生物柴油工艺技术简介

生物柴油工艺技术简介（精选6篇）

篇1：生物柴油工艺技术简介

生物柴油项目简介

一、生物柴油定义

指以油料作物如大豆、油菜、棉、棕榈、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。又名脂肪酸甲酯生物柴油是典型“绿色能源”，降解速率是普通柴油的2倍，对土壤和水的污染较少。目前，大多数生物柴油是由大豆油、甲醇和一种碱性催化剂(胆碱酯酶)生产而成的。

二、优缺点

1、优点

(1)具有优良的环保特性：二氧化硫、硫化物、有毒有机物、颗粒物、二氧化碳、和一氧化碳的排放量显著降低。

(2)低温启动性能良好。

(3)润滑性能比柴油好，可以降低发动机供油系统和缸套的摩擦损失。

(4)具有良好的安全性能：闪点高于石化柴油，它不属于危险燃料。

(5)具有优良的燃烧性能。

(6)具有可再生性。

(7)具有经济性。

(8)可调和性：可按一定的比例与石化柴油配合使用，可降低油耗。

(9)可降解性：具有良好的生物降解性，在环境中容易被微生物分解利用。

2、缺点：

（1）在国家政策影响下，提炼生物柴油的原料只能用油料作物或者地沟油，而地沟油的收集是一个难题。据统计，生物柴油制备成本的75%是原料成本，成本较高。

（2）含水率较高，最大可达30%-45%。水分有利于降低油的黏度、提高稳定性，但降低了油的热值。

（3）生物柴油具有较高的溶解性，作燃料时易于溶胀发动机的橡塑部分，需要定期更换。

（4）生物柴油作汽车燃料时氮氧化合物的排放量比石油柴油略有增加。

（5）原料对生物柴油的性质有很大影响，需要加入相应的添加剂来解决。

（6）比普通柴油粘度高，因此在低温下会降低可用性。

（7）生物柴油的蕴含能量比石油基的柴油燃料低11%，最大马力输出大约会减少5～7%。但这个差距并不大。

三、生物柴油的应用

目前全世界生物柴油总产量超过2000万吨，其中欧盟占51%，南美地区（巴西为主）占24%，亚洲13%，中北美为11%，其他地区1%。全球范围内已建和在建的生物柴油装置年产能接近4000万吨。

美国：美国是最早研究生物柴油的国家，总生产能力约150万吨/年。生产原料主要是大豆、玉米、动物脂肪。

日本：生物柴油年产量可达50万吨。生产原料主要是回收的废食用油。

欧盟：德国生物柴油产量达250万吨/年；奥地利年生产能力为55万吨/年；意大利年生产能力达750万吨；法国目前年生产能力超过400万吨。欧盟生产原料主要是油菜籽和动物脂肪。

马来西亚：原料主要为棕榈油。

印度：原料主要为桐油树。

台湾：原料主要为蓖麻籽、麻风树果实

巴西：年产量约500万吨，主要原料为大豆、棉籽、葵花子、油菜籽、蓖麻籽和棕榈。

中国：大豆、地沟油、棉籽、小桐籽、油菜籽等。

四、中国生物柴油的应用

目前中国柴油产量约为1.8亿吨，按照《生物柴油B5》标准，大约需要900万吨生物柴油，然而2012年中国生物产油产能仅为300万吨/年左右，实际产量才100万吨/年左右。生产企业以民营企业为主，鼎盛时间达到1000家左右，然而2008年金融危机后，仅剩余100家左右，其中以中小甚至小微民营企业为主且产能基本在1－10万吨/年左右。中石化、中石油、中海油也均有生产。中海油拥有全国最大的生物柴油生产基地，年产能可达27万吨。

主要生产厂家为海南正和生物能源公司、福建龙岩卓越新能源开发有限公司、无锡华宏生物燃料有限公司、福建源华能源科技有限公司、福建源华能源科技有限公司、联美实业（美国）闻仁德环保能源有限公司、碧路（奥地利BIOLUX）

生物能源有限公司、湖南天源生物清洁能源有限公司、湖南海纳百川生物工程有限公司、荣利（香港）新能源有限公司、北京清研利华石油化学技术有限公司、北京清大绿洲新能源科技有限公司。主要研究单位有中国科技大学、石油化工科学研究院、东北林业大学、华东理工大学、江苏石油化工学院、抚顺市长江生物柴油技术应用研究。

