CN104561153B - 一种循环利用酒糟养分培养藻类进行生物质油生产的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种循环利用酒糟废液养分培养藻类进行生物质油生产的方法，包括以下步骤：(1)收集并改良酒糟滤液使之适于藻类生长；(2)从改良的酒糟滤液中培养并收集藻类湿藻体；(3)将湿藻体置入反应器中，在特定温度、压力与催化剂条件下，将藻体生物质转化为生物质油；(4)将步骤(3)中得到的生物质油与水相物质分离，从而收集获得生物质油；(5)将步骤(4)中获得的水相物质中的养分添加至步骤(1)中的酒糟滤液中，从而实现酒糟养分的循环利用。本发明极大降低了干燥酒糟废液与处理酒糟废液的能耗与成本，通过养分循环培养藻类进而生产得到的生物质油极大提升了资源化利用酒糟废液的价值。

Description

一种循环利用酒糟养分培养藻类进行生物质油生产的方法
技术领域
本发明涉及生物工程、化学工程、环境工程以及能源领域，具体地涉及一种循环利用酒糟中的养分培养藻类进行生物质油生产的方法。
背景技术
酒厂通过微生物发酵各类谷物（小麦，大麦，高粱，玉米等）获得各种酒类。发酵液经酒精提取后，剩余的液体称为酒糟废液。酒糟废液有机物含量高，而且由于发酵酿酒过程中产生了各种复杂的生物化学反应，所以酒糟中含有包括核糖核酸、嘧啶、嘌呤等高附加值的成分，因此，酒糟废液的排放不但造成环境污染，而且浪费大量资源。因酒糟含有大量的水分，目前主要进行烘干处理，作为饲料原料加以利用。酒糟成分比较复杂，直接作为饲料使用无法被动物完全消化，因此酒糟饲料只能作为辅料与其他饲料混合后才能使用。而且由于酒糟烘干过程能耗极大，因此将酒糟烘干后直接作为饲料利用的方法，只是一种最初级的利用方式。酒糟的资源化利用价值有待进一步开发。
藻类是地球上生长最快的生物质之一，与普通陆生植物相比，藻类有更快的生长速度，更短的生长周期，更高的化合作用效率。而且由于藻类的生长不需要利用耕地，不会对现有的粮食生产系统造成影响，因此从藻类生产生物质油具有广阔的利用前景。
中国专利85104057公开了一种《酒糟的净化与利用》，其在酒糟中加入碳酸钙溶液，用氢氧化钠溶液调节PH到5-7，用食用菌发酵，菌体做药源，上清液二次发酵，二次发酵菌体做饲料，二次发酵上清液用碱调PH到9-10接种蓝藻,或调PH到7接种绿藻, 藻体做饲料。其藻类适应性差，藻类利用范围小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种循环利用酒糟中养分进行藻类培养，并将获得的藻类转化为生物质油的方法。利用这种方法可以使得酒糟废液中的养分得到最大化的利用，由此获得的大量藻类生物质被转化为生物质油，可以为酒厂提供清洁的生产能源。在这一过程中，酒糟废液中的主要养分可以被循环利用，从而实现酒糟废液的绿色可持续的资源化利用。
本发明的目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的：一种循环利用酒糟养分培养藻类进行生物质油生产的方法，包括以下步骤：
A、收集并改良酒糟废液使之适于藻类生长：将酒糟废液通过离心或挤压的方法进行固液分离，得到滤渣和酒糟滤液，通过与其他废水或干净水源进行混合，调节酒糟滤液的化学需氧量为50-15000mg/L，总有机碳浓度50-5000mg/L，氨氮3-800mg/L，总氮10-1200mg/L，总磷1-200mg/L，pH值为6-9，使之适于各类藻类生长；
B、在开放或者闭合反应器中加入上述的酒糟滤液，接种适于生长的各种藻类的单菌株或者是混合菌株；保持温度在15-45°C，光照强度在3000-12000Lux，培养液在反应器中的流速保持在3-60cm/s的层流范围，并通入含3%-25%二氧化碳的气体，以保证藻类有足够的碳源进行生长；当藻类生长达到峰值后，利用太阳日照、离心或者皮带干燥机方法对藻类进行收获并去除部分水分，使得藻类的含固率在5-50%之间；
C、将湿藻体置入耐高温高压的不锈钢反应器内，加入0.5%-5%的均相与非均相催化剂，在180-350°C，压力0.5-20MPa的条件下反应5-120分钟；
D、利用静置沉降、刮撇、离心、己烷或二氯甲烷或甲苯或二甲苯或甲醇或丙醇或丁醇溶剂萃取分离方法将生物质油从反应后的油水混合体系中分离出来；
E、将步骤D中分离得到的水相产物与步骤A中的酒糟滤液混合，在满足步骤A中改良后的酒糟滤液的条件下，重复步骤A到D，从而实现酒糟废液的养分循环，藻类的持续生长，以及生物质油的连续生产。
上述的一种循环利用酒糟养分培养藻类进行生物质油生产的方法，所述步骤B中菌株包括但不限于蓝藻，绿藻，红藻，褐藻，硅藻，金藻，黄藻，甲藻，轮藻，裸藻，蓝绿藻，螺旋藻，小球藻，葡萄藻，以及各种适于在废水中生长的藻类。
