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瘤胃仿真厌氧处理助力畜牧业甲烷减排
来源: | 作者:碧臣仪器 | 发布时间: 2023-05-31 | 796 次浏览 | 分享到:

北京林业大学环境学院张盼月教授课题组长期致力于新型厌氧资源化处理技术的研究,并取得了一系列研究成果。系统阐述了瘤胃微生物在厌氧发酵产VFAs过程中微生物群落、酶和代谢途径的研究,促进了瘤胃微生物的进一步实际应用,对生物质高值化具有重要意义

 

前言

我国每年将生物质废弃物包括秸秆、谷壳、餐厨垃圾等,其共同特点是富含大量纤维类物质,这部分纤维类物质属于可再生物质资源,在目前全球能源紧张的大环境下,如何有效利用每年产生的大量纤维素类物质进行能源的转化一直是研究的热点。 

 

秸秆是农业有机废弃物的主要来源,受技术的制约,现阶段综合利用效率并不高,厌氧消化被认为是秸秆资源化的重要途径。秸秆的半纤维素、纤维素等成分被用于产生沼气,而且可以获得沼渣沼液肥,综合效果显著。但是秸秆复杂的结构导致其比较难水解,是厌氧消化的主要限速过程。而瘤胃微生物被认定是高效的秸秆纤维素降解者,瘤胃作为反刍动物消化道独特的部分,历来是反刍动物研究的重点。反刍动物的瘤胃就像一个庞大且密闭的发酵罐,瘤胃内含丰富的微生物菌群,加上其密闭、厌氧的特点,适宜的微生物区系结构维持着这个天然发酵罐的平衡。

 

图文导读

反刍动物的瘤胃生态系统作为一种天然的发酵体系,可以对结构复杂的木质纤维素进行降解,从而使动物能够消化其饲料,而对木质纤维素的分解和代谢是由瘤胃中的微生物完成的。

 

瘤胃微生物可以在木质纤维素厌氧消化过程中产生富含CH4的沼气作为可再生能源。瘤胃中的白腐真菌在适宜的条件下,其菌丝首先利用其分泌的超纤维素酶溶解表面的蜡质,然后进入秸秆的内部产生纤维素酶、半纤维素酶、内切聚糖酶等,降解秸秆中的木质素和纤维素,使其成为含有酶的糖类,以利于消化与吸收。

 

 

将瘤胃发酵原理应用于工业厌氧消化系统具有重要意义。瘤胃微生物的厌氧消化过程与动物生理学和生物环境工程有关。构建厌氧反应器的主要目的是提高VFA的效率和从木质纤维素废物中进行沼气的生产。半固态含量(12 -18%固体),选择性颗粒保留时间,半连续流动,温度为38-40C在瘤胃中通常处于运行状态。基于这些瘤胃的特性,设计并运行了一些反应器。这对于秸秆资源有效利用具有重要意义。瘤胃微生物在产酸和产甲烷系统中发挥着至关重要的作用,在木质纤维素生物质的转化过程中,表现出优异的性能和良好的应用前景,然而,大多数瘤胃微生物仍然未被分离培养,其结构、功能、代谢途径和相互关系尚不清楚。

 

 

 

基于利用生物质转化工艺的研究,瘤胃仿生学作为生物资源化利用系统的核心工艺,提出了未来纤维素原料生物冶炼的工艺路线。整合了物理预处理(机械粉碎)、化学预处理(酸碱提高水解)、生物预处理(酶解)、瘤胃微生物的生物增强,以及不同物料的共消化策略等。产甲烷为主要成分的生物燃气,生产了清洁燃料,达到了二氧化碳减排的目的,并实现沼液零排放,沼渣可以直接作为有机肥使用。同时,可生产出乙醇、VFAsMCFAs等。未来,需要进一步结合反刍动物消化器官开发不同类型的仿生反应器,并进一步放大,逐步用于实际工程具有广阔的工程应用前景。

相关论文在工程技术类Top期刊《Bioresource Technology》(影响因子:9.642)和可再生资源应用方面的Top期刊《Renewable and Sustainable Energy Reviews》(影响因子16.799上发表

 

碧臣仪器(北京)有限公司是以生物降解性技术和仪器仪表研发为核心业务的高新技术公司,定位为碳中和实验室分析仪器和废弃物资源化装备领域的全系统解决方案专家。围绕生物降解性分析、塑料生物降解、生物催化与转化、发酵过程控制等领域开展技术研究。核心产品有MultiTalent全自动甲烷潜力测试仪、SIGTUNA连续式生物反应模拟器、PX瘤胃发酵测试系统、VIPPEN超微气体流量计和微生物降解呼吸仪,以及塑料崩解仪等。公司已构建覆盖全球的产品销售网络和技术支持体系,为响应客户、消费者和市场需求,不断投资开发新的技术和产品。

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