生物质原料生物转化与利用研究团组
发表日期: 2014-01-07 作者: 文章来源:
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生物质原料生物转化与利用研究团组

 

一、研究简介

1、研究方向

1)废弃生物质能源化与资源化

  • 生物质废弃物生物转化过程机制与调控。

  • 木质纤维原料解聚与糖平台构建。

  • 生物质废弃物生物燃气高效转化与高值化利用。

  • 生物质废弃物转化生产有机肥、生物菌肥。

  • 秸秆“饲料-粪便-生物燃气与肥料”梯级利用。

  • 生物质废弃物资源化利用与农业生态循环。

2)高附加值能源植物开发利用

  • 能源与食用植物发掘。

  • 葛根生产异黄酮、淀粉、丁醇和生物燃气的全组份炼制。

  • 蓖麻转化生产航空燃油、高端润滑油的高值开发。

  • 能源作物青贮与生物燃气生产。

3)微生物制剂开发

  • 木质纤维素类原料沼气发酵预处理菌剂。

  • 秸秆堆肥与还田腐熟菌剂。

  • 秸秆与能源作物青贮菌剂。

  • 适用于宽泛pH、温度条件下的产甲烷菌剂。

  • 畜禽养殖场、垃圾处理厂等场所的除臭微生物制剂。

  • 生物脱硫微生物制剂。

2、研究成果

  • 研究团组是我国最早和最全面从事生物燃气技术研究的单位之一,从1972年开始对生物燃气发酵技术进行了40余年的研究,系统地对生物燃气发酵工艺及配套反应器、发酵过程、微生物种群进行了研究,形成了一整套生物燃气发酵技术体系,搭建了生物燃气研究与应用技术平台。

