研究和评论:生态学和环雷竞技苹果下载境科学》杂志上
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ISSN: 2347 - 7830
+ 44-7723-59-83581计划在生物技术、理学院、Maejo大学Sansai,泰国清迈- 50290。
2学校的可再生能源Sansai Maejo大学,泰国清迈- 50290。
3能源Sansai Maejo大学研究中心,泰国清迈- 50290。
收到日期:30/5/2015;接受日期:25/6/2015;发表日期:29/6/2015
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可再生能源的利用率大大增加,以及能源安全的担忧,努力缓解化石燃料对环境的影响,在生活水平和升级和可再生的技术。沼气厌氧消化的microalgal生物质是一种可再生能源资源。本研究的目的是培养新孤立和确定microalga Botryococcus braunii通过廉价的红色尼罗罗非鱼废水中(RNTEM)。藻类的生长受到光密度测量的监控。N和P的去除效率和生产率的b braunii测定。文化不断增加在整个培养期间与RNTEM使用;和成功的文化是建立在51μmol-1m2sec-1和室温的光强度。藻类生物量的元素成分用于估计理论甲烷产量。此外,b . braunii生物质是一种潜在有价值的发酵底物,并产生甲烷气体的65%以上。本研究的实验结果证明了生产的藻类RNTEM可能是可行的,一个强大的生长介质。
藻类文化、RNTEM营养物去除,沼气
可再生燃料的替代能源近年来一直是一个伟大的关注。生物燃料是可再生能源,这可能是相反的化石燃料资源在未来化石燃料的减少每天(1]。生物燃料有很大的潜力作为低碳运输燃料的替代品,可以基本上dropin燃料为现有的化石燃料为基础的交通基础设施(2]。此外,生物能源应该扮演一个重要组成部分在达到目标petroleumbased运输燃料替换为一个可行的替代方案,在减少长期的二氧化碳(有限公司2)排放,如果环境和经济可持续发展被认为是仔细3]。世界继续增加其能源使用,人口膨胀带来的和渴望更大的生活标准4]。
沼气是一种可再生气体燃料。它是由厌氧消化(广告)的有机废物。广告方法稳步增长的作用在许多国家可再生能源的来源。广告有机材料的过程是生物治疗在没有氧气的天然细菌产生“沼气”这是CH的混合物4(40 - 70%)和有限公司2(30 - 60%)的其他气体,如氢、硫化氢和氨;沼气的过程也会产生潜在的有用的副产品在液态或固态的形式“digestate”(5]。沼气生产、各种类型应用过程中可分为湿和干发酵系统。最常应用湿法消化池系统(6]。
赵et al。7)显示,使用废水microalgal文化有利于减少淡水的使用,减少养分的成本,去除氮和磷的废水和生产microalgal生物量。废水中的一些组件,如氮和磷,是microalgal文化有用的成分。微藻株,b . braunii和小球藻寻常的在城市废水培养monoalgal文化和在一起培养(8]。一些研究报道b . braunii生长在污水中成功(9- - - - - -11]。渔场产生大量的废弃物,包括溶解无机磷和氮(12]。本研究评估了淡水微藻的生产b . braunii养殖废水污水的罗非鱼。藻类生物量包含大量的可生物降解的组件如碳水化合物、脂质和蛋白质。与微藻生物能源生产的角度提出,剩余藻生物量应该转化为沼气通过广告(13]。
虽然研究?古人的微藻作为沼气生产的基板在文献报道[3,5,14,15),最近的理论计算3,5,16)表示他们的潜力。绿色的海藻,B。braunii被认为是最有前途的一个来源的生物燃料(17]。本文研究的目的是提供的适用性b . braunii文化通过廉价的红色尼罗罗非鱼废水中,生物质生产用于沼气估计并确定甲烷发酵的有效性。
实验设计