上述的一种循环利用酒糟养分培养藻类进行生物质油生产的方法，所述步骤B中二氧化碳的气体可以是酿酒厂发酵废气、发电厂废气。
上述的一种循环利用酒糟养分培养藻类进行生物质油生产的方法，所述步骤C中催化剂包括但不局限于NaOH，Na2CO3，KOH，K2CO3，以及以活性炭或氧化铝载体为基础的铂、钯、镍各种金属催化剂。
上述的一种循环利用酒糟养分培养藻类进行生物质油生产的方法，所述步骤D中生成的气态产物可以作为藻类生长的碳源，部分替代步骤B中所需的二氧化碳。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明具有以下特点：
1、利用微藻富集酒糟废液中的碳、氮、磷等养分，从而可以使得酒糟废液得到处理的同时，获得大量藻类生物质。
2、获得的藻类生物质被转化为生物质油后，氮，磷等养分存留于水相，从而可以被下一阶段的藻类生长所利用，实现了酒糟废液中养分的循环利用。
3、直接将湿藻生物质转化为生物质油避免了干燥过程，从而大大减少了传统酒糟利用的能耗。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种循环利用酒糟养分培养藻类进行生物质油生产的方法具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
参见图1，一种循环利用酒糟养分培养藻类进行生物质油生产的方法，包括以下步骤：
A、收集并改良酒糟废液使之适于藻类生长：将酒糟废液通过离心或挤压的方法进行固液分离，得到滤渣和酒糟滤液，通过与其他废水或干净水源进行混合，调节酒糟滤液的化学需氧量为50-15000mg/L，总有机碳浓度50-5000mg/L，氨氮3-800mg/L，总氮10-1200mg/L，总磷1-200mg/L，pH值为6-9，使之适于各类藻类生长；
B、在开放或者闭合反应器中加入上述的酒糟滤液，接种适于生长的各种藻类的单菌株或者是混合菌株；保持温度在15-45°C，光照强度在3000-12000Lux，培养液在反应器中的流速保持在3-60cm/s的层流范围，并通入含3%-25%二氧化碳的气体，以保证藻类有足够的碳源进行生长；当藻类生长达到峰值后，利用太阳日照、离心或者皮带干燥机方法对藻类进行收获并去除部分水分，使得藻类的含固率在5-50%之间；
C、将湿藻体置入耐高温高压的不锈钢反应器内，加入0.5%-5%的均相与非均相催化剂，在180-350°C，压力0.5-20MPa的条件下反应5-120分钟；
D、利用静置沉降、刮撇、离心、己烷或二氯甲烷或甲苯或二甲苯或甲醇或丙醇或丁醇溶剂萃取分离方法将生物质油从反应后的油水混合体系中分离出来；
E、将步骤D中分离得到的水相产物与步骤A中的酒糟滤液混合，在满足步骤A中改良后的酒糟滤液的条件下，重复步骤A到D，从而实现酒糟废液的养分循环，藻类的持续生长，以及生物质油的连续生产。
上述的一种循环利用酒糟养分培养藻类进行生物质油生产的方法，所述步骤B中菌株包括但不限于蓝藻，绿藻，红藻，褐藻，硅藻，金藻，黄藻，甲藻，轮藻，裸藻，蓝绿藻，螺旋藻，小球藻，葡萄藻，以及各种适于在废水中生长的藻类。
上述的一种循环利用酒糟养分培养藻类进行生物质油生产的方法，所述步骤B中二氧化碳的气体可以是酿酒厂发酵废气、发电厂废气。
上述的一种循环利用酒糟养分培养藻类进行生物质油生产的方法，所述步骤C中催化剂包括但不局限于NaOH，Na2CO3，KOH，K2CO3，以及以活性炭或氧化铝载体为基础的铂、钯、镍各种金属催化剂。
上述的一种循环利用酒糟养分培养藻类进行生物质油生产的方法，所述步骤D中生成的气态产物可以作为藻类生长的碳源，部分替代步骤B中所需的二氧化碳。
实施例1：
在此实施例中，酒糟浓浆取自一家以高粱为主发酵原料的厂家。 实验步骤参照图1，具体的实验步骤包括: 1）使用离心的方式对酒糟浓浆中的废液与固体进行分离（1000-8000转每分钟，5-120分钟）； 2）通过加入KOH稀溶液对酒糟废液进行pH值调节，使得调节后的酒糟废液pH值为6-9； 3）利用自来水进一步对酒糟废液进行稀释，调节酒糟废液的化学需氧量为10000-15000mg/L，总有机碳浓度800-5000mg/L，氨氮2-80mg/L，总氮5-120mg/L，总磷2-20mg/L； 4）将改良后的酒糟废液置于密闭透明玻璃容器中，接种2种小球藻。通入5%-10%的二氧化碳，保持温度在25-35°C，光照强度在3000-6000Lux，在玻璃容器中加入磁力搅拌子，设定速度为150-500转每分钟。5）培养10-20天后，利用离心法收获藻类（3000-6000转每分钟，10-30分钟），湿藻的含水率控制在75%-90%。6）湿藻于高温高压反应釜280°C条件下反应15-45分钟，然后利用静置、刮撇的方法对反应过后的油-水体系进行分离，获得产率为35%-55%的生物质油。7）利用仪器分析得知反应后的水相产物富集了原酒糟废液中60%-80%的氮以及75%-90%的磷，因此将此水相产物继续加入步骤2）中的废液中进行养分循环利用, 为下一阶段的藻类生长提供必须的养分，从而实现藻类生长过程中碳、氮、磷等养分的循环利用，以不断地获取小球藻生物质。通过转化小球藻得到的生物质油热值高达32-42MJ/kg。
