綠藻和餐廚垃圾的綜合分析

1、綠藻生長(zhǎng)迅速、含油量高，可作為產(chǎn)油微綠藻生長(zhǎng)迅速、含油量高，可作為產(chǎn)油微藻。日益被各國(guó)視為潛在的可持續(xù)能源。藻。日益被各國(guó)視為潛在的可持續(xù)能源。以緩解日益嚴(yán)峻的能源危機(jī)。以緩解日益嚴(yán)峻的能源危機(jī)。綠藻光水解制氫是目前國(guó)際公認(rèn)的最有潛綠藻光水解制氫是目前國(guó)際公認(rèn)的最有潛力的利用太陽(yáng)能制氫方法之一。力的利用太陽(yáng)能制氫方法之一。 各國(guó)積極研發(fā)綠藻的另一個(gè)因素是它能夠各國(guó)積極研發(fā)綠藻的另一個(gè)因素是它能夠大量吸收二氧化碳大量吸收二氧化碳化石燃料燃燒的副產(chǎn)化石燃料燃燒的副產(chǎn)品。品。 藻類作為最原始的生命形式，其細(xì)胞通過(guò)藻類作為最原始的生命形式，其細(xì)胞通過(guò)代謝可以產(chǎn)生蛋白質(zhì)、多糖、色素及脂肪代謝可以產(chǎn)生蛋白

2、質(zhì)、多糖、色素及脂肪等，其富含的脂類和甘油是制備生物柴油等，其富含的脂類和甘油是制備生物柴油的良好材料的良好材料。 藻類與植物相比生長(zhǎng)速度快藻類與植物相比生長(zhǎng)速度快 一些綠藻可以產(chǎn)生大量的生物柴油的主要一些綠藻可以產(chǎn)生大量的生物柴油的主要原料三脂酰甘油（原料三脂酰甘油（triacylglycer-ides,tag） 可以在不占用高質(zhì)量土地資源的情況下產(chǎn)可以在不占用高質(zhì)量土地資源的情況下產(chǎn)生大量的生物量生大量的生物量 目前限制微藻生物柴油大規(guī)模應(yīng)用的主要目前限制微藻生物柴油大規(guī)模應(yīng)用的主要問(wèn)題包括：能快速生長(zhǎng)和高脂質(zhì)含量的微問(wèn)題包括：能快速生長(zhǎng)和高脂質(zhì)含量的微藻品種的篩選、光生物反應(yīng)器藻品種的篩

3、選、光生物反應(yīng)器(即封閉的微即封閉的微藻培養(yǎng)設(shè)備藻培養(yǎng)設(shè)備)的效率提高、微藻的脫水和油的效率提高、微藻的脫水和油脂提取技術(shù)提高、微藻生物柴油的低溫燃脂提取技術(shù)提高、微藻生物柴油的低溫燃燒性能等。其中，燒性能等。其中，能源微藻的大規(guī)模、低能源微藻的大規(guī)模、低成本、高效率的培養(yǎng)系統(tǒng)及培養(yǎng)技術(shù)成本、高效率的培養(yǎng)系統(tǒng)及培養(yǎng)技術(shù)是微是微藻生物柴油產(chǎn)業(yè)化中亟待解決的瓶頸問(wèn)題藻生物柴油產(chǎn)業(yè)化中亟待解決的瓶頸問(wèn)題之一。之一。綠藻光水解制氫是利用綠綠藻光水解制氫是利用綠藻體內(nèi)的可逆產(chǎn)氫酶系光藻體內(nèi)的可逆產(chǎn)氫酶系光解水制氫解水制氫,以太陽(yáng)能為能以太陽(yáng)能為能源、以水為原料源、以水為原料,催化效催化效率高率高,能量消

