木薯废水的同时修复和生物柴油生产中脂质的积累

摘要：作为使藻类原料可用于生物燃料生产的一种方法，同时利用微藻胶网藻。用于木薯的 LC172264研究了用于生物柴油生产的废水修复和脂质积累。从自养、异养和混养培养的藻类细胞中测量藻类生物量、脂质含量和组成。测量了木薯废水的物理化学参数和生物修复潜力。推导出生物柴油的特性并与标准进行比较。结果表明，混合营养培养对于生物量积累（1.022 g/L）和脂质含量（24.53%）都是最好的。无论培养条件如何，主要的脂肪酸都是相似的，包括 11-十八碳烯酸（异油酸（C 19 H 36 O 2）、油酸（C 18 H 34 O 2)和14-甲基十五烷酸(异棕榈酸(C 17 H 34 O 2 )。异养和混养的总溶解固体减少百分比分别为79.32%和89.78%。生化需氧量分别为72.95%和89.35%，化学需氧量需求分别为 72.19% 和 84.03%，而氰化物含量分别从初始值 450 mg/L 下降到 93.105 (79.31%) 和85.365 mg/L (81.03%) 。三种栽培模式下都生产出优质的生物柴油。sp., mixotrophy 表现出优越性。

关键词

生物柴油生产，木薯废水，胶网藻,脂肪酸谱

一、简介

为满足人类能源需求而燃烧化石燃料导致的大规模不可逆转的环境退化给社会带来了巨大的道德负担。温室气体随之释放到大气中，对保护性臭氧层造成了几乎无法估量的破坏，从而导致全球变暖和其他气候变化问题，对我们的福祉和环境造成不利的负面影响 [ 1 ]。如果到 2100 年不停止化石燃料燃烧，对环境的破坏将是严重的、普遍的和不可逆转的，导致气候系统所有组成部分的长期变化 [ 2]。随着人类活动的不断增加和预计到 2050 年人口的爆炸式增长，现在以目前的速度继续燃烧石油碳氢化合物已不再可持续。因此，用更绿色、可再生和更便宜的替代能源替代化石燃料从未像现在这样紧迫。

在利用可再生碳源生产可持续能源的若干战略和新方法中，包括实施“变废为宝”战略，将具有潜在破坏性的废物源转化为有用的产品，并在此过程中消除废物。这一战略还消除了可能影响全球粮食安全的粮食来源竞争。已多次报道将废物用于生物能源生产。其中包括城市废水 [ 3 ]、工业废水 [ 4 ]、农业废水 [ 5 ] 等。木薯加工产生大量木薯废水 (CWW)，这些废水有毒、有气味且不受欢迎 [ 5 ]]。木薯废水是一种有问题的酸性废物，并且由于其典型的高氰化氢含量 (>400 mg·L -1 ) 和 25,000 - 50,000 mg·L -1 [ 6 ]的生物需氧量 (BOD) 而成为有问题的酸性废物和环境问题的来源。然而，它是有机和无机营养的丰富来源，能够支持微生物等生物的生长。微藻具有利用流出物作为底物来生产生物质的能力，可以从中提取油并随后用作替代碳氢化合物化石燃料的产品的前体。

因此，Neves等 人。[ 7 ] 从木薯废水中获得的总氮（g/L）和总磷（g/L）分别为0.25±0.01和0.16±0.01。他们还从废水中获得了 96.0 ± 4.24 的碳氮比和 1.50 ± 0.071 的氮磷比。这些特性使木薯废水适合于藻类生物质的培养，藻类生物质是具有中性 CO 2排放的有前途的替代可再生能源原料。此外，木薯淀粉水解物已被用作生产高Ankistrodesmus sp.的培养基。异养培养中的细胞密度和增强的脂质含量 [ 8]。尼日利亚是世界上最高的木薯生产国，其产量约占世界总产量的 20% [ 9 ]，不幸的是，它没有处理和安全处置这种危险废水的政策，因为日常做法一直是肆无忌惮地不恰当地将这些废水排放到环境中，不加注意地排入路边的沟渠或田野，让其自由流动，沉淀在浅洼地，最终渗入底土或流入溪流 [ 5 ] [ 6 ]。其他策略是在废水中进行细菌-藻类共培养，以增强修复和生物燃料的生产。梁等 人。[ 10] 为了使藻类生物燃料生产在经济上可行且不损害环境前景，共培养微藻和细菌加强基于脂质的生物燃料生产和城市废水生物修复。

