究进展（英）

木质纤维原料制取乙醇在实际应用中具有较大的发展前景。该文主要综述了纤维素乙醇的预处理、水解和发酵三个过程。此外,比较了不同预处理方法的效率,还概括了当前纤维素乙醇的研究进展,包括发酵菌株、基因工程、发酵过程（SHF和CBP）和发酵过程与分离过程的整合。最后,还对纤维素乙醇在今后的发展提出一些建议。     

玉米秸秆不同预处理木质纤维素去除效果试验研究

针对秸秆中木质纤维素含量高不易被厌氧消化的特性,探索不同预处理方法,提高木质纤维素的降解效果,实现后续高效厌氧消化速率,提高产气速率。结果表明:不同预处理方法均实现了木质纤维素30%以上的去除效果,其中以化学法去除效果最优,最高去除率达到44.9%,同时处理后的厌氧消化产气效果也较优。     

沼液预处理玉米秸秆产沼气工艺参数优化

沼液作为厌氧发酵的废弃物处理存在困难,但沼液可以对秸秆类原料进行预处理,为沼液的综合利用提供可能。为优化沼液预处理玉米秸秆的条件,提高玉米秸秆厌氧消化产气量,该文以沼液预处理前后的纤维素、半纤维素、木质素含量以及产气量为指标,根据CCD(centralcompositedesign)试验设计原理,选取沼液添加比例、温度和时间为因素,建立三者之间的模型。试验结果表明:随着预处理TS(total solid)的降低,时间的延长,木质纤维素的降解率越高,而温度在30℃时木质纤维素的降解率达到最大。从产气量来看木质纤维素降解率并不是越高越好,过分的追求木质纤维素的降解会对产气量产生影响,经过响应面法优化产气量后得出最佳的预处理工艺为:沼液添加比例19.08%、预处理温度(30±1)℃、预处理时间为5 d,总产气量可提高30.76%。     

柔性膜覆盖车库式厌氧干法发酵系统结构设计与应用

针对目前厌氧发酵中沼液沼渣量大难处理、原料预处理难、耗水量大、原料适应性差等问题,导致沼气工程运行成本高、效率低、劳动强度大、费工费时,该文设计一种柔性膜覆盖车库式厌氧干法发酵系统,可适用于多元有机物料混合厌氧发酵。该系统是将国外车库式干发酵技术和国内柔性膜覆盖技术耦合研制而成,根据厌氧干发酵生产工艺要求,确定了该发酵系统关键结构参数和运行工作参数,进行了干发酵库体的结构设计、冬季发酵增温系统设计、喷淋强化传质传热系统设计与试验。通过生产应用表明:干发酵库体的结构设计合理,增温系统设计能够满足干发酵工程冬季增温工艺要求,喷淋系统能够达到传质传热目的,发酵系统运行状况良好,产气率为0.81 m~3/(m~3·d),CH_4体积分数为67%,原料降解率为48%,该发酵系统运行稳定、可靠,大大提升了处理农村有机废弃物的能力,促进了厌氧干发酵技术的持续、健康、快速发展。     

不同生长期互花米草的理化特性及厌氧发酵特性

为了解不同生长阶段互花米草的理化特性及厌氧发酵性能,找出互花米草的最佳收获期,进行了不同生长阶段互花米草的中温厌氧消化试验。结果表明,随着生长期的延长,互花米草中易分解有机物含量下降,木质纤维素含量增加,木质纤维结构发育逐渐成熟,坚韧度增加,纤维素的结晶度提高,C/N增加,互花米草的可生物降解性能降低,但由于金属阳离子含量降低,对厌氧微生物产生抑制的风险降低。互花米草直接厌氧发酵的厌氧生物转化率较低,最高的为5月份采收的互花米草,为42.55%,最低的为11月份采收的互花米草,仅为18.76%。从互花米草生物量以及产气稳定性等角度综合考虑,选择8月份作为互花米草的最佳采收时期。     