4、耗小能量消耗小,生產(chǎn)過(guò)生產(chǎn)過(guò)程清潔程清潔,可以實(shí)現(xiàn)光能收可以實(shí)現(xiàn)光能收集系統(tǒng)的自組織、能量的集系統(tǒng)的自組織、能量的自發(fā)積累及定向快速轉(zhuǎn)化自發(fā)積累及定向快速轉(zhuǎn)化,是目前國(guó)際公認(rèn)的最有潛是目前國(guó)際公認(rèn)的最有潛力的利用太陽(yáng)能制氫方法力的利用太陽(yáng)能制氫方法之一。之一。 綠藻光解水制氫系統(tǒng) 生物光解制氫基于兩個(gè)步驟：光合作用和生物光解制氫基于兩個(gè)步驟：光合作用和利用氫化酶催化制氫。利用氫化酶催化制氫。光合作用：光合作用： 2h2o 4h+ + 4e + o2 產(chǎn)氫：產(chǎn)氫： 4h+ + 4e 2h2 綠藻產(chǎn)氫時(shí)氫酶的相關(guān)電子傳遞路徑葉綠體光分解水產(chǎn)生氫氣，為光合作用 目前，一升綠藻培養(yǎng)液每小時(shí)可以生產(chǎn)出目

5、前，一升綠藻培養(yǎng)液每小時(shí)可以生產(chǎn)出3毫升氫氣。研毫升氫氣。研究人員認(rèn)為，綠藻生產(chǎn)氫氣的效率至少可以提高究人員認(rèn)為，綠藻生產(chǎn)氫氣的效率至少可以提高100倍，而倍，而這一點(diǎn)有待于技術(shù)的進(jìn)一步提高。這一點(diǎn)有待于技術(shù)的進(jìn)一步提高。 國(guó)際能源局（國(guó)際能源局（ ieaiea）的評(píng)估報(bào)告認(rèn)為可逆產(chǎn)氫酶間接光）的評(píng)估報(bào)告認(rèn)為可逆產(chǎn)氫酶間接光生物水解制氫路線為最有應(yīng)用前景的方向，使該項(xiàng)技術(shù)受生物水解制氫路線為最有應(yīng)用前景的方向，使該項(xiàng)技術(shù)受到世界各國(guó)生物制氫研究機(jī)構(gòu)的特別關(guān)注。到世界各國(guó)生物制氫研究機(jī)構(gòu)的特別關(guān)注。 葉綠體光分解水產(chǎn)生氫氣，為光合作用線粒體消耗氧氣產(chǎn)生水，為呼吸作用葉綠體光分解水產(chǎn)生氫氣，為光合

6、作用 綠藻制氫具有重要的意義，因?yàn)樗沂玖司G綠藻制氫具有重要的意義，因?yàn)樗沂玖司G藻代謝途徑、調(diào)控途徑和電子轉(zhuǎn)移途徑的發(fā)藻代謝途徑、調(diào)控途徑和電子轉(zhuǎn)移途徑的發(fā)生。而且綠藻是依賴可持續(xù)的光而生產(chǎn)和積生。而且綠藻是依賴可持續(xù)的光而生產(chǎn)和積累大量的氫氣。綠藻制氫的長(zhǎng)期優(yōu)勢(shì)是它無(wú)累大量的氫氣。綠藻制氫的長(zhǎng)期優(yōu)勢(shì)是它無(wú)毒無(wú)污染，大量養(yǎng)殖綠藻還能得到具有附加毒無(wú)污染，大量養(yǎng)殖綠藻還能得到具有附加價(jià)值的產(chǎn)品。價(jià)值的產(chǎn)品。 利用綠藻的利用綠藻的“光合光合呼吸作用兩步法產(chǎn)氫呼吸作用兩步法產(chǎn)氫”原理，通過(guò)原理，通過(guò)“間接生物光解間接生物光解”法制備的氫氣法制備的氫氣無(wú)毒且無(wú)污染，是非常環(huán)保的制備氫氣方法。無(wú)毒且無(wú)

