甜高粱茎秆液态发酵制取乙醇工艺技术

甜高粱茎秆液态发酵制取乙醇工艺技术是国家高技术研究发展计划(863计划)《甜高粱茎秆制取乙醇》(课题编号:2001AA 514040)项目中关键技术之一,本文简要的论述了该项技术的工艺流程、工作原理和性能指标。该项研究成果主要以甜高粱茎秆汁液为原料,采用固定化酵母流化床快速发酵工艺,并克服了固定化细胞技术中普遍存在的载体机械强度低、使用寿命短等技术难题,同时根据乙醇酵母的生理、生化特性制定了一套适用于高技术的乙醇生产新工艺。该项技术具有发酵速度快、发酵率高,成熟醪酒份高、残糖低、能耗低。     

甜高粱茎秆汁液成分分析及浓缩贮藏的试验研究

为提高甜高粱茎秆汁液制取燃料乙醇的原料利用率,延长甜高粱茎秆及其汁液贮藏期限,测定了辽甜1号、早熟1号、醇甜2号三个甜高粱品种茎秆及其汁液的营养成分,采用浓缩法对甜高粱茎秆汁进行了贮藏试验.结果表明,三个品种都含有丰富的糖分,可以为酵母菌发酵制取酒精提供良好的碳源,但总氮和某些矿物质元素(如:Fe3 )不能满足酒精酵母的营养需要;甜高粱茎秆汁浓缩至4～5倍时,可以抑制汁液中大多数微生物的活动,使其中糖分不受损失;在试验设定的真空浓缩工艺条件下(55～60℃,0.15 Mpa)甜高粱茎秆汁中产酸微生物或水解酶类仍保持活性,使得还原糖占总糖的比率随贮藏时间延长而升高,这有利于酒精发酵.     

自然干燥甜高粱茎秆长期贮藏及乙醇发酵研究

为了延长甜高粱乙醇生产原料供应时间,将甜高梁茎秆自然干燥后用于长期贮藏.分别考察干燥和长期贮藏过程糖分变化,结果显示,自然干燥过程中,茎秆的含水率(干基)由80％降低至18％时,总糖损失率为3.85％;不同含水率的茎秆经6个月长期贮藏,含水率为22％以下茎秆中的总糖和还原糖基本保持不变.表明自然干燥过程使总糖损失较小,22％可作为甜高粱茎秆干燥贮藏的“安全含水率”.通过考察干燥的茎秆乙醇发酵的可行性,结果表明,固态发酵24 h即可达到终点,基质中的乙醇质量分数可以达67.06 mg/g(干基),发酵过程基本正常.通过该研究,表明自然干燥可作为甜高粱茎秆长期贮藏的一种较为有效的加工方式,可为解决甜高粱乙醇周年生产的原料供应问题提供一定技术参考.     

固定化酵母粒子强化及其对甜高梁茎秆汁液乙醇发酵的影响

采用正交试验设计开展了三亚乙基四胺(TTA)和戊二醛(GLU)的浓度和处理时间对海藻酸钙固定化酵母粒子的化学强度影响的试验研究,并以甜高粱茎秆汁液为原料,在5 L的反应器中进行乙醇发酵试验,考察强化后的固定化酵母粒子对乙醇发酵的影响.结果表明,最优的固定酵母粒子强化处理的方案为TTA浓度为0.5%,处理时间为120 min;GLU浓度为0.5%,处理时间为8 min.连续8批次的甜高粱茎秆汁液乙醇发酵试验结果表明,最优组合强化后固定化酵母粒子用于乙醇发酵时,平均乙醇得率和变异系数(CV%)分别为84.78%和8.08%,而未强化的固定化酵母籽子为84.32%和9.68%,可见,最优组合强化后的固定化酵母粒子的发酵性能略优于未强化的固定化酵母籽子.该文为固定化酵母发酵甜高粱茎秆汁液制取生物乙醇技术的研究提供了参考.     