先前的研究最近证明了使用木薯废水作为微藻生物质生产的底物和为生物柴油生产收集脂质。内维斯等 人。[ 7 ] 以木薯废水为底物，在异养条件下评估了微藻Phormidium fallale 的生物柴油生产潜力，获得了质量好、生物质密度高、脂质含量高的生物柴油。最近，Ogbonna等 人。[ 5 ] 和 Okpozu等 人。[ 11 ] 已证明使用Desmodesmus subspicatus LC172266 和Desmodesmus armatus分别用于以木薯废水为基质生产生物质、脂质和生物柴油。他们还展示了藻类对木薯废水的高质量生物修复。以类似的方式，Kumar等 人。[ 12 ] 在审查中表明，生物燃料生产与废物修复以及使用基于膜的藻类生物精炼系统的增值副产品回收具有潜在的协同作用。这些都符合 Chisti [ 13 ] 的建议，即为了使藻类生物燃料生产可行，以降低高昂的培养成本，需要将生物燃料生产与其他副产品形成或工艺结合起来。

网柄菌属 已被证明是一种高脂质生产者，其在生物柴油生产中的适用性也已得到证实 [ 14 ]。江等 人。[ 15 ] 使用在鸟粪石沉淀的液体消化物中生长的高脂质产生的Dictyosphaerium ehrenbergianum用于生物柴油生产，其脂质和生物质生产率高于在标准 BG-11 培养基中培养时的产量。据报道，微藻Dictyosphaerium ehrenbergianum Nageli 可用于以油酸、棕榈酸和亚油酸为主要脂肪酸的生物柴油生产 [ 16]。他们还证明了用这种有机体生产的生物柴油的质量符合标准质量，因此推荐Dictyosphaerium ehrenbergianum Nageli 作为生物柴油生产的良好原料。

在本研究中，我们评估了使用木薯废水作为培养基培养微藻胶网藻，作为废水生物修复和生物柴油生产中脂质的精细化的手段。除了测量木薯废水的物理化学参数和生物修复潜力外，还测量了在自养、异养和混合培养条件下培养的藻类的藻类生物量、脂质含量和脂肪酸谱。推导和比较了生物柴油的特性。

2。材料和方法

2.1。木薯废水收集和分析

本研究中使用的木薯废水是从尼日利亚贝努埃州当地的木薯碾磨厂收集的。测量了包括pH在内的初始物理化学参数。木薯废水基本按照Ogbonna等 人描述的方法制备。[ 5 ]。简而言之，废水通过一个典型的沙过滤器过滤，该过滤器使用临时漏斗、网、金属丝网和沙柱 [ 5]。将 50 mL 的 1 摩尔四氧代硫酸 (VI) 酸添加到 10 升体积的木薯废水滤液中。将混合物在搅拌下加热直到发生糊化，随着进一步加热最终变成乳状。将加热的乳状溶液与以升计的32.67mL 60％氢氧化钠溶液混合，同时进一步搅拌以中和混合物。根据 Ogbonna等 人的说法。[ 5 ] 和 Okpozu等 人。[ 11]，向每毫升体积的木薯废水中添加 10 毫升体积的 BBM。使用稀 HCl 和 1% NaOH 将 CWW 的 pH 值调节至 7.0。此后通过在 121°C 高压灭菌 10 分钟对其进行灭菌，随后在冷却时加入氨苄青霉素和酮康唑（分别为 250 和 200 毫克）。