主要应用领域为民营成品油批发商、加油站，船用油和工业用油。其中最主要的用途为民营批发商和加油站，通常将生物柴油添加进石化柴油中，比例可高达60%，但仍按照石化柴油销售。价格方面，目前0号柴油批发价格约7900元/吨，国产生物柴油价格约6500－7000元/吨，便宜近18%；而进口生物柴油拿货价约为7500元/吨，较0号柴油便宜5%左右。

进口方面：2013年中国进口生物柴油约175万吨，主要出口国为马来西亚、泰国、新加坡和印尼。税号为27102000，需缴纳17%的增值税，无需缴纳关税和消费税。2014年1月1日，中国海关对进口生物柴油生物燃料成分低于30%的产品征收0.8元/升的消费税，这样进口生物柴油将受到很大程度抑制。

五、经营资质

柴油包括生物柴油属于成品油范畴，按照商务部《成品油市场管理办法》规定，必须取得经营资格方可进行经营。海关税则并未体现是否需要具备经营资格。申请经营资格需具备以下必备条件：

1、具有长期、稳定的成品油供应渠道：

（1）与具有成品油批发经营资格且成品油年经营量在20万吨以上的企业签订1年以上的成品油供油协议，或者

（2）与成品油年进口量在10万吨以上的进口企业签订1年以上的成品油供油协议；

2、有单库库容不低于10000立方米的成品油油库。

3、拥有接卸成品油的输送管道或铁路专用线或公路运输车辆或1万吨以上的成品油水运码头等设施。

根据中国加入WTO时的承诺，有可能对成品油经营权实行更加开放的准入制度。

篇2：生物柴油工艺技术简介

从整地、栽植、修剪、抚育管理、病虫害防治等方面总结了光皮树生物柴油原料林的实用营林技术,对推动生物柴油原料林基地建设具有指导作用.

作 者：姚茂华 张良波 向祖恒 向明 李培旺 作者单位：姚茂华,向祖恒(龙山县林业局,湖南,吉首,416800)

张良波,李培旺(湖南省林业科学院,湖南,长沙,410004)

向明(龙山县林业局,湖南,吉首,416800;湖南省林业科学院,湖南,长沙,410004)

篇3：替代能源生物柴油工艺研究

生物柴油由动物和植物等油脂制得,属可降解再生能源。作为一种有潜力取代传统矿物柴油而使用的环保燃油,生物柴油不但可以有效降低环境污染,还能缓解我国能源危机,更能促进农副产品的综合开发与利用。前人经过大量的研究和长期的使用,发现生物柴油有着某些矿物柴油多不可比拟的优良性能[2]。

国际上,各国都开始转向生产、利用和发展生物柴油能源,并视作一种石油能源替代品加以研究。西方发达国家根据本国能源安全性和环境保护情况,已经对其进行非常深入广泛的研究,并有一大批工业规模的生产装置已经建立,生物柴油的产量和使用范围正不断扩大。欧盟通过替代燃料的立法,对生物柴油的生产者与消费者给予支持和优惠,大大刺激了和促进生物柴油的生产和使用。美国于1992年制定了能源政策法案[3]中明确指出,2010年非石油燃料需占发动机燃料总量的30%,而非石油燃料主要指的就是生物柴油。其他国家在面临石化柴油紧缺的现实情况下,也正积极发展生物柴油相关科研项目。

在国内,政府从2000年开始重视生物柴油的研发工作[4]。尽管我国生物柴油的研究与开发起步较晚,但发展较为迅速,且部分成果已达国际先进水平。2003年4月,生物柴油被国家科技部等政府机构列为“国家重点新产品”。相关高校和科研院所也进行了实验室研究和小型化工业实验,并取得了重大成果[5]。

1 生物柴油的原料来源

在现今工艺进行生物柴油生产的过程中,原料成本占总成本的70%以上[6],已成为决定生物柴油价格的主要因素及企业利润的制约点。因此,廉价原料的采用及转化率的提高进而降低成本很大程度上决定了生物柴油能否实用化。现今生物柴油工艺的原料主要有如下几种:

1.1 动物油脂

动物油脂主要包括牛油、猪油、羊油和鱼油等;欧美和日本已开始转向运用动物油脂生产生物柴油[7],但总体用量不多。

1.2 植物油脂

植物油脂主要包括油菜、大豆、棉花、蓖麻等油料作物,以及油棕、黄连木等油料林木果实。目前各国使用情况各异:欧洲主要用菜籽做原料,美国采用转基因大豆,东南亚国家则主要以棕榈油为主。

