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光周期对人工藻菌共生体提纯沼气效果研究

  摘要:利用人工藻菌共生体(小球藻与灵芝菌)在光生物反应器系统中对原始沼气进行了生物提纯处理,以红光:蓝光为5:5的光质,在200 μmol/(m2·s)光照强度下,考察了不同光周期(8Light:16Dark,12Light:12Dark,16Light:8Dark),在不同处理时间下的沼气提纯效果。结果表明:藻菌共生体对沼气中CO2的去除效果受处理时间影响显著(P<0.05),试验启动3~5 d去除效果增加明显。同时,当光周期为12Light:12Dark时,CO2的去除效果为最佳,其除率可达到86.72±2.53%。 
  关键词:藻菌共生体;光暗比;沼气提纯 
  中图分类号:X712.1 
  文献标识码:A 文章编号:16749944(2017)22010003 
  1 引言 
  能源问题一直是全世界关注的主要问题,尤其是世界各国工业化进程不断加快,能源的危机直接关系着国家的生死存亡。当前,无论能源丰富的国家或能源短缺的国家,无论是发达国家或发展中国家,都在生物质能源方面加大了研究力度,比如生物柴油、生物制氢等研究领域均取得了可喜的成果。沼气作为一种取之不尽、用之不竭、造价低廉的可再生的生物質能源也长期受到研究者的青睐[1,2]。沼气是通过厌氧发酵获得的,但是在该生物过程中,沼气品位低下一直是限制沼气事业可持续发展的主要因素,其中主要是CO2含量高,因此开发一种高效固碳技术是目前研究的热点和难点[3~5]。微藻是一种增殖速率较快的自养植物,其生长速度远超其他植物,但是微藻在光合作用过程中会产生氧气,为沼气的安全使用带来隐患,使得微藻在沼气品质提升上受到限制。目前研究人员将真菌加入到微藻体系中,形成人工藻菌共生体,从而使微藻产生的氧气被好氧真菌所吸收,提高其应用的安全性并有利于微藻的回收再利用[6~8]。为此,笔者利用自制的光生物反应器,研究了三种光周期(8Light:16Dark,12Light:12Dark,16Light:8Dark)对藻菌共生体生长及沼气品质提升效果的影响,从而为沼气产业发展过程中沼气的高效利用提供理论参考。 
  2 试验部分 
  2.1 微藻与真菌的培养 
  所用的小球藻(Chlorella vulgaris,FACHB-8)购买于中国科学院水生生物研究所,培养基为BG11培养基[9]+2%麦芽糖+0.5%酵母膏,pH值为7.0。培养条件采用混合光质,光照强度为200 μmol/(m2·s),培养温度为25 ± 0.5 ℃,光照周期光暗比为12 h: 12 h,每天人工摇锥形瓶3次,培养至生长对数期。灵芝菌种Ganoderma lucidum (菌种编号:5.765)购自中国普通微生物菌种保藏中心,培养基为BG11培养基+2%麦芽糖+0.5%酵母膏,pH值为7.0。培养条件为温度28 ±0.5 ℃,转速160 r/min,培养时间为72 h。 
  2.2 藻菌共生体培养 
  按照小球藻的终浓度为4.0×108cell/mL与灵芝菌的终浓度为1×107spores/mL的比例接种于驯化BG11培养基中,pH值为7.0,以2.1节中微藻的培养条件进行藻菌共生体的培养,培养4 d。 
  2.3 沼气的处理效果 
  2.3.1 光生物反应器系统 
  自制光生物反应器由一个恒温震荡培养箱、吸附玻璃柱、密闭的锥形瓶和内置10盏LED灯管组成。试验过程中,LED灯管通过控制器可随意关闭开启,控制不同的光照周期光暗比;沼气通过气体流量计控制通入吸附柱中流量,吸附柱上端安装CO2传感器;锥形瓶使用橡胶塞密闭并安装pH值、温度传感器,根据需要可以从锥形瓶的密封口取出样品。整个装置如图1所示。 

 
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