  • 对畜禽粪便、秸秆、有机垃圾等开展了堆肥化、能源化等生物转化研究,形成了生物质废弃物资源化开发利用系列成果。

  • 发表论文100余篇,编写专著1部,申请专利30余项,建立生物燃气示范工程10余处,获得国家及省部级科技奖励5项。

专利一览表

序号

专利名称

专利号/申请号

国别

类型

已授权专利

1

原位沼气脱硫综合处理高值利用工艺

ZL200910012733.6

中国

发明专利

2

原位沼气耦合型长效脱硫剂

ZL200910012731.7

中国

发明专利

3

一种产甲烷复合菌剂及其制备方法

ZL2009100187435.0

中国

发明专利

4

复合菌剂预处理秸秆的沼气发酵方法

ZL200510077792.3

中国

发明专利

5

用于处理有机固体废物的复合菌剂及其制备方法

ZL200510077793.8

中国

发明专利

6

一种城市生活有机垃圾强化水解和厌氧消化产生生物燃气的配套设备

ZL 201010130968.8

中国

发明专利

7

二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的系统

ZL201010232416.8

中国

发明专利

8

草本类木质纤维原料联产沼气和固体成型燃料的方法

ZL 201010525849.2

中国

发明专利

9

易腐性有机垃圾高固体两相三段厌氧消化产沼气的方法

ZL 201010106904.4

中国

发明专利

10

车用压缩生物天然气生产设备和生产方法

ZL201110214093.4

中国

发明专利

11

餐厨垃圾沼气发酵耦合油脂分离回收的方法和装置

ZL201110159541.5

中国

发明专利

12

一种利用沼液生产一氧化碳营养菌发酵培养及的方法

ZL201210109475.6

中国

发明专利

13

一种有机废弃物两步生物制氢的方法及其装置

ZL201110166607.3

中国

发明专利

14

城市生活垃圾综合处理工艺配套设备

ZL98121820.2

中国

发明专利

15

城市有机垃圾高浓度发酵产沼气新技术

ZL97107814.9

中国

发明专利

16

处理城市有机垃圾的新工艺

ZL96117721.7

中国

发明专利

17

一种软体车库型厌氧干发酵装置

ZL201120488561.2

中国

实用新型

18

一种木质纤维素原料的漆酶预处理装置

ZL201020139050.5

中国

实用新型

19

一种原位分离产纤维素酶放线菌的装置

ZL201020203398.6

中国

实用新型

20

一种车库式厌氧干发酵装置

ZL201020201282.9

中国

实用新型

21

一种沼气生物脱硫设备

ZL200620089059.3

中国

实用新型

22

城市生活垃圾破袋破碎机

ZL99231911.0

中国

实用新型

23

一种垃圾处理设备

ZL96233790.0

中国

实用新型

24

垃圾给料破袋设备

ZL99231912.9

中国

实用新型

25

一种垃圾处理设备

ZL96233790.0

中国

实用新型

已申请专利

26

一种乳酸杆菌菌株及其应用

201310036200.8

中国

发明专利

27

一种酵母菌菌株及其应用

201310036086.9

中国

发明专利

28

一种混合原料发酵生产沼气的系统及方法

201210332771.1

中国

发明专利

29

一种畜禽粪污微生物除臭菌剂、其制备方法及其应用

201210190607.1

中国

发明专利

30

一种用于公厕除臭的复合生物制剂、制备方法及其应用

201210190627.9

中国

发明专利

31

一种木质纤维素原料的生物-化学预处理方法

201010182173.1

中国

发明专利

32

原位沼气脱硫剂

200910012732.1

中国

发明专利

33

酸化沼气发酵系统恢复产气的复合生物制剂及其制备方法

201310442836.2

中国

发明专利

34

一种沼气发酵过程的调控方法

201310440319.1

中国

发明专利

35

一种沼气发酵过程的调控系统

201310445712.X

中国

发明专利

33

一种破除秸秆沼气发酵上浮结壳的装置

201220211201.2

中国

实用新型

 

 

获得奖项

 

 

5年发表论文

  1. Deodorization Study of the Swine Manure with Two Yeast Strains. Zhiying Yan, Xiaofeng Liu, Yuexiang Yuan, Yinzhang Liao, and Xudong Li. Biotechnology and Bioprocess Engineering (2013, DOI 10.1007/s12257-012-0313-x)

  2. Enhanced saccharification of corn straw pretreated by alkali combining crude-ligninolytic enzymes. Jiang Li, Fenghui Sun, Xiangzhen Li, Zhiying Yan, Yuexiang Yuan, XiaoFeng Liu*. Journal of Chemical Technology and Biotechnology2012, 87(12): 1687-1693.

  3. Effect of biological pretreatment with Trametes hirsuta yj9 on enzymatic hydrolysis of corn stover. Feng-hui Sun, Jiang Li, Yue-xiang Yuan, Zhi-ying Yan, Xiao-feng Liu. International Biodeterioration & Biodegradation, 2011, 66(7):931-938.

  4. Deodorization of swine manure using a lactobacillus strain. Zhiying Yan, Jiang Li, Xiaofeng Liu, Yuexiang Yuan, Yinzhang Liao, Xudong Li*. Environmental Engineering and Management Journal, 2013, 16(1), 11-19.

  5. Interaction of a Mixed Culture of Two Fungi as a Means of Improving Laccase. ActivityYan Z.Y, Sun X.W, Jiang Li,Xiao-feng Liu*, Yue-xiang Yuan, Yin-zhang Liao. Research Journal of Biotechnology, 2013, 8(10): 2-9.

  6. Hydrogen production characteristics of the organic fraction of municipal solid wastes by anaerobic mixed culture fermentation. Li dong, Yuan Zhenhong, Sun Yongming, Kong Xiaoying, Zhang Yu. International Journal of Hydrogen Energy, 2009, 34(2), 812-820.

  7. Evaluation of pretreatment methods on harvesting hydrogen producing seeds from anaerobic digested organic fraction of municipal solid waste (OFMSW). Li Dong, Yuan Zhenhong, Sun Yongming, Ma Longlong. International Journal of Hydrogen Energy. 2010, 35(15): 8234-8240.

  8. Semi-dry mesophilic anaerobic digestion of water sorted organic fraction of municipal solid waste (WS-OFMSW). Li Dong, Yuan Zhenhong, Sun Yongming.Bioresource Technology. 2010,101(8):2722-2728.

  9. Anaerobic Fermentative Coproduction of Hydrogen and Methane from an Organic Fraction of Municipal Solid Waste. Dong, L., Zhenhong, Y. , Yongming, S. and Longlong, M.Energy Sources, Part A:Recovery, Utilization, and Environmental Effects. 2011, 33(6), 575-585.