7、污染，是非常環(huán)保的制備氫氣方法。目前無(wú)論是利用基因工程對(duì)藻株的改造，外目前無(wú)論是利用基因工程對(duì)藻株的改造，外部因子對(duì)產(chǎn)氫過(guò)程的控制，還是反應(yīng)器的優(yōu)部因子對(duì)產(chǎn)氫過(guò)程的控制，還是反應(yīng)器的優(yōu)化多集中在這種方法上?；嗉性谶@種方法上。 其最大的缺陷和技術(shù)難點(diǎn)在于產(chǎn)氫的同時(shí)也產(chǎn)生氧氣，而其最大的缺陷和技術(shù)難點(diǎn)在于產(chǎn)氫的同時(shí)也產(chǎn)生氧氣，而氧氣是氫化酶的強(qiáng)抑制劑，不僅抑制氫化酶本身，還能正氧氣是氫化酶的強(qiáng)抑制劑，不僅抑制氫化酶本身，還能正向抑制氫化酶基因的表達(dá)。當(dāng)環(huán)境中氧氣濃度接近向抑制氫化酶基因的表達(dá)。當(dāng)環(huán)境中氧氣濃度接近1.5%1.5%時(shí)，時(shí)，氫化酶迅速失活，立即停止放氫，因此觀察到的產(chǎn)氫過(guò)程氫化酶迅

8、速失活，立即停止放氫，因此觀察到的產(chǎn)氫過(guò)程十分短暫，僅維持幾秒到幾分鐘。十分短暫，僅維持幾秒到幾分鐘。 產(chǎn)氫速率不高，只有理論最大值的產(chǎn)氫速率不高，只有理論最大值的15%15% 還要不斷提高產(chǎn)氫的連續(xù)性還要不斷提高產(chǎn)氫的連續(xù)性 光生物反應(yīng)器的循環(huán)利用，減少藻類生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)素方面技術(shù)光生物反應(yīng)器的循環(huán)利用，減少藻類生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)素方面技術(shù)還不夠，因而綠藻制氫價(jià)格昂貴，成本太高。還不夠，因而綠藻制氫價(jià)格昂貴，成本太高。 提高產(chǎn)氫速度還面臨很多問(wèn)題：如何提高藻提高產(chǎn)氫速度還面臨很多問(wèn)題：如何提高藻類細(xì)胞內(nèi)的氫化酶數(shù)量；如何提高該酶的耐氧類細(xì)胞內(nèi)的氫化酶數(shù)量；如何提高該酶的耐氧性；如何使光合效應(yīng)最大化，現(xiàn)在的性

9、；如何使光合效應(yīng)最大化，現(xiàn)在的“兩步法兩步法”光利用效率太低，不到光利用效率太低，不到1%1%；綠藻循環(huán)利用會(huì)出；綠藻循環(huán)利用會(huì)出現(xiàn)退化現(xiàn)象，不利于大規(guī)模露天培養(yǎng)；光合放現(xiàn)退化現(xiàn)象，不利于大規(guī)模露天培養(yǎng)；光合放氧，內(nèi)源底物代謝以及氫化酶催化產(chǎn)氫之間的氧，內(nèi)源底物代謝以及氫化酶催化產(chǎn)氫之間的復(fù)雜關(guān)系沒(méi)有深入研究等等。復(fù)雜關(guān)系沒(méi)有深入研究等等。 綠藻制氫今后需要大規(guī)模發(fā)展具有優(yōu)化生長(zhǎng)綠藻制氫今后需要大規(guī)模發(fā)展具有優(yōu)化生長(zhǎng)環(huán)境的發(fā)酵系統(tǒng)，因此我們還要不斷研究氫化環(huán)境的發(fā)酵系統(tǒng)，因此我們還要不斷研究氫化酶的發(fā)酵原理。在綠藻制氫技術(shù)成熟可用之前，酶的發(fā)酵原理。在綠藻制氫技術(shù)成熟可用之前，這些問(wèn)題必須要去