中所描绘的方法图1。连续搅拌釜反应器(装运箱)作为标准的反应堆。实验室规模的装运箱设置在植物生理学和技术实验室,在生物技术、Maejo大学,泰国清迈。图2显示了microalgal种植系统的原理图。海藻是生长在一式三份反应堆系统的拘留时间10天,28天馈料式的4 L在室温下通过荧光灯照明,光强度是51μmol1米2证券交易委员会1。所有反应堆的饲料和其他操作参数中列出表1。馈料式栽培,fed-cultivate解决方案的速度是400毫升的一天1没有添加额外的股份有限公司2。反应堆被照亮的荧光灯管板与十六h光明与黑暗周期。
图1:流程图的方法。
图2:Photobioreactor。1)进口2)出口3)搅拌器4)热板搅拌器和5)气体交换海绵与大气。
表1:操作因素。
微藻的分离,鉴定和培养液准备
微藻的分离和鉴定程序是采用从先前的研究1,4,18]。微藻收集浮游生物网(20-μm孔隙大小)从鱼池(18°55′16 N;99°0′58“E) Maejo大学、泰国。收集到的样本的样本大约5毫升被接种到5毫升热压处理过的大胆的基础培养基(BBM) [19在20毫升试管和培养在室温(25°C)下45μmol1米2证券交易委员会1强度与十六小时光周期为10天。
孵化后,个别殖民地选择和转移到同一媒体锥形瓶250毫升的净化。文化肉汤动摇了手动一天吃五到六次。pre-cultured样品条纹在BBM mediumenriched琼脂板和培养10天凉爽的白色荧光灯使用相同的光强度。的单菌落琼脂捡起,BBM在液体培养基培养,裸奔和接种过程重复进行,直到纯文化。文化的纯洁被定期监控显微镜下观察。孤立的微藻被确定通过显微镜使用光学显微镜和藻类的标准手册(20.,21]。
分离和纯化微藻,b . braunii接种在250毫升厄伦美厄烧瓶内包含125毫升培养基(BBM)。烧瓶放在往复振动器在120转7 d在室温25±1°C。光线由凉爽的白色荧光灯提供45μmol强度1米2证券交易委员会1。然后将藻类文化转移包含450毫升到500毫升厄伦美厄烧瓶。的发展b . braunii通过分光光度计测量(液体Genesys 20日热费希尔科学)在665海里。
藻类的生长介质制备
红色尼罗罗非鱼文化污水收集教师的渔业技术和水产资源,Maejo大学附近的实验室被用作基质培养b . braunii;所示的鱼池图3。预处理是由沉降和过滤滤布去除大,non-soluble颗粒固体。根据我们之前的研究4),过滤后的基质是热压处理过的20分钟在121°C,之后,液体被储存在4°C 2天解决任何可见的颗粒固体和上层清液用于微藻生长研究。
图3:红色文化尼罗罗非鱼池塘。
Botryococcus braunii增长测量
的增长率b . braunii确定测量的光学密度。由于紫外可见光谱光度测量的光密度(OD)是最常用的方法,可以评估细胞浓度在液体培养22]。OD也可以被用作一个及时和间接测量microalgal生物量增加的栽培介质。光密度的增长spectro-photometrically测量665海里(液体Genesys 20日热费希尔科学)。
湿度的测量,测试材料的10克重。这种材料将被放置在恒温干燥箱,干在105°C±2°C三个小时。干燥后,测试材料的容器被放置在干燥器45分钟冷却。测试材料冷却后,它的水分是根据公式计算:
佤邦= ((Gw-Ga) / Ga)×100%方程(1)
Wa -材料水分含量,%;Gw -湿重的材料,g;
Ga -绝对干重,g。
分析性程序
所有的环境指标包括pH值、碱度、溶解氧(做)、化学需氧量(COD)、氨(NH)4+- n)、总凯氏氮(TKN),亚硝酸盐(NO2- - - - - -硝酸- n),(没有3- - - - - -- n)、总氮(TN)和总磷(TP)监测与标准方法(21]。774年瑞士万通酸碱计是用于所有pH值测量。除营养分析,藻样本首先离心机和上层清液过滤;然后,滤液适当稀释,分析鳕鱼、TN和TP (1]。移除效率可以通过以下公式计算:
