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随着石油贮量的减少以及国际原油价格的不断攀升,燃料乙醇越来越受到人们的关注。甘蔗和木薯是优质的能源作物,用以生产燃料乙醇却面临着能源与人争粮、与粮争地的问题。开发大面积存在的矿山矿场污染地种植甘蔗和木薯,联合燃料乙醇生产技术的研究,是解决上述问题的有效途径。
本实验利用广东省韶关市大宝山矿场重金属污染的周边地区,引进种植耐受重金属、高光合量和高生物量的16种甘蔗品种以及5种木薯品种,拟通过对作物的重金属含量、产量、总糖含量、糖锤度、转光度、可发酵糖含量等理化性质的研究,对作物进行初步筛选。利用初步筛选的品种,依照工业生产乙醇的发酵条件,从5株优良酵母中,筛选出适宜发酵的最优酵母。采用最优酵母对所有甘蔗和木薯品种进行发酵测试,考察作物的发酵性能,最终确定甘蔗和木薯的优良品种,开发新型燃料乙醇生产模式。
研究结果表明,与同种作物比较,选定可发酵糖含量最高,乙醇产量最大,适宜在改良矿山污染土壤种植的甘蔗品种粤糖00-236以及木薯品种华南205为最优品种。酵母筛选方面,以粤糖00-236为发酵液,DBL91C1被选定为甘蔗发酵的最优酵母。利用华南205为发酵液,筛选出S.cerevisiae2.82为木薯发酵的最优酵母。以酵母DBL91C1发酵粤糖00-236,可实现所有甘蔗乙醇发酵的最高产量-11.34%,华南205则以酵母S.cerevisiae2.82发酵,其乙醇产量达所有木薯发酵的最高值-11.7%。另外,实验还引入云南西双版纳种植的菊叶薯蓣进行乙醇发酵性能测试,筛选出最适宜发酵的酵母DBL91C1,其酒精产量达9%。
实验还探讨了能源作物及酵母菌与重金属的相互关系。结果表明,甘蔗和木薯都能吸收Zn、Cu. Cd、Pb等重金属,且木薯吸收重金属的能力比甘蔗强,两种作物对重金属污染土壤有一定的修复效果。5株酵母菌在重金属环境中的发酵活动主要受Cd与Pb的制约,其中S.cerevisiae2.82由于具有对Cd的解毒及Pb的排斥机制,表现出最好的重金属耐受性。重金属的迁移行径为土壤-农作物--发酵液--废液废渣,重金属最终集结在废液废渣中,安全处置显得尤为必要。
以矿山污染土壤种植的甘蔗木薯以及荒山荒坡种植的菊叶薯蓣为原料发展燃料乙醇,不仅不争粮不占用耕地,而且能够恢复边际土地的生态环境,创造巨大的环保经济效益,是值得推崇的新型燃料乙醇发展模式。