2.2. 微藻、培养基和接种

网柄菌属 用于本研究的之前使用 18S 正向-(ITS-1)'TTTCTGCCCTATCAACTTTCGATG'和 18S 反向-(ITS-4)'TACAAAGGGCAGGGACGTAAT'引物通过 18S rRNA 测序分离和鉴定 [ 14 ] [ 17 ] [ 18 ]。该生物体以登录号 LC172264 存放在 GenBank 中。随后将微藻维持在 Bold Basal Medium (BBM) [ 5 ] 中。BBM 由储备溶液 1 至 10 组成。储备溶液 1 至 6 每 400 mL 分别制备，包括：10.0 g NaNO 3、3.0 g MgSO 4 ·7H 2 O、3.0 g K 2 HPO 4、7.0 g KH 2采购订单4，分别为 1.0 g CaCl 2和 1.0 g NaCl。由微量元素溶液组成的原液7包括8.82 g ZnSO 4 ·7H 2 O、1.44 g MnCl 2 ·4H 2 O、0.71 g MoO 3、1.57 g CuSO 4 ·5H 2 O和0.49 g Co( NO 3 ) 2 ·6H 2 O 每升蒸馏水。储备溶液8由每升水11.42克H 3 BO 3组成。储备溶液 9 由每升水 50 g EDTA 和 31 g KOH 组成。最后，溶液10由4.98g FeSO 4 ·7H 2组成O 和 1.0 mL H 2 SO 4 (浓)。每种储备溶液均在 121°C 下高压灭菌 15 分钟。为了制备 BBM，在一升容量瓶中，分别加入 10 mL 的无菌原液 1-6，然后加入各 1 mL 的原液 7-10。将其定容至 1.0 L用无菌蒸馏水。BBM 用于光合自养培养，而异养和混养培养是使用补充有上述木薯废水 (CWW) 的 BBM 培养基进行的。每次培养都在 1 升锥形瓶中进行，该瓶中含有 500 mL 改编自 Ogbonna等 人的适当培养基。[ 5 ] 和 Okpozu等 人。[11 ]。每个装置的接种均使用 20% (v/v) 的分离种子培养物（约 10 6 CFU/mL 的网柄藻sp。在 BBM 的指数阶段）。在 28˚C ± 2˚C 的温度下，光合自养培养物每天暴露在大约 12 小时的阳光下 [平均光强度 ~2000 LX（数字测光表，型号 LX-1000，日本）]。在阳光照射的时间里，每天搅拌装置 2 次（剧烈握手 2 分钟）。对于异养和混养培养，种子培养物在黑暗中生长 72 小时以适应之前描述的 20% v/v 接种。如上所述接种后，用于异养培养的锥形瓶用铝箔纸包裹，并在 28°C ± 2°C 的温度下在黑暗的橱柜中培养，直至其生长。对于混合营养培养物，将驯化的微藻种子培养物接种到 500 mL 培养基中，重复两次。该装置每天早上 7:00 到下午 1:00 暴露在阳光下 6 小时，然后返回黑暗中站立。对于每种生长模式，实验进行两次重复。

2.3. 生长、脂质含量和组成的测定

使用分光光度计在光密度 680 nm (HACH, Loveland, Colorado, USA) 测定每种培养模式的生长速率。根据光密度 (OD 680 ) 读数生成生长曲线，并使用标准曲线转换为细胞干重。干燥的细胞 (DC) (0.5 g) 用于脂质提取。通过 Bligh 和 Dyer [ 19 ] 的方法在氯仿：甲醇：水溶剂系统中从 DC 中提取脂质。提取的脂质以百分比 (%) 表示。

脂肪酸的 GC-MS 色谱测定在 Shimadzu plus 机器 (Shimadzu, Japan, GCMS-QP2010 Plus) 中运行。色谱图配备了微孔毛细管柱 Db。30.0 以氦气作为气体载体，流速为 1.8 mL/min，总流量为 40.8 mL。烘箱温度设置为 70°C，而界面和源温度分别为 250°C 和 200°C。速度控制是线性的，压力设置为 116.9 kPa。色谱图的开始和结束时间分别为 3 分钟和 24 分钟 [ 17 ]。将未知成分的光谱与 NIST 库中存储的已知成分的光谱进行比较，以确定分子名称和分子量。

2.4. 脂肪酸甲酯（生物柴油）性质的测定

脂肪酸甲酯特性通过 Biodiesel Analyzer 软件 [ 20 ] 确定。

2.5. 木薯废水理化性质的测定

2.5.1。电导率 (EC) 测量

使用 Ademoroti [ 21 ] 推荐的方案，使用电导率探头（Hanna combo pH/EC 计 HI 98129）测量电导率 (EC)。通过将探针插入废水中并在 3 分钟后读取读数来确定 CWW 的电导率（每厘米微秒 (μS/cm)）。

2.5.2. CWW 的总溶解固体 (TDS) 的测量

CWW 的总溶解固体 (TDS) 使用美国标准测试方法 [ 22 ] 的过滤方法测量。简而言之，将 50 mL CWW 样品添加到蒸发皿中，在 180˚C 下加热完全干燥。干燥至恒重后，TDS 使用以下公式 (1) 中的公式计算。

总固体物质( 毫克大号) =毫克残留物× 1000 毫升样品_  (1)

