陶瓷膜運用生物發(fā)酵液凈化提純(完整版)實用資料

陶瓷膜運用生物發(fā)酵液凈化提純（完整版）實用資料(可以直接使用，可編輯完整版實用資料，歡迎下載）

陶瓷膜在生物發(fā)酵液凈化與產(chǎn)品精制中的應(yīng)用陶瓷膜運用生物發(fā)酵液凈化提純（完整版）實用資料(可以直接使用，可編輯完整版實用資料，歡迎下載）邢衛(wèi)紅徐南平(南京工業(yè)大學(xué)膜科學(xué)技術(shù)研究所一、前言發(fā)酵液是培養(yǎng)基經(jīng)過液體發(fā)酵過程產(chǎn)生的,其中包括產(chǎn)品、副產(chǎn)品、培養(yǎng)基殘留物、菌體等物質(zhì)。發(fā)酵產(chǎn)物的分離與提取在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用,例如啤酒、乳制品、制藥等行業(yè)中,都需除去剩余的菌體、膠體懸浮物、副產(chǎn)品等,以防止產(chǎn)品變質(zhì)或提高產(chǎn)品質(zhì)量。發(fā)酵液的菌體與細菌相似,是一單細胞生物,可壓縮性指數(shù)大于1,較難過濾分離。表1給出的是常見幾種發(fā)酵液的菌體情況。一般而言由桿菌等菌種發(fā)酵而得的發(fā)酵液,菌體較難去除,直接經(jīng)等電、離交后,產(chǎn)生大量高COD的廢水。就味精行業(yè)每年排放的COD總量超過60萬噸。這些高濃度的有機廢水不僅對環(huán)境造成了很大的危害,而且造成了一定的經(jīng)濟損失。隨著膜尤其是陶瓷膜在發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用研究的深入,陶瓷分離膜具有的化學(xué)穩(wěn)定性好(耐酸堿、機械強度好、耐高溫、耐有機溶劑和微生物的鋟蝕、分離效率高等特點,在發(fā)酵液中的除菌體、澄清過程,與發(fā)酵罐相結(jié)合提高反應(yīng)活力等展示出良好的應(yīng)用前景。Matsumoto等在酵母懸浮液分離中采用反沖技術(shù)減緩了膜通量的下降,采用研究了反沖時間、間隔和反沖壓力對反沖效果的影響。Mercieret.al用20nm管狀氧化鋁膜、0.14的M14膜和切割分子量為50000的M8膜在充氣狀態(tài)下,溫度為300C,PH=3.8,對發(fā)酵后的酵母懸浮液進行微濾和超濾實驗,實驗表面微濾較超濾更易于引起膜孔的堵塞,采用兩相過濾體系,能顯著提高膜的穩(wěn)定通量,停止充氣,發(fā)酵液嚴重污染膜而使過濾通量顯著下降。Redkaretal用0.2μm的Ceraflo陶瓷膜對兩種酵母進行錯流過濾,并由此建立了一些數(shù)學(xué)模型。Tanabeetal將聚乙烯亞胺加到發(fā)酵液中以形成絮凝物,再通過膜過濾除處絮凝物而分離細胞,這一方法改善了膜的滲透性能。Kamoshitaetal用陶瓷膜過濾器(SCMR來處理乳酸發(fā)酵液,培養(yǎng)一段時間以后,通過陶瓷膜過濾來去除代謝廢物,以維持較高的細胞濃度和活力。使用SCMR系統(tǒng),198小時所得的細胞濃度178g/l,細胞活力為98%;不使用SCMR系統(tǒng),238小時的細胞濃度僅為141g/l,細胞活力為94%。Yen,Hong-weietal(1997在發(fā)酵制色氨酸過程中,將陶瓷膜過濾器與發(fā)酵罐串聯(lián),這種循環(huán)式生物反應(yīng)器,能有效縮短反應(yīng)時間,提高反應(yīng)產(chǎn)物的得率。本文將著重介紹陶瓷膜在國內(nèi)發(fā)酵液處理中的幾個應(yīng)用實例。表1、常見幾種發(fā)酵液的菌體情況〔1〕發(fā)酵液發(fā)酵菌種菌體直徑(μm菌體含量(%體系PH體系溫度0C分離方法及效果谷氨酸桿菌>0.7~4<較難分離檸檬酸黑曲霉>5~15<板框過濾淀粉酶桿菌>0.7~4<較難分離糖化酶黑曲霉>5~15<板框過濾酵母酵母菌>5~5<離心分離肌苷桿菌>0.7~4<較難分離蔦苷桿菌>0.7~4<較難分離二、陶瓷膜在谷氨酸發(fā)酵液除菌中的應(yīng)用目前,國內(nèi)多采用發(fā)酵法生產(chǎn)味精,發(fā)酵法中又采用等電點法提取發(fā)酵液中的谷氨酸(α-氨基戊氨酸。其主要工藝如圖1如示:圖1味精生產(chǎn)的主要工藝流程由于谷氨酸發(fā)酵液中菌體直徑大約為0.7~3微米,具有很強的親水性,菌體分離十分困難。目前味精廠基本都是不除菌直接等電提取,該法生產(chǎn)的谷氨酸得率為91.6%,每生產(chǎn)1噸味精將產(chǎn)生廢CODcr1.14噸,使得廢水量很大,而且廢液中的菌體高蛋白含量大約為60%左右,不加以回收,是極大的浪費用,由于蛋白含量高,用生物法又無法處理到達標排放,對環(huán)境造成很大的破壞。采用陶瓷膜進行谷氨酸發(fā)酵液的除菌,不僅可以回收蛋白,而且可以顯著降低離交過程的洗水量,提高谷氨酸的得率。圖2是操作溫度對過濾通量的影響,由圖可見,隨著溫度升高,過濾通量均有增大趨勢,同時也可看出,一定范圍內(nèi),過濾通量隨表面流速的增大而增大,隨操作壓力的增加也增大。表2給出的是膜也徑對過濾過程的影響,0.8微米的陶瓷膜用于谷氨酸發(fā)酵液除菌,除菌不完全,在滲透清液中能檢測到仍有菌體體存在,不適合于除菌要求,而0.2微米和50納米的陶瓷膜的除菌效果好,但50nm的陶瓷膜滲透通量較小,使得設(shè)備投資和運行成本較高,相對而言0.2微米的陶瓷膜用于谷氨酸發(fā)酵液體系除菌較為合適。表2膜孔徑對過濾效果的影響孔徑nm操作壓差MPa膜面流速m/s系統(tǒng)溫度0C擬穩(wěn)定通量L/m2.h清液含菌量%22272<0.2三、陶瓷膜在肌苷發(fā)酵液除菌中的應(yīng)用肌苷發(fā)酵液呈黃褐色,濕菌體含量大約為2.5%左右,有效成分的濃度較低,用常規(guī)的板框、碟式離心機很難分離菌體。用陶瓷膜設(shè)備進行除菌處理,設(shè)備膜面積為120平方米,設(shè)備運行時間超過一年,隨著液的不斷濃縮,過濾通量逐減小,當濃縮至7~8倍時,過濾通量僅為初始過濾通量的20~30%左右,此時加水洗滌液中的有效成分,由于固含量減小,使得過濾通量得以部分恢復(fù),通過2~3次水洗滌濃縮液中的有效成分降到0.01%,此時可以認為有效成分已析出,無需再加水洗滌。用陶瓷膜除菌產(chǎn)品得率比常規(guī)的離交得率(90%高5%,其經(jīng)濟效益很明顯。圖5為陶瓷膜用于發(fā)酵液除菌的成套裝備圖,16小時處理180m3發(fā)酵液。四、陶瓷膜在鳥苷生產(chǎn)過程中的應(yīng)用生物發(fā)酵液除菌凈化后去結(jié)晶罐結(jié)晶得到粗品,粗品溶解后加入聚丙烯酰胺絮凝、粉沫活性炭脫色,經(jīng)孔徑為0.2微米的陶瓷膜過濾可以100%除去活性炭及絮凝后的膠體蛋白等,經(jīng)二次結(jié)晶后得產(chǎn)品。原有生產(chǎn)工藝為:現(xiàn)有生產(chǎn)工藝:由于原有工藝中碟式離心機在除菌過程中特別容易堵塞噴嘴,拆洗十分麻煩,使得產(chǎn)品得率下降,粗品脫色后板框過濾也使得有效成分殘留較多,影響產(chǎn)品得率?，F(xiàn)有工藝中采用了兩套陶瓷膜設(shè)備,除菌的陶瓷膜設(shè)備采用了684根1米長19通道Φ4的膜管,膜面積為160平方米;精制過程采用的是7通道Φ6的膜管342根,實際過濾膜面積為50平方米。表3給出了兩套陶瓷膜設(shè)備的運行情況。目前設(shè)備的運行時間已超過2年,用現(xiàn)有工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品得率及純度都優(yōu)于原有工藝,且回收的菌體生產(chǎn)成飼料相應(yīng)也可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟價值。據(jù)廠方測算目前已收回設(shè)備的投資成本。