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高濃度綠藻的培養:一種利用餐飲垃圾培養綠藻門(mén)柵藻屬浮游植物的方法

發(fā)表時(shí)間:2024/03/19 16:19:56  來(lái)源:科學(xué)養魚(yú) 2022年3期  瀏覽次數:1877  
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    一種高濃度綠藻的培養方法

王小冬,車(chē) 軒,陳曉龍,劉興國,顧兆俊,朱 林

(中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機械儀器研究所,上海 200092)

綠藻門(mén)的柵藻屬浮游植物可作為輪蟲(chóng)、枝角類(lèi)等浮游動(dòng)物的食物,而輪蟲(chóng)、枝角類(lèi)等浮游動(dòng)物又是魚(yú)蝦幼體優(yōu)質(zhì)的生物餌料,對水產(chǎn)養殖業(yè)的苗種培育起重要作用,因此綠藻門(mén)柵藻屬浮游植物的高密度培養可為浮游動(dòng)物提供高質(zhì)量的食物。同時(shí),綠藻門(mén)柵藻屬浮游植物也被用于處理生活污水或養殖尾水,可進(jìn)行養殖水調控,對水體進(jìn)行修復,還可用于生物柴油生產(chǎn)等,具有多種功能和用途。

淺水湖泊、水庫等是我國重要的大水面,是淡水漁業(yè)的重要組成部分。目前我國淺水湖泊受到多種面源和點(diǎn)源污染的影響,其中來(lái)自人們消費產(chǎn)生的排泄物、餐飲垃圾等有機物污染也是重要的潛在污染源。這些有機物主要特點(diǎn)是腐爛過(guò)程中需要消耗大量氧氣、帶來(lái)大量的氮磷營(yíng)養鹽,促進(jìn)水體富營(yíng)養,這不同于有害的無(wú)機化學(xué)污染。

我國迅猛發(fā)展的餐飲業(yè)導致食品廢物量迅速增長(cháng),估計全國城鎮餐廚垃圾產(chǎn)生量高達3 000萬(wàn)噸/年。目前我國餐飲垃圾處理的主要方向是飼料化、能源化,可回收油脂、回收廢料是干物質(zhì),回收廢水一般用來(lái)生產(chǎn)沼氣或堆肥。

本文介紹一種利用餐飲垃圾培養綠藻門(mén)柵藻屬浮游植物的方法,通過(guò)該培養方法可獲得高密度、高純度的綠藻門(mén)柵藻屬浮游植物,培養成本低,培養步驟簡(jiǎn)單且易實(shí)施,可以為綠藻培養拓展方法。該方法也為類(lèi)似于餐飲垃圾的有機污染物的資源化利用拓展方法。

一、利用餐飲垃圾培養綠藻的方法和效果

首先將餐飲垃圾中非食物類(lèi)垃圾去除,留下濕潤的固態(tài)食物垃圾和湯水。將該固態(tài)食物垃圾等放置到透光的敞口容器中,再根據湯水的體積比例情況補充自來(lái)水,使得湯水和自來(lái)水的體積為固態(tài)食物垃圾體積的20~100倍。將敞口的培養容器放置在有自然光照的地方,對敞口容器內物質(zhì)曝氣,曝氣強度以能擾起固態(tài)食物垃圾中的部分顆粒物為準,常溫下處理。曝氣至沉底的固態(tài)物質(zhì)的表層顆粒物變得細膩、水體顏色變成土黃色或暗土黃色,然后停止曝氣,靜置后上覆水的總氮、總磷水平分別達到15~100、1~20毫克/升,如總氮、總磷水平?jīng)]達到要求,則繼續曝氣一段時(shí)間直至達到要求為止。這在適宜培養的夏秋季里,一般曝氣的總時(shí)長(cháng)在1個(gè)月左右。