  10. Jingqing Ye*, Dong Li*, Yongming Suna, Guohui Wang, Zhenhong Yuan, Feng Zhen, Yao Wang. Improved biogas production from rice straw by co-digestion with kitchen waste and pig manure. Waste Management,2013, 33(12): 2653–2658 (contributed equally)

  11. Continuous anaerobic digestion of food waste and design of digester with lipid removal. Dong Li , Yongming Sun, Yanfeng Guo, Zhenhong Yuan, Yao Wang, Feng Zhen. Environmental Technology 2013, 34(13/14), 2135-2143.

  12. 一株嗜碱产甲烷八叠球菌的分离鉴定与系统发育分析,钱丹丹、马隆龙、袁月祥等,应用与环境生物学报,201218(2): 262-266.

  13. 毛栓菌原生质体制备和再生及单核菌株产漆酶特性,李江、袁月祥、闫志英等,.菌物学报,201231(1): 102-10.

  14. 一株产耐热纤维素酶菌株的筛选及酶学性质,韩铭、袁月祥、闫志英等,应用与环境微生物学报,2012181):075-079.

  15. 两株真菌混合发酵产纤维素酶的条件及其优化,陈历铌、黎云祥、谢天文等,广东农业科学,20113):1-5.

  16. 缺氧嗜甲烷古菌研究进展,李江、刘晓风、廖银章等,应用与环境生物学报 201117 ( 5 ): 763-766.

  17. 厌氧纤维素降解产氢复合菌系L-3研究,王佳婧、刘晓风、袁月祥等,应用与环境生物学报,201016 (1 ): 104-108.

  18. 生物燃气技术及工程的发展现状,刘晓风;袁月祥;闫志英,生物工程学报,201026(7): 924~930.

  19. 真菌产纤维素酶的诱导物及其调控机理研究进展,谢天文;刘晓风; 袁月祥; 闫志英; 贺蓉娜; 廖银章 。应用与环境生物学报,201016 (3 ): 440-444.

  20. 白腐真菌组合培养提高漆酶酶活的作用机制研究,何荣玉、刘晓风、闫志英等,环境科学,201031(2): 465-471.

  21. 响应面分析法优化白腐菌Y10产漆酶培养基研究,姚梦吟、刘晓风、袁月祥等,广东农业科学,200912: 15-19.

  22. 一株生长pH较宽的产甲烷菌分离与系统发育分析,胡亚东、袁月祥、闫志英等,应用与环境生物学报,200915 ( 4 ): 1-5.

  23. 复合菌剂预处理秸秆产沼气 闫志英、袁月祥、刘晓风等,四川农业大学学报,200927(2): 176-179.

  24. 一株选择性降解木质素菌的筛选及其对玉米秸秆的降解,姚梦吟、刘晓风、袁月祥等,应用与环境生物学报,200915 (3 ): 427- 431.

  25. 提高漆酶活力的菌株组合筛选及诱导剂的研究,李娜、刘晓风、袁月祥等,中国造纸学报,2009242),32-36.

  26. 纤维素分解复合菌系St-13的筛选及产酶条件的研究,崔诗法、廖银章、黎云祥等,现代农业科学,2009161):8-11..

  27. 油包水(W/ O) 型微乳液中m26 菌木质素降解酶的研究,李娜、冯贵颖、刘晓风等,西北农林科技大学学报(自然科学版),200836(7):179-184.

  28. 厌氧发酵产氢微生物的研究进展,宋丽、刘晓风、袁月祥等,生物工程学报,2008246):933~939.

  29. 微波诱变选育耐酸高效厌氧产氢菌,宋丽、刘晓风、刘培旺等,应用与环境生物学报200814(3)427-43.

  30. 提高沼气产量的外源添加物筛选研究,何荣玉、袁月祥、闫志英等,农业工程学报,20082410),181-185.

  31. 产氢菌的复合诱变选育及突变株HCM-23的产氢特性,宋丽、刘培旺、袁月祥等,微生物学通报,2008, 35(6): 923-928.

