纤维素生物质厌氧消化的生物预处理研究进展

收稿日期:２０１８￣０７￣０９修回日期:２０１８￣１０￣０８项目来源:青岛市２０１４年~２０１７年环境保护专项“农村环境连片整治示范项目”ꎮ作者简介:徐琬莹(１９８４－)ꎬ女ꎬ土家族ꎬ贵州从江人ꎬ博士ꎬ主要研究方向为固体废弃物处理技术ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｗａｎｙｉｎｇ￣ｘｕ＠１６３.ｃｏｍ通信作者:左华ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｚｈ＠ｑｅｐｂ.ｇｏｖ.ｃｎ纤维素生物质厌氧消化的生物预处理研究进展徐琬莹１ꎬ２ꎬ田建茹１ꎬ左华１ꎬ邵蕊１ꎬ２ꎬ李伟娜１ꎬ２(１.青岛市环境保护科学研究院ꎬ山东青岛２６６００３ꎻ２.青岛市环境保护科学研究设计有限公司ꎬ山东青岛２６６００５)摘要:纤维素生物质由于组成和结构的复杂性ꎬ纤维素燃料工艺中需通过预处理技术去除木质素ꎬ破坏交织结构ꎮ相对于物理法和化学法ꎬ生物法具有节能、成本少、污染少的优点ꎬ近年来受到了国内外研究的关注ꎮ目前纤维素生物质厌氧消化单独的生物预处理比较研究未见报道ꎬ文章综述了提取酶、单一微生物、菌群对厌氧消化产甲烷的影响ꎬ得出:提取酶预处理成本高ꎬ沼气或甲烷提高率是４％~１１０％ꎻ单一微生物预处理效果真菌优于细菌ꎬ沼气或甲烷提高率为１０％~３００％ꎻ细菌预处理研究主要集中于人工菌群ꎬ人工菌群预处理后沼气或甲烷提高率达１０％~２００％ꎮ该研究为纤维素生物质厌氧消化的高效性和环境友好性研究和应用提供参考ꎮ关键词:纤维素生物质ꎻ生物预处理ꎻ厌氧消化ꎻ微生物中图分类号:ＴＱ５１７ꎻＳ２１６.４文献标志码:Ａ文章编号:１０００－１１６６(２０１９)０３－０００９－１２ＰｒｏｇｒｅｓｓｏｎＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＰｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｆｏｒＡｎａｅｒｏｂｉｃＤｉｇｅｓｔｉｏｎｏｆＣｅｌｌｕｌｏｓｅＢｉｏｍａｓｓ/ＸＵＷａｎ￣ｙｉｎｇ１ꎬ２ꎬＴＩＡＮＪｉａｎ￣ｒｕ１ꎬＺＵＯＨｕａ１ꎬＳＨＡＯＲｕｉ１ꎬ２ꎬＬＩＷｅｉ￣ｎａ１ꎬ２/(１.ＱｉｎｇｄａｏＲｅｓｅａｒｃｈＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＱｉｎｇｄ￣ａｏ２６６００３ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＱｉｎｇｄａｏＣｏｍｐａｎｙｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｓｉｇｎꎬＱｉｎｇｄａｏ２６６００５ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｄｕｅｔｏｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｃｅｌｌｕｌｏｓｅｂｉｏｍａｓｓꎬｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｎｅｅｄｅｄｔｏｒｅｍｏｖｅｌｉｇｎｉｎａｎｄｂｒｅａｋｂｉｏｍａｓｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｅｆｏｒｅａｎａｅｒｏｂｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎ.Ｃｏｍｐａｒｉｎｇｗｉｔｈｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔꎬｂｉｏｌｏｇｉ￣ｃａｌｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｈａｖｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｅｎｅｒｇｙ￣ｓａｖｉｎｇꎬｌｏｗｃｏｓｔａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆｒｉｅｎｄｌｉｎｅｓｓ.Ｔｈｕｓꎬｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｐａｉｄｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｓｔｏｔｈｅｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｒｅｃｅｎｔｌｙ.Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｅｘｔｒａｃｔｅｄｅｎｚｙｍｅꎬｓｉｎｇｌｅ￣ｍｉｃｒｏｏｒ￣ｇａｎｉｓｍꎬａｎｄｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙｏｎｃｅｌｌｕｌｏｓｅｄｉｇｅｓｔｉｏｎｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ.Ｉｔｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａｔꎬｔｈｅｅｎｚｙｍｅｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｃｏｕｌｄｉｎｃｒｅａｓｅｂｉｏｇａｓｏｒｍｅｔｈａｎｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｒａｔｅｂｙ４％~１１０％ꎬｂｕｔｔｈｅｃｏｓｔｗａｓｈｉｇｈ.Ｆｏｒｔｈｅｓｉｎｇｌｅｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｐｒｅ￣ｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄꎬｆｕｎｇｉｗｅｒｅｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｂａｃｔｅｒｉａꎬａｎｄｂｉｏｇａｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｒａｔｅｃｏｕｌｄｉｎｃｒｅａｓｅ１０％~３００％.Ｔｈｅｂａｃｔｅｒｉａｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｗａｓｆｏｃｕｓｅｄｏｎａｒｔｉｆｉｃｉａｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｆｌｏｒａꎬｉｎｃｒｅａｓｅｒａｔｅｏｆｂｉｏｇａｓｏｒｍｅｔｈａｎｅｃｏｕｌｄｒｅａｃｈ１０％~２００％.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃｂｉｏｍａｓｓꎻｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔꎻａｎａｅｒｏｂｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎꎻｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ纤维素生物质组成以纤维素、半纤维素为主ꎬ其次是木质素、蛋白质、氨基酸等[１]ꎮ木质素具有非水溶性和化学结构复杂性ꎬ难被酸和酶水解ꎬ且木质素与半纤维素以共价键形式结合ꎬ形成一种天然屏障[２]ꎬ导致纤维素生物质能源化利用效率不高ꎮ预处理技术包括物理、化学、生物法以及多种方法联合ꎮ传统物理和化学法耗能较大