燃料乙醇生產(chǎn)廢棄物處理及資源化研究進(jìn)展

化工進(jìn)展年第29卷第9期HEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS1747進(jìn)展與述評燃料乙醇生產(chǎn)廢棄物處理及資源化研究進(jìn)展邱春生,賈曉強,聞建平,盧文玉(天津大學(xué)化工學(xué)院生物化工系,天津300072摘要:隨著(zhù)燃桿乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,其生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物如廢渣、廢水等的處理及資源化利用研究得到廣泛關(guān)注。本文以幾種具有代表性的原料,如玉米、甘蔗、木薯、甜高粱和木質(zhì)纖維素等為例,分別介紹了其燃料乙醇生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物種類(lèi)、特點(diǎn)、處理及資源化利用技術(shù)研究進(jìn)展關(guān)鍵詞:燃料乙醇;廢棄物處理;資源化中圖分類(lèi)號:X703:X705文獻標志碼:A文章編號:1000-6613(2010)09-1747-08Progress in fuel ethanol production waste treatment and resource recoveryQ1U Chunsheng, JIA Xiaoqiang, WEN Jianping, LU Wenyu(Department of Biochemical Engineering, School of Chemical Engineering and TechnologyTianjin University, Tianjin 300072, China)Abstract: With the development of fuel ethanol industry, the waste treatment and resource recovery inthe production process, such as wastewater and solid residues, have attracted widespread attention. Thispaper summarizes the category and characteristics of the waste from fuel ethanol production as well asthe development of utilization technology with various feedstocks, such as sugar cane, cassava, sweetsorghum and lignocellulose etc.Key words: fuel ethanol; waste treatment; resource recovery現代工業(yè)及交通運輸業(yè)的迅速發(fā)展需要消耗的廢渣、發(fā)酵過(guò)程的副產(chǎn)物及蒸餾階段產(chǎn)生的酒糟大量的能源,隨著(zhù)全球工業(yè)化進(jìn)程的加速,化石能液等。由于此類(lèi)廢弁物中富含有機物質(zhì),如蛋白質(zhì)源的大量消耗造成能源供需矛盾日益突出及生態(tài)環(huán)纖維素、油脂及有機酸類(lèi)等,有較高的利用價(jià)值境惡化。近年來(lái),清潔環(huán)保的可再生能源的開(kāi)發(fā)利因此對其處理研究不再僅限于如何達標排放,而用得到人們的廣泛關(guān)注,其中,燃料乙醇由于原料如何充分利用廢棄物中的有用物質(zhì)生產(chǎn)其它高附來(lái)源豐富廣泛且生產(chǎn)工藝相對成熟,是一種理想的加值產(chǎn)品、實(shí)現廢棄物資源化綜合利用是目前研可再生清潔能源,大力發(fā)展燃料乙醇產(chǎn)業(yè)可為工業(yè)究的熱點(diǎn)。生產(chǎn)提供穩定清潔的能源供應、減少污染氣體和溫隨著(zhù)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,其生產(chǎn)廢棄物處理室氣體排放及增加農業(yè)收入及資源化利用成為亟待解決的問(wèn)題,在處理此類(lèi)廢燃料乙醇一般通過(guò)微生物發(fā)酵方法生產(chǎn)。根據棄物的同時(shí)開(kāi)發(fā)其高效的資源化利用途徑,充分利原料不同,其生產(chǎn)技術(shù)可分為三類(lèi):以玉米、小麥、谷物及薯類(lèi)等為原料的淀粉類(lèi)生產(chǎn)方法;以甘蔗、收稿日期:20100203:修改稿日期:20100303甜菜及甜高梁等為原料的糖類(lèi)生產(chǎn)方法;以農作物“金02)及教育部科學(xué)技術(shù)秸稈、林業(yè)廢棄物等為原料的纖維素類(lèi)生產(chǎn)方法中國煤化二源化成套技術(shù)研究與示范”CNMHG生產(chǎn)工藝一般包括原料預處理、糖化發(fā)酵、乙醇蒸第一作者簡(jiǎn)介:邱春生(1984-),男,博士研究生, E-mail餾及精餾脫水等“6。燃料乙醇微生物發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)3s4@63m,聯(lián)系人:聞建平,教授,博士生導師,Em程中會(huì )產(chǎn)生大量的廢棄物,包括預處理過(guò)程中產(chǎn)生ipen@tju.edu.cn.·1748·2010年第29卷用原料,是燃料乙醇產(chǎn)業(yè)能否健康快速發(fā)展的重要徑與玉米酒糟蛋白生產(chǎn)工藝類(lèi)似-12技術(shù)基礎,有助于形成完整的燃料乙醇產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)鏈。玉米酒糟生產(chǎn)飼料附加值較低,除用做牲畜飼本文作者從燃料乙醇廢弁物處理及資源化利用角度料外,其它工業(yè)用途有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。研究者對酒出發(fā),根據原料不同分類(lèi)對目前國內外燃料乙醇生糟蛋白飼料的組成及性質(zhì)進(jìn)行了分析,探討其深加產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物特點(diǎn)、處理及資源化利用研利用價(jià)值玉米酒糟飼料主要含有以下幾種成分:究進(jìn)展作了概括和總結。蛋白質(zhì)(268%~337%),油脂類(lèi)(3.5%~12.8%),1傳統原料燃料乙醇生產(chǎn)廢棄物處碳水化合物(3269,纖維素類(lèi)(242理及資源化利用加工技術(shù)的革新,如何利用其加工高附加值產(chǎn)品是此行業(yè)的一個(gè)發(fā)展趨勢。11淀粉類(lèi)原料人類(lèi)使用淀粉基原料生產(chǎn)乙醇已有幾千年的玉米蛋白可用來(lái)生產(chǎn)蛋白纖維、膜材料和黏合劑等,一般通過(guò)混磨法從玉米籽粒中提取,原料成歷史,原料包括玉米、小麥、水稻等,主要利用原本較髙,玉米酒糟蛋白飼料是較廉價(jià)的原料來(lái)源。