实施例2：
在此实施例中，酒糟浓浆取于一家以玉米为主发酵原料的厂家。 实验步骤参照图1.具体的实验步骤包括: 1）使用离心的方式对酒糟浓浆中的废液与固体进行分离（3000-8000转每分钟，5-60分钟）； 2）通过加入K2CO3稀溶液对酒糟废液进行pH值调节，使得调节后的酒糟废液pH值为5.5-9； 3）利用自来水进一步对酒糟废液进行稀释，调节酒糟废液的化学需氧量为11000-18000mg/L，总有机碳浓度600-4500mg/L，氨氮2-70mg/L，总氮5-110mg/L，总磷2-30mg/L； 4）将改良后的酒糟废液置于密闭透明玻璃容器中，接种1种螺旋藻。通入5%-15%的二氧化碳，保持温度在20-35°C，光照强度在4000-8000Lux，在玻璃容器中加入磁力搅拌子，设定速度为150-300转每分钟。5）培养10-15天后，利用离心法收获藻类（3000-6000转每分钟，10-30分钟），湿藻的含水率控制在75%-90%。6）湿藻于高温高压反应釜内，加入1%-3%的NaOH作为反应催化剂，于300°C条件下反应30-60分钟，然后利用静置、刮撇的方法对反应过后的油-水体系进行分离，获得产率为40%-52%的生物质油。7）利用仪器分析得知反应后的水相产物富集了原酒糟废液中60%-80%的氮以及75%-85%的磷，因此可将此水相产物继续加入步骤2）中的废液中进行养分循环利用，为下一阶段的藻类生长提供必须的养分，从而实现藻类生长过程中碳、氮、磷等养分的循环利用，以不断地获取螺旋藻生物质。通过转化螺旋藻得到的生物质油热值高达36-40MJ/kg。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种循环利用酒糟养分培养藻类进行生物质油生产的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）使用离心的方式对酒糟浓浆中的废液与固体进行分离，其中离心转速1000-8000转每分钟，时间5-120分钟；所述酒糟浓浆为一家以高粱为主发酵原料的厂家的酒糟浓浆；
2）通过加入KOH稀溶液对酒糟废液进行pH值调节，使得调节后的酒糟废液pH值为6-9；
3）利用自来水进一步对酒糟废液进行稀释，调节酒糟废液的化学需氧量为10000-15000mg/L，总有机碳浓度800-5000mg/L，氨氮2-80mg/L，总氮5-120mg/L，总磷2-20mg/L；
4）将改良后的酒糟废液置于密闭透明玻璃容器中，接种2种小球藻；通入5%-10%的二氧化碳，保持温度在25-35°C，光照强度在3000-6000Lux，在玻璃容器中加入磁力搅拌子，设定速度为150-500转每分钟；
5）培养10-20天后，利用离心法收获藻类，其中离心转速3000-6000转每分钟，时间10-30分钟，湿藻的含水率控制在75%-90%；
6）湿藻于高温高压反应釜280°C条件下反应15-45分钟，然后利用静置、刮撇的方法对反应过后的油-水体系进行分离，获得产率为35%-55%的生物质油；
7）利用仪器分析得知反应后的水相产物富集了原酒糟废液中60%-80%的氮以及75%-90%的磷，因此将此水相产物继续加入步骤2）中的废液中进行养分循环利用, 为下一阶段的藻类生长提供必须的养分，从而实现藻类生长过程中碳、氮、磷养分的循环利用，以不断地获取小球藻生物质，通过转化小球藻得到的生物质油热值高达32-42MJ/kg。
2.如权利要求1所述的一种循环利用酒糟养分培养藻类进行生物质油生产的方法，其特征在于：所述二氧化碳的气体是酿酒厂发酵废气、发电厂废气。
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CN101955846A (zh) * 2010-10-15 2011-01-26 哈尔滨工业大学 基于生活污水低碳排放资源化的微藻油脂生产方法
CN103215188A (zh) * 2012-01-20 2013-07-24 中国科学院大连化学物理研究所 一种微藻养殖并联产生物油的方法

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