第11章-发酵工业废物、废水处理和资源化技术ppt课件.ppt

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1、我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物发酵工程发酵工程第一章第一章 发酵工程总论发酵工程总论第二章第二章 发酵设备发酵设备第三章第三章 发酵工业原料及其处理发酵工业原料及其处理第四章第四章 发酵灭菌与无菌空气制备发酵灭菌与无菌空气制备第五章第五章 发酵菌种的制备发酵菌种的制备第六章第六章 发酵工业放大发酵工业放大第第七七章章 微生物发酵机制微生物发酵机制第八章第八章 发酵动力学发酵动力学第第九九章章 发酵过程工艺控制发酵过程工艺控制第第十十章章 发酵染菌及防治发酵染菌及防治第第十一十一章章 发酵工

2、业废物、废水处理和资源化技术发酵工业废物、废水处理和资源化技术第十二章第十二章 展望展望我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节第一节 发酵工业废物资源化工程的发酵工业废物资源化工程的现状和特点现状和特点第二节第二节 发酵工业废水好氧生物处理发酵工业废水好氧生物处理第三节第三节 发酵工业废水厌氧生物处理发酵工业废水厌氧生物处理第十一章第十一章 发酵工业废物、废水处理发酵工业废物、废水处理和资源化技术和资源化技术我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我

3、也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节第一节 发酵工业废物资源化发酵工业废物资源化工程的现状和特点工程的现状和特点一、发酵废物排放标准一、发酵废物排放标准二、发酵废物生产单细胞蛋白二、发酵废物生产单细胞蛋白三、发酵纤维质废物生产酒精三、发酵纤维质废物生产酒精四、其他生物能源开发四、其他生物能源开发五、发酵废物资源化与生态农业五、发酵废物资源化与生态农业我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 自自2020世纪世纪6060年代中期以后环境保护日益受到重视，污年代中期以后环境保护日益

4、受到重视，污染治理技术迅速发展。染治理技术迅速发展。 固体废物和废水的无害化处理固体废物和废水的无害化处理是将干扰废物通过工程是将干扰废物通过工程处理，达到不损害人体健康，不污染周围自然环境处理，达到不损害人体健康，不污染周围自然环境( (包括原包括原生环境与次生环境生环境与次生环境) )的程度。我国废弃物和废水的控制与处的程度。我国废弃物和废水的控制与处理的发展趋势和世界各国一样正在从理的发展趋势和世界各国一样正在从“无害化无害化”、“减量减量化化”向着向着“资源化资源化”发展。发展。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测

5、没有错：表里边有一个活的生物 发酵工业所涉及的范围很广，包括酒类、酒精、发酵工业所涉及的范围很广，包括酒类、酒精、氨基酸、有机酸、酵母、酶制剂、酱油、淀粉和淀粉氨基酸、有机酸、酵母、酶制剂、酱油、淀粉和淀粉糖、抗生素和生理活性物质等。糖、抗生素和生理活性物质等。发酵工业废弃物包括发酵工业废弃物包括菌体或菌丝体、原料残渣和高浓度有机废水。菌体或菌丝体、原料残渣和高浓度有机废水。 目前，发酵行业的高浓度有机废水排放量居造纸业目前，发酵行业的高浓度有机废水排放量居造纸业之后，位居第二位，对水环境危害相当大。国家对于之后，位居第二位，对水环境危害相当大。国家对于发酵工业的污水综合排放标准是参照发酵工业

6、的污水综合排放标准是参照GB8978GB8978一一19961996污水综合排放标准污水综合排放标准执行的，执行的， 一、一、发酵废物排放标准发酵废物排放标准我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物制定排放标准益处？制定排放标准益处？ 发酵工业是发酵工业是COD排放大户，制定发酵工业水污染物排放大户，制定发酵工业水污染物排放标准，可有效控制发酵工业的污染、有利于促迸发排放标准，可有效控制发酵工业的污染、有利于促迸发酵工业的技术进步，推行清洁生产技术，提高污染控制酵工业的技术进步，推行清洁生产技术，提

7、高污染控制水平，便于环保部门及行业主管部门的环境保护管理。水平，便于环保部门及行业主管部门的环境保护管理。目前针对发酵工业废水特点的行业性废水排放标准正在目前针对发酵工业废水特点的行业性废水排放标准正在制定中。制定中。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 发酵工业中的发酵工业中的柠檬酸和味精行业柠檬酸和味精行业污染最严重，污染最严重，是我国要严格控制的重点污染行业。基于此，国家是我国要严格控制的重点污染行业。基于此，国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫局单独制定环境保护总局和国家质量监督检验检