未来生物柴油生产原料的开发方向[8]是人类不可食用、工业价值差且高产的植物油,特别是野生植物油;还包括一些不能食用的副产油料。

1.3 微生物油脂

微生物油脂又称单细胞油脂,指的是在一定的条件下,霉菌、酵母、细菌及藻类等微生物利用碳水化合物、碳氢化合物及普通油脂作为碳源,于菌体内产生大量油脂和某些具备商品价值的脂质。目前对酵母、霉菌和藻类的研究比较热。

微生物细胞增殖快、生产周期短、所需原料丰富、价格便宜及不受季节和气候影响,能实现大规模连续生产,进而降低生产成本而倍受关注。伴随着微生物基因工程改造技术的不断提升与发酵成本的下降,将加快微生物油脂规模化生产进程,微生物油脂具有巨大的应用潜力。

1.4 废弃油脂

废弃油脂主要包括地沟油、餐饮废油和煎炸废油等,是我国生物柴油原料主要来源之一。日本也采用餐饮废油来生产生物柴油。

大量采用废油脂生产生物柴油,不仅能够压缩生物柴油原料的成本,同时减少废油脂现存量,更能降低对化石资源的依赖以及环境污染。但不可回避的问题是:废弃食用油脂的回收困难及废弃食用油脂成分极为复杂,由此生产出的生物柴油品质将不能很好地得到保证。

我国以种植业为主,畜牧和养殖业比例小,动物油脂作为主要原料发展生物柴油变得不太可能。然而,即使我国已经成为全球最大的花生、棉籽、油菜籽生产国以及大豆生产第四大国,但油料尚不足以满足国民食用的需求,以农产品为原料大规模生产生物柴油显得不切实际。因此,我国生物柴油原料的供应,短期可采用废食用油和野生植物资源,长期仍然需要大力发展农林资源。

2 生物柴油的生产方法

柴油分子是由约15个碳链组成的烃类化合物。研究发现生物油分子一般含14～18个碳原子,与柴油分子中碳数相近。因此生物柴油是一种用菜籽油、大豆油、棉花籽油、动物油等可再生油脂加工制取的新型燃料。目前制备生物质柴油的方法[8]有直接混合法、微乳液法、热裂解法、酯交换法、生物酶法。

2.1 直接混合法

前人研究表明,将脱乳的大豆油与2号柴油按一定比例混合后直接喷射涡轮发动机上,可制得不出现凝胶和变混现象的混合液,这种混合物燃料的黏度较低,可以用作农用机械的替代燃料[9] 。目前各国通常采用混合比为5%～30%,其性能达到石油柴油的性能。

2.2 微乳液法

微乳液法是利用一些动植物油与低级醇等制成微乳液体系。已有一些学者用不同原料制得不同的微乳液, NEUMA等采用表面活性剂(其主要成分是豆油皂质、十二烷基黄酸钠及脂肪酸乙醇胺)、助表面活性剂(主要成分是乙基、丙基、异戊基醇) 、水、炼制柴油和大豆油为原料,制得的微乳液体系[10] 可替代柴油。

2.3 热裂解法

将动植物油在缺氧加热或部分氧存在时燃烧,控制热解条件,可制得生物柴油,其所得性能与普通柴油性能相接近[11]。

2.4 酯交换法

酯交换法是目前生产生物柴油的主要方法,主要是生物油脂与短链脂肪醇发生酯交换反应,生成较小相对分子质量的脂肪酸酯。酯交换法的反应方程式为:

通过酯交换反应,天然油脂的分子量降低至原来的1/3,粘度降低至原来的1/8～1/10。由于酯交换法在工业中应用最广,下面讨论基于酯交换法的生物柴油生产工艺。

3 生物柴油的生产工艺

根据有无催化剂及催化剂类型,酯交换法可以分为化学催化法、酶催化法和超临界法。相应的工艺研究如下:

3.1 化学催化法工艺

化学催化法就是无机酸或碱的催化作用下进行酯交换反应,其主要工艺流程如图2所示。使用酸催化时必须面对诸如温度高、反应慢、耗能大、收率低和易腐蚀等缺陷,所以碱性催化剂被采用较多。交换反应常用甲醇,这是因为甲醇价格便宜,极性强、碳链短,能快速与脂肪酸甘油酯发生反应,且碱性催化剂更易溶于甲醇[12] 。

化学催化工艺制得生物柴油具有转化率高,反应时间短且低成本的特点,所制得的生物柴油黏度低,使用方便;现已被大规模采用。不足之处在于后续工序需要有甲醇回收装置以收集过量的甲醇,能耗增大,产品分离难且反应副产物和废液处理较难。