10、解決。這些問(wèn)題必須要去解決。 各國(guó)積極研發(fā)綠藻的另一個(gè)因素是它能夠大量吸各國(guó)積極研發(fā)綠藻的另一個(gè)因素是它能夠大量吸收二氧化碳收二氧化碳化石燃料燃燒的副產(chǎn)品?？梢宰尵G藻化石燃料燃燒的副產(chǎn)品?？梢宰尵G藻企業(yè)與排污企業(yè)直接聯(lián)系，收集二氧化碳讓綠藻吸企業(yè)與排污企業(yè)直接聯(lián)系，收集二氧化碳讓綠藻吸收，這樣就能夠阻止二氧化碳進(jìn)一步加劇環(huán)境變化。收，這樣就能夠阻止二氧化碳進(jìn)一步加劇環(huán)境變化。它本身還可以用于提煉生物燃料，從而生成清潔能它本身還可以用于提煉生物燃料，從而生成清潔能源，可謂一舉兩得。源，可謂一舉兩得。 綠藻前景無(wú)限是由于它不僅能產(chǎn)油制氫而綠藻前景無(wú)限是由于它不僅能產(chǎn)油制氫而且能夠吸收溫室氣體二氧化

11、碳。能夠在非且能夠吸收溫室氣體二氧化碳。能夠在非種糧地域自由生長(zhǎng)。綠藻喜歡蚊蟲(chóng)聚集的種糧地域自由生長(zhǎng)。綠藻喜歡蚊蟲(chóng)聚集的沼澤地、污穢的池塘甚至廢水池。雖然還沼澤地、污穢的池塘甚至廢水池。雖然還沒(méi)有那個(gè)國(guó)家找到大規(guī)模利用綠藻開(kāi)發(fā)能沒(méi)有那個(gè)國(guó)家找到大規(guī)模利用綠藻開(kāi)發(fā)能源的好方法，但各國(guó)都在積極研發(fā)，競(jìng)爭(zhēng)源的好方法，但各國(guó)都在積極研發(fā)，競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈。愈演愈烈。餐廚垃圾，俗稱泔腳，是人餐廚垃圾，俗稱泔腳，是人們?cè)谏钕M(fèi)過(guò)程中形成的們?cè)谏钕M(fèi)過(guò)程中形成的生活廢物，極易腐爛變質(zhì)，生活廢物，極易腐爛變質(zhì)，散發(fā)惡臭，傳播細(xì)菌和病毒。散發(fā)惡臭，傳播細(xì)菌和病毒。餐廚垃圾主要成分包括米和餐廚垃圾主要成分包括米和

12、面粉類食物殘余、蔬菜、動(dòng)面粉類食物殘余、蔬菜、動(dòng)植物油、肉骨等，從化學(xué)組植物油、肉骨等，從化學(xué)組成上，有淀粉、纖維素、蛋成上，有淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)、脂類和無(wú)機(jī)鹽。白質(zhì)、脂類和無(wú)機(jī)鹽。 餐廚垃圾是食物垃圾中最主要的一種餐廚垃圾是食物垃圾中最主要的一種,包括包括家庭、學(xué)校、食堂及餐飲行業(yè)等產(chǎn)生的食家庭、學(xué)校、食堂及餐飲行業(yè)等產(chǎn)生的食物加工下腳料物加工下腳料(廚余廚余)和食用殘余和食用殘余(泔腳泔腳)。廚余垃圾的主要特點(diǎn)是水分含廚余垃圾的主要特點(diǎn)是水分含量高，可達(dá)量高，可達(dá)80% - 95%、有機(jī)、有機(jī)物含量豐富、鹽分含量高、部物含量豐富、鹽分含量高、部分地區(qū)含辣椒、醋酸高、存在分地區(qū)含辣椒、醋酸

