黄丝藻提油藻渣与牛粪共厌氧发酵研究

来源：核心期刊咨询网时间：2019-07-01 10:1412

摘要：摘要：以黄丝藻(Tribonema minus)提油后剩余藻渣为原料，与牛粪混合进行厌氧发酵。结果表明，藻渣与牛粪混合发酵工艺能使发酵液维持在适于厌氧发酵菌群生长的pH环境。在藻渣和牛粪混合比为4∶6的厌氧发酵体系下，累计产气量(783 mL)、产甲烷速率[9.8 mL/(dg

　　摘要：以黄丝藻(Tribonema minus)提油后剩余藻渣为原料，与牛粪混合进行厌氧发酵。结果表明，藻渣与牛粪混合发酵工艺能使发酵液维持在适于厌氧发酵菌群生长的pH环境。在藻渣和牛粪混合比为4∶6的厌氧发酵体系下，累计产气量(783 mL)、产甲烷速率[9.8 mL/(d·g VS)]均为最大，日产气量(86 mL/d)和累计产甲烷量(88.07 mL/g VS)较高，发酵滞留时间最短(2.1 d)。

　　关键词：黄丝藻(Tribonema minus);藻渣;牛粪;共厌氧发酵

　　藻類(Algae)是广泛存在于海洋、淡水湖泊等水域、潮湿地带，甚至沙漠中也存在的一类生物质资源，一般为单细胞、丝状或片状多细胞群，具有结构简单、种类繁多、易于驯化培养、适应性强、光合效率高、生长速度快等特点。

　　藻类按形态大小可分为大藻和微藻[1-3]。微藻主要由脂类、蛋白质和多糖等组成，且富含多种微量元素，在食品医药、化妆品、养殖饵料、环境能源等领域有广泛研究与应用。微藻在能源领域的研究主要集中在微藻油脂制备生物柴油、微藻发酵制备沼气/氢气、微藻光合作用产氢、微藻燃料乙醇、微藻热化学转化制备生物燃料等方面[4]。在特定条件下，微藻油脂积累可达到40%～70%[5，6]，油脂经过提取和转脂化反应可生成脂肪酸甲酯、脂肪酸乙酯等化合物作为生物柴油使用;但油脂提取后会剩余大量藻渣。藻渣中仍含有大量蛋白质和多糖等有机物质，可通过厌氧发酵，经历水解、酸化和产甲烷3个阶段产生沼气[7]。已有报道去氨基酸藻渣和去油脂藻渣的CH4产率高于全组分藻粉，主要归因于在某些组分去除时破坏了细胞壁的结构、增加了有机质的水解[4]。但其多糖类分子极易被微生物分解，产生大量酸类物质，会严重影响产甲烷菌群的生长。因此，采用生物质混合厌氧发酵的方式是一种较好的缓解过度酸化的工艺。

　　目前对微藻油脂提取后剩余藻渣厌氧发酵的研究较少。本试验以一种易采收、油脂含量高的丝状微藻——黄丝藻(Tribonema minus)提油后藻渣为原料，与牛粪进行共厌氧发酵，采用生活污水处理厂二沉池生活污水作为接种物，研究不同混料比下共厌氧发酵过程中发酵液pH、产气量及产甲烷量的变化趋势，以期实现微藻提油后剩余藻渣能源化利用及微藻生物质的最大化利用。

　　1 材料与方法

　　1.1 材料

　　黄丝藻提油后剩余藻渣由中国科学院青岛能源与过程研究所惠赠。自然风干后粉碎筛分20目以下部分备用。牛粪取自某农家奶牛养殖场堆弃牛粪，自然风干后粉碎筛分20目以下部分备用。接种物取自某污水处理厂二沉池生活污水。三者基本特性如表1所示，其中C、N含量为固体物质中的含量。

　　1.2 厌氧发酵装置

　　厌氧发酵产沼气试验装置由厌氧发酵系统、气体收集系统及温度控制系统3部分构成，如图1所示。厌氧发酵系统采用500 mL锥形瓶，用橡胶塞密封保持无氧环境;使用玻璃管与乳胶管相连接导出发酵系统生成的气体，气体收集系统由1 000 mL铝箔集气袋构成;温度控制系统由恒温水浴锅控制。

　　1.3 试验设计与指标测定

　　试验设6个不同藻渣与牛粪配比，分别为10∶0、8∶2、6∶4、4∶6、2∶8、0∶10，考察不同混料比例对发酵液pH、产气量和产甲烷量的影响。

　　样品含水率(MC)、总固体含量(TS)和挥发性固体含量(VS)参考文献[8]测定。采用雷磁PHS-25酸度计测量原料及发酵料液pH，每天测定一次。每天测定集气袋内产气量及气体成分和含量，气体组成(CH4、CO2)及其含量采用便携红外沼气分析仪测定。参照文献[9]建立和分析甲烷产量的Gompertz模型，利用CurveExpert 1.3软件对参数进行拟合。

　　2 结果与分析

　　2.1 不同混料比例对发酵液pH的影响

　　发酵液pH是维持发酵过程稳定高效进行的重要因素[10]，对不同混料比体系下的pH随发酵时间的变化趋势进行分析，其结果如图2所示。由图2可知，不同混料比下的pH在发酵前期(1～4 d)存在较大差异。尤其单独采用藻渣进行厌氧发酵时，其pH最低，达到5.65;随牛粪加入量增加，其最低pH呈现逐渐升高趋势。因此，采用藻渣与牛粪混合发酵工艺可以提高发酵系统的缓冲能力，避免因厌氧发酵初期发酵液的过度酸化导致发酵失败。随发酵时间(5～10 d)的进行，发酵液pH逐渐增高。待厌氧发酵进一步进行，有机物质消耗殆尽，发酵液中pH趋于稳定。

　　2.2 不同混料比例对产气量的影响

　　在不同混料发酵体系中，对厌氧发酵系统产生沼气进行单日产气量和总产气量分析，其结果如图3所示。由图3a可知，发酵1 d便有气体产出，且微藻藻渣含量越多气体产出越多，当藻渣与牛粪混合比为10∶0时，气体产出量达到最大，为161 mL/d，但经气体分析仪检测其内大部分为CO2(84.34%)，且在后期(3～6 d)发酵时出现严重的停滞现象。其他发酵组在发酵3 d时开始逐渐积累产气，在发酵7～10 d逐渐出现单日最大产气量，随牛粪添加量增加，单日最大产气量出现的时间越早，单日产气量越小。当藻渣与牛粪混合比为10∶0、8∶2、6∶4、4∶6、2∶8和0∶10时，最大单日产气量分别出现在发酵13、10、9、8、8和7 d，最大单日产气量分别为106、100、90、86、64、57 mL/d。

　　推荐阅读：《化工科技市场》(月刊)创刊于1978年，由全国化工商品情报中心站主办。本刊是经国家新闻出版署批准，国内外公开发行的科技信息月刊，本刊主要报道化工产品的生产技术及发展趋势、新技术应用实例。

转载请注明来自：http://www.qikan2017.com/lunwen/lig/14015.html