3.2 酶催化法工艺

酶催化法是以脂肪酶为催化剂,醇与动植物油脂发生酯交换反应生成脂肪酸酯的过程。酶催化法具有原料适用性广、反应条件温和、醇用量小、产品易于收集和无污染等优点,成为当前的研究热点。其工艺流程如图3。

目前常用的酶催化法有固定化脂肪酶法、液体脂肪酶法、全细胞法[13],它们各具优点。但酶催化法也存在一定的缺陷,如生产成本高,反应效率低,这大大阻碍的酶法工艺在工业生产上的应用。

3.3 超临界法工艺

超临界法是处于超临界状态下的甲醇与动植物的油脂发生酯交换反应生成脂肪酸甲酯的工艺。研究发现[14]在超临界处理过程,甲醇可以在无催化剂情况下与菜籽油发生酯交换反应。在反应压力为20 MPa、温度为300 ℃、甲醇与菜籽油物质的量比为42:1和反应时间控制在15 min的条件下,脂肪酸甲酯收率靠近100%。考虑到降低反应温度, Han Hengwen等[15]以CO2 为共溶剂,在反应压力14.3 MPa、温度280 ℃、甲醇与大豆油摩尔量比为24:1、CO2 与甲醇物质的量比为0.1和反应1 min条件下,脂肪酸甲酯收率可达98%。

相比于传统的酸、碱催化法和酶催化法等技术,超临界酯交换反应不需要催化剂,反应速率快和产物分离简单,具有明显优势;但仍然存在反应温度、压力条件不够温和,对设备较高要求及操作费用高等缺点。

4 结 论

对比生物柴油各种生产工艺,化学催化法由于工艺成熟、费用较低及产品质量稳定,且工艺条件可控性较好而被企业广泛采用。酶催化法虽然具备很多优点,但很多项目也仅仅停留在研究阶段,工业化生产仍有较大技术难度。超临界法的优势主要体现在不需催化剂,但实际生产时存在着工艺不完善等技术性难题。此外,生物柴油生产工艺所存在的共同难点是成本高,而高成本主要由原料导致,建议首先解决原料数量、质量和渠道问题。研究表明我国适合短期采用废食用油和野生植物资源,后逐渐过渡到农林资源的开发。其次考虑解决生产技术难点,如开发新型催化剂以适应不同原料的生产要求,工艺设备的优化等。

篇4：生物柴油技术研制成功等

他们提出了用溶剂从油菜籽浸出制油，再转化为生物柴油井综合利用菜籽饼粕的独特工艺路线，研制了高活性的固体催化剂，易于分离，生产过程中不产生过多的废水和废酸(碱)液。该固体催化剂可以重复使用，适应性好。

哈密瓜生长期果实腐烂病防治技术问世

陈科

新疆农科院植物保护研究所(邮编：830000，电话：0991-4504139)主持的“哈密瓜生长期果实腐烂病研究与防治”项目，通过了新疆科技厅组织的专家验收。

他们确定了种子带菌是重要的传播方式，该病害的发生与降雨量、栽培方式有关，筛选出防治该病害较好的三种药剂和适宜的浓度范围，为生产上提供了一套哈密瓜果实腐烂病的防治技术。

水稻栽培技术获新突破

李明达

四川科农种业有限公司(邮编：620030，电话：0833-8292510)研究的杂交水稻三围立体强化栽培技术，前不久通过了四川省科技厅组织的专家鉴定。

该技术通过水稻植株三角形交错组合排列，形成合理的光合立体结构，提高温、光、水利用率，在“嫩秧早栽、三围密植、有机肥足、湿润灌溉、控苗保根”的具体措施下，667平方米(1亩)产量在1359．3公斤。

植物组织培养技术在山东取得突破

贺国兴

山东金秋种业有限公司(邮编：253000，电话：0534—38B6281)承担完成的“开放式植物组织培养快繁的研究”项目，2005年通过了德州市科技局组织的专家鉴定。

篇5：新型生物脱氮工艺的简介

摘要：水体中的氮素污染越来越严重。传统生物脱氮工艺在废水脱氮过程中发挥着重要的 作用，但也暴露出成本高、脱氮效率低等缺点。随着生物脱氮新技术如亚硝酸型硝化反硝化技术、厌氧氨氧化技术的发展，生物脱氮新工艺也越来越多的受到研究者的关注。本文主要介绍了亚硝化脱氮工艺（SHARON）、厌氧氨氧化工艺（ANMAMOX）、亚硝化-厌氧氨氧化组合工艺（SHARON-ANAMMOX）、全程自养脱氮工艺（CANON）、限制自养硝化反硝化工艺（OLAND）。分别阐述了各工艺的原理、影响因素、运行特性、应用状况等。最后，简单叙述了各工艺的区别和联系，对各种工艺的操作参数进行了比较和概括。关键词：SHARON；ANMAMOX；SHARON-ANAMMOX；CANON；OLAND

