專利名稱:一種生產(chǎn)用于生物氣生產(chǎn)的原料的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及用于生物氣生產(chǎn)的過程,它包括屬于海鞘群的水生生物的厭氧消化。本發(fā)明還涉及用于生產(chǎn)肥料的方法,包括厭氧消化屬于海鞘群的水生生物,并且此后利用固體和流體消化物用于肥料生產(chǎn)。本發(fā)明的另一方面涉及包括與紅藻門、緑藻門和褐藻門等群的巨藻一起培養(yǎng)海鞘的ー種方法。由于海鞘新陳代謝排泄的溶解營養(yǎng)物,結(jié)合培養(yǎng)導(dǎo)致巨藻的更高生長率。本方法還進ー步涉及厭氧消化巨藻與所述海鞘。本發(fā)明還涉及用于生產(chǎn)肥料的方法,包括在一起培養(yǎng)和厭氧消化海鞘和巨藻,并且利用固體消化物來生產(chǎn)肥料。本發(fā)明還涉及在培養(yǎng)表面上,將海鞘緊固到幼蟲臺上的ー種方法,通過與成年個體海鞘一起儲存沒入水箱中的所述培養(yǎng)表面,調(diào)節(jié)水箱中的水溫,使成年個體海鞘開始產(chǎn)卵,并且通過配子融合產(chǎn)生的幼蟲在表面上定居,此后幼蟲被放置在培養(yǎng)位點上。
背景技術(shù):
在生物氣的エ業(yè)生產(chǎn)中,原料的可獲得性是有限的。在文獻中,生物氣被定義為主要由甲烷(CH4)和ニ氧化碳(⑶幻組成的一種氣體混合物,它主要由生物基質(zhì)的細菌分解產(chǎn)生。生物氣エ廠需要從農(nóng)民那里購買生物質(zhì),例如牧草地和小麥,用來生產(chǎn)生物氣。這意味著,生物氣產(chǎn)品的生產(chǎn)會是不經(jīng)濟的。由于在用于食品和用于能源生產(chǎn)的作物之間存在競爭的情況,可耕地面積也是有限的。生產(chǎn)中的損失也強烈依賴于氣候,因為惡劣氣候會使作物減產(chǎn)。這些因素導(dǎo)致產(chǎn)品生物氣的生產(chǎn)可能變得不經(jīng)濟。關(guān)于用于厭氧消化的可替代的海產(chǎn)的生物質(zhì),更早的想法涉及了微藻、巨藻或紫貽貝。作為用于生產(chǎn)生物氣的原料,所有這些都具有缺點;考慮到在滅菌條件下,必須添加特殊的營養(yǎng)素,并且因為日光不足,需要額外的照明,微藻具有高培養(yǎng)成本。巨藻已經(jīng)示出是用于厭氧消化的好的原料,但是如果它們收獲自海灘,那么會含有高濃度的重金屬,例如鎘。通過離岸培養(yǎng)巨藻,有可能通過給水施肥改進經(jīng)濟前提,因此提高生長率。紫貽貝具有大的缺點,在于它們具有非有機的売,生物氣廠并不想把殼包括在該エ藝中,因為殼阻塞エ 藝管道并且增加不可消化的物質(zhì)的沉淀。生物氣的生產(chǎn)者總是努力增加氣體的生產(chǎn)(給定某一量的生物質(zhì))來最大化產(chǎn)量。要解決的問題是,生產(chǎn)者如何可以增加氣體生產(chǎn)。生物質(zhì)生產(chǎn)的最有益解決方案是能源效率,増加甲烷氣體的產(chǎn)量并且同時給出其他的環(huán)境正面效果。針對從海洋收獲生物質(zhì)的現(xiàn)有技術(shù)只討論了巨藻,通過培養(yǎng)或收獲來收集 (Boudewijn(博杜安)等人,1983 ;Schramm(施拉姆)和Lehnberg(倫貝格),1984 ;Gao(高) 和 McKinley (麥金菜),1994 ;Yokoyam(橫山)等人,2007 ;The Crown Estate(皇家財產(chǎn)局),2009),連同已經(jīng)被驅(qū)趕上岸的巨藻(Detox AB (Detox公司),2009)。甚至已經(jīng)提出取自波羅的海中的藻華的微藻的厭氧消化(格倫達爾,2009),連同培養(yǎng)在波羅的海中的紫貽貝的厭氧消化(Hansson (漢森),2008 ;Radio Kalmar (卡馬爾廣播電臺),2009)。還