2.5.3. 溶解氧和生化需氧量的测量

溶解氧 (DO) 是使用 Winkler-Azide 协议的修改来测量的，而生化需氧量 (BOD) 是测量后立即采集的样品的 DO 与在 20°C 孵育 5 天后样品的 DO 之间的差异 [ 22 ] 改编自 Okpozu等 人。[ 11 ]。

2.5.4。化学需氧量 (COD) 的测量

COD 的测量方法是使用改编自 Ademoroti [ 23 ] 的方法，通过 Okpozu等 人最近提出的使用 Ferroin 指示剂的滴定法。[ 11 ]。

2.5.5。CWW溶液pH值的测量

通过校准的 pH 计（Hanna Instrument C-99-USA）测量 CWW 样品的 pH 值。使用 pH 4、7 和 10 的缓冲液进行校准 [ 21 ]。

2.5.6。溶液中氰化氢 (HCN) 含量的测量

使用改编自 Ezeh等 人的方法测量 CWW 的氰化氢含量。[ 24 ] 和 Sawyerr等 人。[ 25 ] 有修改。这通过使用碱性苦味酸盐溶液的光谱法测定。使用 Whatman No. 1 滤纸进一步过滤经砂滤的 CWW。将 1 g 苦味酸和 2 g 无水碳酸钠（Na 2 CO 3) 加入少量温水中，定容至 100 mL。将其储存在冰箱（4˚C）中的琥珀色瓶子中，直至使用。在 HCN 含量的测量中，将 4 mL 碱性苦味酸盐添加到 5 mL 量的已过滤 CWW 中。将其在水浴 (55˚C) 中加热 5 分钟以显示棕色，然后冷却并在 490 nm 处（紫外分光光度计）读取空白。空白是用蒸馏水代替 CWW 制备的。HCN 含量以 mg/L 表示并从标准曲线外推。

2.6. 统计分析

使用社会科学统计软件包（SPSS 20.0 版）分析了从本研究中获得的数据。

3。结果与讨论

3.1。木薯废水的预处理

本研究的重点是对胶网藻. 的评估。LC172264 用于双木薯废水修复和伴随生物柴油生产的脂质积累。废水在使用前经过砂滤、酸解、碱中和、高压灭菌等预处理。进行沙滤以模拟土壤中发生的自然水过滤，这导致废水中的大颗粒物质被去除，CWW 呈现灰烬至无色。预处理工艺在微藻处理废水中是惯用的。因此，Rui等 人。[ 26] 在废水上培养微藻之前，使用微生物对废水进行厌氧消化。在以前的研究中，目前的沙滤最近已被用于其他种类的微藻对木薯废水的生物修复 [ 5 ] [ 11 ]。木薯加工废水最近被证明是第三代生物柴油生产的理想平台[ 7 ]，因为它含有营养物质。

3.2. 生长、脂质含量和组成胶网藻LC172264

自养、异养和混养栽培模式下网柄藻的生长模式如图1所示。混合营养培养物具有最高的生物量含量，最大细胞干重值为 1.022 g/L，相当于孵化第 8 天的光密度值为 2.842 ± 0.12。异养培养的最高生物量浓度为 0.63 g/L（OD 值相当于 1.981 ± 0.70，孵化第 10 天），而自养生长是三者中最低的，其最高生物量浓度为 0.238 g/L（OD 值等效到 1.477 ± 0.51，孵化第 10 天）。以 g/L 表示的细胞是从细胞干重 (g/L) 与光密度读数 (OD 680) R 2 = 0.8982。三个增长曲线没有显示任何明显的滞后期，并且

图 1。胶网藻的时间进程不同栽培条件下的生长。

孵化第 6 天开始稳定生长。从结果来看，而在异养培养下，胶网藻LC172264积累了大约一半在混合营养条件下获得的生物量，光合培养的细胞只能获得1/6的近似当量。因此，这意味着生物体更喜欢需要光能和有机碳底物的混合营养代谢。

已经记录了支持在有机碳基质中混养一些微藻的优势的证据 [ 27 ] [ 28 ]。在之前的微藻研究中，Ogbonna 和 Ogbonna [ 14 ] 已经证明了使用葡萄糖和甘油作为底物的分离物的异养和混养生长能力。然而，使用葡萄糖和甘油作为底物，记录的生物量含量高于本研究的生物量。