1.引言

传统的生物脱氮理论包括硝化和反硝化两个过程，分别由自养型硝化菌和异氧型反硝化菌完成。传统生物脱氮工艺需要消耗大量的溶解氧、碳源，造成较高的运行成本。随着近代生物学和生物技术的发展，以及污水生物脱氮工程实践中出现的新的问题和现象，国内外学者提出了一些脱氮理论的新认识，并逐渐形成了生物脱氮新的理论。基于这些生物脱氮新理论，废水生物脱氮新技术也有了较快的发展。在亚硝酸型硝化反硝化技术和厌氧氨氧化技术发展的基础上，出现了一些新的生物脱氮工艺。这些生物脱氮工艺包SHARON、ANMAMOX、SHARON-ANAMMOX、OLAND、CANON等。

2.Sharon工艺

SHARON（single reactor for high ammonia removal over nitrite）即亚硝化脱氮工艺，是 荷兰Delft 技术大学1997 年提出并开发的一种新型生物脱氮技术[1]。其基本原理是在同一个反应器内，在有氧的条件下，自养型亚硝酸菌将NH4+转化为NO2﹣，然后在缺氧的条件下，异氧型反硝化菌以有机物为电子供体，以NO2﹣为电子受体，将NO2﹣转化为N2。其理论基础是亚硝酸型硝化反硝化技术，生化反应式可用下式（1）表示：

NH4+ + 0.75O2 + HCO3﹣→ 0.5 NH4+ + 0.5NO2﹣+ CO2 + 1.5H2O（1）

该工艺的关键是如何将氨氧化控制在亚硝酸阶段，并持久维持较高浓度的亚硝酸盐积累[2]。由于硝化过程中的两类细菌亚硝酸菌和硝酸菌的生长特性不同，对环境的要求也不同，这为将硝化控制在亚硝化阶段提供了条件[3]。SHARON 工艺使用单个无需污泥停留的完全混合反应器（CSTR）来实现，在较短的 HRT 和30~35℃的条件下，利用高温下硝酸菌的活性比亚硝酸的活性低，同时利用硝酸菌的

水力停留时间大于亚硝酸菌的水力停留时间，使水力停留时间介于两者之间，从而淘汰硝酸菌[4]。

经过小试、中试，第一个生产规模的运用SHARON工艺的Dokhaven污水处理场于1998年初在荷兰鹿特丹建成并投入运行。该SHARON的进水氨氮质量浓度为1g/L，进水氨氮的总量为1200kg/d，氨氮的去除率为85%。

SHARON 工艺与传统的的脱氮工艺相比，具有能够节省25%的氧气，节省40%的碳源、污泥产量少、反应器容积减少、反应时间短等优点。同时，它也存在一些问题，如反应时较高的温度不适合城市污水的处理，仅比较适合处理污泥硝化上清液和垃圾渗滤液等高氨高温废水，适合C/N 较低的废水，亚硝化产物NO2﹣是致癌、致畸、致突变物质，对受纳水体和人体健康有害。

3.Anammox工艺

ANAMMOX(anaerobic ammonium oxidation)即厌氧氨氧化工艺，是由荷兰DeLft 大学 1990 年提出的一种新型脱氮工艺。厌氧的条件下，微生物以NH4+为电子供体，NO2﹣为电子受体，把NH4+、NO2﹣转化为N2 的过程。其生化反应式可用下式（2）表示：

NH4+ + NO2﹣→ N2 + 2H2O（2）

Graaf[5]等通过同位素15N 示踪研究，提出了厌氧氨氧化可能的代谢途径，见下图1。他 认为ANAMMOX是通过生物氧化的途径实现的，过程中最可能的电子受体是羟(NH2OH)，而羟胺本身是由亚硝酸盐产生的。

图1 Graaf 提出的ANAMMOX 工艺的可能途径[5] 厌氧氨氧化过程中起作用的微生物是Anammox菌。Anammox菌是专性厌氧化学无机 自养细菌，生长十分缓慢，在实验室的条件下世代期为2~3 周，厌氧氨氧化过程的生物产量很低，相应污泥产量也很低。

ANAMMOX工艺的影响因素主要集中在系统环境对Anammox菌的抑制。主要的影响 因素包括反应器的生物量、基质浓度、pH 值、温度、水力停留时间和固体停留时间等。

