高效木薯渣分解复合菌群RXS的构建及其发酵特性研究

从富含腐烂纤维质的环境中取样,通过以木薯渣及滤纸为碳源的蛋白胨纤维素培养基不断地富集培养,构建了一组高效稳定的纤维质分解复合菌群.考察了该复合菌群对不同纤维质底物的分解性能及其在木薯渣水解过程中主要参数的变化.研究发现该复合菌群对滤纸、脱脂棉、微晶纤维素、麦秸秆和木薯渣等原料均能够进行有效的降解.在该复合菌群应用于木薯渣的水解过程中,监测发现纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶等关键酶的酶活力分别在第2～3 d达到最大值34.4、90.5和15.8U;经过10 d的发酵后,木薯渣中的纤维素、半纤维素及木质素分别降解了79.8%、85.9%和19.4%,且木薯渣的失重高达61.5%;此外,代谢产物主要是乙酸、丁酸、己酸和甘油;而溶解性COD、总糖和总挥发酸的变化表明第2 d时木薯渣的水解率最高.上述结果表明,该复合菌群能够有效地水解木薯燃料酒精生产过程中的废弃物木薯渣,并有望用于木薯渣高效沼气发酵的前处理中.     

复合菌系RXS中木质纤维素降解酶类分析

复合菌系RXS能分泌多种木质纤维素降解酶,为探究这些酶在木薯渣降解中的作用,对RXS的培养时间、酶作用的温度和pH值,以及添加金属离子对酶活性和降解效果的影响进行了研究。结果表明,在培养48 h后,木聚糖酶(Xylanase)、滤纸酶(FPAase)和内切葡聚糖酶(CMCase)酶活性均达到最大值(分别为56.02 U/m L、3.14U/m L和6.78 U/m L),pH=6.0(FPAase和Xylanase的最适pH值)、温度为55℃(FPAase和CMCase酶活性最高)条件下,RXS酶液处理可使木薯渣的失重率达到18.78%,纤维素和半纤维素质量分数分别由31.46%和20.19%下降到22.12%和12.23%。添加Cu~(2+)有效地抑制了酶液中FPAase和Xylanase的酶活性,木薯渣几乎不降解,纤维素和半纤维素组分质量分数基本不发生变化;分别添加Co~(2+)和Zn~(2+)时,对3种酶均有一定程度的抑制,木薯渣失重率仅为3.29%和4.70%;分别添加Fe~(2+)、Mg~(2+)时,FPAase酶活性被抑制,Xylanase与CMCase共同降解底物,木薯渣失重率分别达12.77%和15.81%,纤维素和半纤维素质量分数明显降低。研究表明,Xylanase与CMCase是复合菌系中降解木薯渣的关键酶,其协同作用可使木薯渣有效降解。     

超滤在乙醇厌氧沼液资源化回用中的应用

厌氧沼液经资源化处理后回用于生产,可有效解决传统乙醇生产过程耗水量大和废水处理成本高等突出问题。鉴于超滤是去除厌氧沼液中微生物的常用手段,该方法对管式超滤膜用于处理乙醇厌氧沼液的可行性开展了研究。结果表明:在沼液温度50℃、膜面流速为4.5m·s~(-1)、产水率30%的最佳条件下,膜通量达到174L.(m~2·h)~(-1);膜污染包括无机污染和有机污染,无机污染主要有Ca~(2+)、Mg~(2+)和Fe~(3+)等,有机污染较为复杂,包括烃、脂肪酸及其衍生物以及腐殖酸、富里酸等;最佳清洗策略是先用柠檬酸和NaClO清洗,然后用NaOH进行清洗,膜通量恢复率达到了98%以上。超滤可以有效去除厌氧沼液中的微生物,避免拌料粉浆的酸化。     

化工生产中的闭路循环研究

介绍了化工生产中清洁生产闭路循环系统化的思想.通过清洁生产的案例,总结了闭路循环工艺中不同组分的积累规律,探讨了无限封闭循环的基本条件,并分析了闭路系统的经济性.     

基于人工神经网络和遗传算法研究锰过氧化酶脱色甲基橙

基于锰过氧化物酶(MnP)氧化脱色偶氮类染料的原理,实验研究MnP对甲基橙的脱色工艺,采用人工神经网络(ANN)和遗传算法(GA)建立脱色模型并优化工艺。建立的ANN模型的误差、相关系数、均方根误差和绝对平均偏差分别为0.0009、0.9971、1.21和6.82,模型有效且能够用于预测和工艺优化。采用GA对ANN模型进行数值寻优,得到的最佳工艺条件为酶液量0.6 mL,Mn2+浓度4 mmol/L,H2O2浓度0.49 mmol/L。该条件下脱色率达到(90.74±0.59)%。ANN耦合GA有效地建立了锰过氧化物酶脱色甲基橙的模型,并优化了工艺参数,为甲基橙脱色的研究提供一定参考。     