表3、設(shè)備運行狀況內(nèi)容除菌設(shè)備精制設(shè)備處理量100(含絮凝劑、活性炭等處理時間15加水量左右左右殘留量10運行費用元/噸發(fā)酵液~~10設(shè)備規(guī)模2膜面積2膜面積使用時間>1年>1年運行情況良好良好膜的清洗恢復(fù)性良好良好五、陶瓷膜在對羥基苯甘氨酸的發(fā)酵液、轉(zhuǎn)化液分離中的應(yīng)用對羥基苯甘氨酸生產(chǎn)工藝為振動超濾脫色干燥生產(chǎn)中所用陶瓷膜設(shè)備:兩套40平方米膜面積的陶瓷膜設(shè)備組成一個完整的80平方米過濾設(shè)備,過濾溫度為30~400C,操作壓力為0.3Mpa,40平方米設(shè)備過濾通量衰減曲線見圖6。由圖可見轉(zhuǎn)化液過濾通量略高于發(fā)酵液過濾通量,轉(zhuǎn)化液經(jīng)陶瓷膜不斷過濾濃縮后,通量逐漸降低,但隨著加水稀釋,通量顯著上升,表明此過濾過程主要還是凝膠層污染占主導(dǎo)地位,當濃度變稀后,其凝膠極化層變小,凝膠阻力降低導(dǎo)致過濾通量顯著恢復(fù)。而對發(fā)酵液的過濾,由于目標組分是濃縮液中的菌絲,所以過程以濃縮為主,在濃縮開始階段由于濃度變化不大,但料液隨溫度略有上升,導(dǎo)致過濾通量上升,但隨菌絲濃度升高,溫度處于平衡狀態(tài)時,過濾通量呈線性降低。此時濃縮倍數(shù)為8~10倍。目前該兩套設(shè)備已正常運行半年。六、結(jié)論由于陶瓷膜所具有的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、機械穩(wěn)定性、良好的分離性能使其在發(fā)酵行業(yè)中有著良好的應(yīng)用前景。值得膜科學(xué)工作者和發(fā)酵行業(yè)的工作者大力合作,推廣應(yīng)用的方向主要有:1、分離發(fā)酵液中的蓖體,菌體濃縮生產(chǎn)飼料或其它物品,清液去提取工段;2、用于除去除發(fā)酵液中代謝廢物,提高產(chǎn)量或原料轉(zhuǎn)化率;3、用于提取濃縮發(fā)酵產(chǎn)品,將發(fā)酵液中菌絲濃縮或用小孔徑的膜進行目標產(chǎn)物的濃縮;4、用于處理高濃度有機發(fā)酵廢水,降低廢水中的CODcr,回收廢水中有效成分。萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)２００９年４月第３４卷第２期耐火與石灰?９?國高鋁礬土資源和開采加工，高鋁礬土均質(zhì)化的必要性毋庸置疑。當前，面臨我國高鋁資源傾向于鋁氧工業(yè)情況下。耐火級高鋁礬土供應(yīng)日益緊缺，將制約耐火行業(yè)發(fā)展。因此迫切需要改變資源的不合理開采使用。采用科學(xué)的工藝和先進的裝備，充分利用大量的中低品位高鋁礬土、混級礦和碎礦。制備具有優(yōu)異性能的系列礬土基均質(zhì)料（Ａ１２０，含量５０％～９０％），重點是莫來石均質(zhì)料（Ａｌ：Ｏ，含量４５％～７５％），有條件的企業(yè)上浮選提純，使我國高鋁礬土資源利用率從現(xiàn)在～２０％提高到８０％以上。實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。均質(zhì)料系列化產(chǎn)品促進了高鋁礬土熟料質(zhì)量、性能和附加值升級．改變工藝采用先進的工藝裝備才可以實現(xiàn)節(jié)能減排。因此。發(fā)展高鋁礬土均質(zhì)料和浮選提純，具有重要的現(xiàn)實意義和廣闊的應(yīng)用市場。世界上美、英、日等國早已廣泛使用均質(zhì)料。主要生產(chǎn)公司如美國ＣＥ公司和英國ＥＣＣ公司生產(chǎn)莫來石歷史悠久．我國終于跟上世界發(fā)展潮流。上世紀６０年代末。在陽泉鋁礬土礦煅燒車間№１生產(chǎn)線設(shè)計建設(shè)時已采用半干法成球盤成球并付之實踐。但限于當時的技術(shù)、裝備條件產(chǎn)品未能過關(guān)。但我國對高鋁礬土均質(zhì)料研究工作始于７０年代陽泉工程，“八五”正式列入攻關(guān)課題，至今已有較為堅實的研究和企業(yè)規(guī)模生產(chǎn)基地?？偨Y(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，完善試驗工作，正確選擇均質(zhì)工藝路線，大力發(fā)展高鋁均質(zhì)料在技術(shù)上是可行的。變革，對我國高鋁原料的供應(yīng)做出貢獻，留下了寶貴的經(jīng)驗：利用資源我國高鋁礬土礦雖儲量豐富。但各地區(qū)自然生成狀況及礦石結(jié)構(gòu)差異很大．應(yīng)分級開采，分級煅燒高鋁熟料。鑒于礦山建設(shè)薄弱，應(yīng)加強地質(zhì)勘探。對于可以機械分級開采的礦山，采用塊料煅燒，畢竟分級開采煅燒塊料工藝簡單，生產(chǎn)成本低，也可以滿足不同層次高鋁制品的要求。（２）大力發(fā)展均質(zhì)料莫來石系列產(chǎn)品特別是山西陽泉等地區(qū)有鋁礬土資源．又通天然氣，有高熱值無灰燃料，可以在原有技術(shù)開發(fā)基礎(chǔ)上，大力發(fā)展均質(zhì)料，生產(chǎn)莫來石系列產(chǎn)品。．（１）建設(shè)若干大型原料基地，因地制宜開采（３）選擇有條件企業(yè)上浮選提純浮選工藝提高原料品位固然是利用低品位原料的好方法，但增加了基建投資和生產(chǎn)運行成本。采用浮選工藝關(guān)鍵是經(jīng)濟上可行。因此可以為行業(yè)建浮選中試廠。利用積存的低價鋁礬土混級粉礦，作浮選示范。同時應(yīng)盡可能利用鋁氧工業(yè)發(fā)展浮選礦石的時機．合理選擇選礦方案。充分利用其尾礦，選擇有條件企業(yè)上浮選。實現(xiàn)鋁氧工業(yè)與耐火工業(yè)雙贏是可能的。參考資料【ｌ】鐘香祟．‘我國高鋁礬土刨新發(fā)展的戰(zhàn)略思考》．陽泉“中國（蔭營）耐火產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展論壇”２００８．１０．【２】孫洪?。\土基莫來石及均質(zhì)料的發(fā)展思路＞．鄭州大學(xué)．２００８．１０．２７８結(jié)束語原國家高鋁耐火生產(chǎn)基地陽泉鋁礬土礦、澠池和貴陽煅燒廠歷經(jīng)３０余年的開采、生產(chǎn)和技術(shù)開發(fā)。經(jīng)歷了國家從計劃經(jīng)濟向市場經(jīng)濟深刻的（上接第３頁）料倉頂部。經(jīng)篩分后粒度為５ｒａｍ以上的合格品進皮帶機送入成品倉，小于５ｍｍ的粉料送往粉料倉，成品倉和粉料倉下均設(shè)有電動卸料閥。此處成品倉主要功能是起緩沖計量作用，成品應(yīng)及時６．５煙氣處理系統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓陬A(yù)熱器內(nèi)與石灰石進行熱交換后，溫度降至２６００Ｃ以下，然后經(jīng)高溫風(fēng)機進入袋式除塵器．除塵后經(jīng)煙囪排入李連洲編輯§每芒峰ｓ每芒嚕ｓ每‘劫芒喀芒哮粵軍ｓ軍‘％嘞ｓ拿盞鏟峰ｓ幫曳薩峰匈ｓ枸。均‘均‘均粵爺鼉Ｆ％滯楊亭宰亭爺％—啕ｓ窄毒事劫ｓ確ｓ相等糊ｓ辛毒鏟％—嚕大氣，排人大氣的煙氣含塵濃度小于３０ｍｇ?ｍ。３。為滿足現(xiàn)代化活性石灰預(yù)分解回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線的工藝要求，保證工藝設(shè)備可靠運行，穩(wěn)定工藝參數(shù)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約能源，提高生產(chǎn)線的運轉(zhuǎn)率，全線采用技術(shù)先進的全過程控制，在和分散控制，控制回轉(zhuǎn)窯操作系統(tǒng)，提高產(chǎn)品質(zhì)量降低消耗，提高電控設(shè)備的可靠性和可維護性。實現(xiàn)控制、監(jiān)視、操作的現(xiàn)代化。魏同編輯輸送到電石爐內(nèi)減少吸潮粉化。