8、疫局单独制定了了柠檬酸工业污染物排放标准柠檬酸工业污染物排放标准(CB19430一一2004)和和味精工业污染物排放标准汕味精工业污染物排放标准汕GB19431一一2004)，分别适用于生产柠檬酸和味精两种产品的，分别适用于生产柠檬酸和味精两种产品的企业生产废水的排放管理。这两项标准已于企业生产废水的排放管理。这两项标准已于2004年年4月月1日正式实施，分别代替日正式实施，分别代替GB8978一一1996污水污水综合排放标准综合排放标准中柠檬酸和味精工业水污染物排放中柠檬酸和味精工业水污染物排放标准部分。标准部分。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢

9、？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 单细胞蛋白单细胞蛋白(single cell protein，SCP)，又称微生物蛋，又称微生物蛋白或菌体蛋白，是一些单细胞或具有简单构造的多细胞生物白或菌体蛋白，是一些单细胞或具有简单构造的多细胞生物菌体蛋白的统称。通过微生物把多种原料，特别是非食用和菌体蛋白的统称。通过微生物把多种原料，特别是非食用和废弃物质原料转化为蛋白质。废弃物质原料转化为蛋白质。SCP所包含的产品有饲用酵母、所包含的产品有饲用酵母、食用酵母和药用酵母三大类。食用酵母和药用酵母三大类。SCP的开发和生产为解决人类的开发和生产为解决人类食品和饲料司题开辟了新的

10、途径。以发酵废弃物为原料生产食品和饲料司题开辟了新的途径。以发酵废弃物为原料生产SCP，不仅来源广泛、生产成本低廉，而且对要求日益严格，不仅来源广泛、生产成本低廉，而且对要求日益严格的环保司题，也有着不可估量的价值。的环保司题，也有着不可估量的价值。 二、二、发酵废物生产单细胞蛋白发酵废物生产单细胞蛋白我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物1）酒槽是酿酒工业的主要废弃物，包括白酒糟、酒精糟、啤酒糖化糟和废）酒槽是酿酒工业的主要废弃物，包括白酒糟、酒精糟、啤酒糖化糟和废弃酵母泥等。这些废弃物一般干物

11、质中含粗蛋白弃酵母泥等。这些废弃物一般干物质中含粗蛋白20%30%，粗纤维，粗纤维10%20%，此外还含有纤维素、聚戊糖、脂肪、焦糖、黑色素以及丰，此外还含有纤维素、聚戊糖、脂肪、焦糖、黑色素以及丰富的富的B族维生素和生长素等物质。族维生素和生长素等物质。2）味精废液是发酵液中的谷氨酸经冷冻等电分离后的残余发酵液。该废液）味精废液是发酵液中的谷氨酸经冷冻等电分离后的残余发酵液。该废液含还原糖含还原糖0.5%、氨氮、氨氮896 mg/L、有机氮、有机氮7776 mg/L、COD51216 mg/L。3) 柠檬酸是当今世界上以发酵法生产量最大的有机酸。我国是柠檬酸生产柠檬酸是当今世界上以发酵法生产

12、量最大的有机酸。我国是柠檬酸生产大国，柠檬酸废渣是柠檬酸厂发酵液压榨废弃物，每生产大国，柠檬酸废渣是柠檬酸厂发酵液压榨废弃物，每生产1 t柠檬酸约排柠檬酸约排放放2 t左右废渣，其主要成分左右废渣，其主要成分(60烘烘45 h)为为:粗蛋白粗蛋白(干基干基)10.98%、粗、粗纤维纤维21.36%、粗脂肪、粗脂肪14.96%、无氮浸出物、无氮浸出物37.23%、粗灰分、粗灰分7.09%。 二、二、发酵废物生产单细胞蛋白发酵废物生产单细胞蛋白1 生产生产SCP的发酵废弃物的发酵废弃物甜菜、甘蔗为原料生产糖；玉米淀粉；甘蓍原料；各种制药业甜菜、甘蔗为原料生产糖；玉米淀粉；甘蓍原料；各种制药业-我吓

13、了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 世界上，世界上，SCP生产虽已工业化，但由于蛋白质常与核生产虽已工业化，但由于蛋白质常与核酸形成复合体，核酸含量高达酸形成复合体，核酸含量高达15，蛋白含量为，蛋白含量为35左右，高左右，高核酸食物对动物有害。因此，筛选优良菌种、改进核酸食物对动物有害。因此，筛选优良菌种、改进SCP生生产工艺，获得高蛋白低核酸产品成为产工艺，获得高蛋白低核酸产品成为SCP生产中备受关注生产中备受关注的热点。的热点。酵母、霉菌、细菌和藻类均可用于生产酵母、霉菌、细菌和藻类均可用于