料中富含的淀粉類(lèi)物質(zhì)水解發(fā)酵產(chǎn)乙醇。玉米是目前燃料乙醇工業(yè)化生產(chǎn)中使用最多的淀粉基原料,xu等5對如何利用DDGS提取蛋白和纖維作了以玉米為代表的乙醇生產(chǎn)工藝及廢棄物資源化利用系列研究,開(kāi)發(fā)了酸性條件下有還原劑存在時(shí)從工藝發(fā)展相對比較成熟DDGS中提取玉米蛋白的方法,得到蛋白質(zhì)含量超美國是米燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展最成熟的國家。過(guò)90%的玉米蛋白產(chǎn)品,性質(zhì)與市售濕磨法產(chǎn)品相美國玉米產(chǎn)量占世界玉米總產(chǎn)量的40%以上,用玉仿,收率達44%,還得到作為副產(chǎn)品的玉米油;同米生產(chǎn)燃料乙醇占全美燃料乙醇生產(chǎn)總量的90%左時(shí)使用堿和酶分別從DDGS和玉米籽粒中提取纖維右。2008年初,美國有134個(gè)燃料乙醇生產(chǎn)廠(chǎng),年素,檢測發(fā)現提取自DDGS的纖維素與玉米籽粒纖產(chǎn)燃料乙醇達2725億升,而且還有77個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)在維素結晶度相似,但聚合度更高,可用來(lái)生產(chǎn)纖維建,建成后將具有超過(guò)500億升年玉米燃料乙醇的膜、吸收劑、營(yíng)養添加劑或造紙。生產(chǎn)能力。其生產(chǎn)工藝主要分為干磨和濕磨兩種,玉米胚芽中含有一定量的玉米油,一般經(jīng)提取過(guò)程主要包括玉米原料預處理、液化、糖化、發(fā)酵、精制作為優(yōu)質(zhì)食用油,干磨燃料乙醇生產(chǎn)工藝中由乙醇蒸餾及精制,產(chǎn)生的廢棄物主要為發(fā)酵液于不進(jìn)行胚芽分離,產(chǎn)生的DDG中玉米油含量較蒸餾乙醇后的酒精糟。高,是一種來(lái)源豐富的有潛力的生物柴油生產(chǎn)原料。燃料乙醇聯(lián)產(chǎn) DDGS/DDG( distillers dricNoureddine等開(kāi)發(fā)了利用玉米酒糟中的玉米油生grains and solubles/distillers dried grain,酒糟蛋白飼產(chǎn)生物柴油的工藝,首先使用正己烷從酒糟中提取料)是玉米燃料乙醇生產(chǎn)廢棄物利用的代表工藝玉米油,提取的玉米油含有質(zhì)量分數為6%~8%的蒸餾乙醇后的酒精糟不僅保留了原料玉米中的營(yíng)養游離脂肪酸,然后對其進(jìn)行酸催化使游離脂肪酸酯成分,同時(shí)增加了酵母菌體細胞的成分,營(yíng)養物質(zhì)化,產(chǎn)物經(jīng)陰離子交換樹(shù)脂除去殘余的酸性催化劑豐富,經(jīng)加工后是優(yōu)良的牲畜飼料。DDGS工藝需和脂肪酸,再經(jīng)堿催化酯交換反應得到生物柴油,對固液分離后的清液進(jìn)行濃縮,濃縮液再與濾渣混收率達到98%以上。此方法工藝路線(xiàn)較長(cháng),工業(yè)化合干燥獲得飼料,過(guò)程中廢水產(chǎn)生量很少,易于處價(jià)值有待進(jìn)一步研究驗證。B等研究了如何利理,是玉米乙醇生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展方向,該工藝干燥用玉米油生產(chǎn)低凝固點(diǎn)生物柴油,玉米油本身不飽濃縮過(guò)程中熱量消耗較大,適于大型企業(yè)生產(chǎn);和脂肪酸含量較高,再通過(guò)尿素絡(luò )合物進(jìn)一步降DDG工藝僅需對固液分離后的濾渣進(jìn)行千燥投資低生物柴油中飽和脂肪酸甲酯含量,可制取凝固運行費用較低。一些中小企業(yè)多采DDG工藝,點(diǎn)介于-52~-45℃的符合歐洲標準固液分離產(chǎn)生的清液是主要的廢水來(lái)源,屬無(wú)毒害(EN中國煤化工高濃度有機廢水,易生物降解,一般經(jīng)厭氧好氧生CNMHG的廢水一般通過(guò)物處理即可達標排放。在利用小麥等富含淀粉原活性污泥法生物降解大部分有機物后排放,其中厭料生產(chǎn)燃料乙醇過(guò)程中所產(chǎn)生的酒精槽,其利用途氧階段可產(chǎn)生沼氣作為燃料。由于此種廢水有機物第9期邱春生等:燃料乙醇生產(chǎn)廢棄物處理及資源化研究進(jìn)展1749含量高,營(yíng)養物質(zhì)較豐富,且一般不含對微生物有田。甘蔗制糖-乙醇聯(lián)產(chǎn)模式也是燃料乙醇生產(chǎn)常用毒害作用的物質(zhì),可考慮用做廉價(jià)的培養基。傳統的一種工藝,制糖過(guò)程中產(chǎn)生的糖蜜發(fā)酵產(chǎn)乙醇是方法真菌菌體是在無(wú)菌條件下以淀粉或糖漿作為培項成熟的技術(shù),同樣,此生產(chǎn)模式也會(huì )產(chǎn)生蔗渣養基生產(chǎn)的,培養基成本較高,有機廢水可用做培和發(fā)酵廢水2-24。但蔗渣發(fā)電和廢水灌溉并不適用養真菌的替代培養基,同時(shí)去除廢水部分COD(化于所有地區,如何開(kāi)發(fā)新的技術(shù)方法對蔗渣和發(fā)酵學(xué)需氧量)1。有研究者在連續生物膜反應器內采廢水進(jìn)行更有效的利用是甘蔗燃料乙醇發(fā)展過(guò)程中用 Rhizopus microsporus(小孢根霉)在處理玉米燃要探討的問(wèn)題。料乙醇廢水同時(shí)生產(chǎn)真菌菌體,考察了操作條件如在某些尚未實(shí)現甘蔗燃料乙醇發(fā)電廠(chǎng)聯(lián)產(chǎn)的pH值、HRT(水力停留時(shí)間)等對菌體生長(cháng)和COD中小型生產(chǎn)企業(yè)或主要以甘蔗糖乙醇聯(lián)產(chǎn)形式的去除率的影響,在進(jìn)水pH值為4.0及HRT為50h地區,蔗渣直接用作燃料為制糖車(chē)間或發(fā)酵車(chē)間提時(shí),廢水COD去除率達80%,菌體產(chǎn)率達044gg供熱量,此種方法對蔗渣的能量利用率較小,一般揮發(fā)性固體,充分利用了廢水中的營(yíng)養物質(zhì),且在還會(huì )有5%~25%的剩余,剩余蔗渣的有效利用此操作條件下,細菌的生長(cháng)受到抑制,真菌菌體蛋問(wèn)題需得到解決。蔗渣與一般木質(zhì)纖維素原料成分白含量超過(guò)40%,可作為牲畜飼料或用來(lái)生產(chǎn)其相似,富含纖維素和半纖維素,是一種非常有潛力它產(chǎn)品20,但由于此過(guò)程不是在無(wú)菌條件下進(jìn)行。的纖維素質(zhì)燃料乙醇生產(chǎn)原料。 