固定化酵母粒子强化及其对甜高粱茎秆汁液乙醇发酵的影响

采用正交试验设计开展了三亚乙基四胺(TTA)和戊二醛(GLU)的浓度和处理时间对海藻酸钙固定化酵母粒子的化学强度影响的试验研究，并以甜高粱茎秆汁液为原料，在5 L的反应器中进行乙醇发酵试验，考察强化后的固定化酵母粒子对乙醇发酵的影响。结果表明，最优的固定酵母粒子强化处理的方案为：TTA浓度为0.5%，处理时间为120 min；GLU浓度为0.5%，处理时间为8 min。连续8批次的甜高粱茎秆汁液乙醇发酵试验结果表明，最优组合强化后固定化酵母粒子用于乙醇发酵时，平均乙醇得率和变异系数(CV%)分别为84.78%和8.08%，而未强化的固定化酵母籽子为84.32%和9.68%，可见，最优组合强化后的固定化酵母粒子的发酵性能略优于未强化的固定化酵母籽子。该文为固定化酵母发酵甜高粱茎秆汁液制取生物乙醇技术的研究提供了参考。     

甜高粱茎秆固态发酵生产燃料乙醇研究

该文通过研究甜高粱茎秆M-81E固态发酵生产燃料乙醇的主要影响因素,确定发酵条件为:耐高温酿酒酵母接种量为3%,发酵初始基质含水率为76%,添加0.25?Cl2,0.25%MgS04·7H2O,40℃发酵24 h,乙醇得率为6.42 g/(100g)甜高粱茎秆,转化率为90.5%,残糖含量低于0.3%;添加10 FPU/g纤维素酶和10 CBU/g β-葡萄糖苷酶,进行同步糖化固态发酵,乙醇得率为7.53 g/(100 g)甜高粱茎秆,与不添加纤维素酶和β-葡萄糖苷酶的相比,乙醇得率提高了14.6%.     

甜高粱茎汁及茎渣同步糖化发酵工艺优化

为了提高甜高粱秸秆乙醇生产中茎汁和茎渣的利用,以甜高粱茎汁及其渣为发酵原料,对茎汁茎渣混合原料同步糖化乙醇发酵的工艺条件进行优化研究。采用Plackett-Burman(PB)筛选设计试验筛选出影响甜高粱茎秆渣汁同步糖化乙醇发酵的显著因素。采用响应面法建立了同步糖化发酵乙醇生产的乙醇产量数学模型。根据该模型进行了工艺参数的优化,以乙醇产量为指标,试验所得甜高粱茎秆渣汁同步糖化化乙醇发酵的优化工艺条件为:发酵温度36.58℃,混合纤维素酶添加量=23.5(FBU/m L)/35.25(CBU/m L),甜高粱渣汁质量体积比为8.2%,理论预测乙醇产量为89.2%,在此条件下进行验证试验,乙醇产量为88.98%,平均质量浓度,验证了数学模型的有效性,为提高甜高粱茎汁及茎渣混合原料同步糖化发酵产乙醇和提高发酵效率提供参考。     

固定化酵母发酵甜高粱茎秆汁工艺参数对酒精得率的影响

以甜高粱茎秆汁为原料，在摇瓶和反应器上对固定化酵母发酵甜高粱汁制取酒精过程中温度、pH值及固定化酵母粒子填充率三个主要工艺参数对酒精得率的影响进行了试验研究。摇瓶单因素试验结果表明：固定化酵母发酵甜高粱茎秆汁液制取酒精过程中，较优的温度、pH值和粒子填充率分别为34℃、4.5和25%。摇瓶的验证试验结果表明，总发酵时间为6h，发酵结束时酒精得率和总糖利用率分别为95.15%和88.65%；反应器放大验证试验结果显示，总发酵时间10 h，发酵结束时，酒精得率和总糖利用率为96.72%和99.86%。该研究为甜高粱制取酒精技术提供了有益的参考。     