14、生产SCP。不。不同种类微生物生产同种类微生物生产SCP，工艺和产品质量都各有优缺点。，工艺和产品质量都各有优缺点。针对不同原料具有不同适应性的微生物，针对不同原料具有不同适应性的微生物，SCP的生产必须的生产必须根据原料来筛选并确定微生物种类和菌株。根据原料来筛选并确定微生物种类和菌株。二、二、发酵废物生产单细胞蛋白发酵废物生产单细胞蛋白2 生产生产SCP的微生物的微生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物v酵母是最早用于生产酵母是最早用于生产SCP的微生物，也是目前应用最广泛的的微生物，也是

15、目前应用最广泛的菌种。酵母菌体大，易回收，核酸含量低，用作食品的历史菌种。酵母菌体大，易回收，核酸含量低，用作食品的历史长，赖氨酸含量高，能在酸性条件下生长，但酵母生长慢、长，赖氨酸含量高，能在酸性条件下生长，但酵母生长慢、蛋白质含量低蛋白质含量低(45%46%)，蛋氨酸含量较细菌低。用于生，蛋氨酸含量较细菌低。用于生产产SCP的酵母菌主要有的酵母菌主要有: 热带假丝酵母和产肮假丝酵母热带假丝酵母和产肮假丝酵母。v霉菌也是应用较多的菌种，它质地良好，便于回收，但生产霉菌也是应用较多的菌种，它质地良好，便于回收，但生产速度慢，蛋白质含量低速度慢，蛋白质含量低(20%40%)，产品不易为公众所接，

16、产品不易为公众所接受。用于生产受。用于生产SCP的霉菌主要有的霉菌主要有:扣囊拟内孢霉、白地霉和扣囊拟内孢霉、白地霉和木霉。木霉。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物v细菌蛋白质含量高细菌蛋白质含量高(50%80%)，生长速度快，其氨，生长速度快，其氨基酸组成优于豆类蛋白，且能适应环境变化，能在基酸组成优于豆类蛋白，且能适应环境变化，能在范围较厂的基质中生产，但细菌菌体较小、密度低，范围较厂的基质中生产，但细菌菌体较小、密度低，从发酵液中回收困难，菌体中核酸含量比酵母和霉从发酵液中回收困难，菌体

17、中核酸含量比酵母和霉菌高，因此作为蛋白质资源不受人们欢迎。在英国菌高，因此作为蛋白质资源不受人们欢迎。在英国已有商业化细菌已有商业化细菌SCP的生产。的生产。v藻类藻类主要缺点是细胞壁含有纤维质，以及具有浓缩主要缺点是细胞壁含有纤维质，以及具有浓缩重金属的倾向，对人体有潜在危害。重金属的倾向，对人体有潜在危害。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 目前生产目前生产SCP的工艺主要有深层发酵的工艺主要有深层发酵(submerged fermentation，SMF)、固态发酵、固态发酵(solid

18、-statek fermentation，SSF)和液固态结合发酵和液固态结合发酵三大类。三大类。1）深层发酵工艺深层发酵工艺:是利用通风控温的罐式发酵法生产是利用通风控温的罐式发酵法生产SCP。特点是机械化程。特点是机械化程度高、产品细胞数多、杂菌污染少、产品质量稳定，可在发酵过程中对度高、产品细胞数多、杂菌污染少、产品质量稳定，可在发酵过程中对温度、通风量、温度、通风量、pH、糖浓度、发酵液黏度、细胞数和杂菌污染情况等参、糖浓度、发酵液黏度、细胞数和杂菌污染情况等参数进行自动化监测和调控。但存在能耗高、设备投资大、可溶性营养物数进行自动化监测和调控。但存在能耗高、设备投资大、可溶性营养物质

19、损失多、产品效率低、发酵液中干物质含量低、后处理困难、有工业质损失多、产品效率低、发酵液中干物质含量低、后处理困难、有工业废水污染等缺陷，产品成本也高，并且其干燥工序引起活性细胞和营养废水污染等缺陷，产品成本也高，并且其干燥工序引起活性细胞和营养物质损失较严重，在生产中难以推广。物质损失较严重，在生产中难以推广。二、二、发酵废物生产单细胞蛋白发酵废物生产单细胞蛋白3 SCP的生产工艺的生产工艺我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2）固态发酵工艺）固态发酵工艺: 是是20世纪世纪80年代由河北省沧