Laser等進(jìn)行了如何在大規模工業(yè)化中控制操作條件抑制其它細高溫液態(tài)水和蒸汽預處理甘蔗渣生產(chǎn)燃料乙醇的研菌生長(cháng)從而實(shí)現真菌的純培養問(wèn)題有待解決,而究,考察了不同處理條件對木聚糖回收率及同步糖且工藝出水COD濃度仍較高,需經(jīng)進(jìn)一步厭氧或化發(fā)酵的影響,結果表明,在最優(yōu)條件下,高溫液好氧處理態(tài)水處理效果較好,木聚糖回收率及同步糖化發(fā)酵淀粉類(lèi)原料燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展比較成熟,產(chǎn)業(yè)轉化率均高于909%; Martin等2首次利用經(jīng)基因重鏈也比較完整,隨著(zhù)此類(lèi)原料構成成分和價(jià)值屬性組的可代謝木糖的 Saccharomyces cerevisiae科學(xué)認識的提高及加工技術(shù)的進(jìn)步,燃料乙醇副產(chǎn)TMB300發(fā)酵甘蔗渣酶水解產(chǎn)物生產(chǎn)燃料乙醇,同品從單純的飼料用途趨向于綜合化開(kāi)發(fā)利用,從而時(shí)考察了多酚氧化酶和石灰預處理對蒸汽爆破預處進(jìn)一步提高產(chǎn)業(yè)效益,充分利用資源理過(guò)程中產(chǎn)生的酚類(lèi)化合物、乙酸、糠醛等發(fā)酵抑12糖類(lèi)原料制物的去除效果。 Cheng等8和 Chandel等研糖類(lèi)原料包括甘蔗、甜菜等糖料作物,甘蔗是究了不同處理方法對蔗渣預處理過(guò)程中產(chǎn)生的發(fā)酵此類(lèi)原料的代表。甘蔗適合在熱帶及亞熱帶種植,抑制物如呋喃、酚類(lèi)化合物、有機酸及糠醛等去除由于其具有碳四光合途徑,光合效率很高,是一種效果的影響,包括過(guò)量石灰處理、活性炭處理、電含髙生物量、高可發(fā)酵糖量的作物2,是用來(lái)生產(chǎn)滲析法處理、陰離子交換樹(shù)脂處理及漆酶處理,酸糖或乙醇的理想原料,而且甘蔗制糖工業(yè)產(chǎn)生的大預處理耦合電滲析處理方法效果顯著(zhù),可將水解液量糖蜜也可以用來(lái)發(fā)酵產(chǎn)燃料乙醇。還原糖濃度從28g/L提高到63.5g/L,同時(shí)硫酸用巴西是世界上最大的甘蔗燃料乙醇生產(chǎn)國和量可減少到0056g甘蔗渣,最終乙醇產(chǎn)率達034出口國其種植的甘蔗一半用來(lái)生產(chǎn)燃料乙醇,20090gg糖。 Doran等將 Zymomonas mobili中編碼產(chǎn)年產(chǎn)量達到220億升,其甘蔗燃料乙醇生產(chǎn)工藝及乙醇代謝途徑的關(guān)鍵基因導入到 Klebsiella oxytoca廢棄物綜合利用處理技術(shù)比較成熟,生產(chǎn)工藝主要P2中,經(jīng)同步糖化發(fā)酵,乙醇產(chǎn)率可達到理論值的廢棄物為蔗渣及乙醇蒸餾后的發(fā)酵廢水。在巴西,70%。雖然近年來(lái)蔗渣制燃料乙醇技術(shù)得到大力發(fā)蔗渣幾乎全部用來(lái)燃燒發(fā)電,少部分用來(lái)造紙或其展,但仍存在纖維素水解酶成本較高及水解液中六它用途,一般的大型乙醇廠(chǎng)都配套建設有發(fā)電廠(chǎng),碳糖和五糖艸伊謝高效秈田的問(wèn)題,大規模工業(yè)電力除用做乙醇生產(chǎn)過(guò)程中動(dòng)力和熱量消耗外,還化應中國煤化工有一部分可以輸入電網(wǎng)供民用,這部分電量占到巴CNMHG水屬無(wú)毒高濃度西國內總消耗電量的15%;發(fā)酵廢水經(jīng)沉淀,上清有機廢水,在部分地區,此類(lèi)廢水先經(jīng)固液分離,液直接用來(lái)灌溉農田,沉淀物則作為肥料施用于農清液經(jīng)稀釋用做灌溉農田,濾渣經(jīng)處理后作為肥料?；みM(jìn)展2010年第29卷在對廢水排放標準控制比較嚴格的地區,此類(lèi)廢水催化熱分解反應被用于處理糖蜜酒精廢水,反應在般通過(guò)生物法進(jìn)行處理,廢水先經(jīng)厭氧處理除去100~140℃及CuO的催化下進(jìn)行,去除廢水COD大部分的COD,同時(shí)可收集產(chǎn)生的沼氣作為燃料,的同時(shí)可回收大部分能源,反應后部分有機物轉化厭氧出水冉經(jīng)好氧及深度處理達標排放。研究主要為不溶物沉淀析出,廢水COD去除率可達60%,集中在開(kāi)發(fā)高效經(jīng)濟的處理方法及反應器、能源回反應后產(chǎn)生的固體沉淀物碳氫比為1:1.08,發(fā)熱量收和廢水深度脫色處理方面為2177MJ/kg,可加工作為燃料。氫作為非常有UASB(升流式厭氧污泥床)、EGSB(厭氧膨潛力的一種清潔能源,可通過(guò)生物質(zhì)厭氧發(fā)酵制取,脹顆粒污泥床)、AF(厭氧生物濾池)及AFR(厭燃料乙醇發(fā)酵廢水可作為廉價(jià)的培養基通過(guò)微生物氧流化床)等高速厭氧反應器已成功應用于酒精降解制取氫氣。Guo等在EGSB(顆粒污泥膨脹發(fā)酵廢水處理中832,厭氧好氧處理技術(shù)相對床)反應器中進(jìn)行了混合菌群降解糖蜜酒精廢水產(chǎn)比較成熟,但經(jīng)厭氧好氧處理后的廢水COD濃氫的研究,反應器接種污泥為廢水水解酸化預處理度及色度仍然較高,乙醇蒸餾過(guò)程中產(chǎn)生的難反應器中的活性污泥及城市污水管道淤積污泥的混降解的蛋白黑素是造成出水色度高的主要原因,合物,反應器溫度控制在35℃,結果顯示乙醇型真菌或細菌生物處理可有效去除廢水的色度3-3。發(fā)酵常常伴隨著(zhù)較高的產(chǎn)氫率,最高達316mmol然 )apiboon等研究了在SBR(序批式活性污 H/gvSS(揮發(fā)性固體),反應器有機負荷也在運泥法)系統中產(chǎn)乙酸菌對糖蜜酒精廢水中蛋白黑素行60天后達到120 kg COD(m2d),在處理廢水的的吸附作用,吸附色素后的菌體可通過(guò)01mo的同時(shí)得到氫氣作為副產(chǎn)品。對廢水進(jìn)行處理的同時(shí)NaOH溶液洗滌脫附,該方法可快速吸附去除大分利用其中的有機質(zhì)回收能源是廢水資源化的研究方子蛋白黑素。 Ghosh等研究了 Pseudomonas putida向,但經(jīng)此過(guò)程處理后出水cOD等指標仍較高對蛋白黑素的生物降解作用,發(fā)現補加葡萄糖、乳需經(jīng)進(jìn)一步處理才能達標排放糖或乳清作為碳源時(shí)可提高菌體對蛋白黑素的去除甘蔗燃料乙醇產(chǎn)業(yè)在巴西、印度、我國南部及效果,且補加乳糖或乳清時(shí),此方法在經(jīng)濟上有一其它一些發(fā)展中國家還有很大的發(fā)展空間4,對其定可行性。 Tondee等分離得到一株 Lactobacillus生產(chǎn)廢棄物的處理及資源化利用的研究可提高原料plantarum,該菌株在厭氧條件下對小分子的蛋白黑利用效率,提升產(chǎn)業(yè)環(huán)境友好性和經(jīng)濟性,將研究素表示出很強的降解效果,在最優(yōu)條件下處理經(jīng)厭成果進(jìn)行規?；?、產(chǎn)業(yè)化實(shí)施是現階段亟待解決的氧消化的糖蜜酒精廢水,出水色度去除率達766%,問(wèn)題。同時(shí)此菌株的優(yōu)勢在于不需通氣供氧,可應用于廢水厭氧生物處理步驟,降低動(dòng)力消耗。