ANAMMOX工艺具有不少突出的优点：相对传统的脱氮过程，耗氧下降62.5%；不需外加碳源，节约成本；不需调节pH 值降低运行费用。但该工艺还存在以下几个方面的问题：工艺还没有实现实用化和长期稳定运行；Anammox细菌生长缓慢，启动时间长，为保持反应器内足够多的生物量，需要有效的截留污泥等[6]。

荷兰的研究者们于2002 年通过数学模型模拟设计出世界上第一个生产性规模的 ANMAMOX 反应器，该反应器建在荷兰鹿特丹Dokhaven污水处理厂内，主要用于污泥消 化液的脱氮处理。

4.SHARON-ANAMMOX工艺

SHARON-ANAMMOX工艺即为SHARON和ANAMMOX的组合工艺。SHARON作为硝化反应器，在此反应器内，含NH4+的污水中约50%的NH4+氧化成NO2﹣；ANAMMOX作为反化反应器，含NH4+和NO2﹣的SHARON 反应器的出水作为此反应器的进水，在此反应器内，厌氧条件下NH4+和NO2﹣被转化为N2 和H2O。生化反应式如下式（3）：

NH4+ + 0.75O2 + HCO3﹣→ 0.5N2 + CO2 + 2.5H2O（3）

典型的SHARON-ANAMMOX工艺流程如下图2 所示。

图2 SHARON-ANAMMOX 组合工艺流程[7] SHARON-ANAMMOX工艺的中，反应的主要控制条件为温度、碱度和水力停留时间； 同时，Anammox反应器中不得有溶解氧的存在[8]。

SHARON-ANAMMOX工艺中发挥作用的细菌主要为氨氧化菌和Anammox 菌，两者均 为自养型细菌，因此该工艺无需外加碳源；同时还可以节约氧气约50%，污泥产量低，可 以节约90%以上的运行成本，具有很好的应用前景。

SHARON-ANAMMOX工艺主要适用于处理污泥上清液和高氨氮、低碳源工业废水。对污泥上清液而言，应用此工艺时并不需要调节pH 值，因为污泥上清液中含有HCO3﹣，当有一半的NH4+被转化后，污水中的碱度也几乎被耗光，从而导致反应器中pH 值下降，从而抑制硝化反应的进行，使SHARON反应器的出水中NH4+/NO2﹣保持在1.0 左右，为 ANAMMOX工艺中反应的发生创造条件[9]。

清华大学蒙爱红[10]利用CSTR反应器对亚硝化工艺处理高浓度氨氮自配废水进行了试 验研究，利用EGSB 反应器进行了厌氧氨氧化工艺的试验研究。在亚硝化—厌氧氨氧化串联运行后，亚硝化反应器的氨氮平均去除率为79%，厌氧氨氧化反应器中氨氮的去除率为 1%~45%，NO2﹣的平均去除率为60%~99.9%。

世界上第一个生产性SHARON-ANAMMOX工艺已于2002 年6 月在荷兰鹿特丹 Dokhaven污水处理厂正式运行，主要用于处理污泥消化上清液。

5.CANON工艺

新型生物脱氮工艺——CANON工艺（completely autotrophic ammonium removal over nitrite)即全程自养脱氮工艺,该工艺是指在单个反应器或生物膜内，通过控制溶解氧实现亚硝化和厌氧氨氧化，从而达到脱氮的目的。CANON工艺是基于亚硝化和厌氧氨氧化技术而发展的。

在限氧条件下，NH4+首先被好氧亚硝化菌氧化成NO2﹣，然后，厌氧氨氧化菌将NH4+和NO2﹣以及痕量的NO3﹣转化为N2。总化学反应式可用下式（4）表示：

NH4+ + 0.85O2 → 0.435N2 + 0.13NO3﹣+ 0.14H+ +1.3H2O（4）

CANON工艺反应器中的微生物主要是亚硝化细菌和厌氧氨氧化菌以及少量的硝化细 菌和常规异氧菌。有研究表明，CANON工艺中反应的发生依赖于好氧氨氧化菌Anammox 菌两种自养微生物菌群在限氧条件下稳定的相互作用关系CANON 工艺对于含高氨氮、低有机碳的污水来说，是一个既经济又高效的选择。

CANON工艺中所涉及的微生物均为自养菌，无需外加碳源。另外，CANON工艺在单一的反应器中运行，且仅需微量曝气，从而减少占地面积和能耗。与传统的脱氮工艺相比，该工艺可减少63%的供氧量、100%的碳源。