20、州应用微生物研究所壬厚德教授研年代由河北省沧州应用微生物研究所壬厚德教授研制而成的。制而成的。 该工艺优点该工艺优点是设备投资少，工艺技术简单，产品具有较高的生是设备投资少，工艺技术简单，产品具有较高的生物活性、无废水污染、产品成本低，但存在着生产条件难以控制、物活性、无废水污染、产品成本低，但存在着生产条件难以控制、培养基转化率低、杂菌污染严重、产品质量不稳定等严重缺陷，加培养基转化率低、杂菌污染严重、产品质量不稳定等严重缺陷，加上饲料酵母生产厂家盲目追求产品粗蛋白含量，使该类产品质量日上饲料酵母生产厂家盲目追求产品粗蛋白含量，使该类产品质量日趋降低，已逐渐被市场淘汰。趋降低，已逐渐被市场淘

21、汰。二、二、发酵废物生产单细胞蛋白发酵废物生产单细胞蛋白3 SCP的生产工艺的生产工艺我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3）液固态结合发酵工艺）液固态结合发酵工艺: 该工艺克服了液态和固态两种工艺的缺点，吸取了两者的优点，该工艺克服了液态和固态两种工艺的缺点，吸取了两者的优点，采用液态制菌种、固态曲池发酵、培养基灭菌熟化、加大液态接种采用液态制菌种、固态曲池发酵、培养基灭菌熟化、加大液态接种量等方式，并且合理的干燥工艺缩短了发酵周期，大大降低了染菌量等方式，并且合理的干燥工艺缩短了发酵周期，大

22、大降低了染菌程度，有效地保存了产品中的生物活性物质，尽管产品粗蛋白含量程度，有效地保存了产品中的生物活性物质，尽管产品粗蛋白含量仅为仅为25%左右，但注重酵母活性细胞、消化酶、维生素和酵母代谢左右，但注重酵母活性细胞、消化酶、维生素和酵母代谢终产物，属于活菌制剂类型，是一种具有生物活性的饲料复合添加终产物，属于活菌制剂类型，是一种具有生物活性的饲料复合添加剂。剂。 二、二、发酵废物生产单细胞蛋白发酵废物生产单细胞蛋白3 SCP的生产工艺的生产工艺我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物1）酒槽为原料

23、生产）酒槽为原料生产SCP2）味精工业废弃物生产）味精工业废弃物生产SCP3）柠檬酸工业废弃物生产）柠檬酸工业废弃物生产SCP 二、二、发酵废物生产单细胞蛋白发酵废物生产单细胞蛋白4 发酵废物生产发酵废物生产SCP的应用实例的应用实例我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 20世纪世纪90年代以来，年代以来，SCP的生产和研究出现了一些新的趋势。在以降的生产和研究出现了一些新的趋势。在以降低经济成本为主要目标的形势下，低经济成本为主要目标的形势下，SCP生产和研究的重点集中在以下几个方生产和研究的

24、重点集中在以下几个方面面: 1）采用价值低的原料或废料，如木质纤维素、农作物废料或工业废弃物）采用价值低的原料或废料，如木质纤维素、农作物废料或工业废弃物; 2）在）在SCP生产同时得到副产物，如脂质、麦角出醇、生产同时得到副产物，如脂质、麦角出醇、D-甘露糖醇、甘露糖醇、D-阿拉阿拉伯糖醇以及有机酸和氨基酸等，从而使伯糖醇以及有机酸和氨基酸等，从而使SCP的生产成为经济上更为合算的多的生产成为经济上更为合算的多产品发酵产品发酵; 3）选育倍增时间短、蛋白质含量高、耐高温、抗污染的优良菌种。如对）选育倍增时间短、蛋白质含量高、耐高温、抗污染的优良菌种。如对SCP生产菌进行遗传工程改良，不仅可提

25、高菌种产量和碳源转化率，而且还生产菌进行遗传工程改良，不仅可提高菌种产量和碳源转化率，而且还可提高其蛋白质和必需氨基酸含量可提高其蛋白质和必需氨基酸含量;4）开发高效、节能的发酵设备。我国开）开发高效、节能的发酵设备。我国开发研究了高供氧强度的外循环气升式反应器、发酵条件稳定的圆盘式固态发发研究了高供氧强度的外循环气升式反应器、发酵条件稳定的圆盘式固态发酵器、高生产强度的流化床反应器以及脉冲溢流自通风反应器酵器、高生产强度的流化床反应器以及脉冲溢流自通风反应器;5）开发新蛋）开发新蛋白质资源，如螺旋藻、光合细菌等。白质资源，如螺旋藻、光合细菌等。 5 SCP的研究趋势的研究趋势我吓了一跳，蝎子