由于現階段2非糧原料燃料乙醇生產(chǎn)廢棄物處對蛋白黑素的性質(zhì)及其在厭氧階段的結構轉變缺乏理及資源化利用足夠的認識,生物脫色研究現階段僅限于實(shí)驗室規模,隨著(zhù)方法技術(shù)的改進(jìn),生物脫色法具有非常大隨著(zhù)世界人口不斷增加,大量使用傳統淀粉基的應用潛力。另外,電凝聚技術(shù)也被用于經(jīng)厭氧原料如玉米、小麥及谷物生產(chǎn)燃料乙醇會(huì )減少糧食好氧處理后廢水的脫色研究, Thakur等圍8在間歇供應,造成潛在的糧食危機,原料問(wèn)題會(huì )成為制約EC(電凝聚)反應器中進(jìn)行了高色度廢水的脫色燃料乙醇產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。非糧原料生產(chǎn)燃研究,在廢水pH值為675、電流密度14675Am2、料乙醇是世界范圍內燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。木凝聚時(shí)間130min的條件下,廢水COD及色度去薯和甜高粱是新興的非糧燃料乙醇原料,作物耐貧除率分別達615%和984%,凝聚產(chǎn)生的廢渣可用瘠、光合效率高、單位產(chǎn)量高,相比其它原料具有做燃料,但此方法需消耗大量電能,經(jīng)濟性有待較高的能效轉化率和經(jīng)濟效益,生產(chǎn)工藝可借鑒成考察。熟的凵中國煤化工被認為是近期最在燃料乙酶有機廢水能源回收利用方面,現階有LCNMHG已有多條工業(yè)示段處理技術(shù)一般僅限于厭氧階段降解有機物回收沼范裝置建具及廈水及廢渣處理方式氣,一些研究者探討了其它形式的能源回收途徑。也可借鑒現有技術(shù)方法,但對其發(fā)酵廢水及廢棄物第9期邱春生等:燃料乙醇生產(chǎn)廢棄物處理及資源化研究進(jìn)展1751·的資源化綜合利用方法還需進(jìn)一步研究完善。木質(zhì)污泥濃度條件下,以沼氣形式回收了大部分能源纖維素是來(lái)源最豐富、最廉價(jià)的可再生能源,被認廢水TCOD去除率達85.1%,出水SS降至24gL,為是最有發(fā)展潛力的燃料乙醇原料來(lái)源,其生產(chǎn)過(guò)可采用高速厭氧反應器UASB進(jìn)行二級處理。另外,程中也會(huì )產(chǎn)生大量的廢水廢渣,隨著(zhù)木質(zhì)纖維素燃些學(xué)者對經(jīng)厭氧處理后出水達標排放問(wèn)題也進(jìn)行料乙醇研究及工業(yè)化進(jìn)程的快速發(fā)展,其廢棄物資了大量研究,提出了多種解決方案,如SBR活性炭源化利用也是亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。吸附工藝、O3氧化曝氣生物濾池耦合工藝等,經(jīng)21木薯處理后出水均達到排放標準2-5。木薯燃料乙醇生產(chǎn)步驟主要包括原料粉碎處綜上所述,隨著(zhù)木薯燃料乙醇工業(yè)化發(fā)展,生理、蒸煮、糖化、發(fā)酵和乙醇蒸餾,生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)物技術(shù)與方法將成為解決其廢棄物處理及資源化利生的廢棄物主要是蒸餾乙醇后的高固含率廢水。在用的最有潛力的手段。以往小規模生產(chǎn)中,廢棄物處理利用方法比較簡(jiǎn)單,2,2甜高粱廢水先經(jīng)周液分離,清液經(jīng)厭氧處理去除大部分甜高粱燃料乙醇生產(chǎn)方法主要包括汁液發(fā)酵COD后灌溉農田;濾渣富含淀粉、糖類(lèi)及少量纖維和固態(tài)發(fā)酵兩種。甜高粱汁液含有大量蔗糖、葡萄素、半纖維素,可通過(guò)添加菌體和纖維素酶,經(jīng)厭糖及果糖等,可直接用做發(fā)酵產(chǎn)乙醇,與甘蔗榨汁氧青貯、好氧發(fā)酵等處理步驟后,提髙酒糟蛋白含生產(chǎn)燃料乙醇方法類(lèi)似,工藝比較成熟,過(guò)程主要量,作為飼料;酒糟可用做主要原料與棉籽殼、木產(chǎn)生甜高粱渣及發(fā)酵廢水等廢棄物;固態(tài)發(fā)酵一般屑等混合培養食用菌類(lèi),另外,木薯酒糟也可通過(guò)采用甜高粱莖稈粉碎后添加纖維素酶及酵母糖化發(fā)生物轉化或化學(xué)方法生產(chǎn)有機酸、香料、醇類(lèi)等產(chǎn)酵的方法,同時(shí)利用莖稈中的糖分及纖維素質(zhì)成分,46-48產(chǎn)生的廢棄物主要為發(fā)酵液蒸餾乙醇后的酒糟殘但這些處理利用方法對污染物去除不徹底,還液5。但固態(tài)發(fā)酵方法存在木質(zhì)纖維素轉化為乙會(huì )產(chǎn)生二次污染物,不適用于現代大規模非糧燃料醇的過(guò)程,纖維素利用率低及酶成本過(guò)高制約了固乙醇生產(chǎn)“無(wú)污染、低能耗”的發(fā)展趨勢。研究發(fā)態(tài)發(fā)酵的發(fā)展。甜高粱汁液發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇在近現廢水中不溶物主要為粗纖維、纖維素、半纖維素期工業(yè)化前景較好,要大力發(fā)展甜高粱燃料乙醇產(chǎn)等物質(zhì),理論上可生物降解,隨著(zhù)厭氧技術(shù)的進(jìn)步,業(yè),必須解決甜高粱渣及發(fā)酵廢水處理和利用問(wèn)題近年來(lái)研究集中在木薯乙醇生產(chǎn)廢水全糟厭氧發(fā)酵甜高粱渣的利用可借鑒甘蔗燃料乙醇原料綜產(chǎn)氫、產(chǎn)甲烷資源化利用及廢水后繼深度處理方面。合利用方式,作為燃料、造紙原料、飼料等,但不乙醇蒸餾后廢水出水溫度較高,采用常規厭氧處理同于巴西甘蔗燃料乙醇產(chǎn)業(yè):甜高粱原料需集中收需先冷卻,處理費用較高。鄒中海等研究了髙溫獲,運輸儲藏成本較髙,不適于大規模集中生產(chǎn)條件下以木薯酒精廢水厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的可行性,通廢棄物資源化利用方式需因地制宜,開(kāi)發(fā)多途徑綜過(guò)間歇實(shí)驗發(fā)現在60℃條件下發(fā)酵產(chǎn)氫積累量最合利用模式高,為丁酸型發(fā)酵,而高于70℃時(shí)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫甜高粱渣可作為熱裂解制取生物油的原料,吳則完全受抑制。Lu等S迸進(jìn)行了木薯燃料乙醇廢漢靚等在流化床反應器上以甜高粱渣為原料進(jìn)水高溫產(chǎn)氫及全糟厭氧發(fā)酵研究,在間歇反應器中行了快速熱裂解試驗,在常壓及500℃條件下,生考察了接種污泥預處理對其高溫(70℃)產(chǎn)氫性能物油產(chǎn)率達57%。