去除效率= (C我- c0)/ C9方程(2)×100%
其中Co和C我是最初的营养浓度废水(介质)和文化滤液(毫克/升),分别。分析元素成分(碳、氢和氮)是由一个元素分析仪(帕金−Elmer模型2400)和氧的含量计算的区别;O = 100−(C + H + N)的沼气生产密切相关的基本成分生物量。采用沼气估计方法从先前的研究4]。
统计分析
所有的实验测定生物一式三份,确保再现性。实验结果的平均值±SD。统计分析使用SPSS统计软件包(SPSS Inc .)、芝加哥,美国)。取得了统计意义p < 0.05。
Botryococcus Braunii生长和养分去除
各种藻类物种研究了使用一级/二级废水作为生长介质。评估变量的范围从增长率,生物量生产力、化学成分、叶绿素生产、生物柴油、生物制,沼气等(1,2,4,5,18]。此外,水产养殖废水在连续评估photo-bioreactor或在户外条件下培养微/ macroalgae [22,23]。皮莱(24)表示,从集约化养殖场废水富含固体和溶解营养素。这项研究进行了评估培养的潜力b . braunii使用尼罗罗非鱼废水作为营养培养基。红色尼罗罗非鱼的营养、理化特征污水介质(RTEM)了表2。
表2:红色尼罗罗非鱼废水中的特征。
藻类生产、生物量测量通常有许多方法,如直接测量重量生物质本身的干重和间接测量(Chl-a, b, a + b, c, d,细胞计数,海水透明度磁盘和浊度)(25,26]。增长估计光密度测量是最简单的方法。此外,OD作为一个方便的间接测量微生物生物量浓度的细胞悬浮液。自光密度与藻密度在先前的研究有很好的相关性(27]。
OD方法有几个优点,其中之一是,该方法涉及更少的技术和时间。文化发展b . braunii增长是由测量的OD值665海里每天分光光度计(图4)。的吸光度b . braunii文化的整个栽培时期是在稳步上升图1。
图4:光密度的Botryococcus braunii。
一般情况下,微藻各种环境有良好的适应能力,几乎在任何地方都能生长26,28]。环境因素影响密切藻类生长,因为他们的生理需求和营养可用性是一个关键因素调节微藻的主要生理反应。碳是一种基本元素在微藻细胞中,占大约50%的微藻生物质(29日]。与理想混合装运箱可以优化藻类获取营养和容易吸收溶解无机碳(28]。皮特曼et al。30.)透露,微藻可以有效地用于去除大量的营养物质,因为他们需要大量的氮、磷蛋白(45 - 60%的微藻干重)、核酸和磷脂的合成。
成功的藻类的生长,营养是内在需求如碳(C)、氮(N)和磷(P)。营养如C、N和P是藻类培养基的主要成分(25,26,28]。的养分去除效率b . braunii进行了分析,在这个研究的高效藻类利用宏观领导的氮、磷养分的有效去除氮和磷从各自的池高达74%和91%。换句话说,目前的系统是稳步上升的增长率。因此,RNTEM含有高浓度的C, N, P,巨大的潜力作为替代传统的藻类培养基培养。
微藻的厌氧消化过程
微藻的主要初级生产者大多数水生栖息地。他们代表不同的微观原核和真核生物的光合生物的巨大生态的重要性,因为他们开始的其他动物的食物链(1,2,8,26]。微藻高效,能够产生大量的生物质比现有地面作物栽培实践更有效。
大多数藻类都能光合自养的,通过光合作用将太阳能转化为化学形式(18,25]。工程系统中微藻的光合效率可以达到4 - 5%的太阳能为陆生植物相比,1 - 2%。根据大量研究,主要的野猪?ts利用藻类生物能源生产如下:(1)增长它们消耗更少的水比陆地作物和盐水可以培养,微咸水或污水;(2)他们可以培养以非耕种的土地,因此,没有与粮食作物竞争;(3)他们可以促进二氧化碳减排,因为他们可能会在高二氧化碳浓度煤?红色发电站;和(4)比陆地作物光合效率高,这可能会导致高生产力[25,26,28,31日,32]。