ＰＬＣ控制的基礎(chǔ)上，對主生產(chǎn)線集中監(jiān)視、操作萬方數(shù)據(jù)我國高鋁礬土的均化與提純實踐作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期：引用次數(shù)：魏同，吳運廣，WeiTong，WuYunguang中冶焦耐工程技術(shù),鞍山,114002耐火與石灰REFRACTORIES&LIME2021，34(20次參考文獻(2條1.鐘香祟我國高鋁礬土創(chuàng)新發(fā)展的戰(zhàn)略思考20212.孫洪巍礬土基莫來石及均質(zhì)料的發(fā)展思路2021相似文獻(10條1.會議論文王守業(yè).孫庚辰我國耐火原料的現(xiàn)狀與發(fā)展2006本文介紹了耐火原料的資源,我國有豐富的耐火原料資源,特別是高鋁礬土、菱鎂礦和石墨堪稱耐火原料三大支柱.然后介紹了耐火原料的現(xiàn)狀及發(fā)展.2.會議論文鐘香崇中國耐火原料的發(fā)展19963.會議論文周長東.盧一國我國高鋁原料的生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展2000中國是高鋁耐火原料貯藏豐富的國家之一，目前國內(nèi)高鋁質(zhì)及其復(fù)合制品的耐火材料仍然是冶金工業(yè)應(yīng)用最廣泛的品種之一。該文論述了目前國內(nèi)“一等原料、二等加工、三等價格”高鋁耐火原料的生產(chǎn)及科研技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，并指出了中國高鋁耐火原料的發(fā)展方向是充分利用中國資源優(yōu)勢，認真提高高鋁耐火原料質(zhì)量穩(wěn)定性的同時，提高礦山綜合利用率，加快促進發(fā)展有中國特色的優(yōu)質(zhì)和均質(zhì)合成品種，提高中國高鋁礬土在國際市場上的競爭力，并生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高鋁質(zhì)耐火制品。4.期刊論文徐平坤我國高鋁耐火原料生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展評述-耐火材料2007,41(5天然高鋁原料為鋁土礦,耐火材料行業(yè)通常稱作高鋁礬土.所謂鋁土礦,是一水硬鋁石或一水軟鋁石與三水鋁石的混合物.我國鋁土礦資源豐富,96%以上的儲量分布在山西、貴州、河南、廣西、四川、重慶、山東、云南等省區(qū).大部分為一水硬鋁石型鋁土礦,也有一部分為一水軟鋁石型鋁土礦,如湖南辰溪、四川廣元等地,少部分為三水鋁石型鋁土礦,如福建、廣東一些地方.5.會議論文黃利明.李宏勛高鋁礬土工藝礦物學(xué)及其分選特性1991陽泉高鋁礬土礦屬于海盆濱湖相沉積礦床。不同類型礦石中一水硬鋁石和高嶺石的嵌布關(guān)系存在差異，從而決定不同類型礦石二者分選難易的差別。主要雜質(zhì)礦物為銳鈦礦、金紅石和褐鐵礦。鈦礦物平均粒度為３．０４微米，呈微細粒彌散態(tài)存在于一水硬鋁石和高嶺石之中。相當一部分鐵礦物呈彌散狀或膠體共沉淀形式分布于一水硬鋁石和高嶺石之中，這就使得從高鋁礬土產(chǎn)品中降低鈦、鐵雜質(zhì)含量成為一大選礦難題。采用浮選法或重選法均能從綜合原礦中分選出Ａｌ＃-[２]Ｏ＃-[３]＞７３℅，精礦產(chǎn)率＞３５℅的高鋁精礦作為優(yōu)質(zhì)耐火原料，流程簡單靈活。（本刊錄）6.會議論文王鳳山.王玉貴州燒結(jié)特級高鋁礬土熟料生產(chǎn)技術(shù)措施的探討19947.期刊論文王慧芳.郝世明.于仁紅.WANGHui-fang.HAOShi-ming.YURen-hong粒度組成對高鋁質(zhì)低水泥澆注料性能的影響-河南化工2006,23(10以三聚磷酸鈉為分散劑,以特級高鋁礬土熟料為骨料和細粉,加入5%的SiO2微粉,骨料的配方選取合適的粒度分布系數(shù)(q值取0.26～0.30制備試樣.分別測定了在烘干(110℃×24h和中溫處理(1100℃×3h后試樣的顯氣孔率、體積密度、抗折強度和耐壓強度.結(jié)果表明,粒度組成對澆注料性能有顯著的影響,對于該試驗所選用的耐火原料,當q值取0.28時,澆注料的性能最好,尤其是中溫處理后試樣的強度增加顯著.8.期刊論文王慧芳.郝世明.于仁紅.WangHuifang.HaoShiming.YuRenhong粒度組成對高鋁質(zhì)低水泥澆注料性能的影響-河南冶金2006,14(5以三聚磷酸鈉為分散劑,以特級高鋁礬土熟料為骨料和細粉,加入5%的SiO2微粉,骨料的配方選取合適的粒度分布系數(shù)(q值取0.26～0.30制備試樣.分別測定了在烘干(110℃×24h和中溫處理(1100℃×3h后試樣的顯氣孔率,體積密度,抗折強度和耐壓強度.結(jié)果表明,粒度組成對澆注料性能有顯著的影響,對于該試驗所選用的耐火原料,當q值取0.28時,澆注料的性能最好,尤其是中溫處理后試樣的強度增加更為顯著.9.期刊論文尹玉成.梁永和.吳蕓蕓.王繼寶TiO2在Al2O3-SiO2系耐火材料中的作用-耐火材料2006,40(2闡述了TiO2在Al2O3-SiO2系耐火材料,特別是高鋁礬土中的分布和存在方式,并通過分析Al2O3-SiO2系耐火原料的煅燒過程和Al2O3-SiO2系制品的使用過程中TiO2、Al2O3和SiO2三者之間的化學(xué)反應(yīng),介紹了TiO2對Al2O3-SiO2系耐火材料結(jié)構(gòu)和性能的影響.10.期刊論文鐘香崇.ZhongXiangchong產(chǎn)學(xué)研結(jié)合,發(fā)展有中國特色的優(yōu)質(zhì)耐火材料-耐火材料2021,43(1我國耐火材料工業(yè)正處在結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化時期的轉(zhuǎn)型、升級階段.當前的一個重要戰(zhàn)略措施是技術(shù)發(fā)展方式必須轉(zhuǎn)到以自主創(chuàng)新為主,還必須加強產(chǎn)學(xué)研結(jié)合,加快科研成果的轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化.技術(shù)發(fā)展的主攻方向是根據(jù)我國耐火原料資源特點,研究開發(fā)有中國特色的新型優(yōu)質(zhì)耐火材料,應(yīng)當沿著這個方向,組織產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的重點攻關(guān):(1立足我國高鋁礬土和菱鎂礦資源優(yōu)勢,研發(fā)優(yōu)質(zhì)合成原料--均質(zhì)料、改性料和轉(zhuǎn)型料,如利用中低品位高鋁礬土為主原料,開發(fā)礬土基均質(zhì)料、電熔鋯剛玉莫來石、電熔尖晶石和SiAION.(2根據(jù)高溫新技術(shù)發(fā)展的需要,研發(fā)優(yōu)質(zhì)高效新產(chǎn)品--氧化物一非氧化物復(fù)合材料、含游離CaO的堿性材料、梯度不定形材料和微孔輕質(zhì)材料,如潔凈鋼連鑄用氧化物一非氧化物復(fù)合功能材料.本文鏈接：://d.g.wanfangdata/Periodical_gwnhcl202102.aspx下載時間：2021年3月26日膜分離技術(shù)在發(fā)酵液提煉中的應(yīng)用張麗(華北制藥威可達有限責(zé)任公司,河北,石家莊,050031【摘要】本文詳細論述了微濾,超濾,納濾這三種技術(shù)組合的膜技術(shù)在發(fā)酵液提取中的應(yīng)用,提供了一種新型組合膜工藝。概述了膜分離技術(shù)的機理,優(yōu)勢,分類。對三種膜進行了詳細的介紹。提出了提高納濾濃縮倍數(shù)的一點看法?！