甜高粱渣也可作為纖維素質(zhì)原料的影響,并進(jìn)行了連續產(chǎn)氫實(shí)驗,在間歇實(shí)驗中接生產(chǎn)燃料乙醇, Dogaris等進(jìn)行了高溫水預處理種污泥預處理可提高其產(chǎn)氫效率,但在連續實(shí)驗中甜高粱渣的研究,并采用 Fusarium oxysporum和污泥預處理對其高溫下產(chǎn)氫效果幾乎沒(méi)有影響,最 Neurospora crassa產(chǎn)生的纖維素酶和半纖維素酶高氫氣產(chǎn)率達52.9 mL/gVSS:同時(shí)研究者在A(yíng)BR對預處理后的原料進(jìn)行水解糖化處理,水解液葡萄厭氧序批式反應器)中進(jìn)行了廢水全糟厭氧消化糖含中國煤化工經(jīng)預處理提高了實(shí)驗,進(jìn)水TCOD及SS分別為40~70g和30~15%CNMHG及甲酸等發(fā)酵抑45gL,考察了不同HT及反應器污泥濃度對廢水制物也維持在較低水平,適宜后繼發(fā)酵生產(chǎn)乙醇TCOD去除率及出水Ss的影響,在HRT5天及低Li等研究了利用甜高粱渣生產(chǎn)燃料乙醇的方法,1752·化工進(jìn)展2010年第29卷原料經(jīng)AFEX(氨纖維爆破)預處理后,再經(jīng)纖維廢棄物的處理利用。主要包括以下幾個(gè)方面:厭氧素酶和木聚糖酶催化水解成富含葡萄糖和木糖的水發(fā)酵有機廢水產(chǎn)沼氣;五碳糖純化回收;五碳糖生解液,水解液不經(jīng)固液分離和滅菌,直接接種經(jīng)活物轉化制取氫氣及其它形式清潔能源;木質(zhì)素生物化的 Saccharomyces cerevisiae424A( LNH-ST)對降解等66。這些研究多為實(shí)驗室小試研究,其廢水解液進(jìn)行發(fā)酵,最優(yōu)條件下,發(fā)酵液乙醇濃度達棄物處理尚存在著(zhù)處理成本、放大技術(shù)、工業(yè)化可42.3g,但菌種對木糖的代謝能力有待進(jìn)一步提行性及工程開(kāi)發(fā)等諸多要解決的問(wèn)題,隨著(zhù)纖維素高,且預處理方法溫度和壓強較高,大量處理纖維燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,纖維素原料制燃料乙醇廢棄素質(zhì)原料時(shí)投資較大,酶催化水解成本較高也是一物資源化利用必將成為熱門(mén)研究方向。個(gè)制約因素。同纖維素質(zhì)燃料乙醇類(lèi)似,甜高粱渣3結語(yǔ)用作燃料乙醇原料有賴(lài)于木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料乙醇技術(shù)的進(jìn)步。綜上所述,隨著(zhù)人們對生物質(zhì)能源需求的增目前尚無(wú)專(zhuān)門(mén)針對甜高粱燃料乙醇廢水處理加,尤其是在資源日益短缺、環(huán)境問(wèn)題日益尖銳的研究的報道,根據生產(chǎn)工藝不同,甜高粱燃料乙醇情況下,開(kāi)發(fā)燃料乙醇新能源過(guò)程中產(chǎn)生的廢弁物發(fā)酵廢水主要含有末降解的糖類(lèi)、來(lái)自莖稈的纖維處理問(wèn)題需得到重視,不僅要考慮廢棄物無(wú)害化處素和半纖維素及發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生的各種代謝物等,可理,更重要的是在無(wú)害化處理的同時(shí)從廢棄物中回生化性好,可以采用現行的厭氧發(fā)酵制氫、厭氧發(fā)收有用的物質(zhì)和能源,生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品,對廢酵降解產(chǎn)沼氣進(jìn)行能源回收后再經(jīng)好氧生物處理和棄物實(shí)現高效的資源化綜合利用。燃料乙醇產(chǎn)業(yè)深度處理達標排放實(shí)現“無(wú)污染、零能耗”是一個(gè)重要的技術(shù)發(fā)展23木質(zhì)纖維素類(lèi)方向,廢棄物處理及資源化利用技術(shù)的研究對推木質(zhì)纖維素是生產(chǎn)燃料乙醇來(lái)源最豐富、最廉動(dòng)生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展有重要意義,是提高價(jià)的原料,最具發(fā)展潛力。木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)燃燃料乙醇產(chǎn)業(yè)綜合效益、形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈的重料乙醇一般包括以下步驟:①預處理,主要處理方要技術(shù)基礎法有機械粉碎、高溫處理、稀酸處理、堿處理、蒸參考文獻汽爆破、氨纖維爆破、氨浸及生物處理等,目的是破壞木質(zhì)纖維素結構,降低纖維素的結晶度,提高0WlmA, Rosillo-Calle F.DmnP.ca, Perspectivesonfuelonsumption and trade []. Biomass and Bioenen酶解效率;②酶水解糖化,向預處理后的原料中添加纖維素酶和半纖維素酶、水解纖維素及半纖維素,21 Demirbas A. The importance of bioethanol and biodiesel from產(chǎn)生可供發(fā)酵的糖類(lèi);③水解液發(fā)酵,經(jīng)微生物發(fā)biomass []. Energy Sources: Part B: Economics Planning and酵水解液生產(chǎn)乙醇,有的工藝采用同步糖化發(fā)酵的Policy,2008,3(2):171-185方法:④蒸餾或精餾,從發(fā)酵液中提純乙醇ω。因衰振凇,羅文,呂鵬梅,等,生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)現狀及發(fā)展前景化工進(jìn)展,2009,28(10):1687-1692從生產(chǎn)過(guò)程分析,木質(zhì)纖維素原料燃料乙醇生[4] Balat M, Balat H. Recent trends in global production and utilization產(chǎn)產(chǎn)生的廢棄物主要包括:原料中大量存在的在后of bio-ethanol fuel [J] Applied Energy, 2009, 86(11): 2273-2282繼過(guò)程中無(wú)法降解的木質(zhì)素;預處理及酶水解過(guò)程[5] Sanchez oJ, Cardona A. Trends in biote中未充分降解的纖維素、半纖維素;發(fā)酵過(guò)程中未fuel ethanol from different feedstocks [] Bioresource Technology利用的葡萄糖、木糖、阿拉伯糖等糖類(lèi)化合物;某2008,99(13):52705295[6] Lavigne A, Powers S E. Evaluating fuel ethanol feedstocks from些預處理方式產(chǎn)生的有機酸、糠醛等副產(chǎn)物;乙醇energy policy perspective: A comparative energy assent of con發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的除乙醇外其它代謝物終產(chǎn)物,如and com stover [J]. Energy Policy, 2007, 35: 5918-5930揮發(fā)性脂肪酸、微生物自身合成的細胞組分等纖維素牛產(chǎn)燃料乙醇的研究現狀門(mén).