胶网藻的脂质含量百分比。不同培养条件下的最终生物量浓度和最终生物量浓度如图 2 所示。胶网藻与其他栽培模式相比，在混合营养条件下生长的生物量浓度更高，脂质积累更多。自养、异养和混养培养模式的最高脂质含量（%）分别为15.32、16.54和21.16，而生物量含量分别为0.238、0.63和1.022 g/L。使用 CWW 作为碳源和额外的氮源，脂质含量的百分比低于之前报道的（42.3% ± 1.33%），其中葡萄糖和甘油是碳源 [ 14]。差异的原因可能是培养基成分的差异，因为作为碳源的葡萄糖比水解木薯淀粉更容易被同化。

3.3.胶网藻的脂肪酸组成。不同栽培模式下的LC172264

为了确定使用胶网藻LC172264 为

图 2。胶网藻的最终生物量含量 (mg/L) 和 % 脂质含量在不同的条件下生长。

生物柴油生产和在何种培养模式下，我们评估了脂质类别和组成（在自养、异养和混养培养条件下产生的生物柴油质量的决定因素 [ 29 ]。在自养、异养和混养培养条件下培养的微藻的脂肪酸组成）图 3-5 显示了在不同培养条件下生长的盘基球菌脂质的总离子色谱图的 GC-MS 谱图。自养培养细胞的提取物包括 11-十八碳烯酸 (Vaccenic acid (C 19 H 36 O2）（35.06%）、油酸（27.70%）、14-甲基十五烷酸（异棕榈酸（C 17 H 34 O 2）（10.94%）（表1）。其他化合物为Nopinene（2.05%）、乙基-2-己醛 (0.72%), 1,5-庚二烯, 6-methyl-2-(4-methyl-3-cyclohexene) (0.98%), Cis-Ocimen (0.60%), Isothujol (0.24%), Hexadecanoic酸 (6.32%), 十八烷酸 (5.91%), 蓖麻油酸 (1.04%), 二十烷酸 (0.49%) (表 1 ). 对于异养培养的胶网藻细胞, 洗脱的主要脂肪酸包括 11-十八碳烯酸 (异油酸（C 19 H 36 O 2）（49.16%）和十五烷酸（15.07%）（表2）。其他是油酸 (9.89%)、十八烷酸 (7.31%)、2-乙基-2-己烯醛 (1.29%)、7-十六烷酸酯 (0.81%)、十六烷酸 (1.94%)、亚油酸 (0.11%)、硬脂酸酸（7.06%）、蓖麻油酸（1.90%）、二十烷酸酯（0.81%）、豆甾醇（4.67%）（表2）。胶网藻的混合营养培养细胞。还含有 11-十八碳烯酸 (Vaccenic acid (C 19 H 36 O 2 ) (43.23%) 作为提取物中的主要脂肪酸。其他主要脂肪酸是油酸 (21.04%) 和 14-甲基十五烷酸 (14.10%) ) (表 3）。其他包括 2-乙基-2-己醛 (0.89%)、十六烷酸 (4.65%)、十八烷酸 (9.09%)、硬脂酸 (5.25%)、蓖麻油酸 (1.31%) 异十七烷酸甲酯 (0.44%) (表 3）。因此，从三种培养模式中，11-十八碳烯酸、油酸、十五烷酸和十八烷酸是主要的脂肪酸。从洗脱化合物列表中，胶网藻