娟P(guān)鍵詞】膜分離技術(shù);發(fā)酵液;提煉【中圖分類號】Q815【文獻標識碼】B【文章編號】1003-3467(202110-0065-01膜分離作為新興的分離純化技術(shù),以其精密、高效、低耗、環(huán)保、純物理分離過程等優(yōu)點,已被廣泛應(yīng)用于水處理、食品、化工、生物醫(yī)藥、冶金等工業(yè)領(lǐng)域。現(xiàn)已應(yīng)用膜過程有反滲透、納濾、超過濾、微孔過濾、透析電滲析、氣體分離、滲透蒸發(fā)、控制釋放、液膜、膜蒸餾膜反應(yīng)器等。發(fā)酵液的提煉包括分離,純化和濃縮。在產(chǎn)品的成本構(gòu)成中,提煉占相當高的比例。應(yīng)用現(xiàn)代化工藝是提高經(jīng)濟效益的重要途徑。目前,膜分離技術(shù)越來越多地應(yīng)用到提煉工藝中,取代了傳統(tǒng)的工藝,取得了良好的效益。1膜分離技術(shù)簡介膜分離技術(shù)是一種使用半透膜分離方法,其分離原理是依據(jù)物質(zhì)分子尺度的大小,采用天然或人工合成高分子薄膜借助膜的選擇滲透作用,在常溫下以膜兩側(cè)壓力差或電位差為動力,在外界能量或化學(xué)位差的推動作用下對混合物中雙組分或多組分溶質(zhì)和溶劑進行離、濃縮、提純及凈化技術(shù),從而達到分離、提純和濃縮的目的。2發(fā)酵液特點發(fā)酵液大都是具有生物活性的低聚糖、氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)等物質(zhì),黏度大.目的產(chǎn)物濃度很低。發(fā)酵法生產(chǎn)的抗生素原液中含有4%的生物殘渣、一定鹽分和約0.1%~0.2%的抗生素。發(fā)酵液含有大量的其他雜質(zhì),如菌絲體,蛋白質(zhì),殘存可溶底物,中間代謝產(chǎn)物、發(fā)酵液預(yù)處理過程中加入的物質(zhì)等;而且某些目的產(chǎn)物的耐熱、耐PH值和耐有機溶劑性差,在分離過程中容易變性失活,因此要從發(fā)酵液折中去掉大量雜質(zhì),制取高純度的合乎藥典規(guī)定的產(chǎn)品,提煉是很重要的環(huán)節(jié)。3發(fā)酵液提煉的膜工藝3.1微濾(MF微濾(MF是發(fā)展最早,制備技術(shù)最成熟的膜形式之一,孔徑在0.05~l0m之間,可以將細菌、微粒、亞微粒、膠團等不溶物除去,濾液純凈,國際上通稱為絕對過濾。由于微濾孔徑相對較大,單位膜面積透水率高,而且制備成本最低,使用范圍非常廣。利用微濾或超濾操作進行菌體的錯流過濾分離是膜分離法的重要應(yīng)用之一。與傳統(tǒng)的濾板,餅過濾和硅藻土過濾相比,錯流過濾法具有如下優(yōu)點:①透過通量大;②濾液清凈,菌體回收率高;③添加助濾劑或絮凝劑.回收的菌體純凈,有利地進一步分離操作(如菌體破碎,胞內(nèi)產(chǎn)物的回收等;④適于大規(guī)模連續(xù)操作。⑤易于進行無菌操作,防止雜菌污染。在發(fā)酵液提煉中我們用它把菌絲體與其他雜質(zhì)分離,起到過濾的作用。3.2超濾(UF超濾是一種壓力驅(qū)動的膜分離過程,在一定流速下,用超濾膜的選擇透過性將溶液中的組分進行分離,允許某些組分透過而保留混合物中其他組分,從而達到分離目的的技術(shù).UF膜分離是一種錯流過濾,過濾介質(zhì)平行通過膜,在過濾過程中料液通過泵的加壓,料液一定流速沿著濾膜的表面流過,大于膜截留分子量的物質(zhì)分子不透過膜流回料罐,形成回流液;小于膜截留分子量的物質(zhì)或分子透過膜,形成透析液。因此,膜系統(tǒng)都有兩個出口,一個是回流液(濃縮液出口,另一個是透析液出口。影響膜通量的因素主要有料液含固量、粘度、無機鹽含量、有機物質(zhì)含以及膜的清洗恢復(fù)情況等。我們用此工藝對發(fā)酵液進一步提純。3.3納濾(NF納濾截留的相對分子量為100-1000,其操作壓力較低,一般在0.5~1.5MPa;。納濾恰好填補了超濾與反滲透之間的空白,納濾的分離機理與反滲透相似.同樣遵循下列膜傳遞方程式:JW=A(Ap一△x(1Js=BAc(2其中w、Js分別為溶劑與溶質(zhì)的膜通量,A、B是與膜的材料及性質(zhì)有關(guān)的參數(shù),Ap、△x和Ac分別為膜內(nèi)外兩側(cè)的壓力差、滲透壓差及溶質(zhì)的濃度差。因無機鹽能透過納濾膜,其滲透壓遠比反滲透膜低。因此,由方程式可看出,在通量一定時,納濾所需的外加壓力要低于反滲透,而在壓力相同時,其通量要大于反滲透。這就是納濾具有操作壓力低、通量高等特性的原因。納濾膜多為復(fù)合膜,其表面分離層由聚電解質(zhì)構(gòu)成,存在道南效應(yīng)(Donnaneffect,在篩分和靜電作用下對低分子量有機溶質(zhì)和鹽分離效果較好,能使有機溶質(zhì)得到同步脫鹽和濃縮。對發(fā)酵液提煉方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)在超濾液的濃縮,樹脂解吸液的濃縮以及結(jié)晶母液回收。發(fā)酵液通過微濾,超濾,納濾這三個膜分離技術(shù)后,濾液澄清度上升,減少了下面工序的負擔。同時納濾出來的水可以循環(huán)利用。無論是從節(jié)能的角度,還是從經(jīng)濟效益的角度,都比以前的工藝有很大改進。4影響納濾膜分離性能的因素在納濾應(yīng)用中一個很重要的參數(shù)就是濃縮倍數(shù),濃縮倍數(shù)上升,則意味著更加巨大的收益。如果濃縮倍數(shù)上升到一?56?河南化工2021年5月第27卷第5期(下HENANCHEMICALINDUSTRY4種硫化氫汽提塔頂材料耐腐蝕性能分析張傳周(西安石油大學(xué)機械工程學(xué)院,陜西,西安,710065【摘要】本文對四種硫化氫汽提塔頂材料進行浸泡實驗,電鏡分析,結(jié)果表明:20#、1Cr18Ni9Ti、316L到TA2,它們的耐蝕性依次增強。并且為煉廠催化裝置的硫化氫汽提塔頂?shù)倪x材提供建議和參考?！娟P(guān)鍵詞】硫化氫汽提塔頂;浸泡實驗;電鏡分析【中圖分類號】TQ125.1+2【文獻標識碼】B【文章編號】1003-3467(202110-0066-02在煉廠,催化加氫裝置是油品質(zhì)量升級的關(guān)鍵裝置之一。我國目前大部分石油煉制設(shè)備是按含硫較低的情況設(shè)計的,近幾年來,含硫量較高的進口原油加工量逐步增加,因此設(shè)備腐蝕問題日益嚴重。其中,催化加氫裝置中塔頂空冷系統(tǒng)大部分設(shè)計材質(zhì)是20#碳鋼,部分區(qū)域由于腐蝕造成嚴重減薄并影響到整套裝置的安全運行,對生產(chǎn)造成損失。本文模擬現(xiàn)場環(huán)境,運用浸泡實驗,電鏡分析通過對20#鋼、1Cr18Ni9Ti、316L及TA2四種材料的耐腐蝕性能進行比較,為煉廠催化裝置的硫化氫汽提塔的選材提供建議和參考。1實驗部分本實驗參照(國家標準GB10124--88金屬材料實驗室均勻腐蝕全浸泡實驗方法[1]。1.1試劑與儀器硫化氫氣體為外購鋼瓶氣,純度為99.9%,可以滿足試驗介質(zhì)條件的要求;所用實驗溶液是在實驗室配置飽和硫化氫溶液+5%氯化鈉+0.5%冰乙酸(NACE標準溶液;電光天平,上海天平儀器廠;恒溫水浴鍋,西安化機經(jīng)營部;電鏡掃描時用S-360型掃描電子顯微鏡1.2實驗裝置1.硫化氫鋼瓶2.氮氣鋼瓶3.不銹鋼閘閥4.進氣口5.溫度計6.出氣口7.500mL錐形瓶8.進氣緩沖管圖1注:各進氣、出氣口分別對應(yīng),另外A、B、C、D四個瓶將放在恒溫水浴裝置內(nèi)。本實驗裝置主要由三大部分組成,即供氣部分,加熱部分和尾氣吸收部分。在供氣部分中硫化氫定程度,可以省去后面的許多工藝,可以取代蒸發(fā),吸附等濃縮工藝。這是不容忽視的。下面就這個問題展開討論。由于納濾膜自身結(jié)構(gòu)上的特殊性.其分離性能除與膜材料自身的性質(zhì)及制膜工藝有關(guān)外,還受操作條件、物質(zhì)性質(zhì)和組件構(gòu)型三個方面的影響。4.14.2物質(zhì)性質(zhì)的影響物料性質(zhì)包括待處理料液中中性物質(zhì)的分子量、離子濃度、半徑、電價及溶液的PH值等,在納濾截留分子量以下,分子量越小、截留率越低;截留分子量越小的納濾膜,對同一分子量物質(zhì)的截留率越高。