26、是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 SCP生产和研究的重点集中在以下几个方面生产和研究的重点集中在以下几个方面: 4）开发高效、节能的发酵设备。我国开发研究了高供氧）开发高效、节能的发酵设备。我国开发研究了高供氧强度的外循环气升式反应器、发酵条件稳定的圆盘式固态强度的外循环气升式反应器、发酵条件稳定的圆盘式固态发酵器、高生产强度的流化床反应器以及脉冲溢流自通风发酵器、高生产强度的流化床反应器以及脉冲溢流自通风反应器反应器; 5）开发新蛋白质资源，如螺旋藻、光合细菌等。）开发新蛋白质资源，如螺旋藻、光合细菌等。

27、二、二、发酵废物生产单细胞蛋白发酵废物生产单细胞蛋白5 SCP的研究趋势的研究趋势我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 燃料酒精是目前应用规模最大的液体生物能源。目前发酵法生产酒精燃料酒精是目前应用规模最大的液体生物能源。目前发酵法生产酒精的原料是玉米、甘蔗、单类等，但仅利用其中的淀粉，其余部分如蛋白的原料是玉米、甘蔗、单类等，但仅利用其中的淀粉，其余部分如蛋白质、脂肪、纤维等，限于技术、投资和管理等原因，大多数企业不能很质、脂肪、纤维等，限于技术、投资和管理等原因，大多数企业不能很好地利用，相

28、当部分随冲洗水、洗涤水排入企业周围河流，不但浪费了好地利用，相当部分随冲洗水、洗涤水排入企业周围河流，不但浪费了粮食资源，而且严重污染了环境。随着人口的不断增长和社会工业化进粮食资源，而且严重污染了环境。随着人口的不断增长和社会工业化进程不断加快，程不断加快，粮食、能源和环境问题粮食、能源和环境问题将变得越来越突出，利用纤维质原将变得越来越突出，利用纤维质原料生产酒精为解决上述间题提供了一条有效的出路。自然界中普遍存在料生产酒精为解决上述间题提供了一条有效的出路。自然界中普遍存在的的木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，前两者均可用来组成，前两者

29、均可用来生产酒精。发酵废弃物中有大量纤维废物，如果能用来生产酒精可能是生产酒精。发酵废弃物中有大量纤维废物，如果能用来生产酒精可能是解决酒精原料来源和降低成本的主要途径之一。解决酒精原料来源和降低成本的主要途径之一。 三、三、发酵纤维质废物生产酒精发酵纤维质废物生产酒精我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 纤维素是由许多纤维素是由许多D-葡萄糖残基以葡萄糖残基以-1，4-糖甘键连接糖甘键连接的直链多糖。纤维素链之间通过氢键的藕合作用形成纤的直链多糖。纤维素链之间通过氢键的藕合作用形成纤维束，分子

30、密度大的区域成平行排列形成结晶区维束，分子密度大的区域成平行排列形成结晶区;分子分子密度小的区域，分子间隙大、定向差、形成无定形区。密度小的区域，分子间隙大、定向差、形成无定形区。 三、三、发酵纤维质废物生产酒精发酵纤维质废物生产酒精（一）纤维素发酵生产酒精（一）纤维素发酵生产酒精 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 1 纤维质原料生产酒精的工艺流程纤维质原料生产酒精的工艺流程 20世纪世纪80年代初，日本的年代初，日本的“新燃料油开发技术研究联合会新燃料油开发技术研究联合会(简称简称RAPA

31、D)”，制定了以纤维素类物质为原料生产燃料酒精的，制定了以纤维素类物质为原料生产燃料酒精的一整套工艺技术。一整套工艺技术。RAPAD纤维素发酵生产酒精工艺流程如下：纤维素发酵生产酒精工艺流程如下： 三、三、发酵纤维质废物生产酒精发酵纤维质废物生产酒精（一）纤维素发酵生产酒精（一）纤维素发酵生产酒精 甘蔗渣甘蔗渣预处理预处理酶法糖化酶法糖化纤维素、半纤维素纤维素、半纤维素纤维素酶生产纤维素酶生产酶回收酶回收糖浓缩糖浓缩膜脱水膜脱水纤维素酶纤维素酶超滤膜超滤膜（反渗透膜）（反渗透膜）三成分共沸蒸馏三成分共沸蒸馏超临界气体抽提超临界气体抽提酒精发酵酒精发酵酒精酒精（95%，150-200 L/d）（