图 3。胶网藻脂质的总离子色谱图在自养条件下生长。

图 4。胶网藻脂质的总离子色谱图在混合营养生长下。

图 5。胶网藻脂质的总离子色谱图在异养培养下。

顶峰

保留时间

化合物

区域 （％）

分子量

分子式

1

3.929

诺品烯

2.05

136

C10高16

2

4.119

乙基-2-己醛

0.72

126

C8H14O

3

9.939

1,5-庚二烯，6-甲基-2-4-甲基-3-环己烯

0.98

204

C15H24

4

10.386

顺式罗勒烯

0.60

136

C10高16

5

12.024

异苏荷

0.24

154

C10H1O

6

15.497

14-甲基十五烷酸甲酯

10.94

270

C17H34O2

7

16.067

十六烷酸

6.32

256

C16H32O2

8

17.236

11-十八碳烯酸甲酯

35.06

296

C19H36O2

9

17.435

硬脂酸甲酯

7.96

298

C19H38O2

10

17.780

油酸

27.70

282

C18H34O2

11

17.953

十八烷酸

5.91

284

C18H36O2

12

18.969

蓖麻油酸甲酯

1.04

312

C21H36O3

13

19.198

二十烷酸甲酯

0.49

326

C21H42O2

表 1。来自胶网藻的脂质的化学特征LC172264 在自养模式下生长。

顶峰

保留时间

化合物

区域 （％）

分子量

分子式

1

4.119

2-乙基-2-己烯醛

1.29

126

C8H14O

2

15.277

7-十六烷酸甲酯

0.81

268

C17H32O2

3

15.491

十五烷酸甲酯

15.07

270

C17H34O2

4

16.038

十六烷酸

1.94

256

C16H32O2

5

17.039

亚油酸甲酯

0.11

294

C19H34O2

6

17.246

11-十八碳烯酸甲酯

49.16

296

C19H36O2

7

17.425

硬脂酸甲酯

7.06

298

C19H38O2

8

17.730

油酸

9.89

282

C18H34O2

9

17.923

十八烷酸

7.31

284

C18H36O2

10

18.967

蓖麻油酸甲酯

1.90

312

C19H36O3

11

19.199

二十碳酸酯，甲酯

0.81

326

C21H42O2

12

21.342

豆甾醇

4.67

414

C29H50O

表 2。来自胶网藻的脂质的化学特征LC172264 以异养模式生长。

顶峰

保留时间

化合物

区域 （％）

分子量

分子式

1

4.119

2-乙基-2-己醛

0.89

126

C8H14O

2

15.496

14-甲基十五烷酸，

14.10

270

C17H34O2

3

16.045

十六烷酸

4.65

256

C16H32O2

4

17.224

11-十八碳烯酸甲酯

43.23

296

C19H36O2

5

17.430

十八烷酸甲酯

9.09

298

C19H38O2

6

17.736

油酸

21.04

282

C18H34O2

7

17.927

硬脂酸

5.25

284

C18H36O2

8

18.964

蓖麻油酸甲酯

1.31

312

C19H36O3

9

19.197

异十七烷酸甲酯

0.44

284

C18H36O2

表 3。来自胶网藻的脂质的化学特征混合营养培养下的 LC172264。

是目前CWW不同栽培模式下生产生物柴油的理想原料。无论培养条件如何，它主要生产单不饱和脂肪酸 (MUFA) 和饱和脂肪酸 (SFA)。这些脂肪酸是推荐用于生物柴油生产的脂肪酸 [ 30 ]。最近在木薯废水中培养用于生物燃料的D. subpitacus和Desmodesmus armatus也报道了类似的脂肪酸类别和比例结果[ 5 ] [ 11 ]。微藻Dictyosphaerium ehrenbergianum生产脂肪酸甲酯Nageli 表明，油酸、棕榈酸和亚油酸是主要的脂肪酸，与本研究中获得的酸密切相关 [ 16 ]。

用胶网藻获得的主要脂肪酸。在葡萄糖和甘油碳底物上生长 [ 14 ] 与目前的研究相似，这意味着无论生长条件如何，微藻的脂肪酸组成都可能取决于物种。

3.4. 脂肪酸甲酯（生物柴油）的性质

为了确定这些脂肪酸在自养、异养和混养培养模式下用作生物柴油原料的质量，进行了生物柴油特性分析（BiodieselAnalyzer 软件，[ 20 ]，其值列于表 4。碘值（gI 2 /100g)、十六烷值和运动粘度均在推荐的限度内 (EN 14214 和 ASTM D6751) 用于从在三种培养条件下生长的网柄藻获得的生物柴油。这可能表明使用网柄球菌的适用性。以CWW为底物生产生物柴油的原料，异养代谢产生的生物柴油密度为0.816 g/cm2，因此低于 EN 14214 设定标准。然而，来自胶网藻的生物柴油。自养和混养培养

生物柴油属性

自动

赫特

米索

ASTM D6751

EN 14214

DSME

贵妇人

PME

皂化值 (mg/g)

206.64

190.64

203.28

ñ

ñ

117.40

132.00

-

碘值（g I2/100g）

57.69

55.32

58.87

ñ

120.00（最大）

7.20

57.00

49.56

十六烷值

59.73

62.48

59.91

47.00（分钟）

51.00（分钟）

91.10

75.00

61.00

长链饱和因子

8.66

8.81

9.27

ñ

ñ

8.85

15.47

-

冷滤点 (˚C)

10.73

11.19

12.63

ñ

≤5/≤ −20.00

−8.30

-12.50

13.00

运动粘度 (mm2/s)