通常情況下,提高離子的濃度會降低納濾膜的水通量與脫鹽率.而離子半徑的增大或電價的提高有利于提高納濾膜對該離子的截留率。由于多數(shù)納濾膜是荷電膜,其表面總帶一定的電荷,因而在處理那些荷電性受PH值影響的物質(zhì)(如氨基酸時.溶液PH值變化會改變物料與納濾膜的相互作用,從而引起截留率的變化[2]。一般可調(diào)節(jié)pH值來提高其截留率。4.3組件構(gòu)型的影響影響納濾膜分離性能的因素除上述的操作條件及物料性質(zhì)外,還有組件構(gòu)型。也就是說,在操作條件和物料均相同的情況下,同一納濾膜的分離性能將固其采用的膜組件構(gòu)型不同而有較大差別。組件構(gòu)型包括毛細管、進料管道與透過管道高度、L隙率和毛細管直徑等。5結(jié)束語隨著膜工業(yè)的進一步發(fā)展,越來越多的膜產(chǎn)生了。我們應(yīng)該根據(jù)我們的實際需要,根據(jù)發(fā)酵液的物理特性,選擇合適自己企業(yè)生產(chǎn)的膜技術(shù),靈活運用。在組合膜的選用上還要考慮運行的一致性,膜選用的配套上,使得組合膜不僅能夠跟上生產(chǎn)進度,還要很好的發(fā)揮功效。同時還要注意膜的污染問題,濃差極化問題,合理用膜,及時清洗,必要的時候還要通過加絮凝劑等物質(zhì)對料液進行純化。我相信未來會有更多的膜應(yīng)用到發(fā)酵液提煉中來,而且技術(shù)越來越純熟。?66?河南化工HENANCHEMICALINDUSTRY2021年5月第27卷第5期(下收稿日期:2021-07-07項目來源:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院項目(0032021031作者簡介:李強(1981-,男,研究實習(xí)員,主要從事農(nóng)業(yè)固體廢棄物處理研究。,沼氣干發(fā)酵技術(shù)研究進展李強1,曲浩麗2,承磊1,張云飛1,賀靜1,陳永生2,尹小波1(1.農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所農(nóng)業(yè)部能源微生物與利用重點開放實驗室,成都610041;2.農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所,南京210014摘要:開發(fā)和利用沼氣干發(fā)酵技術(shù)處理農(nóng)業(yè)廢棄物、禽畜糞便和市政垃圾,對于解決能源短缺、生態(tài)環(huán)境惡化和減少CO2排放具有深遠的意義。本文對國內(nèi)外沼氣干發(fā)酵的研究現(xiàn)狀、工藝條件及技術(shù)裝備等方面進行了綜述。關(guān)鍵詞:沼氣;干發(fā)酵;固體有機廢棄物中圖分類號:S216.4文獻標識碼:A文章編號:1000-1166(202105-0010-05ResearchProgressonBiogasDryFermentation/LIQiang1,QUHao-li2,CHENGLei1,ZHANGYun-fei1,HEJing1,CHENYong-sheng2,YINXiao-bo1/(1.KeyLaboratoryofEnergyMicrobiologyandApplication,Cheng-du610041,China;2.NanjingResearchInstituteForAgriculturalMechanizationMinistryofAgriculture,Nanjing210014,ChinaAbstract:Exploitingandutilizingofbiogasdryfermentationtreatingruralwaste,livestockwasteandmunicipalwastehasprofoundsignificanceinsolvingthefuelshortages,environmentaldeteriorationandgreenhousegasemissions.Inthispaper,theresearchstatusofbiogasdryfermentation,processconditionsandtechnicalequipmentwerereviewed.Keywords:dryfermentation;solidwaste;biogas1引言在能源短缺、全球變暖、生態(tài)環(huán)境惡化的大背景下,節(jié)能減排、高效利用資源和發(fā)展新能源成為全世界的當務(wù)之急。據(jù)統(tǒng)計,我國已成為世界上固體有機廢棄物產(chǎn)出量最大的國家,其中農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量達7億多噸,可供青貯的莖葉等鮮料約10億噸,鋸末、刨花等林業(yè)廢棄物1.6萬噸,畜禽糞便排放量134億噸,城市垃圾7萬噸以上。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展和人口的增加,這些廢棄物以年均5%～10%的速度遞增[1]。有機固體廢棄物的處置不當,不僅造成了資源的浪費,同時也污染了自然環(huán)境。農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便和城市生活垃圾蘊藏著可以被利用的巨大能量。在眾多固體有機廢棄物資源化利用的技術(shù)中,沼氣干發(fā)酵技術(shù)是國內(nèi)外研究的熱點和重點發(fā)展方向之一,本文將對國內(nèi)外沼氣干發(fā)酵的研究和應(yīng)用技術(shù)做一些綜述。2沼氣干發(fā)酵研究概況我國干法發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用源遠流長,自古以來我國就采用干法發(fā)酵工藝釀酒、生產(chǎn)堆肥。國內(nèi)對沼氣干發(fā)酵技術(shù)的研究起步于上世紀80年代,在1988年繆則學(xué)[3]等人就將沼氣干發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用于畜禽糞便的發(fā)酵,研究了適宜于吉林省農(nóng)村溫暖季節(jié)應(yīng)用的干發(fā)酵工藝。邊文驊[4]等設(shè)計了橫蓖板水壓式干發(fā)酵沼氣池并將其應(yīng)用。葉森[5]等人從1986年開始研究自動排料沼氣干發(fā)酵裝置和相應(yīng)的半連續(xù)發(fā)酵工藝,并于1988年通過了相關(guān)部門的技術(shù)鑒定。李秀金[6]等人提出了采用NaOH處理改善玉米秸稈的可生物消化性能。隨著沼氣干法發(fā)酵技術(shù)研究的成熟,規(guī)模化的沼氣干法發(fā)酵工程應(yīng)用技術(shù)的研發(fā)已成為發(fā)展的主流,韓捷[7]等人近年來研發(fā)了一種MCT沼氣干發(fā)酵技術(shù)及裝備。國外對沼氣干法發(fā)酵的研究主要集中于城市垃圾的處理[8],德國、法國、丹麥等國家技術(shù)發(fā)達國家早在20世紀80年代就對沼氣干發(fā)酵進行研究。德10中國沼氣ChinaBiogas2021,28(5利亞州的別費慕公司在德國中試研發(fā)的基礎(chǔ)上,研發(fā)出了商業(yè)實用的技術(shù),通過了德國技術(shù)監(jiān)督協(xié)會TUV的干式沼氣發(fā)酵成套設(shè)備技術(shù)安全認證,成為了德國第一個商用級間歇式干式沼氣站的公司。2006年10月美國加州大學(xué)DAVIS分校研制的儲罐型干法沼氣發(fā)酵裝置點火成功。3沼氣干發(fā)酵技術(shù)的研究沼氣干發(fā)酵又稱固體厭氧發(fā)酵,它是以秸稈、生活垃圾、和畜禽糞便等固體有機廢棄物為原料,利用厭氧微生物發(fā)酵產(chǎn)生沼氣,反應(yīng)體系中的TS含量達到20%～40%。