植物生长调节剂对甜高粱茎秆贮藏中糖分变化的影响

为降低甜高粱茎秆采后自然贮藏期内含糖量损失,掌握糖分损失与有关酶活性变化的关系,该文研究了采用植物生长调节剂处理甜高粱植株对其采后贮藏含糖量影响,以及有关酶活性的变化情况。结果表明,用适当种类和剂量的植物生长调节剂处理可以将甜高粱茎秆贮藏期延长到3～4个月,贮藏至112d,赤霉素(40mg/L)、马来酰肼钾盐(400mg/L)、萘乙酸钠(70mg/L)处理的茎秆干基含糖量分别为初始值的95%、92%和94%,均显著高于对照组。采用适当种类和剂量的植物生长调节剂对调节与甜高粱茎秆采后衰老及糖代谢有关酶的活性具有显著作用,这3种植物生长调节剂对甜高粱茎秆采后糖分损失的抑制与其调节有关酶活性有关。该项研究为解决大规模使用甜高粱茎秆制取燃料乙醇过程中的茎秆贮藏问题提供了参考。     

甜高粱乙醇全生命周期温室气体排放

甜高粱是中国发展非粮乙醇的重要原料之一。为研究中国不同地区发展甜高粱乙醇的温室气体(greenhouse gas,GHG)排放表现并识别出影响温室气体排放量的主要环节,选取黑龙江东部、新疆中部、山东北部和海南4个典型地区的甜高粱液态发酵制乙醇生产系统为研究对象,设计3种不同的副产物利用情景,以生命周期分析方法计算并比较了乙醇在全生命周期内的温室气体排放量。研究结果表明:1)在不考虑副产物利用的基准情景下,甜高粱乙醇全生命周期GHG排放量为同等热值汽油的66%～77%;2)原料种植阶段是影响甜高粱乙醇全生命周期GHG排放量的主要阶段,柴油、灌溉用电和农用氮肥是种植阶段GHG的主要排放环节;3)对茎秆废渣实施再利用可降低甜高粱乙醇全生命周期GHG排放量,废渣燃烧为乙醇生产供能或以废渣为原料生产饲料可使甜高粱乙醇全生命周期GHG排放量降低50%～64%。该文为甜高粱乙醇规模化生产相关政策的制定提供参考。     

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。     

沼气发酵工艺参数对沼气及沼液成分影响的实验研究

本文是结合上海市科委的上海市重大科技攻关项目:崇明岛生物质能循环型应用技术的研究与示范(编号:05dz12010)展开。采用新鲜的猪粪为原料,以崇明前卫村沼气池中上次正常发酵的沼液为接种物,在上海交通大学生物质能研究中心自制的小型沼气发酵装置上发酵产气。同时对发酵过程中的沼液和沼气取样检测。本文对影响沼气发酵的接种物选择进行了研究。实验测定了发酵过程中沼液的全氮、水溶性磷和速效钾含量以及产气量和产气成分,发现使用驯化过的接种物有利于提高沼气产气量和产气中甲烷的含量,并能最大限度的保留沼液中的营养成分。本文通过上述这些研究为沼气的工业生产和市场化运作打下了一定理论基础。     

国外生物液体燃料发展和示范工程综述及其启示

概述了国内外利用农林废弃木质纤维素、能源作物和生活垃圾等生物质制备生物液体燃料的发展现状和工程进展动态,着重讨论了美国、巴西、欧洲、加拿大等国促进生物液体燃料发展的政策和法规,介绍了各国在纤维素乙醇、油脂加氢、气化-费托合成液态烃等生物液体燃料制备技术的大型运行及在建工程装置,分析了中国该领域的基础,分析了生物液体燃料发展中存在的主要障碍,如原料成本高及供给不确定,高生产成本及政策不确定性。提出继续研发高效的生物液体燃料技术路线、加大中试和示范工厂建设和投入、开展生物液体燃料生产企业与航空公司及与传统能源化工公司的合作等促进其未来发展的建议与方向。同时应立足国情,加强国家层面的生物液体燃料使用目标,完善政策保障,建立反映各类能源环境成本的能源价格和税收制度,为生物液体燃料能源产业发展建立公平的竞争环境。     