3.98

3.75

4.10

1.90 - 6.00

3.50 - 5.00

2.28

3.80

4.53

密度（g/cm2）

0.87

0.82

0.87

ñ

0.86 - 0.90

0.49

0.65

0.87

表 4。胶网藻脂肪酸甲酯的品质比较 不同栽培模式下的生物柴油标准。

最大值 = 最大值，最小值 = 最小值，n = 未指定限制，- = 未报告，Aut = 自养，Het = 异养，Mixo = 混合营养，DSME =赤藓糖油甲酯，DAME =赤藓糖油甲酯，PME = 植物油甲酯、ASTM D6751 和 EN 14214 车辆生物柴油标准（DSME、DAME 和 PME 分别改编自 Ogbonna等人[ 5 ]、Okpozu等人[ 11 ] 和 Arora等人[ 4 ]）。

条件的密度在推荐的标准范围内。一般来说，不同栽培模式的脂肪酸甲酯质量相似，尽管数量略有不同。这可能是因为使用了相同的底物和微藻，从而暗示培养条件（自养、异养和混养）对生物柴油质量没有显着影响。值得注意的是，大多数评估的参数都在 ASTM D6751 和 EN 14214 推荐值范围内。与Desmondesmus subspitacus和Desmondesmus armatus以及植物油甲酯的报告值相比，本研究的结果与皂化值略有不同网柄菌属 甲基酯（本研究）高于Desmodesmus subspitcatus油甲酯和Desmodesmus armatus油甲酯（表 4）。

3.5. 木薯废水中生长的微藻网柄藻的生物修复潜力

使 CWW 生产生物燃料具有吸引力的原因在于将燃料生产与生物修复相结合的能力。木薯废水是一种有气味、高昆虫（蚊子）繁殖的液体污染物。已经证明了将微藻同时利用用于可持续生物燃料和植物修复的生物质生产 [ 5 ] [ 7 ] [ 11 ] [ 31 ]。在最近的一段时间里，还进行了一些尝试来生物修复不同类别的废水，同时生产基于藻类的生物燃料。例如，而 Nguyen等 人。[ 32 ] 通过微藻培养研究了细菌生长与脂质生产之间的关系海鲜废水中的小球藻 ，Leong等 人。[ 33 ] 比较了微藻-细菌共培养在生物修复合成废水和市政废水方面的性能，同时可持续地生产生物柴油。罗斯利等 人。[ 34 ] 建模以增强附着的微藻生物质在富含营养的废水中填充的流化床上的生长，同时将 CO 2生物固定为生物柴油的脂质。要使微藻成为生物修复的合适候选者，它必须在培养基上表现出良好的生长品质。微藻Dictyosphaerium本研究中使用的物种 LC172264 在使用 CWW 加 BBM 作为底物的自养 (BBM)、异养和混合营养条件下生长。

随着孵育时间的增加，电导率 (EC) (µs·cm -1 ) 逐渐降低，混合营养培养物显示出比异养对应物更低的 EC。电导率用于确定水中离子的数量，这意味着在本研究中，在 CWW 的混合营养条件下生长的盘基球菌属LC172264比在异养条件下更能去除含有这些离子的化合物。木薯废水样品中总溶解固体（TDS）对网柄菌生长的影响sp。在异养和混养条件下，TDS 与孵育时间呈反比关系。随着异养和混养培养物孵育时间的增加，生化需氧量和化学需氧量 (COD) 也逐渐降低。对于这些物理化学性质，混合营养培养物的减少程度高于异养培养物。当废水的 EC、TDS、BOD、COD 和 HCN 与废水中的有机物和化学成分相关时，废水对环境和生命形式的健康构成严重威胁。该参数值的显着降低表明胶网藻的有用性。在生物修复中。

木薯废水 CWW 培养基的理化参数在网柄菌属物种生长期间的百分比降低如图 6所示. 混合营养模式下总溶解固体 (TDS) 的降低 (89.78%) 优于异养生长培养 (79.32%)。两种生长模式下的电导率（EC）%降低值为86.77%。EC 和 TDS 的高百分比降低意味着微藻是生物修复的良好候选者，百分比越高，生物修复效果越好。混养培养下BOD降低百分比为89.35%，而异养生长模式下降低百分比为72.95%。对于 COD，混合培养模式的降低百分比为 84.03%，而异养培养模式为 72.19%。具有环境和健康影响的 CWW 的主要成分是氰化氢 (HCN) 含量。为了确定培养条件对氰化物浓度的影响，在培养开始和第 5 天测量氰化物含量。异养和混养培养模式的氰化物 (HCN) 含量分别从最初的 450 mg/L 降低到 93.105 (79.31%) 和 85.365 mg/L (81.03%)。这些结果表明，TDS、EC、BOD。COD 和 HCN 在混合营养培养物中减少得更好。这进一步支持了早期的结果，即混合营养培养的微藻细胞网柄藻属LC172264具有更好的生长和脂质含量。这同样进一步强化了这样一个事实，即生物体在废水中良好生长的能力赋予了更好的生物修复能力，因为可用营养物质的消耗。

