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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柵藻屬浮游植物的方法

    發表時間:2024/03/19 16:19:56  來源:科學養魚 2022年3期  瀏覽次數:1711  
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        一種高濃度綠藻的培養方法

    王小冬,車 軒,陳曉龍,劉興國,顧兆俊,朱 林

    (中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所,上海 200092)

    綠藻門的柵藻屬浮游植物可作為輪蟲、枝角類等浮游動物的食物,而輪蟲、枝角類等浮游動物又是魚蝦幼體優質的生物餌料,對水產養殖業的苗種培育起重要作用,因此綠藻門柵藻屬浮游植物的高密度培養可為浮游動物提供高質量的食物。同時,綠藻門柵藻屬浮游植物也被用于處理生活污水或養殖尾水,可進行養殖水調控,對水體進行修復,還可用于生物柴油生產等,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,是淡水漁業的重要組成部分。目前我國淺水湖泊受到多種面源和點源污染的影響,其中來自人們消費產生的排泄物、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是腐爛過程中需要消耗大量氧氣、帶來大量的氮磷營養鹽,促進水體富營養,這不同于有害的無機化學污染。

    我國迅猛發展的餐飲業導致食品廢物量迅速增長,估計全國城鎮餐廚垃圾產生量高達3 000萬噸/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,回收廢水一般用來生產沼氣或堆肥。

    本文介紹一種利用餐飲垃圾培養綠藻門柵藻屬浮游植物的方法,通過該培養方法可獲得高密度、高純度的綠藻門柵藻屬浮游植物,培養成本低,培養步驟簡單且易實施,可以為綠藻培養拓展方法。該方法也為類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垃圾去除,留下濕潤的固態食物垃圾和湯水。將該固態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水,使得湯水和自來水的體積為固態食物垃圾體積的20~100倍。將敞口的培養容器放置在有自然光照的地方,對敞口容器內物質曝氣,曝氣強度以能擾起固態食物垃圾中的部分顆粒物為準,常溫下處理。曝氣至沉底的固態物質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、總磷水平沒達到要求,則繼續曝氣一段時間直至達到要求為止。這在適宜培養的夏秋季里,一般曝氣的總時長在1個月左右。

    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/升,即10億~32億個/升,柵藻細胞生物量占總生物量比例在90%以上,一般會含有少量纖維藻、小球藻等其他綠藻。所得柵藻以2~4個細胞形成的群體為優勢,并且重復該過程,可以實現柵藻的連續培養。

    二、本方法的特點和優勢

    傳統的利用餐飲垃圾發酵制造沼氣(主要成分是甲烷)是依靠厭氧發酵,讓蛋白質、碳水化合物、油脂類等基礎物質在厭氧、幾乎無光的條件下由厭氧細菌發酵降解。其關鍵是保證厭氧環境,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、高沼氣產量的目的。本方法對餐飲垃圾與水的混合物進行曝氣,有利于將空氣中天然的多種細菌作為菌種引入系統中,其中部分物質在微生物作用下有氧降解;而部分沉底物實際仍處于低氧或無氧條件下降解,降解結果是蛋白質、碳水化合物、油脂類等大分子有機物質轉化為小分子有機物,直至水體中產生濃重的臭味,表示已經產生了氨氣、硫化氫氣體等無機低分子物質。本方法所形成的系統中,餐飲垃圾同時形成了好氧、低氧、厭氧3種不同溶氧條件下的降解,因此產生的降解產物種類豐富,為浮游植物的生長提供了充足的物質基礎。在前期有臭味物質產生的過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,這個條件已經不利于微生物的降解作用(微生物不占優勢),而是浮游植物的生長為優勢,于是浮游植物會利用水體豐富的營養鹽大量繁殖起來,并且優勢浮游植物種類是綠藻門柵藻屬。

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

    本方法培養過程簡單,原料易得,便于實施,且原料可連續多次使用,培養成本低;無需在實施過程中接種柵藻,培養周期短,大大節約了勞動成本;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/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個細胞形成的群體為優勢,不同于室內純培養的單細胞為優勢的情況??蔀閿z食綠藻的浮游動物或者一些魚蝦提供高質量的食物,也可以用于大水面水質調控;同時具有環境保護、開發新能源等多方面的意義,能實現餐飲垃圾的資源化利用,為餐飲垃圾的資源化開發提供了好的前景和途徑。

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