规模化养猪场典型沼气工程各排放节点氨排放特征研究

为了解典型规模化猪场沼气工程的氨排放特性,选取长三角地区某规模化养猪场的典型沼气工程为研究对象,在沼气工程设施的不同氨排放暴露节点(集粪池、调节池和沼液池)设置监测点对氨排放进行连续3d的同步监测,测定处理设施各排放节点氨浓度,核算各排放节点粪便氨排放速率,分析各排放节点氨排放特征。研究结果表明,集粪池、调节池和沼液池的氨日均排放速率分别为1.48、3.08和1.47 g/(d·m2);各节点氨排放具有明显的日变化过程,大致表现为早晨氨排放呈波动增大趋势,午后开始降低,至夜间保持低值排放;集粪池、调节池在粪污周转时段出现日排放峰值;沼液池、集粪池和调节池静置阶段氨小时排放速率与温度呈正相关,与湿度呈负相关;集粪池、调节池和沼液池日氨排放量分别为13.44、38.72和5 275.4 g/d。     

退耕还林还草背景下黄土高原粮食生产系统可持续性的时空演变

粮食生产系统的可持续性事关国家粮食安全目标的实现，探究退耕还林还草背景下粮食生产系统的可持续性对准确评估生态安全和粮食安全之间的关系具有重要意义。基于2000、2010和2018年黄土高原县域粮食生产相关数据，构建粮食生产系统可持续性综合测度指标体系，对黄土高原粮食生产系统的可持续性进行综合分析；通过分析典型生态修复工程"退耕还林还草"，阐明退耕对粮食生产系统可持续性的影响。结果表明：1）2018年黄土高原粮食生产系统的可持续性高于2000年，系统的可持续性在逐步增强；粮食生产系统可持续性由自然资源供给为主导，转变到以社会经济可持续发展为主导的阶段。2）2000-2010、2010-2018年间黄土高原粮食生产系统可持续性增长率分别达到31.03%和28.81%，因此，2000-2010年间是粮食生产系统可持续性大幅提升阶段。3）退耕背景下虽然耕地大幅减少（-33.48%），但平均海拔和坡度也呈下降趋势（分别下降了20.3 m和0.88°），土壤侵蚀模数由16.14 t/(hm2·a)降至9.34 t/(hm2·a)，产水量和粮食生产潜力则年均增长5.09 mm/(km2·a)、53.75 kg/hm2。4）退耕背景下粮食生产系统的可持续性显著提升，工程的实施对六个分区粮食生产系统的可持续性都呈正向的促进作用；其中，土石山区粮食生产系统的可持续性指数由0.14增长至0.17，其受退耕的影响最大。退耕还林还草工程对易造成水土流失和土地沙化的生态脆弱地区实行退耕，虽减少了粮食生产的物质基础，但通过改变其空间分布格局，对耕地质量、耕地平均海拔和高度均产生影响，由此使得土壤侵蚀模数下降、水源涵养能力提高，有效地改善了生态环境，显著提升了粮食生产系统的可持续性。整体而言，退耕还林还草提升了粮食生产系统的可持续性，生态安全对粮食安全存在着正向的促进作用。     