微藻是一种潜在的广告环境可行选项创建一个可再生能源工业和国内需求。微藻的广告是一个关键的单元过程集成效率和实益成微藻类生物燃料的生产。广告以甲烷发酵提高了微藻的经济可行性液体生物燃料生产和提供了一个机会从污水发电派生的微藻类。广告phytoplanktonic细胞是一个过程,在水生环境中自然发生。当水槽对藻细胞缺氧和不透光区,他们最终死亡,分手。营养补充矿质在这些缺氧层水生环境中是一个关键的过程,负责回收营养元素(33]。
微藻是一种潜在的广告环境可行选项创建一个可再生能源工业和国内需求。藻相结合的广告是一个关键的单元过程效率和有益藻类生物燃料的生产。微藻是合适的可再生基质为广告的过程。从藻类生物质沼气生产的过程;此外,广告可以集成到其他转换过程,因此,改善其可持续性和能量平衡。相反的生物,生物乙醇或生物柴油只使用确定大分子(碳水化合物和脂肪),沼气是由生物厌氧条件下,将所有的藻类大分子转化为甲烷(2,4]。
厌氧消化是一个集合的过程相关的细菌可降解有机物转化为沼气厌氧情况下通过四个不同的阶段(图5)- - -水解、acidogenesis acetogenesis和甲烷生成4,5]。这些阶段参与有机质的分解甲烷生产之路;阶段包括水解、发酵(或acidogenesis), acetogenesis并最终methanogensis。水解包括转换复杂的分子和compounds-carbohydrates,脂质和蛋白有机物变成单糖,分别长链脂肪酸和氨基酸。Acidogenesis依次将这些转化为挥发性脂肪酸,醋酸,有限公司2和H2。Acetogenesis将挥发性脂肪酸转化为乙酸,二氧化碳和氢气。产甲烷菌能够产生甲烷利用二氧化碳和氢气或乙酸乙酸的产生或引起酸化的阶段4,5]。
图5:阶段厌氧消化(甲烷发酵过程)
许多生物的基本属性决定了范围广泛的燃料类型。这些属性包括物理大小和形状、元素组成(最终分析)、水分,直接分析、热值、容重、比重,热导率,力学,声学和电特性。沼气的理论产量,计算出的化学成分b . braunii(CcHhOoNn年代年代)。当C、H、O、N废水或基质组成,化学计量关系Buswell和Boruff报道34)可以用来估计理论气体组分摩尔百分比的基础上。
元素和近似分析b . braunii提出了在表3。计算数量的CH4和有限公司2可以获得从一个摩尔的生物量与一个已知的基本成分。然而,它必须记住这种理论方法没有考虑需要电池维护和合成代谢。在这个方程中,有机物化学计量的转换为CH4、有限公司2和NH3(2,4,5]。升的CH表达的特定的甲烷产量4每克的挥发性固体(VS)可以这样计算:
(1)
(2)
在V米是正常的甲烷的摩尔体积。
表3:元素和近似分析b . braunii。
Eq。(1)是一种理论方法,允许最大估计潜在的收益。使用Eq。(1),可以计算理论具体的甲烷产量。甲烷的合成和沼气生产b . braunii细节在表4(干重)的基础。
表4:甲烷的合成和沼气生产b . braunii。
沼气成分二氧化碳(31.46%)和甲烷的沼气(65.92%)的估计。碳、氢、氮、氧和硫的内容b . braunii、73.4%、10.8%、2.3%,分别为13.2%和0.17%。甲烷的沼气的内容b . braunii和其他微藻数据了表5。和结果显示,b . braunii甲烷含量高也与其他微藻培养系统等单一和混合文化的藻类。因此b . braunii为沼气生产过程有足够的营养;它是适合沼气作为能源作物生产(35- - - - - -38]。
表5:甲烷含量Botryococcus braunii和其他微藻。
淡水绿色microalga Botryococcus braunii物种证明的可能性在红色尼罗罗非鱼废水中生长。稳步增加藻类的生长是在研究期间观察到的。大量营养素去除是通过使用连续搅拌釜反应器在馈料式培养模式。元素分析也为沼气使用CHNS-O分析器执行评估。沼气的主要成分二氧化碳(31.46%)和甲烷(65.92%)的估计b . braunii。因此,快速发展,高产和丰富的化学成分b . braunii是有前途的能源作物生产沼气。