水體中總氮、總磷水平達到預設要求后,靜置培養7~15天即得高濃度的綠藻門(mén)柵藻屬浮游植物,水中葉綠素a含量可達1 000~3 100微克/升。培養得到的高濃度柵藻溶液中柵藻細胞密度可達(1.0~3.2)×109個(gè)/升,即10億~32億個(gè)/升,柵藻細胞生物量占總生物量比例在90%以上,一般會(huì )含有少量纖維藻、小球藻等其他綠藻。所得柵藻以2~4個(gè)細胞形成的群體為優(yōu)勢,并且重復該過(guò)程,可以實(shí)現柵藻的連續培養。

二、本方法的特點(diǎn)和優(yōu)勢

傳統的利用餐飲垃圾發(fā)酵制造沼氣(主要成分是甲烷)是依靠厭氧發(fā)酵,讓蛋白質(zhì)、碳水化合物、油脂類(lèi)等基礎物質(zhì)在厭氧、幾乎無(wú)光的條件下由厭氧細菌發(fā)酵降解。其關(guān)鍵是保證厭氧環(huán)境,且必須控制好餐飲垃圾與水的混合比例,如果水的比例太大,則難以達到相應的低溶氧、高沼氣產(chǎn)量的目的。本方法對餐飲垃圾與水的混合物進(jìn)行曝氣,有利于將空氣中天然的多種細菌作為菌種引入系統中,其中部分物質(zhì)在微生物作用下有氧降解;而部分沉底物實(shí)際仍處于低氧或無(wú)氧條件下降解,降解結果是蛋白質(zhì)、碳水化合物、油脂類(lèi)等大分子有機物質(zhì)轉化為小分子有機物,直至水體中產(chǎn)生濃重的臭味,表示已經(jīng)產(chǎn)生了氨氣、硫化氫氣體等無(wú)機低分子物質(zhì)。本方法所形成的系統中,餐飲垃圾同時(shí)形成了好氧、低氧、厭氧3種不同溶氧條件下的降解,因此產(chǎn)生的降解產(chǎn)物種類(lèi)豐富,為浮游植物的生長(cháng)提供了充足的物質(zhì)基礎。在前期有臭味物質(zhì)產(chǎn)生的過(guò)程主要是微生物對餐飲垃圾的降解作用,而之后曝氣停止且控制水中總氮、總磷濃度分別為15~100、1~20毫克/升時(shí),這個(gè)條件已經(jīng)不利于微生物的降解作用(微生物不占優(yōu)勢),而是浮游植物的生長(cháng)為優(yōu)勢,于是浮游植物會(huì )利用水體豐富的營(yíng)養鹽大量繁殖起來(lái),并且優(yōu)勢浮游植物種類(lèi)是綠藻門(mén)柵藻屬。

本方法簡(jiǎn)單總結為:餐飲垃圾中的有機物在多種溶氧條件下降解,形成了適宜綠藻門(mén)柵藻屬浮游植物大量生長(cháng)的營(yíng)養鹽條件,于是柵藻自發(fā)地大量生長(cháng),得到高密度、高純度的柵藻。

本方法培養過(guò)程簡(jiǎn)單,原料易得,便于實(shí)施,且原料可連續多次使用,培養成本低;無(wú)需在實(shí)施過(guò)程中接種柵藻,培養周期短,大大節約了勞動(dòng)成本;水體中葉綠素a高達1 000~3 100微克/升,柵藻屬細胞密度高達10億~32億個(gè)/升,柵藻細胞生物量占總生物量比例在90%以上,柵藻屬浮游植物的培養密度和純度都非常高,所得柵藻以2~4個(gè)細胞形成的群體為優(yōu)勢,不同于室內純培養的單細胞為優(yōu)勢的情況??蔀閿z食綠藻的浮游動(dòng)物或者一些魚(yú)蝦提供高質(zhì)量的食物,也可以用于大水面水質(zhì)調控;同時(shí)具有環(huán)境保護、開(kāi)發(fā)新能源等多方面的意義,能實(shí)現餐飲垃圾的資源化利用,為餐飲垃圾的資源化開(kāi)發(fā)提供了好的前景和途徑。

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