黄土丘陵沟壑区沟道土地整治工程原理与设计技术

黄土高原实施退耕还林还草工程之后,凭借沟道土地整治工程的推进,实现了坡面与沟道协同治理、生态保护与农业生产协调发展的"双赢"目标。论文基于复杂流域系统的视角,探讨了黄土丘陵沟壑区沟道土地整治工程原理与设计技术,提出了沟道土地整治应以增良田、保生态、惠民生为主题,以景观协调、结构稳固、利用持续、功能高效为理念,强调山上退耕还林、山下治沟造地,治沟保生态、造地惠民生。制定了沟道土地整治分区、分类标准及技术要点,划定了修复整治型、配套完善型、开发补充型、综合治理型等4种工程建设类型,创建了"干-支-毛"分层防控、"渠-堤-坝"系统配套、"乔-灌-草"科学搭配的增强型沟道整治工程技术体系。这些原理与技术近3年来应用于延安治沟造地土地整治重大工程实践,取得了明显成效。为进一步发挥土地整治工程的综合效益,论文梳理提出了加快推进新型农村社区化与民居安置、城乡服务均等化与设施配套、现代农业产业化与基地建设、农村土地资产化与制度创新等4大配套工程建设及对策建议。     

菜篮子工程对南京市大棚扩张的影响

农业可持续发展和土地利用转型是学术研究的前沿,而中国的“菜篮子”工程可将两者联系起来实现可持续集约化的食物生产。该研究基于政策梳理、遥感数据解译和农户实地调查,选取南京市6个大棚主要种植区作为研究区域,采用Tobit模型定量分析“菜篮子”工程对南京市大棚扩张的影响,同时定性分析农业、农民、农地政策在推动农用地大棚化转型中的作用。结果表明:“菜篮子”工程有效地推动了郊区农业设施化进程,使南京市大棚面积从1995年的23.58 hm2增至2017年的10248.89 hm2;随着城市化进程加快,距建成区1 km缓冲区内耕地占比从1995年的37.96%降至2015年的11.34%,蔬菜产地不断远郊化,因此市场和交通等区位因素对大棚扩张有重要影响,经分析大棚面积发生改变的比例随着与菜市场和道路的距离的增大而变小;大棚面积变化具有区域差异,但政策依旧是影响各区大棚扩张的显著因素;大城市郊区农地大棚化转型是农业、农民、农地政策和“菜篮子”政策协同作用的结果。     

退耕还林工程实施前后黄土高原地区粮食生产时空变化

始于1999的退耕还林工程是中国政府针对西部生态脆弱区所实施的重大生态工程。工程的实施对当地粮食生产的影响及由此而产生的政策效果是值得研究的问题。该研究利用1996年、2003年和2007年黄土高原地区分县统计数据,对中国黄土高原生态脆弱区1999年以来所实施的退耕还林工程对粮食生产能力的影响进行了分析。结果显示,从1996年到2003年,研究区粮食播种面积下降剧烈,之后有所回升,到2007年大部分县粮食播种面积下降的势头得以遏制;从1996年到2007年,研究区粮食总产量下降,粮食单产水平提高;研究区粮食单产水平远低于全国平均水平,人均粮食产量略低于全国平均水平,二者都表现出较大的年际波动性。粮食生产水平越低,其年际波动性越大。不稳定的粮食产量会强化农民的垦殖动力,不利于退耕工程实施成果的巩固。应根据各地的条件,有区别有节奏按适度规模循序渐进地推进退耕还林工程的实施,并在政策上对农民的生计进行引导和保障,以巩固退耕工程实施效果。     

The EPRI state-of-the-art cooling water treatment research project a tailored collaboration program

The EPRI Tailored Collaboration State-of-the-Art Cooling Water Treatment Research Program has been initiated with several electric utility participants. Started in January 1995, the program will provide O&M cost reduction through improved cooling water system reliability and operation. This effort is discussed along with the objectives and goals, the participants and project timetable. The program will provide three (3) main results to the participating utilities: cost effective optimization of cooling water treatment, production of a new Cooling Water Treatment Manual and updating of two (2) EPRI software products — SEQUIL and COOLADD. A review of the specific objectives, project timetable and results to date will be presented.