Sliekers等人[11]2002 年研究了CANON 工艺在SBR反应器中的应用情况，同时研究了该过程中的微生物特性。在限氧条件下，并未发现亚硝酸氧化菌，只有在O2 不受限制时或 进水NH4+浓度较低时，反应器中才出现亚硝酸氧化菌。郝晓地[12]等人利用数学模拟技术对 CANON工艺的各个未知因素和影响因子进行理论分析，发现溶解氧和膜的氨表面负荷（ASL）是CANON工艺中两个重要的影响因子。Sliekers等人[13]在2003 年研究了CANON 在气提反应器中的应用情况，结果表明，气提反应器适用于CANON工艺。反应器中存在少量的活性很低的亚硝酸氧化菌，可能是由于反应器中O2 浓度过高所导致的。孟了等[14]利用SBR反应器处理垃圾渗滤液，实现了CANON工艺。当DO控制在1mg/L 左右，处理废液流量为600m3/d，进水氨氮＜800mg/L 的条件下，氨氮的去除率＞95%，总氮的去除率＞90%。这些研究都为CANON 工艺的工程应用提供了有力的中试基础，对于如何在实际工程中控制其操作参数还有待进一步的深入研究。

6.OLAND工艺

OLAND（oxygen limited autotrophic nitrification denification，限制自养硝化反硝化工艺）工艺是限氧亚硝化与厌氧氨氧化偶联的一种新颖的生物脱氮反应系统[15]。其原理是首先在DO约为0.1~0.3mg/L的限氧条件下，好氧氨氧化菌将50%的NH4+转化为NO2﹣，使亚硝化阶段的出水比例稳定在NH4+/ NO2﹣=1：（1.2±0.2），从而为厌氧氨氧化阶段提供理想的进水，达到高效脱氮的目的。该工艺的反应式可用下式（5）表示：

NH4+ + 0.75O2 → 0.5N2 + H+ + 1.5H2O（5）

OLAND工艺和CANON工艺最大的差别在于前者在两个反应器中进行，而后者则在单 一反应器中完成。OLAND 工艺与传统脱氮工艺相比，可以节省供氧62.5%，节省碳源100%。该工艺的关键在于控制反应器中的溶解氧，这也是该工艺存在的主要问题，在混合菌群连续运行的条件下难以对氧和污泥的pH 值进行良好的控制[15]。

OLAND 工艺中，溶解氧是限氧亚硝化阶段的主要影响因素，而生物量和基质浓度、pH值和温度则影响厌氧氨氧化过程。

董远湘等[16]采用以多孔球悬浮填料为载体的限氧亚硝化生物膜处理高氨氮、低碳源的 废水，通过对DO 控制在0.5~1.0mg/L，实现硝化阶段出水中的氨氮与亚硝态氮的比例达到 最适值1：（1.2±0.2），从而为后阶段的厌氧氨氧化系统提供理想的进水；同时发现，在生物膜中进行氨氧化作用的主要为亚硝化杆菌（Nitrosomonas sp.）、亚硝化（Nitrosospira sp.）。张丹等[17]采用OLAND 工艺处理高氨氮、低COD 的废水，应用内浸式多聚醚砜中膜，实现了污泥的完全截留，通过控制DO 在0.1~0.3mg/L 之间，实现了硝化阶段出水中的氨氮与亚硝态氮的比例达到最适值1：（1.2±0.2）

7.结语

新的生物脱氮工艺相对于传统脱氮工艺来说，具有明显的优势，如：降低供氧能耗、无需外加碳源、减少反应器容积、节省运行费用等。新工艺中反应的发生过程往往需要特定的条件，如较高的温度，一定的pH 值，低碳源、高氨氮的进水等，这通常不适于处理常规的生活污水，而对特殊的废水如污泥消化上清液和垃圾渗滤液等来说，则具有良好的处理效果。目前，这些新工艺的发展才刚刚起步，对于其影响因素、过程控制、微生物特性等还不甚清楚。这些都需要进一步研究。参考文献： [1] 万金宝，王建永．基于短程硝化反硝化的SHARON 工艺原理及技术要点[J]．工业水处理，2008，28（4）：13-15 [2] 袁林江，彭党聪，王志盈．短程硝化反硝化生物脱氮[J]．中国给水排水，2000,16（2）：29-31 [3] 林涛，操家顺，钱艳．新型的脱氮工艺——SHARON 工艺[J]．环境污染与防治，2003，25（3）：164-166 [4] 李振强，陈建中．废水脱氮新技术研究进展[J]．广州环境科学，2005，20（3）：16-19 [5] Van de Graaf A A，Bruijn P，Robertson L A，et al．Autotrophic growth of anaerobic ammonium-oxidationmicroorganism in a fluidized bed reactor[J]．Microbiology．，1997，143：2415-2421