13、高、存在有病原菌、病原微生物，易腐有病原菌、病原微生物，易腐爛、變質(zhì)、發(fā)臭、滋生蚊，其爛、變質(zhì)、發(fā)臭、滋生蚊，其性狀和氣味都會(huì)對(duì)環(huán)境衛(wèi)生造性狀和氣味都會(huì)對(duì)環(huán)境衛(wèi)生造成惡劣影響。成惡劣影響。據(jù)來(lái)源不同，餐廚垃圾主要分為據(jù)來(lái)源不同，餐廚垃圾主要分為餐飲垃圾餐飲垃圾和和廚余垃圾廚余垃圾。 餐飲垃圾產(chǎn)生自飯店、食堂等餐飲業(yè)的殘餐飲垃圾產(chǎn)生自飯店、食堂等餐飲業(yè)的殘羹剩飯，具有產(chǎn)生量大、來(lái)源多、分布廣羹剩飯，具有產(chǎn)生量大、來(lái)源多、分布廣的特點(diǎn)的特點(diǎn) 餐廚垃圾主要指居民日常烹調(diào)中廢棄的下餐廚垃圾主要指居民日常烹調(diào)中廢棄的下腳料，數(shù)量不及餐飲垃圾龐大。腳料，數(shù)量不及餐飲垃圾龐大。 污染環(huán)境、影響市容。容易產(chǎn)生

14、大量的滲污染環(huán)境、影響市容。容易產(chǎn)生大量的滲濾水以及惡臭氣體，滋生蚊蟲(chóng)，對(duì)環(huán)境衛(wèi)濾水以及惡臭氣體，滋生蚊蟲(chóng)，對(duì)環(huán)境衛(wèi)生造成惡劣影響。生造成惡劣影響。 危害人體健康危害人體健康 可能促進(jìn)某些致命疾病的傳播可能促進(jìn)某些致命疾病的傳播 餐廚垃圾中堆放時(shí)產(chǎn)生的下滲液進(jìn)入到污餐廚垃圾中堆放時(shí)產(chǎn)生的下滲液進(jìn)入到污水處理系統(tǒng)，會(huì)造成有機(jī)物含量的增加，水處理系統(tǒng)，會(huì)造成有機(jī)物含量的增加，從而加重污水處理廠的負(fù)擔(dān)，增加運(yùn)行成從而加重污水處理廠的負(fù)擔(dān)，增加運(yùn)行成本本 產(chǎn)生數(shù)量多北京市每天產(chǎn)生1200噸餐廚垃圾。清華大學(xué)環(huán)境系固體廢物污染控制及資源化研究所的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，中國(guó)城市每年產(chǎn)生餐廚垃圾不低于6000萬(wàn)噸。

15、回收情況亂餐廚垃圾賣給私人商販，可以賺錢 ；但由專業(yè)單位統(tǒng)一收運(yùn)，卻要交垃圾處理費(fèi)。 可能重回餐桌不法分子為牟取暴利，生產(chǎn)地溝油。是目前來(lái)說(shuō)最環(huán)是目前來(lái)說(shuō)最環(huán)保、又能創(chuàng)造效益的方法。保、又能創(chuàng)造效益的方法。由于餐廚垃圾中含有各種由于餐廚垃圾中含有各種動(dòng)物肉類，如去做飼料，動(dòng)物肉類，如去做飼料，同類相食極易引發(fā)口蹄疫同類相食極易引發(fā)口蹄疫和各種疾??；去填埋由于和各種疾病；去填埋由于其含水量高容易產(chǎn)生大量其含水量高容易產(chǎn)生大量的滲濾液而污染地下水；的滲濾液而污染地下水；做肥料，生產(chǎn)過(guò)程中臭味做肥料，生產(chǎn)過(guò)程中臭味四溢，影響周圍環(huán)境；而四溢，影響周圍環(huán)境；而厭氧處理可產(chǎn)生大量沼氣，厭氧處理可產(chǎn)生大量