 

3、承担项目

前期完成项目

序号

项目名称

项目来源

1

堆肥与焚烧相结合的系统方案

亚愽国际app下载重大项目

2

城市有机生物质垃圾系统处理工程研究

亚愽国际app下载重点项目

3

200/日能量自给型城市生活垃圾堆肥系统关键技术研究及工程示范

亚愽国际app下载知识创新方向性项目

4

城市有机垃圾高浓度厌氧发酵工艺研究

四川省应用基础项目

5

城市垃圾处理技术及设备组合研究

四川省重点科技项目

6

城市生活垃圾处理成套技术及设备研究

四川省重大项目

7

城市生活垃圾无害化、资源化最优处理技术研究

四川省重大招标项目

8

高效稳定产能的沼气工程关键技术

四川省国际合作项目

9

古巴垃圾沼气发电工程

联合国工业发展组织项目

10

坦桑尼亚剑麻废液沼气发电工程

联合国工业发展组织项目

 

近期完成项目

序号

项目名称

项目来源

时间

1

木质纤维原料生物高级转化技术及产品

科技部863项目

2008-2010

2

农业废弃物资源化处理

国家科技部支撑项目

2009-2010

3

沼气规模化干法厌氧发酵技术与装备研究

国家科技部支撑项目

2006-2010

4

纤维素乙醇的高温发酵和生物炼制-生物预处理研究

亚愽国际app下载院重大项目

2008-2012

5

农村新能源开发与节能关键技术研究

国家科技部支撑项目

2006-2010

6

面源污染物迁移规律及其控制关键技术试验示范

亚愽国际app下载西部行动项目

2007-2010

 

正在承担项目

序号

项目名称

项目来源

时间

1

混合原料高产生物燃气

技术集成与示范

国家科技部支撑项目

2011-2013

2

农村有机废物混合厌氧发酵关键技术研究示范

环境保护部公益性行业科研专项

2011-2013

3

基于微生物生态学的复合菌剂研发与应用

亚愽国际app下载知识创新工程重要方向项目

2011-2013

4

纤维类原料强化生物水解及高效厌氧发酵技术

亚愽国际app下载知识创新工程重要方向项目

2011-2013

5

混合原料厌氧干发酵生产生物燃气

四川省科技厅

2011-2013

6

生物质废弃物厌氧干发酵与资源化技术

四川省科技厅

2013-2015

7

厌氧发酵系统微生物群落解析

国家973计划

2012-2016

 

二、团组成员

1、团组简介

团队共有固定研究人员10名,其中研究员3名,副研究员3名,实验师1名,高级实验师1名,实习研究员2名,研究生10余名。目前,已形成生物质废弃物生物转化与资源化应用基础研究、应用技术研究及工程化放大和成果转化开发研究的老中青相结合学术团队。

2、骨干人员

刘晓风 liuxf@cib.ac.cn

 

男,汉族,196445日,亚愽国际app下载研究员,中国可再生能源学会生物质能专委会委员,《新能源进展》期刊编委。长期从事生物质废弃物高效生物转化与能源化、资源化利用及生物燃气高效工艺与发酵装置研发等研究。承担或作为主研人员已完成国家、科学院和省重大、重点等科研项目10余项。主要承担的科研项目有国家科技支撑计划课题“混合原料高产生物燃气技术集成与示范”,(编号:2011BAD15B03)、国家863重点课题“木质纤维素原料生物高效转化技术及产品”(编号:2007AA100702)、国家科技支撑项目“沼气规模化干法厌氧发酵技术与装备研究”子课题、亚愽国际app下载知识创新工程重大项目“基于微生物生态学的复合菌剂研发与应用”、亚愽国际app下载知识创新工程重大项目专题“纤维素乙醇的高温发酵和生物炼制-生物预处理研究”、亚愽国际app下载知识创新工程重大项目“纤维类原料强化生物水解及高效厌氧发酵技术”、联合国工业发展组织项目“古巴哈瓦那市20-30万户家庭的有机垃圾沼气发电工程”、联合国工业发展组织项目“坦桑尼亚剑麻废液沼气发电工程”。获得2011年国家科技进步二等奖(有机固体废弃物资源化与能源化综合利用系列技术及应用)、2004年广东省科技奖一等奖(广东博罗200/日能量自给型城市生活垃圾堆肥系统示范工程)等奖项,取得发明专利6项,发表文章30余篇,参与2部专著编写。