32、720 kg/d）我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 2 纤维质原料的预处理纤维质原料的预处理 预处理的目的是解除木质素、半纤维素等对纤维素的预处理的目的是解除木质素、半纤维素等对纤维素的保护作用和破坏纤维素的结晶结构，增加其表面积，以提保护作用和破坏纤维素的结晶结构，增加其表面积，以提高纤维素水解糖化的效率。高纤维素水解糖化的效率。纤维素预处理的方法有纤维素预处理的方法有:物理物理法、化学法、物理化学法和生物法。法、化学法、物理化学法和生物法。 三、三、发酵纤维质废物生产酒精发酵纤维质废物生

33、产酒精（一）纤维素发酵生产酒精（一）纤维素发酵生产酒精 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 3 纤维质的水解纤维质的水解 预处理后的纤维素需经酸或酶水解后，释放出的葡萄预处理后的纤维素需经酸或酶水解后，释放出的葡萄糖方可进入酒精发酵途径。糖方可进入酒精发酵途径。 酸水解酸水解 酶水解酶水解三、三、发酵纤维质废物生产酒精发酵纤维质废物生产酒精（一）纤维素发酵生产酒精（一）纤维素发酵生产酒精 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜

34、测没有错：表里边有一个活的生物纤维素酶水解纤维素酶水解 纤维素酶生产菌种主要是术霉属中的里氏木霉、曲霉纤维素酶生产菌种主要是术霉属中的里氏木霉、曲霉属和青霉属。属和青霉属。20世纪世纪50年代，美国年代，美国Reese博士从腐烂的纤维博士从腐烂的纤维材料上分离了大量的菌种。研究发现绿色木霉分泌胞外纤维材料上分离了大量的菌种。研究发现绿色木霉分泌胞外纤维素酶的能力最强，由该菌产生的纤维素酶复合体系具有分解素酶的能力最强，由该菌产生的纤维素酶复合体系具有分解天然纤维素所需要的三种组分。为了纪念天然纤维素所需要的三种组分。为了纪念Reese的杰出贡献，的杰出贡献，绿色木霉被更名为绿色木霉被更名为里氏

35、木霉里氏木霉(T.reesei)。 纤维素酶的生产可采用液体深层发酵或固态发酵两种纤维素酶的生产可采用液体深层发酵或固态发酵两种工艺。工艺。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 4 纤维质的发酵过程纤维质的发酵过程 (1)发酵纤维素生产酒精的菌种发酵纤维素生产酒精的菌种 纤维素原料酒精发酵的菌种可以是酵母纤维素原料酒精发酵的菌种可以是酵母 ,霉菌霉菌,细菌等。细菌等。 酵母，具有酒精得率高、发酵过程不易受污染、耐酒精能力强、副产酵母，具有酒精得率高、发酵过程不易受污染、耐酒精能力强、副产物少等特

36、点，工业上得到广泛应用。物少等特点，工业上得到广泛应用。 另外，某些嗜热、超嗜热细菌与一些霉菌能百接利用纤维素原料发酵另外，某些嗜热、超嗜热细菌与一些霉菌能百接利用纤维素原料发酵生成酒精受到重视。生成酒精受到重视。 近年来，采用原生质融合技术与基因工程技术对传统酒精发酵菌种进近年来，采用原生质融合技术与基因工程技术对传统酒精发酵菌种进行改造，为纤维素原料发酵生产酒精提供了新的菌种来源。行改造，为纤维素原料发酵生产酒精提供了新的菌种来源。三、三、发酵纤维质废物生产酒精发酵纤维质废物生产酒精（一）纤维素发酵生产酒精（一）纤维素发酵生产酒精 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样

37、一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 4 纤维质的发酵过程纤维质的发酵过程 (2) 纤维素发酵生产酒精的工艺纤维素发酵生产酒精的工艺 以纤维素类物质为原料生产酒精，工艺方法有直接发酵法、两段发酵以纤维素类物质为原料生产酒精，工艺方法有直接发酵法、两段发酵法、同时糖化发酵法、固定化细胞发酵法等。法、同时糖化发酵法、固定化细胞发酵法等。 直接发酵法直接发酵法:选取合适的酒精发酵菌株直接利用纤维素发酵得到酒精，选取合适的酒精发酵菌株直接利用纤维素发酵得到酒精，不需要经过酸解或酶解等前处理。该方法设备简单，成本低廉，但酒精产不需要经过酸解或酶解等前处理。该方法