16、沼氣，沼氣是一種清潔的可再生沼氣是一種清潔的可再生能源，可用于發(fā)電和做燃能源，可用于發(fā)電和做燃料，且由于系統(tǒng)全封閉而料，且由于系統(tǒng)全封閉而無(wú)異味，因此，餐廚垃圾無(wú)異味，因此，餐廚垃圾厭氧處理是未來(lái)的發(fā)展方厭氧處理是未來(lái)的發(fā)展方向。向。 還可利用還可利用，即，即通過(guò)微生物的代謝生長(zhǎng)活通過(guò)微生物的代謝生長(zhǎng)活動(dòng)對(duì)餐廚垃圾中的有機(jī)物動(dòng)對(duì)餐廚垃圾中的有機(jī)物進(jìn)行分解和利用的過(guò)程。進(jìn)行分解和利用的過(guò)程。發(fā)酵方式主要包括固態(tài)發(fā)發(fā)酵方式主要包括固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵。固態(tài)發(fā)酵酵和液態(tài)發(fā)酵。固態(tài)發(fā)酵具有適應(yīng)性好，蛋白消化具有適應(yīng)性好，蛋白消化吸收率高等優(yōu)點(diǎn)，是再利吸收率高等優(yōu)點(diǎn)，是再利用餐廚垃圾生產(chǎn)生物蛋白用餐廚垃圾

17、生產(chǎn)生物蛋白質(zhì)飼料資源的一種重要方質(zhì)飼料資源的一種重要方法。法。 據(jù)農(nóng)業(yè)部有關(guān)專家測(cè)算，餐廚垃圾內(nèi)含大量的營(yíng)據(jù)農(nóng)業(yè)部有關(guān)專家測(cè)算，餐廚垃圾內(nèi)含大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，主要成分是油脂和蛋白質(zhì)養(yǎng)物質(zhì)，主要成分是油脂和蛋白質(zhì), ,可替代玉米、魚(yú)可替代玉米、魚(yú)粉、豆粕等加工成高能蛋白優(yōu)質(zhì)飼料，也是制取生粉、豆粕等加工成高能蛋白優(yōu)質(zhì)飼料，也是制取生物柴油的適合原料。專家解釋，按干物質(zhì)含量計(jì)算，物柴油的適合原料。專家解釋，按干物質(zhì)含量計(jì)算，50005000萬(wàn)噸餐廚垃圾相當(dāng)于萬(wàn)噸餐廚垃圾相當(dāng)于500500萬(wàn)噸的優(yōu)質(zhì)飼料，內(nèi)含萬(wàn)噸的優(yōu)質(zhì)飼料，內(nèi)含的能量相當(dāng)于每年的能量相當(dāng)于每年10001000萬(wàn)畝耕地的能量產(chǎn)出量，內(nèi)

18、萬(wàn)畝耕地的能量產(chǎn)出量，內(nèi)含的蛋白質(zhì)相當(dāng)于每年含的蛋白質(zhì)相當(dāng)于每年20002000萬(wàn)畝大豆的蛋白質(zhì)產(chǎn)出萬(wàn)畝大豆的蛋白質(zhì)產(chǎn)出量。也就是說(shuō)，如果我國(guó)一年產(chǎn)出的餐廚垃圾全部量。也就是說(shuō)，如果我國(guó)一年產(chǎn)出的餐廚垃圾全部得以利用，相當(dāng)于節(jié)約了得以利用，相當(dāng)于節(jié)約了10001000萬(wàn)畝耕地。所以，餐萬(wàn)畝耕地。所以，餐廚垃圾具有很好的應(yīng)用前景。廚垃圾具有很好的應(yīng)用前景。 目前我國(guó)餐廚垃圾的收集不規(guī)范目前我國(guó)餐廚垃圾的收集不規(guī)范 ，垃圾中可能混，垃圾中可能混有的雜質(zhì)種類繁多，增加了預(yù)處理的難度。有的雜質(zhì)種類繁多，增加了預(yù)處理的難度。 餐廚垃圾含固率高，傳統(tǒng)厭氧消化技術(shù)需要對(duì)物餐廚垃圾含固率高，傳統(tǒng)厭氧消化技術(shù)需要