沼氣干發(fā)酵中采用的菌種和工藝條件的控制會直接影響干發(fā)酵的3.1沼氣干發(fā)酵的微生物菌群與常規(guī)沼氣發(fā)酵的機制相同,厭氧干發(fā)酵的過程同樣包括水解階段、酸化階段、產(chǎn)甲烷反應(yīng)階段(見圖1[9]。這幾個階段由發(fā)酵性細菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)甲烷古菌三個功能菌群的微生物共同完成。水解階段中多糖、蛋白質(zhì)及脂類、纖維素等在某些細菌的作用下轉(zhuǎn)化為乙酸、丙酸、丁酸等長鏈脂肪酸和醇類及一定量的氫、二氧化碳。這個過程中,細菌大多數(shù)為嚴格厭氧菌,如梭狀芽胞桿菌,雙歧桿菌。此外,也包括鏈球菌和腸桿菌科一些兼性厭氧菌。酸化階段主要是產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將較高的揮發(fā)性脂肪酸轉(zhuǎn)化為乙酸、氫及二氧化碳。典型的菌是Acetobacteriumwoodii和Clostridiumaceticum.在發(fā)酵過程中,氫分壓的高低對有機物的降解有一定的調(diào)節(jié)作用,產(chǎn)氫微生物只有在耗氫微生物共存的條件下才能生長。圖1厭氧干發(fā)酵機制高度?；墓啪?產(chǎn)甲烷菌來完成,它們主要是利用氫產(chǎn)甲烷菌和利用乙酸產(chǎn)甲烷菌兩大類群。如Methanosarcinabarkeri,Metanonococcusmazei,Metha-notrixsoehngenii。厭氧干發(fā)酵常用的菌種有沼渣、下水道污泥等。接種物一般不低于發(fā)酵料重量的30%,且要有良好的活性。接種合適的菌種是干發(fā)酵的一關(guān)鍵步驟。我國80年代就開始了對沼氣干發(fā)酵菌種的研究,羅德明[10]等人研究了菌種對不同干物質(zhì)產(chǎn)氣的影響。閆志英[11]以秸稈為沼氣發(fā)酵原料,發(fā)現(xiàn)秸稈經(jīng)復(fù)合菌劑預(yù)處理后,產(chǎn)氣量比未加復(fù)合菌劑預(yù)處理的對照組提高。近幾年來隨著分子生物學(xué)的發(fā)展,DGGE[12]技術(shù)應(yīng)用于干發(fā)酵菌群的分析,RowenaT采用PCR-DGGE技術(shù),使用不同的引物對干發(fā)酵過程中的金黃色葡萄球菌及乳酸菌進行檢測。T-RFLP[13],LH-PCR[14],SSCP[15]技術(shù)也廣泛應(yīng)用于微生物干發(fā)酵的研究,利用這些技術(shù)對沼氣干發(fā)酵的菌群的多樣性進行研究、檢測產(chǎn)甲烷菌群的變化,篩選出新的高效干發(fā)酵菌種,從而更好的優(yōu)化了工藝條件、增加產(chǎn)氣量。通過克隆文庫方法可以確定微生物的種群和多樣性,同時可以發(fā)現(xiàn)更多的未培養(yǎng)的適合干發(fā)酵的產(chǎn)甲烷微生物。在沼氣干發(fā)酵過程中纖維素、半纖維素難于被一般微生物分解,這是干發(fā)酵的難點。Romano[16]等指出在沼氣發(fā)酵過程中,纖維素和半纖維素的降解是厭氧消化的限速步驟,提高水解速率是厭氧消化過程中提高生物量轉(zhuǎn)率的關(guān)鍵。尋找纖維素降解的高效菌株是增加沼氣干發(fā)酵產(chǎn)氣量的有效途徑。他們通過實驗比較了添加不同酶預(yù)處理后秸桿的產(chǎn)氣情況,并通過16SrDNA測序分析了占優(yōu)勢地位的厭氧菌群。3.2沼氣干發(fā)酵的影響因素現(xiàn)有的研究結(jié)果表明:在沼氣干發(fā)酵過程中溫度是調(diào)控發(fā)酵菌群、強化產(chǎn)氣的重要手段。在常溫發(fā)酵條件下,發(fā)酵料液溫度隨季節(jié)的變化受氣溫、地溫的直接影響,波動較大,導(dǎo)致微生物生長和沼氣產(chǎn)量均不穩(wěn)定;中溫發(fā)酵的溫度控制在30℃～38℃之間,在該溫度條件下微生物的形成穩(wěn)定的優(yōu)勢種群,其生長代謝穩(wěn)定,沼氣產(chǎn)量較高;高溫發(fā)酵的溫度在50℃～55℃之間,此時微生物對原料分。艾平[17]等人通過正交試驗,研究了厭氧干發(fā)酵處理畜禽糞便過程中發(fā)酵溫度,得到了厭氧干發(fā)酵處理的優(yōu)化工藝條件:發(fā)酵溫度為55℃,C/N為12.5。FatmaA[18]在37℃,55℃及65℃條件下對雞糞進行批量式干發(fā)酵試驗,55℃及65℃進行的發(fā)酵樣品未檢測到甲烷,而在中溫37℃的情況下對雞糞進行干發(fā)酵,培養(yǎng)254天,取得了較好的產(chǎn)氣效果(31mL·gVS-1。BujoczekG[19]則認為:以雞糞為原料,固含量超過21.7%的情況下35℃進行發(fā)酵,產(chǎn)生效果不太好。適宜的pH值環(huán)境對沼氣的沼氣干發(fā)酵效果有著至關(guān)重要的作用。沼氣干發(fā)酵的最適pH值為6.8～7.4,6.4以下或7.6以上都對產(chǎn)氣有抑制作用,pH值在5.5以下,產(chǎn)甲烷菌的活動則完全受到抑制?？刂瓢l(fā)酵體系的pH值(7.0～7.2,使產(chǎn)甲烷菌處于最佳的生存狀態(tài),是提高水稻秸稈發(fā)酵產(chǎn)沼氣的關(guān)鍵[20]。與常規(guī)的沼氣發(fā)酵相似,適當?shù)奶砑游⒘吭啬軌虼龠M微生物的生長和代謝。微量元素鎳、鈷能夠顯著影響稻草干發(fā)酵的日產(chǎn)氣量,適當?shù)奶砑渔?、鈷有利于甲烷菌的生長,但過高的添加量反而會抑制甲烷菌的生長[21]。馬詩淳[22]從微生物代謝調(diào)控的角度出發(fā),研究纖維素厭氧分解菌和篩選促進纖維素降解產(chǎn)甲烷的刺激因子,發(fā)現(xiàn)不同刺激因子對微生物群落結(jié)構(gòu)的組成和豐度影響顯著,同一刺激因子不同培養(yǎng)時間的微生物群落結(jié)構(gòu)變化明顯。另外適量的添加水解酶能夠增加沼氣的產(chǎn)量[23～24]。3.3沼氣干發(fā)酵的原料3.3.1農(nóng)作物秸桿隨著我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展及建設(shè)社會主義新農(nóng)村的步伐,農(nóng)作物秸稈作為一種可利用的再生能源,越來越受到人們的重視。在厭氧干發(fā)酵中,一般可采用水稻、玉米、小麥、花生等農(nóng)作物秸稈為發(fā)酵原料。農(nóng)作物秸桿在干發(fā)酵的過程中降解比較復(fù)雜,原料的產(chǎn)氣率較低。國內(nèi)一些學(xué)者[25～27]通過秸桿的預(yù)處理及發(fā)酵工藝的控制來提高產(chǎn)氣率。張望等人以稻秸為原料,在中溫生物反應(yīng)器內(nèi)進行厭氧干發(fā)酵,研究了稻秸發(fā)酵過程中的生物氣產(chǎn)量,pH值,滲濾液COD及甲烷含量的變化。焦靜[28]等人以不同比例配制原料,進行厭氧發(fā)酵試驗,研究了草糞比對甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣效果的影響。2城市生活垃圾有多種處理技術(shù),厭氧干發(fā)酵技術(shù)是其中一種經(jīng)濟、合理的處理方法。國外在上世紀90年代就將厭氧干發(fā)酵技術(shù)用于城市垃圾的處理,運用瑞士的Kompogas工藝,日本、瑞士等國已經(jīng)建立約18個高溫干式厭氧垃圾處理工廠。國內(nèi)早在1995年劉曉風(fēng)[29]就采用厭氧消化污泥作接種物對城市有機垃圾進行了處理。后來冷成保[30]等人提出了生活垃圾的暗河式干發(fā)酵處理研究及其工藝設(shè)想,這種處理方法具有垃圾處理量大、垃圾可以得到及時即地處理、占用土地少等優(yōu)點。城市污水處理廠每天要產(chǎn)生大量的市政污泥,其處理技術(shù)一直未能很好地解決。