 

 

闫志英 yanzy@cib.ac.cn

 

男,汉族,1980年生,理学博士,亚愽国际app下载副研究员,环境科学专业,1999.09-2003.07 西北农林科技大大学 农学学士;2003.09-2006.07 亚愽国际app下载大学 环境科学硕士;2009.09-2012 .12 亚愽国际app下载大学 环境科学博士。2006.07-至今,亚愽国际app下载工作,主要从事生物质废弃物资源化利用及生物质能生物转化研究,在SCI/EI、核心期刊发表文章20余篇,专利15余项。作为主研人员参加了国家“863”计划、国家科技支撑计划、四川灾后重建等多项科研课题研究。

 

李东 Lidong@cib.ac.cn

 

男,汉族,1982年生,理学博士,亚愽国际app下载副研究员。2004年毕业于四川大学化工学院制药与生物工程系,获工学学士学位;2010年毕业于亚愽国际app下载大学,获工学博士学位,并荣获2010年度亚愽国际app下载院长优秀奖。主要从事生物燃气高效制备和高值化利用研究,针对不同类型的生物质原料,开发了秸秆干发酵、果蔬废弃物两相厌氧发酵、餐厨垃圾沼气发酵耦合油脂分离一体化、城镇生活有机垃圾强化水解两段发酵、多元生物质混合发酵、氢甲烷联产等专利工艺技术装备。近年来,承担国家自然科学基金1项、中科院院地合作项目1项、广东省科学院战略合作课题1项、企业合作项目3项,作为课题骨干参与国家“863”计划、科技支撑计划课题5项。编制地方生物质能发展规划2项,参编专著4部,发表论文30余篇,其中SCI/EI收录20篇,授权发明专利21件。

袁月祥 Yuanyx@cib.ac.cn

男,汉族,1972年生,理学博士。亚愽国际app下载副研究员,江苏省科技项目评审专家。长期从事各种有机固体废弃物资源化利用、生活污水及高浓度有机废水处理与资源化利用、生物有效成分提取与开发研究。对有机固体废弃物的好氧堆肥工艺、厌氧发酵产沼气工艺以及好、厌氧功能微生物选育与菌剂研制等方面有深入研究。作为负责人或主要研究人员主持、参加了包括“863”、科技支撑项目在内的国家和省部级重点重大科研项目十余项。其中垃圾处理技术在四川宜宾、广东博罗等地建立了4200/~600/日的处理工程;参与设计了坦桑尼亚剑麻废渣沼气发电工程、古巴有机生活垃圾沼气发电工程、彭州獭兔粪便高浓度恒温发酵沼气工程,前两个沼气工程均获得联合国工业发展组织的好评;秸秆预处理产沼气技术和菌剂在10多个省市,50余个县进行了上万户的农村沼气推广应用。已申请有关发明专利12项(已授权7项)、实用新型专利10项(已获得9项),在国内外主流学术期刊上发表论文近三十篇。

3、人才培养

团队已累计培养硕士研究生10余名,培养联合培养研究生8余名。

三、国际合作与交流

团队与德国生物质能源研究中心(DBFZ)、德国洪堡大学农业与城市生态工程研究所、德国吕贝克大学、丹麦科技大学、德国生物和可再生能源协会(BBK)、德国BEB生物质公司、瑞典隆德大学建立了长期的交流合作关系。多次出访参加国外组织的学术会议,并积极组织主办国际合作学术交流会。

  • 2006年和2007年,生物所和德国BEB公司两度进行合作,共同完成联合国工业发展组织(UNIDO)示范项目“坦桑尼亚剑麻废液产沼气发电工程”和“古巴哈瓦那市20-30万户家庭的有机垃圾沼气发电工程”。

  • 2011年,主办中德生物质能专家交流会,邀请德国生物和可再生能源协会、维也纳农业与科学大学、德国BEB生物质公司、农业部沼气科学研究所、四川大学等国内外专家学者开展中德在生物能研究、开发与产业化领域的研讨。

  • 2013年参加中德干发酵技术研讨会和第四届中日固体废弃物处理与处置学术交流会。

 