化工進(jìn)展,由于木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料乙醇實(shí)現大規模工中國煤化工業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題還沒(méi)得到解決,目前針對木質(zhì)CNMHG勢及對中國的借鑒世纖維素燃料乙醇生產(chǎn)廢棄物的處理利用的報道還很[9] Saunders J A, Rosentrater K A. Survey of US fuel ethanol plants少,但近年來(lái)一些研究成果可用于纖維素燃料乙醇[] Bioresoure Technology, 2009, 100(13): 3277-32849期邱春生等:燃料乙醇生產(chǎn)廢棄物處理及資源化研究進(jìn)展10徐洪斌,吳連成,李小利,等.酒精生產(chǎn)企業(yè)廢水處理工藝的評價(jià)與優(yōu)化門(mén).中國給水排水,2008,24(10):25-28.[27] Martin C, Galbe M, Wahlbom C F, et al. Ethanol production from[ll] Ortin WGN, Yu PQ. Nutrient variation and availability of wheatenzymatic hydrolysates of sugarcane bagasse using recombinantDDGS, com DDGS and blend DDGS from bioethanol plantsxylose-utilising Saccharomyces cerevisiae []. Enzyme and Microbial[] Joumal of the Science of Food and Agricunure, 2009, 89(10)Technology,2002,31(3):2742827541761[28] Cheng KK, Ge J P, Zhang J A, et al. Fermentation of pretreated12】]皇甫亞柱,李景林,夏守嶺,等.小麥原料酒精及DDGs生產(chǎn)工探討釀酒科:5455Pachysolen tannophilus U]. Biotechnology Letters, 2007, 29(7):[13] Wu F, Munkvold GP. Mycotoxins in ethanol co-products: Modelingeconomic impacts on the livestock industry and management [29] Chandel A K, Kapoor R K, Singh A, et al. Detoxification of sugarcanestrategies U]. Joumal of Agricultural and Food Chemistry, 2008bagasse hydrolysate improves ethanol production by Candida56(11):39003911shehatae NCIM 3501 U]. Bioresource Technology, 2007, 98(10)[14] Saunders JA, Rosentrater K A. Properties of solvent extracted low-oilm distillers dried grains with solubles P]. Biomass and Bioenergy, [30] Cheng KK, Ca B Y, ZhangJA, e al. Sugarcane bagasse09,33(10):1486-149015] Xu W, Reddy N, Yang Y. An acidic method of zein extraction fromprocess P]. Biochemical Engineering Journal, 2008, 38(1)DDGS []. Joumal of Agricultral and Food Chemistry, 2007, 55(15):62796284[31] Doran J B, Aldrich H C, Ingram L O. Saccharification and16] Xu w, Reddy N, Yang Y Q. Extraction, characterization and pfermentation of Sugar Cane bagasse by Klebsiella oxytoca P2applications of cellulose in com kernel and Distillersdried grainswith solubles(DDGS)U]. Carbohydrate Polymers, 2009, 76(4):mobilis ethanol pathway U]. Biotechnology and Bioengineering521-527[17] Noureddini H, Bandlamudi SRP. Guthrie EA. A Novel method for [32]P K, Batra V S, Balakrishnan M. Water managementthe production of biodiesel from the whole stillage-cxtractoilinitiatives in sugarcane molasses based distilleries in India[]. Journal of the American Oil Chemists Society, 2009, 86(1)3] Naik N M, Jagadeesh K S, Alagawadi AR. Microbial decolorization[18] BiYL, Ding DY, Wang D H. Low-melting-point biodiesel derivedof spentwash: A review []. Indian Journal of Microbiology, 2008om com oil via urea complexation U]. Bioresource Technology,48(1):41-482010,101(4):1220122634] Satyawali Y, Balakrishnan M. Wastewater treatment in molasses-[191 Krzywonos M, Cibis E, Miskiewicz T, et al. Utilbased alcohol distilleries for COD and color removal: A reviewElectronicJoumalofBiotechnology,[2009-01-15].bttp://www.