38、设备简单，成本低廉，但酒精产率不高，产生有机酸等副产物。利用率不高，产生有机酸等副产物。利用混合菌混合菌直接发酵可部分解决这些问题。直接发酵可部分解决这些问题。三、三、发酵纤维质废物生产酒精发酵纤维质废物生产酒精（一）纤维素发酵生产酒精（一）纤维素发酵生产酒精 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 两段发酵法两段发酵法:先将预处理后的纤维素原料经酶水解为还原糖，然后发酵得到先将预处理后的纤维素原料经酶水解为还原糖，然后发酵得到酒精，酒精产物的形成受末端产物抑制，低细胞浓度及基质抑制等因素的限制。

39、酒精，酒精产物的形成受末端产物抑制，低细胞浓度及基质抑制等因素的限制。可采用减压发酵法、快速发酵法克服酒精产物的抑制。对细胞进行循环利用，可采用减压发酵法、快速发酵法克服酒精产物的抑制。对细胞进行循环利用，可以克服细胞浓度低的问题。筛选在高糖浓度下存活并能利用高糖的微生物突可以克服细胞浓度低的问题。筛选在高糖浓度下存活并能利用高糖的微生物突变株，克服基质抑制。变株，克服基质抑制。 同时糖化发酵法同时糖化发酵法:同时糖化发酵法同时糖化发酵法(simulatneous saccharification and fermentation，SSF)是采用是采用Culf边糖化边发酵边糖化边发酵(SSF)

40、的方法。纤维素酶对纤维素的方法。纤维素酶对纤维素的酶水解和发酵糖化过程在同一装置内连续进行，水解产物葡萄糖由菌体的不的酶水解和发酵糖化过程在同一装置内连续进行，水解产物葡萄糖由菌体的不断发酵而被利用，消除了葡萄糖对纤维素酶的反馈抑制作用。断发酵而被利用，消除了葡萄糖对纤维素酶的反馈抑制作用。 SSF法可增加水解率，减少糖转化过程中的抑制作用法可增加水解率，减少糖转化过程中的抑制作用;酶的需求量减少、产率酶的需求量减少、产率更高更高;由于葡萄糖被迅速转化生成酒精，所以对消毒条件要求降低由于葡萄糖被迅速转化生成酒精，所以对消毒条件要求降低;工序周期更短、工序周期更短、使用单反应器，因而反应器的容量

41、更小。使用单反应器，因而反应器的容量更小。 SSF法的缺点是水解和发酵两个过程的温度不相容法的缺点是水解和发酵两个过程的温度不相容;得到的酒精中含有微生物得到的酒精中含有微生物;酒精对酶具有抑制作用。酒精对酶具有抑制作用。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物v固定化细胞发酵法固定化细胞发酵法: Massayuki以肠溶衣聚合物为载体固定化纤维素酶，可保留以肠溶衣聚合物为载体固定化纤维素酶，可保留60%以上的酶活性，回收率高达以上的酶活性，回收率高达100%。并且对微晶纤维素的水解率。并且对微晶纤

42、维素的水解率明显高于游离酶，经重复使用三次，水解率没有下降。对于固定化细明显高于游离酶，经重复使用三次，水解率没有下降。对于固定化细胞的研究，目前研究较多的是胞的研究，目前研究较多的是Saccharomyces sp.和和Zymomonas sp.的固定化，常用载体有海藻酸钙、卡拉胶、多孔玻璃等。的固定化，常用载体有海藻酸钙、卡拉胶、多孔玻璃等。 固定化细胞发酵法的发展方向固定化细胞发酵法的发展方向是混合固定化细胞发酵，如酵母与是混合固定化细胞发酵，如酵母与纤维二糖酶一起固定化，将纤维二糖基质转换成酒精，此法颇引人注纤维二糖酶一起固定化，将纤维二糖基质转换成酒精，此法颇引人注目，被看作是纤维素

43、原料生产酒精的重要阶梯。目，被看作是纤维素原料生产酒精的重要阶梯。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物三、三、发酵纤维质废物生产酒精发酵纤维质废物生产酒精（二）半纤维素发酵生产酒精（二）半纤维素发酵生产酒精 (三三) 纤维质发酵生产酒精前景展望纤维质发酵生产酒精前景展望v在我国，每生产在我国，每生产l t酒精需要酒精需要2.7 t粮食。利用纤维素类物质代替粮食生产酒精是粮食。利用纤维素类物质代替粮食生产酒精是一项利国利民的工程。利用纤维素生产酒精的纤维素酶成本太高，酶用量偏大，一项利国利民的工程