 

 

四、成果应用与转化

1、工艺技术

沼气高效制备技术

  • 对厌氧干发酵传质传热性能进行了系统优化,构建了秸秆厌氧干发酵工艺技术,并进行了示范验证。

  • 建立了典型原料产气特征数据库,完成了多种原料配比表,编制了1套沼气工程设计软件,建立了混合原料厌氧发酵工程示范。

  • 针对垃圾易腐酸化的特性,开展了两相发酵工艺优化研究,并建立了示范工程。

车库式干发酵反应器 古巴哈瓦那生活垃圾沼气发电工程

遂宁齐全混合原料沼气工程 坦桑尼亚剑麻废液沼气发电工程

沼气净化提纯技术

根据脱硫作用的位置,研发了异位生物脱硫技术和原位生物脱硫技术,并在多个沼气工程进行了应用示范。

脱硫技术方案

 

 

 

北京仇庄村原位生物脱硫沼气工程 异位生物脱硫塔

 

有机肥生产技术

以畜禽粪便、农作物秸秆、有机生活垃圾等生物质废弃物为原料,添加堆肥功能菌剂,经微生物好氧发酵腐熟后,根据需要,可配伍生产出生物菌肥、有机肥。有机肥生产技术在多个堆肥厂进行了应用示范。

有机垃圾、秸秆有机肥生产示范工程

生物除臭技术

根据恶臭的成份、浓度和产生源的不同,研发了生物过滤法、生物滴滤法、生物洗涤法三种恶臭处理工艺,并在养殖场恶臭处理中进行了应用示范。

生物过滤法 生物滴滤法

生物洗涤法

 

生物滴滤法在养殖场恶臭处理中的应用

秸秆原料全利用技术

针对现有秸秆利用只注重某项技术的应用,缺乏原料收集方式、多种技术连用和商业模式模式的探索,整个产业经济效益较差等问题,从秸秆梯级循环利用的角度出发,联用多种技术,探索灵活有效的秸秆收集方式,统筹农户、企业和政府的各自利益诉求,构建一种秸秆综合利用技术与商业模式,实现“三盈”,从而有效解决秸秆焚烧屡禁不止的难题。具体工艺技术模式见下图所示。


秸秆综合利用技术方案

餐厨垃圾综合利用技术

根据餐饮垃圾不同组分的特性,集成多种能源化与资源化技术,研发了分相分质利用的工艺,建成一整套餐饮废弃物能源化综合利用系统与技术体系,实现餐饮废弃物无害化与资源化。具体工艺路线如下图所示。

 

餐厨垃圾综合利用技术方案

 

养殖废弃物综合利用系统技术

研发了“粪污收集—生物燃气生产—净化提纯—槽车运输—CNG加气—有机肥生产—标准化绿色蔬菜种植”为一体的以生物燃气工程为核心的现代循环农业体系,不仅解决养殖业的面源污染,同时生产清洁可再生能源和有机肥,并实现绿色种植从源头解决食品安全问题。


养殖废弃物综合利用系统技术

 

2、产品

生物制剂(原料预处理菌剂、沼气发酵促进剂、除臭菌剂、调控菌剂、堆肥菌剂、青储菌剂)

 

生物制剂相关产品

 

 

生物制剂生产车间

沼气工程设计软件与发酵监控系统

 

 

生态厕所

 

3、示范工程

广东博罗200/日城市生活垃圾 四川宜宾500/日城市生活垃圾资源化利用厂

资源化循环利用工艺示范基地

 

西藏林芝低温沼气工程 四川邛崃CSTR沼气工程

 

五、企业服务

1、技术咨询服务

相关行业咨询、规划、可研、方案设计等服务;沼气、原料、肥料、饲料等分析检测服务。

2、产品提供

堆肥腐熟菌剂、秸秆预处理菌剂、青储菌剂、除臭菌剂、沼气促进剂、小试厌氧反应器等产品服务。

3、工程设计与建设

沼气、有机肥生产的工艺、工程设计、建设及运行调试。

4、合作研发与推广

生物基化学品发酵制备技术

葛根的资源化全利用技术

沼液的高端化深加工技术

工业菌种改造与工艺优化

生态循环农业建设

 

 


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