[35)sirianunTapiboonS.PrasertsongK.Treatmentofmolasseswastewaterejbiotechnology. cl/content/vol12/issue/full/S/index. htmlby acetogenic bacteria BP103 in sequencing batch[20]Jasti N, Rasmussen M L, Khanal S K, et al. Influence of selectedsystem []. Bioresource Technology, 2008, 99(6): 1806-1815operating parameters on fungal biomass production in com-ethanol (36) Ghosh M, Ganguli A, Tripathi A K. Decolorization of anaerobicallwastewater []. Joumal of Environmental Engineering: ASCE, 2009digested molasses spent wash by Pseudomonas Putida [] Applied35(11):1106114Biochemistry and Microbiology, 2009, 45(1): 68-7321]陳如凱甘蔗燃料乙醇及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景門(mén)中國經(jīng)濟與管理科[37] Tondee T, Sirianuntapiboon S. Decolorization of molasses wastewater學(xué),2009(3):2023by Lactobacillus plantarum No. PV71-186I[]. Bioresource Technology[22] Matsuoka S, Ferro J, Amuda P. The Brazilian experience of sugar2008,99(14):62586265ethanol industry []. In Vitro Cellular and Developmental Biology[38]Thakur C, Srivastava V C, Mall I D. Electrochemical treatment of aPlan,2009,45(3):372-381distillery wastewater: Parametric and residue disposal stu[23] Pacca S, Moreira JR. Historical carbon budget of the brazilia[]. Chemical Engineering JournaL, 2009, 148(2-3)1 496-505ethanol program[]. Energy Policy, 2009, 37(11): 4863-4873[39] Chaudhari PK, MishraI M, Chand S. Effluent treatment for alohol24] Scaramucci J A, Perin C, Pulino P, et al. Energy frorbagasse under electricity rationing in Brazil: A computaldistillery: Catalytic thermal pretreatment(catalytic thermolysis withenergy recovery []. Chemical Engineering Journal, 2008, 136(1):equilibrium model U]. Energy Policy, 2006, 34(9)[25] Kadam K L. Environmental benefits on a life cycle basis of using中國煤化工 drogen production frombagasse-derived ethanol as a gasoline oxygenate in India ] Energy40gPolicy,2002,30(5):371-384.N MHGeXpEnonan Joumal of Hydrogen Energy[26] Laser M, Schulman D, Allen S G, et al. A comparision of liquid hot2008,3(19):4981-4988bagasse forbioconversion to ethanol (]. Bioresource Technology, 2002. 81(1);(下轉第1766頁(yè))化工進(jìn)展2010年第29卷24] Ond t, Kaliaguine S Large-pore mesoporous materials with semi-Am. Chem,Soc,1998,120:6046036crystalline zeolitic frameworks(). Angew. Chem. Int. Ed, 2001, 40: [27] Janssen A H, Yang CM, Wang Y, et al. Localization of small metal32483251(oxide) particles in SBA-15 using bright-field electron tomography[25] Han Y, Wu S, Sun YY, Li D S, et al. Hydrothermally stable ordered門(mén). Phys. Chem. B,2003,107:10552.10556[28]Christoforou S C, Efthimiadis E A, Vasalos I A. Sulfidation of mixedcopolymer and preformed aluminosilicate precursors in stronglyng. Chem. Res.1995,34:83-93.[26] Zhao Y, Huo Q S, Feng J L, et al. Nonionic triblock and sta129 Davidson JM, Lawrie CH, Sohail K Kinetics of the absorption ofdiblock copolymer and oligomeric surfactant syntheses of highlybydrogen sulfide by high purity and doped high surface area zirordered, hydrothermally stable, mesoporous silica structures []. J.oxide [J]. Ind. Eng. Chem. Res, 1995, 34: 2981-2989.公②必(上接第1753頁(yè))41]徐欣,陳如凱.我國甘蔗燃料乙醇的生產(chǎn)潛力、面臨的問(wèn)題與對策U.