謝震震[31]以脫水污泥作為底物,模擬污水廠脫水污泥在填埋場中的生物降解過程,進行了脫水污泥干發(fā)酵的實驗研究,為污泥的填埋穩(wěn)定化提供了理論指導(dǎo)。4沼氣干發(fā)酵裝置的相關(guān)研究德國于90年代起,開始進行間歇式干法沼氣發(fā)酵技術(shù)及工業(yè)級裝備的研發(fā)。目前歐洲的干法沼氣發(fā)酵技術(shù)主要有:車庫型、氣袋型、滲出液存儲桶型、干濕聯(lián)合型和立式罐型等。我國在21世紀初開始了大型干法厭氧發(fā)酵反應(yīng)器研究,目前還處于小試研究階段。甘如海[32]等自行設(shè)計了臥式螺帶式攪拌發(fā)酵罐來進行厭氧干發(fā)酵。韓杰等[33]研制出新型沼氣干法發(fā)酵反應(yīng)器—覆膜槽生物(MCT反應(yīng)器,并以MCT反應(yīng)器為核心,改進和優(yōu)化集成現(xiàn)有沼氣技術(shù),開發(fā)出新型規(guī)?；煞ㄕ託獍l(fā)酵技術(shù)與成套裝備。干發(fā)酵底物固體含量較高,發(fā)酵原料存在的濃度梯度,傳熱、傳質(zhì)困難。接種物與底物混合有一定難度。在沼氣工程中設(shè)置混合攪拌裝置,可以提高反應(yīng)的傳質(zhì)效率,加快產(chǎn)沼氣過程的進行[34],法國JGuendouz[35]在中溫條件下對完全混合反應(yīng)器進行了研究。5沼氣干發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用厭氧干發(fā)酵的優(yōu)點在于系統(tǒng)穩(wěn)定、處理量大、占地小、節(jié)水等。國外目前干發(fā)酵厭氧工藝一般采用干式單級發(fā)酵系統(tǒng)。其中Dranco工藝-比利時Brecht處理廠、Biocel工藝-荷蘭Ielystad處理廠、瑞士Kompogas工藝、法國Valorga工藝在國外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于有機物的處理。四種工藝特點如表1所4ra12中國沼氣ChinaBiogas2021,28(5理廠,其中以比利時Brecht二期Dranco沼氣干發(fā)酵系統(tǒng)為代表,瑞士等國家Kompogas工藝建立至少12個大型工程。而Valorga工藝在瑞士、德國、西班牙、比利時等國家均有利用。表1四種工藝特點工藝類型處理量t·a-1固含量%溫度℃停留時間dBiocel工藝5000030～4035～4010Dranco工藝11000～3500015～4050～5820(15～30Kompoga工藝10,00030～455415～18Valorga工藝10000～21000025～35無14～28我國目前大型的干發(fā)酵處理工程尚處于技術(shù)研發(fā)階段,其技術(shù)模式還有待進一步檢驗。國內(nèi)在干發(fā)酵利用方面進行了一些研究。張無敵[36]等人針對干發(fā)酵設(shè)備復(fù)雜、操作煩瑣、產(chǎn)氣不均衡等不宜推廣使用的局限,發(fā)明了一種結(jié)構(gòu)簡單,低成本的干發(fā)酵循環(huán)連續(xù)式沼氣發(fā)酵的工藝方法,有效解決干發(fā)酵產(chǎn)氣不均衡的缺點,實現(xiàn)對有機廢棄物的連續(xù)發(fā)酵和均衡產(chǎn)氣。趙國明[37]等設(shè)計了一套對厭氧干法發(fā)酵技術(shù)進行改進,通過應(yīng)用新型生物反應(yīng)器和與之相配套的厭氧發(fā)酵工藝,可以再增加產(chǎn)氣量、提高運行負荷、簡化后處理工序。由于沼氣干發(fā)酵中發(fā)酵原料存在嚴重的濃度梯度,傳熱、傳質(zhì)困難,對于沼氣發(fā)酵至關(guān)重要的pH值、反應(yīng)溫度等很難控制,對發(fā)酵設(shè)備的技術(shù)條件要求高,造成在厭氧干發(fā)酵工藝控制方面存在一些困難。目前厭氧干發(fā)酵過程中只有少量的幾個參數(shù)能夠得到實時的測量,而厭氧干發(fā)酵過程的復(fù)雜性,發(fā)酵過程中很難找到一個簡單而合適的控制參數(shù)[38]。因此需要對厭氧干發(fā)酵的工藝控制理論和技術(shù)條件進行深入的研究。6展望我國的能源生產(chǎn)及消費呈現(xiàn)出“富煤、缺油、少氣”以及新型能源短缺發(fā)展滯后的結(jié)構(gòu)特征。在當前應(yīng)對氣候變化的情況之下,發(fā)展低碳經(jīng)濟已經(jīng)成為世界性的潮流。厭氧干發(fā)酵技術(shù)在各種固體有機廢棄物資源化利用上具有一定的技術(shù)優(yōu)勢,但由于各國該項技術(shù)研發(fā)起步較晚,在工業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域處于實驗階段,以下方面的研究工作有待進一步的完善。厭氧干發(fā)酵產(chǎn)量,需進一步的研究干發(fā)酵過程中微生物的群落信息,并采用分子手段獲得的目標菌群的豐度和變化的相關(guān)信息來準確反映反應(yīng)器系統(tǒng)的真實情況,進一步加強發(fā)酵過程的調(diào)控。我國干法沼氣發(fā)酵技術(shù)裝備起步較晚,專用設(shè)備較為缺乏,開發(fā)多功能秸稈粉碎技術(shù)及機具、規(guī)模化干法厭氧發(fā)酵裝置、原料提升設(shè)備,高效生物顆粒肥料成型技術(shù)與機具,提高干法厭氧發(fā)酵工程質(zhì)量的專用工裝、模具、規(guī)模化干法厭氧發(fā)酵的工程設(shè)施與關(guān)鍵設(shè)備,能給干發(fā)酵系統(tǒng)的可靠運行提供裝備保障,提高發(fā)酵效果。參考文獻:[1]李鵬,王文杰.我國農(nóng)業(yè)廢棄物資源的利用現(xiàn)狀及開發(fā)前景[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué),2021,15(3:46-49.[2]余昆朋.城市生活垃圾厭氧消化技術(shù)進展[J].環(huán)境衛(wèi)生工程,2003,11(1:16-20.[3]繆則學(xué),宋明芝.北方農(nóng)村沼氣池干發(fā)酵的應(yīng)用實驗[J].中國沼氣,1988,6(4:23-25.[4]邊文驊,董敬華,彭立風(fēng).腐植酸發(fā)酵形成腐植酸的周期及其規(guī)律的研究[J].河北師范大學(xué)學(xué)報,1996,20(3:78-79.[5]葉森,魏吉山,趙哈樂,等.自動排料沼氣干發(fā)酵裝置[J].中國沼氣,1989(4:17-19.[6]羅慶明,李秀金,朱保寧,等.NaOH處理玉米秸稈厭氧生物氣化試驗研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2005(2:17-19[7]韓捷,向欣,李想.覆膜槽沼氣規(guī)模化干發(fā)酵技術(shù)與裝備的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2021(10:100-104.[8]Mata-AlvarezJ,MaceS,LlabresP.Anaerobicdiges-tionoforganicsolidwastes.Anoverviewofresearcha-chievementsandperspectives[J].BioresourceTechnolo-gy,2000,74:3-6.[9]PeterW.Biogasproduction:currentstateandperspectives[J].ApplMicrobiolBiotechnol,2021,85:849–860.[10]羅德明,李炎章,楊萬華.沼氣干發(fā)酵研究—菌種水質(zhì)對干發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響[J].中國沼氣,1983,(1:3-6.[11]閆志英,袁月祥,劉曉風(fēng),廖銀章,賀蓉娜.