基于猪场废水的微藻培养及其藻体发酵产丁醇的研究

发布时间：2017-12-18 00:11

  本文关键词：基于猪场废水的微藻培养及其藻体发酵产丁醇的研究

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【摘要】：生物丁醇是一种具有开发潜力的生物质能源,利用微藻为原料进行发酵生产的研究主要存在丁醇生产效率低、原料含糖量较低的问题。针对利用微藻原料发酵产丁醇研究中所存在的问题,本论文首先开展了微藻原料的废水培养研究,并将收获的藻体用于丁醇生产。本论文利用筛选于南台湾淡水水域的绿藻Chlorella vulgaris JSC-6和Neochloris aquatica CL-M1开展了利用猪场废水培养绿藻C.vulgaris JSC-6和N.aquatica CL-M1的研究,小球藻C.vulgaris JSC-6具有较高的营养物消耗能力,而N.aquatica CL-M1具有较大的藻体生产能力。利用稀释后的养猪废水培养小球藻C.vulgaris JSC-6,可获得藻糖含量为58.8%的微藻藻体3.96 g/L(混营培养)和藻糖含量为54.0%的微藻藻体2.35 g/L(异营培养)。利用养猪废水培养C.vulgaris JSC-6,每消耗1 g COD可以生成2.6 g藻体和1.2 g藻糖。优化了新绿藻N.aquatica CL-M1的培养条件,N.aquatica CL-M1的最佳培养条件为:光照强度150μmol/m2/s,培养温度25±2°C,氮磷比为5/1。利用养猪废水培养时可收获藻糖含量为50.46%的藻体6.1±0.3 g/L。基于COD消耗的藻体产率为3.6 g/g COD,藻糖产率为1.82 g/g COD。确定了发酵菌株C.acetobutylicum ATCC824的最佳接种量为0.015 g/L(OD=0.05),以模拟藻糖为碳源时的最佳糖浓度为60 g/L,利用模拟藻糖为碳源时的丁醇生产速率和丁醇产率分别为0.32~0.33 g/L/h和0.40~0.44 mol/mol。额外添加的有机酸对丁醇发酵效果有不同程度的提高。外加丁酸策略可以有效提高丁醇生产效果,添加4 g/L丁酸可以提高16.7%的丁醇产率,产率由0.6 mol/mol增加至0.7 mol/mol。外加乳酸也可以提高丁醇生产效果,添加2 g/L乳酸使丁醇产量提高3 g/L,产率提高8.3%。呋喃环类、酸类、盐类发酵抑制物对C.acetobutylicum ATCC824的毒性阈值为1.06 g/L,5-羟甲基糠醛1.99 g/L,甲酸0.077 g/L,草酸0.019g/L,硫酸钠0.16 g/L。毒性强弱关系为甲酸草酸糠醛5-羟甲基糠醛硫酸钠。优化了微藻原料水解条件:生物方法水解微藻原料的最佳添加量为淀粉酶300U/ml(纤维素酶10 U/mL),可获得的还原糖产率为67.2%;化学水解微藻原料的最佳硫酸浓度为3%(w/v),可获得的还原糖产率为90.88%。微藻酸水解液中的糠醛和5-羟甲基糠醛含量低于毒性阈值。本研究发现了微藻蛋白质会抑制利用C.acetobutylicum ATCC824菌株进行的丁醇生产,当培养基中的藻蛋白类萃取物由500 mg/L增加8000 mg/L时,会降低72%丁醇产率。使用1%氢氧化钠预处理可以去除微藻蛋白质。去除蛋白质的藻渣利用3%硫酸水解提取藻渣中的单糖,用于发酵产丁醇,丁醇产率可达0.6 mol/mol。废水培养的微藻原料进行发酵产丁醇的产率为0.081~0.12 g/g藻体,丁醇转化效率为2.8~8.5 g/kg藻体/h。构建了连续发酵产丁醇系统,通过细胞固定化策略可以使系统给的丁醇生产能力提高至0.59 g/L/h,比悬浮细胞的连续丁醇生产系统生产能力提高了59%。通过共培养策略可以有效提高系统的丁醇生产能力,其丁醇生产能力比细胞固定化策略提高了30%。在系统最佳运行条件下,以微藻原料水解获得的单糖为碳源进行连续丁醇生产,获得了0.49 mol/mol丁醇产率,系统的丁醇生产速率为0.99 g/L/h,发酵液中的丁醇浓度为7.92 g/L。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ923;X713

【参考文献】

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1 班云霄;王西峰;;IC/改良HCR/SBR工艺处理养猪废水[J];中国给水排水;2016年06期

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本文编号：1302082