多氯联苯微生物降解途径的研究进展

综述了当前国际上多氯联苯的微生物降解研究现状,详细论述了PCBs的厌氧和好氧代谢途径及机制。     

水体中硝基苯厌氧降解微生物的筛选及其降解特性研究

以硝基苯为碳源,采用间歇式曝气方式,经90d驯化培养,从处理硝基苯废水的生物活性污泥中分离得到13株高效降解菌,在厌氧环境条件分离纯化,筛选得到降解能力最强的MY4菌,并研究了其对不同浓度硝基苯的降解特性。结果表明,经16SrRNA鉴定,MY4菌属于兼性葡萄球菌属（Staphylococcus sp）,其在104～107CFU·mL^-1范围内对硝基苯的去除率没有显著差异,降解率均为65%,硝基苯的降解速率在3～5d期间达到最大。高浓度的硝基苯对微生物的降解过程存在抑制作用,随着浓度的增高,其降解半衰期明显延长。GC-MS分析表明,硝基苯经MY4菌株降解后的主要产物为苯胺。     

Response surface methodology to understand the anaerobic biodegradation of organochlorine pesticides (OCPs) in contaminated soil—significance of nitrate concentration and bioaccessibility

Purpose

Problems associated with Organochlorine pesticide (OCP)-contaminated soils have received wide attention. To understand the anaerobic biodegradation process constraints, innovative mathematical analysis methods are effective.

Materials and methods

Response surface methodology (RSM) and Tenax TA extraction method combined with the first-three-compartment model were employed to systematically investigate the role of nitrate concentration and bioaccessibility enhancer (methyl-β-cyclodextrin, MCD) in the anaerobic biodegradation of OCPs in contaminated soil.

Results and discussion

The sole addition of either KNO₃ or MCD could facilitate the anaerobic biodegradation of OCPs. The highest biodegradation for total OCPs, hexachlorocyclohexanes, endosulfans, and chlordanes were 71.6, 82.1, 68.3, and 55.6 %, respectively, when 20 mM KNO₃ and 3.0 % (w/w) MCD were applied simultaneously. As predicted by RSM, the theoretical maximum biodegradation for total OCPs ranged from 60 to 80 % when 20 to 25 mM KNO₃ and >2.5 % (w/w) MCD were applied simultaneously. Tenax TA extraction method demonstrated the enhancement of OCP bioaccessibility caused by MCD addition. Changes in the soil microbial activities also suggested the positive effects of adding suitable amounts of KNO₃ as a cosubstrate to facilitate the anaerobic biodegradation of OCPs.

Conclusions

The amount of KNO₃ and MCD are crucial in influencing OCP biodegradation. RSM was demonstrated to be a powerful tool to estimate and predicting the optimal OCP biodegradation under KNO₃ and MCD application simultaneously.     

复合菌系MC1预处理对玉米秸秆厌氧发酵产甲烷效率的提高

采用高效纤维素分解菌复合系MC1对玉米秸秆进行预处理,以提高玉米秸秆厌氧甲烷发酵的效率和产气量。复合菌系预处理的结果表明,预处理发酵液的pH值呈先下降后升高的趋势,与以往的复合菌系发酵产物pH值特性相似。在14 d的预处理过程中,秸秆质量减少了59.0%,其中纤维素减少了53.1%,半纤维素减少了76.4%。发酵液中的可溶性糖含量最大值出现在第2 d,为1.44 g/L。化学需氧量（COD）和挥发性产物最大值均出现在第4 d,监测到的5种挥发性产物的量分别为乙醇2.38 g/L、乙酸0.57 g/L、丙酸0.11 g/L、丁酸0.62 g/L和甘油0.22 g/L,因此,处理4 d后最适合甲烷发酵。厌氧发酵的结果表明,与未处理的玉米秸秆的厌氧发酵相比,预处理后的秸秆总产气量和总甲烷量分别了提高了33.0%和58.1%。结果表明,MC1对玉米秸秆预处理后,可明显提高甲烷产量,具有较高的利用潜力。     