图 6。在异养和混养培养下木薯废水的物理化学参数降低百分比 (%)。

CWW 的特点是氰化氢含量高 (>400 mg·L -1 ) 和生物需氧量 (BOD) (25,000 - 50,000 mg·L -1 ) [ 6 ]。水中这两种环境参数（氰化氢和 BOD）含量高表明污染严重。在修复 CWW 时，Neves等 人。[ 7 ] 从木薯废水中获得的总氮（g/L）和总磷（g/L）分别为0.25±0.01和0.16±0.01。他们还从废水中获得了 96.0 ± 4.24 的碳氮比和 1.50 ± 0.071 的氮磷比。而 Leong等 人。[ 10 ] 和梁等 人。[ 35 ] 专注于氮去除效率，目前的工作报告了从培养基中去除氰化物。然而，氰化物是一种富含氮的化合物，它与生物燃料生产和生物修复一起测量可以作为一种新方法和一项重大贡献。本研究的氰化物去除是有效的。

4。结论

两种栽培模式下的网柄藻属LC172264表现出良好的修复潜力；然而，混合营养培养物比异养和自养培养物具有更多的生物量和脂质含量。总体而言，本研究的Dictyosphaerium物种是混合营养条件下伴随木薯废水修复和生物柴油生产的理想选择。

利益冲突

作者声明与本文的发表没有利益冲突。

参考

[ 1 ] Montgomery, H. (2017) 防止气候变化的进展：一种药物还是复方药？生物燃料研究杂志，13, 536。

[ 2 ] 联合国气候变化专门委员会 (UNIPCC)（2014 年）决策者气候变化综合报告摘要。联合国气候变化专门委员会，日内瓦，1-32。

https://www.ipcc.ch/report/ar5/

[ 3 ] Marella, TK, Datta, A., Patil, MD, Dixit, S. 和 Tiwari, A. (2019) 使用 Algal Floway 在城市废水中通过藻类培养生产生物柴油。生物资源技术，280、222-228。

[ 4 ] Arora, N., Patel, A., Sartaj, KM, Pruthi, PA 和 Pruthi, V. (2016) 家庭和工业废水的生物修复与使用新型含油微藻增强生物柴油生产相结合。环境科学与污染研究，23，20997-21007。

[ 5 ] Ogbonna，IO，Okpozu，OO，Ikwebe，J. 和 Ogbonna。JC (2018) 利用 Desmodesmus subspicatus LC172266 同时修复木薯废水和生物柴油生产中的脂质积累。生物燃料，10，657-664。

[ 6 ] 粮食及农业组织（国际农业发展基金）（2001 年）战略环境评估：木薯生产和加工对环境和生物多样性影响的评估。全球木薯发展战略验证论坛论文集，卷。5，罗马，2000 年 4 月 26-28 日。

[ 7 ] Neves, C.、Maroneze, MM、dos Santos, AM、Francisco, EG、Wagner, R. 和 Zekpa Jacob-Lopes, E. (2015) 木薯加工废水作为第三代生物柴油生产的平台。农业科学，73, 412-416。

[ 8 ] Salim, MA (2013) Ankistrodesmus sp的异养生长。用于使用木薯淀粉水解物作为碳源的脂质生产。国际生物技术杂志，2, 42-51。

[ 9 ] Kuiper, L.、Ekmekci, B.、Hamelinck, C.、Hettinga, W.、Meyer, S. 和 Koop, S. (2007) 木薯生物乙醇。Ecofys 荷兰 BV，乌得勒支。

[ 10 ] Leong, WH Zaine, SNA, Ho, YC, Uemura, Y., Lam, MK, Khoo, KS, Kiatkittipong, W., Cheng, CK, Show, PL 和 Lim, JW (2019) 各种微藻细菌种群的影响城市废水生物修复及其对基于脂质的生物燃料群体的能源可行性。环境管理杂志，249，文章 ID：109384。