44、。利用纤维素生产酒精的纤维素酶成本太高，酶用量偏大，利用纤维素生产酒精工业化仍然面临利用纤维素生产酒精工业化仍然面临诸多挑战诸多挑战:1)对纤维素原料预处理技术仍没对纤维素原料预处理技术仍没有一种经济、节能、环保的工业化技术可应用，特别是对纤维素原料的综合利有一种经济、节能、环保的工业化技术可应用，特别是对纤维素原料的综合利用用;2)降低纤维素酶工业化规模生产的成本仍然有待解决降低纤维素酶工业化规模生产的成本仍然有待解决;3)基因工程技术与原生基因工程技术与原生质融合技术离工业化仍有一段距离，因此，还需加强技术研究质融合技术离工业化仍有一段距离，因此，还需加强技术研究,如如:1、以基因工、以基

45、因工程手段选育高产纤维素酶、木质素酶菌种程手段选育高产纤维素酶、木质素酶菌种;2、研究固体发酵技术，解决污染率、研究固体发酵技术，解决污染率高和成本高的问题高和成本高的问题;3、进一步研究纤维质原料的预处理、酶水解及水解液发酵、进一步研究纤维质原料的预处理、酶水解及水解液发酵生产酒精等技术，有效地降低生产成本。生产酒精等技术，有效地降低生产成本。v发酵废物酒精发酵是一个有巨大潜力的新领域，可以实现废物的发酵废物酒精发酵是一个有巨大潜力的新领域，可以实现废物的无害化、减量无害化、减量化和资源化化和资源化。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉

46、快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（一）概述（一）概述 v1生物能源定义及特点生物能源定义及特点v生物质生物质(biomass)是指有机物中除化石燃料外的所有来源于是指有机物中除化石燃料外的所有来源于动植物并能再生的物质。动植物并能再生的物质。v生物能源生物能源(bioenergy)则是指直接或间接地通过绿色植物的则是指直接或间接地通过绿色植物的光合作用，把太阳能转化为化学能后固定和贮藏在生物体内光合作用，把太阳能转化为化学能后固定和贮藏在生物体内的能量。的能量。v生物质能源的特点是生物质能源的特点是:1）可再生性）可再生性:每年都可再生，且产量每年都可再生，且产量大大;2）低污染性

47、）低污染性:燃烧过程中产生的硫氧化物、氮氧化物都燃烧过程中产生的硫氧化物、氮氧化物都较低较低;3）广泛的分布性。）广泛的分布性。四、四、其他生物能源开发其他生物能源开发我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物四、四、其他生物能源开发其他生物能源开发（一）概述（一）概述 v2生物能源开发利用的现状和意义生物能源开发利用的现状和意义v现状：目前人类所利用的能源主要来自煤、石油、天然气等化石燃料，现状：目前人类所利用的能源主要来自煤、石油、天然气等化石燃料，它们是在极其漫长的地质历史中，在特殊的自然环境下

48、形成的，储量有它们是在极其漫长的地质历史中，在特殊的自然环境下形成的，储量有限，不能再生。可再生能源如生物能的研究与开发已成为世界上重大热限，不能再生。可再生能源如生物能的研究与开发已成为世界上重大热门课题之一，受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制定了相门课题之一，受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制定了相应的开发研究计划，如应的开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场计划和巴西的酒精能源计划能源农场计划和巴西的酒精能源计划等。日本政府公布了一项名为等。日本政府公布了一项名为全全面开发生物能源面开发生物能源的计

49、划，意即通过回收食物垃圾、家畜粪便等生物废的计划，意即通过回收食物垃圾、家畜粪便等生物废物来生产燃料，从而减少和逐步替代现有的机动车燃料。物来生产燃料，从而减少和逐步替代现有的机动车燃料。该计划的目的该计划的目的是是:减少温室效应，防止全球变暖。减少温室效应，防止全球变暖。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（一）概述（一）概述 v2生物能源开发利用的现状和意义生物能源开发利用的现状和意义v意义：意义：v1）解决能源危机）解决能源危机:能源短缺是能源短缺是21世纪面临的重大课题之一，能源对国家经

50、济和安全非常重世纪面临的重大课题之一，能源对国家经济和安全非常重要。目前石油、天然气和煤炭仍是我国主要的能源。专家预测要。目前石油、天然气和煤炭仍是我国主要的能源。专家预测2015年我国石油进口依赖年我国石油进口依赖度将达到度将达到25%左右。我国是一个经济迅速发展，人口众多的国家，左右。我国是一个经济迅速发展，人口众多的国家，21世纪将面临经济增长世纪将面临经济增长和环境保护的双重压力。因此改变能源生产和消费方式，开发利用生物能源，对建立可持和环境保护的双重压力。因此改变能源生产和消费方式，开发利用生物能源，对建立可持续的能源系统，促迸国民经济发展和缓解能源危机具有重大意义。续的能源系统，促