生物质资源能源化与高值利用研究现状及发展前景

生物质是唯一能够直接转化为燃料的可再生能源，其开发利用既可以弥补低碳能源的需求，减少环境污染，也是中国实现"碳中和"目标的重要手段。该研究围绕以秸秆为主的生物质资源制备清洁能源和高值利用的总目标，系统分析生物质资源通过生物或热化学等转化途径制备气、液、固三相清洁能源的综合利用技术和模式，重点论述厌氧消化制备生物燃气、水热催化炼制醇烃燃料、裂解液化与生物油提质和生物质制备固体燃料4项技术发展现状与研究进展。在4项生物质转化技术中，厌氧消化制备生物天然气工业化程度最高，由于其大都基于大型养殖场建立，可有效解决原料收集问题，而且厌氧消化技术与沼气净化技术相对较为成熟，生物天然气可直接作为燃料、电力和热力来源供用户使用；由于生物质制备液体燃料中存在转化过程成本较高、产物分离困难、提质效率低、产品不稳定等问题，很难与当前应用端平稳接轨，因此水热催化炼制醇烃燃料、裂解液化制备生物油技术规模化发展水平较低；对于生物质制备固体燃料，其成型技术较为成熟，配套炉具的研发也有效解决了成型燃料应用端的问题，其规模化应用最大的难点在于原料的收集与存储。文章最后对未来生物天然气、生物质液体燃料与固体成型燃料发展前景进行展望，为实现农村生物质资源高效制备清洁能源及高值利用提供借鉴。     

Nonylphenol mass transfer from field-aged sediments and subsequent biodegradation in reactors mimicking different river conditions

Purpose  

Sediments can function as secondary source for water pollution of aerobically biodegradable non-halogenated organic compounds, which are persistent in anaerobic sediments. The mass transfer of compounds from sediment to bulk water depends on hydraulic conditions. In this study, desorption, mass transfer and biodegradation are investigated under settled and resuspended sediment conditions for branched nonylphenol (NP), which was used as model compound for aerobically biodegradable and anaerobic persistent compounds.     

分离式两相厌氧发酵渗滤液回流对发酵过程影响

为研究分离式两相厌氧发酵工艺中渗滤液回流对其发酵过程的影响,在试验室对分离式两相工艺流程进行模拟,实现两相间渗滤液相互回流。比较分析渗滤液在喷淋和浸泡两种回流方式下的产气性能,重点分析两种回流方式下渗滤液pH值、挥发性脂肪酸总量及成分的变化以及其与产气量之间的关系,并计算出两种回流方式下的单位物料TS产气量,试验结果表明：分离式两相厌氧发酵工艺中,系统在渗滤液浸泡回流方式下稳定性更好,产气性能更佳,累计产气量是喷淋回流方式的2倍,其物料单位质量TS产气量可达217.88 mL/g。     

辐照协同甲酸分离油茶壳中纤维素、木质素和木糖的工艺研究

为了提高油菜壳木质纤维素分离效率,本试验以油茶壳为原料,研究不同辐照剂量(0、200、400、600、800 kGy)处理后其粉碎能耗、粒度分布和化学组分的变化,同时开展辐照协同甲酸分离油茶壳木质纤维素的工艺研究。结果表明,辐照处理后油茶壳粉碎能耗降低,粉碎后细颗粒样品所占比例增加,经400 kGy剂量辐照处理的油茶壳粉碎能耗比对照节约43.59%,800 kGy剂量辐照处理的油茶壳粉碎后粒径<0.075 mm的颗粒占比达到41.38%。辐照处理后油茶壳木质纤维素发生降解,水溶性组分、水溶性单糖、聚糖含量均增加。辐照协同甲酸分离油茶壳纤维素、木质素和木糖的最佳工艺为:辐照剂量400 kGy,反应温度100℃,反应时间3 h,在此条件下分离获得的油茶壳纤维素、木质素、木糖的提取率分别为89.94%、47.74%和96.37%,纤维素和木质素纯度分别为45.05%和91.92%。本研究结果对油茶壳木质纤维素全组分的高效分离和应用具有重要意义。