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篇6：离子束生物工程技术简介

离子束生物工程技术简介 离子束生物工程技术简介 工程
中科院等离子体物理研究所从上世纪 80 年代末开创了离子束生物工程学这一交叉 学科，利用低能离子束与生物体相互作用原理，发明了离子束生物工程改良品（菌）种 的方法。离子束生物学在国家自然科学基金重点、重大项目及国家 “八五”、“九五”、“十五”“十一五”重点科技攻关项目、“863”项目、农业成果转化基金等和中国科 学院及安徽省科技项目支持下，经过多年发展，基础研究和应用研究取得了一系列创新 成果，创造了显著的社会经济效益。八十年代中，正当国内外兴起离子注入材料表面改性研究时，中国科学院等离子体 所与安徽农业科学院水稻研究所科技人员用 30keV 的氮离子注入水稻干种子后发现显著 的诱变效应，以后又陆续发现一些新现象：如注入离子在种子里长距离穿射和高速率溅 射，低能离子与生物分子相互作用只要反应体系里有氮参与都有一定的几率形成氨基 酸，以及离子注入条件下出现的生物反常辐照损伤、当代可遗传突变等等现象。这些现 象后来被国内外科学家所证实。例如，低剂量下生物体呈现的“反常辐照损伤”（hyper-radiosensitive response，HRS’）现已成为辐射生物学研究的热点之一。因 此，低能离子与生物体相互作用是一个客观存在的有重大应用背景的科学问题。这一科 学问题的提出和研究在有关论著中得到高度评价。《核技术》（科学出版社）认为：“余 增亮小组利用核物理实验方法、手段、概念探索离子注入生物体后产生的物理和生物现 象…，形成了很强的交叉领域，孕育着交叉学科”。杨垂绪（美）在《太空放射生物学》（中山大学出版社）中将此列为重离子生物学发展的一个阶段，并做了详细介绍。丘冠 英在《生物物理学》（武汉大学出版社）一书中认为：这“形成了辐射生物学的一个新 领域－低能重离子生物学，引起了国内外的关注” 离子束生物技术具有很多优点：一是诱变的变异频率高，可选择注入的离子种类多 样，而且其质量、能量、电荷可有多种组合，所以其产生的诱变结果和效应也是多种多 样的；二是变异谱宽，离子束能产生较高的电离密度，使 DNA 产生严重损伤，其作用于 植物体后可获得较高的变异频率和较广的突变谱，易于筛选出先新的突变体；三是变异 稳定快，离子注入造成的损伤不以修复，突变体稳定较快；四是技术稳定可靠，简单易
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技术委员 会

得，经加速后的离子具有一定的静止质量，注入生物体后可以使质量、能量、电荷共同 作用于生物体。因此离子束生物技术成为生物培

养与改良的重要手段之一，离子束生物 工程技术经过短短二十年的探索，已经从基础理论阶段进入到理论研究与实际应用相结 合达到的阶段，在农作物诱变育种、工业微生物育种、植物转基因、人类健康等方面取 得了阶段性的成果。在市场方面，过去的产业化事例说明，离子束微生物技术具有极强的竞争力。离子 束修饰的花生四烯酸（AA）产生菌，50 吨罐发酵，占总脂 50%以上，在 AA 得率达到 5.8g/L，处于国内外最好水平。1999 年成立国内第一家生产 AA 的专业化公司武汉烯王生物工程 有限公司。当时，罗氏、巴斯夫和美国惠氏公司等正在中国推出 AA 产品。AA 产品的投 产，将国外公司挤出中国市场，并出口欧洲、美国、南美和东南亚 20 多个国家和地区。再以维生素 C 为例：我国维生素 C 年出口四万吨。1995 年罗氏、武田等跨国公司掀起价 格大战，使我国 Vc 行业损失惨重。1998 年，离子束创制的高性能维生素 C 催化剂，将 糖-酸克分子转化率从 80%以下提高到 95%以上，在江山制药公司和东北制药总厂一次试 产成功。新产品（后流入威尔康，说明我国四大 Vc 企业中已有三家使用）的投产，仅 江山制药每年增加效益就达 2000 多万元，对保住和开拓我国国际市场份额起了重大作 用。2001 年，经离子束修饰的耐高温 Vc 催化剂，使我国的竞争力再次加强。到 2002 年，终于迫使罗氏出售 Vc 生产部，巴斯夫关闭武田生产线，国家出口创汇因此增加 2000 万美元。

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