農業(yè)工程技術(shù):新能源產(chǎn)業(yè),200(5):1418.2009,100(18):417641842]張敏華,呂惠生.我國非糧燃料∠醇生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展門(mén)酸消科技551 Yu J L, Zhang X, Tan TT. Ethanol production by solid state2008(9);91-95fermentation of sweet143]張智謀,侯霖,張俊波,等,非糧乙醇產(chǎn)業(yè)化現狀及展望門(mén)釀U]. Fuel Processing Technology, 2008, 89(11): 1056-1059酒科技,2009(5);9498.56]李冀新,武冬梅,王吉亮,等甜高粱制燃料乙醇的主要問(wèn)題及[44] Yu S R, Tao J. Life cycle simulation-based economic and risk解決方法].新疆農妹科技,200(4):6870assessment of biomassbased fuel ethanol(BF) projects in57吳漢靚,劉榮厚,鄧春健.甜高粱莖稈殘渣熱裂解過(guò)程及其生物different feedstock planting areas[]. Energy, 2008, 33(3): 375-384油成分分析門(mén),農機化研究,200(8):205-208[45] Nguyen TLT, Gheewala S H, BonnetS. Life cycle cost analysis of [58] Dogaris I, Karapati S, Mamma D, et al. Hydrothermal processing andfuel ethanol produced from cassava in Thailand]. internationalenzymatic hydrolysis of sorghum bagasse for fermentableJournal of Life Cycle Assessment, 2008, 13 (7): 564-573carbohydrates production U]. Bioresource Technology, 2009, 100[46]夏其偉,田陽(yáng),成國祥,利用木薯酒精糟生產(chǎn)生物飼料的方法資(24):65436549源開(kāi)發(fā)利用:飼料研究,2005(7):2426[59] LiB Z, Balan V, Yuan Y J, et al. Process optimization to convert47]韋仕巖吳國平木薯酒精渣栽培評估姬菇、茶樹(shù)菇的試驗U食forage and sweet sorghum bagasse to ethanol based on ammonia fiber用菌,2007(4):31-32.expansion (AFEX) pretreatment []. Bioresource Technology[48] Pandey A, Soccol CR, Nigam P, et al. Biotechnological potential2010,101(4):1285-1292.of agro-industrial residues. I: Cassava bagasse[]. Bioresource[60] Eggeman T, lander rT. Process and economic analysis of preteatmentTechnology,2000,74(1):81-87technologies(). Bioresource Technology, 2005, 96(18): 2019-2025.49]鄒中海,羅剛,謝麗,等.木薯灑精廢水高溫厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫研究161]奚立民,曹樹(shù)勇,柯中爐,木質(zhì)纖維素類(lèi)生物質(zhì)制備燃料乙醇的門(mén).環(huán)境污染與防治,200,31(7):3943.微生物研究進(jìn)展口.化工進(jìn)展,2009,28(m1):200-20085LaoG,xieL, Zou ZH,etl. Evaluation of pretreatment methods[62]金慧,王黎春杜風(fēng)光,等.木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)燃料乙醇預處理技術(shù)研究進(jìn)展門(mén)釀酒科技,2009(7):9598.biohydrogen production from cassava stillage). Bioresource [63] Kaparaju P, SeM, Thomsen a B, et al. BicTechnology,2010,101(3):959964nd biogas production from wheat straw in a biorefinery concept[Sl] Luo G, Xie L, Zhou Q. Enhanced treatment efficiency of an anaerobicU). Bioresource Technology, 2009, 100(9): 2562-2568sequencing batch reactor (ASBR) for cassava stillage with hip164]Kongjan P, Min B, Angelidaki I. Biohydrogen production fromsolids content[]. Joumal of Bioscience and Bioengineering, 2009xylose at extreme thermophilic temperatures (70 t) by mixed107(6):641-645culture fermentation[]] Water Research, 2009, 43(5): 1414-14242)張柯,陳建軍,陶冠紅,木薯酒精廢水的深度處理研究門(mén)工業(yè)16李翔字,顏涌捷,張素平生物質(zhì)水解發(fā)醇廢液中五碳精的凈化水處理,2009(8):4244.和回收門(mén).華東理工大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2006,32(12)153]冼萍,鄧清華,張萍,等.木薯汭精廢液的達標處理研究工432-1448業(yè)用水與廢水,2006,37(6)2022.白腐菌在木質(zhì)纖維素降解中的應用進(jìn)展森中國煤化工[54] Laopaiboon L, Nuanpeng S, Srinophakun P, et al. Ethanol productionfrom sweet sorghum juice using very high gravity technology: EffectsTHCNMHG