復(fù)合菌劑預(yù)處理秸稈產(chǎn)沼氣[J].四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2021,27(2:176-179.[12]FontanaC,VignoloG,CocconcelliPS.PCR-DGGEa-nalysisfortheidentificationofmicrobialpopulationsfromArgentineandryfermentedsausages[J].JournalofMi-,,633-13中國沼氣ChinaBiogas2021,28(5[13]SawamuraH,YamadaM,EndoK,etal.Characteriza-tionofmicroorganismsatdifferentlandfilldepthsusingcarbon-utilizationpatternsand16SrRNAgenebasedT-RFLP[J].JournalofBioscienceandBioengineering,2021,109(2:130-137.[14]MillsDK,EntryJA,VossJD,etal.AnAssessmentoftheHypervariableDomainsofthe16SrRNAGenesforTheirValueinDeterminingMicrobialCommunityDiversi-ty:TheParadoxofTraditionalEcologicalIndices[J].FEMSMicrobiolEcol,2006,57(3:496-503.[15]YeChen,JayJC.AnaerobicProcessesinWasteTreat-ment[J].WaterEnvironmentResearch,2005,77:(6,1347-1388.[16]RowenaT,RuihongZ,SarahT,JefferyA.TheeffectofenzymeadditiononanaerobicdigestionofJoseTallWheatGrass[J].BioresourceTechnology,2021,100,4564-4571.[17]艾平,張衍林,袁巧霞,等.厭氧干發(fā)酵處理畜禽糞便的影響因子[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2021,28(3:377-380.[18]FatmaA,YutakaN,NaomichiN.Drymesophilicfer-mentationofchickenmanureforproductionofmethanebyrepeatedbatchculture[J].JournalofBioscienceandBi-oengineering,2021,107,(3:293-295.[19]BujoczekG,OleszkiewiczJ,SparlingRandCenkowskiS.Highsolidanaerobicdigestionofchickenmanure[J].AgricEngRes,2000,76:51–60.[20]王永澤,邵明勝,王志,陳雄,李冬生.pH值對水稻秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的影響[J].湖北工業(yè)大學(xué),2021,37(31:15093-1509.[21]全桂香,常志州,葉小梅.不同底物沼氣干發(fā)酵啟動階段的產(chǎn)酸特征研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2021,1:225-227.[22]馬詩淳.沼氣發(fā)酵微生物代謝調(diào)控技術(shù)研究[D].成都:農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所,2021.[23]GerhardtM.Theuseofhydrolyticenzymesinagriculturalbiogasproduction.In:ProgressinBiogas[J].Stuttgart-Hohenheim,2007,1:247-254.[24]SchimpfU,ValbuenaR.Increaseinefficiencyofbi-omethanationbyenzymeapplication[J].BornimerAgrar-technischeBerichte,2021,68:44-56.[25]何榮玉,閆志英.秸稈干發(fā)酵沼氣增產(chǎn)研究[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報,2007,13(4:583-585.[26]邊義,劉慶玉,李金洋.玉米秸稈干發(fā)酵制取沼氣的試驗[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2007,38(3:440-442.[],,秸稈產(chǎn)沼氣[J].四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2021,27(2:176-179.[28]焦靜,王金麗,鄧怡國,等.草糞比對甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣效果的影響[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2021,1:51-54.[29]劉曉風(fēng),廖銀章.城市有機垃圾厭氧干發(fā)酵研究[J].太陽能學(xué)報,1995,16(2:170-173.[30]冷成保,肖波,楊家寬.暗河式生活垃圾干發(fā)酵處理研究[J].環(huán)境工程,2001,19(4:45-47.[31]謝震震,張華.脫水污泥在干發(fā)酵過程初期的生物降解規(guī)律研究[J].中國資源綜合利用,2007,25(4:30-32.[32]甘如海.畜禽糞便厭氧干發(fā)酵處理攪拌反應(yīng)器的研究設(shè)計[D].武漢:華中農(nóng)業(yè)大學(xué),2004.[33]韓捷,向欣,李想.農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用新途徑---覆膜槽干法發(fā)酵沼氣工程技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)(新能源產(chǎn)業(yè),2021,4:12-16.[34]劉刈,王智勇,孔垂雪,等.沼氣發(fā)酵過程混合攪拌研究進展[J].中國沼氣,2021,27(3:26-30.[35]GuendouzaJ,BuffiereP.Dryanaerobicdigestioninbatchmode:Designandoperationofalaboratory-scale,com-pletelymixedreactor[J].WasteManagement,2021:1-3.[36]張無敵.沼氣干發(fā)酵多罐循環(huán)連續(xù)工藝方法[D].云南:云南師范大學(xué),2021.[37]趙國明,規(guī)?；煞ㄕ託獍l(fā)酵技術(shù)及裝備的研究與示范[D].吉林:吉林大學(xué),2021.[38]BrauerA,WeilandP.KontinuierlicheWasserstoffmessungzurBeurteilungderProzessstabilit?tvonFermentationsver-suchen[J].VDIBerichte,2021,2057:2237-2247.《農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全》征訂啟示《農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全》由農(nóng)業(yè)