酒精-沼气双发酵耦联系统同步脱氨除硫工艺

木薯燃料酒精-沼气双发酵耦联系统中,蒸馏废液含有一定浓度的硫酸盐和有机氮。经传统厌氧生物处理,所产生的氨和硫化氢不仅对厌氧处理体系中的微生物具有毒害作用,还会对酒精发酵酵母的生长和代谢产生不良影响。因此,对蒸馏废液厌氧脱氨除硫新工艺的研究具有重要意义。文章以厌氧流化床为反应器,对模拟废水中的氨和硫酸盐的同步去除进行了研究。模拟废水中含有氯化铵和硫酸钠,分别作为电子供体和电子受体,以葡萄糖作为唯一碳源。实验运行83 d,反应器有机容积负荷降至0.4 kg(/m.3d),SO42-和NH4+-N进水浓度分别升高至676 mg/L和200 mg/L。COD、硫酸盐和氨氮的去除率分别达到93.50%、67.22%和58.28%;氨和硫酸盐去除的摩尔比约为2:1,并在反应器出水中检测到了单质硫的存在,且其含量随反应进行不断增加。这些结果证明了厌氧流化床体系中同步脱氨除硫反应的存在。另外通过对不同阶段实验结果的分析初步探讨了该反应的机理。     

漆酶/HOBT体系对苯胺蓝的脱色条件及机理研究

研究了Pleurotus sp.N3固态发酵所得漆酶对三芳基甲烷类染料苯胺蓝的脱色条件和机理.通过可见光光谱扫描和非变性凝胶电泳的分析发现漆酶能够对苯胺蓝进行脱色,介体可以显著增强脱色效果,提高脱色率.分别考察了介体、酶活和温度对苯胺蓝脱色的影响,结果表明,在酶活为200 U/L、1-羟基苯并三唑(HOBT)浓度为4mmol/L、温度为40℃的条件下,反应6h后苯胺蓝(24 mg/L)的脱色率达到90.42％.对脱色0、4h、11h和23 h的产物进行了超高效液相色谱-质谱(UPLC-MS)分析,推断出漆酶/HOBT体系对苯胺蓝的脱色过程中有显色基团碳氮双键(C=N)的断裂.     

木薯渣高效降解复合菌系RXS的氮源优化

传统培养木薯渣降解复合菌系的蛋白胨纤维素(PCS)培养基成本较高,其主要成本来源于氮源——蛋白胨和酵母粉,限制了复合菌系的规模化应用.为解决此问题,从对木薯渣降解复合菌系RXS生长、产酶及底物降解的影响3个方面比较了胰蛋白胨/酵母粉及8种廉价氮源.结果表明,比较适宜的廉价氮源为鱼粉和玉米浆.接着探究了二者的复配比例对RXS的影响,并获得一种廉价培养基.考虑到为调节pH值和促进产酶添加的试剂对甲烷菌的毒害作用,以高温厌氧消化出水作为配料水以调节pH值,并比较了RXS在廉价培养基和PCS培养基上对木薯渣的降解效果.最终所得廉价培养基组成为木薯渣10 g/L、滤纸5 g/L、鱼粉4 g/L、玉米浆3.5 g/L,高温厌氧消化出水作为配料水.经成本核算,廉价培养基的成本仅为PCS培养基的1/6.并且复合菌系在廉价培养基上对木薯渣的降解率较PCS培养基提高了约37％.就工业化生产而言,该培养基不仅显示了对木质纤维素物质较好的降解效果,还节约了成本和减少了水的用量.     

沼液中悬浮物对乙醇发酵的影响及其絮凝处理的研究

乙醇-沼气双发酵耦联工艺的应用有望实现乙醇工业工艺废水"零排放"的目标.本研究对该耦联工艺的回用配料水——中温沼液中的悬浮物对乙醇发酵的影响进行了考察,并对其去除方法进行了确定.结果表明,沼液中悬浮物的存在会促进酵母细胞的繁殖,提高发酵速率,但副产物甘油及小分子有机酸的量大幅上升,而主产物乙醇的生成量减少,悬浮物对乙醇合成的临界抑制浓度为0.35 g·L-1(干重).采用不同的絮凝剂及絮凝方式对沼液中的悬浮物进行去除,发现絮凝剂聚合氯化铝(PAC,300 mg·L-1)与阳离子聚丙烯酰胺(CPAM,2 mg·L-1)协同处理时效果最佳,对沼液浊度、色度的去除率分别为92.4%、23.7%,所得上清液的悬浮物粒径小于2μm,PAC、CPAM的残留量分别为0.82、0.03mg·L-1.絮凝处理后消除了悬浮物对乙醇合成的抑制作用,且絮凝处理后沼液回用的发酵性能略优于离心所得沼液回用的发酵水平,达到了预期的目的.     

柠檬酸-沼气双发酵耦联工艺中钠离子的影响

提出了柠檬酸-沼气双发酵耦联工艺,用于处理柠檬酸发酵过程中产生的废水,柠檬酸废水经厌氧消化处理后作为配料水回用于下一批次的柠檬酸发酵,从而实现废水零排放。厌氧水中超过1 000mg/L的Na~+在回用过程中会严重抑制柠檬酸发酵,柠檬酸产量为118.5 g/L,较空白下降了15.6%。单因素试验表明,Na~+对柠檬酸发酵的抑制质量浓度为200 mg/L。通过对发酵过程中糖化酶、异麦芽糖酶及柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶等胞内关键酶活力变化的分析,初步探讨了其影响机理。结果表明,高达1 000 mg/L的Na~+会导致黑曲霉胞内异柠檬酸脱氢酶活力升高,柠檬酸代谢活力增强。同时,培养基中糖化酶和异麦芽糖酶活力受到抑制,发酵结束时部分糊精和异麦芽糖不能被完全降解,残总糖质量浓度升高至30 g/L,黑曲霉可利用的糖浓度减小,柠檬酸合成速率和柠檬酸产量降低。加入过量糖化酶可以有效减弱高质量浓度Na~+的抑制作用,但柠檬酸产量仍然低于去离子水发酵。