3已經(jīng)提出ー個想法,基于在來自污水廠的富營養(yǎng)廢水中培養(yǎng)微藻(紐伯格,2008 ;Clear Water Energy Nordic AB (清水能源北歐公司),2009)。在提交的專利申請中,會提到若干要求對使用基于微藻或巨藻連同它們的提取物的生物質(zhì)的排他權(quán)(US2008/0050800、 CN101418316、 US2009081744、 EP2014759、 CN101285075、 CN101255075、 UA24106、 DE102007007131、W02007014717、W09851814、PT100012、DE3607864、CN101418315)。
發(fā)明內(nèi)容
海產(chǎn)的生物質(zhì)-海鞘海鞘,學名Ascidiacea,是ー類在全世界具有約2300個物種的被囊動物,在瑞典西海岸具有約50種。它們是形成固著的、単體的或群體的濾食性動物。身體是囊狀的并且完全被被囊動物圍繞。玻璃海鞘屬由以下種構(gòu)成艾氏海鞘、Ciona fascicularis, Ciona gelatinosa、Ciona imperfecta、玻璃海鞘、Ciona mollis和薩氏海鞘。作為ー個實例,提到的海鞘中的玻璃海鞘,它以非常高的豐度出現(xiàn),并且已經(jīng)報道,按密度計超過5000個體每m2 (Millar (米勒)1971)。生物質(zhì)的重量已經(jīng)估計為約7kg DW/m2 (Gulliksen (格利克森),1972)和在加拿大的水中達到200kg濕重/m2 (Ramsay (拉姆塞),Davidson (戴維森) 等人,2009)。如果我們使用4%的干物質(zhì)構(gòu)成(彼得森等人,1997),這ー值對應(yīng)^g Dff/ m2。它們靠過濾來自水的浮游生物而生活,并且與很多其他動物相比,生長非???。它們的每日長度生長可以達到2%-3%,并且體重的加倍時間在10天內(nèi)(Petersen (彼得森)等人,19卯)。在北方的水中,玻璃海鞘毎年繁殖兩次,并且在更溫曖的水中毎年繁殖三次,可能到四次(Dybern (戴伯恩),1965)。定義Dff =Dry Weight (干重)的縮寫,它是已經(jīng)在干燥(約80°C,1天)以后,生物的不
含水的重量。濕重在收獲以后1小時內(nèi),在生物質(zhì)至少一半時間在濾器中吋,所稱取的在濕條件下的生物質(zhì)重量。海產(chǎn)/海洋環(huán)境定義為并不是純的湖水或由淡水構(gòu)成的水環(huán)境,即具有超過 0. 5%o NaCl的鹽度的所有水環(huán)境。海洋與海洋環(huán)境定義相同。生物定義為所有真核生物、古細菌和原核生物群的活生物。動物一群屬于動物界群的生物。海鞘/海鞘屬于海鞘群的動物。人工接種一種由人控制的生物的卵子和精液的產(chǎn)生,它們的合子(受精卵)在它們長成成體動物以前,發(fā)育為定居在水中的硬表面上的幼蟲。水由H20構(gòu)成的所有環(huán)境,它包括海洋環(huán)境和湖泊,這兩種環(huán)境都包括天然以及人工環(huán)境,例如池塘和其他水構(gòu)造。浮游生物如我們在本文中使用的那樣,所有懸浮在水中生活的生物是在它科學正確的定義。浮游生物可以分為,并且包括浮游動物、浮游植物和浮游細菌,取決于它所指的生物。Settla 是英語術(shù)語定居的一種瑞典語翻譯,它被翻譯為瑞典語bli fast,SattaSigo瑞典海產(chǎn)生物學家使用術(shù)語settla (不定式-att settla)。海鞘在瑞典語中命名為sj0pungar的生物群。Ascidia(海鞘)與Ascidiacea(海鞘)同義,并且由生命樹(http://tolweb.org/tree)和那里的參考文獻所定義。珊瑚蟲在瑞典語中命名為“koraller”的生物群。由生命樹和那里的參考文獻所定義。海綿動物在瑞典語中命名為“svampdjur”的生物群。由生命樹和那里的參考文獻所定義。巨藻可見的藻類。用于生物群紅藻(紅藻門)、緑藻(綠藻門)、褐藻(褐藻門) 的一個統(tǒng)ー術(shù)語。微藻肉眼不可見并且懸浮在海中生活的單細胞生物。與巨藻無關(guān),但是屬于若干不同生物群,例如甲藻、硅藻等。
圖1 在海中大規(guī)模培養(yǎng)海鞘用于生物質(zhì)生產(chǎn)。海鞘在沒入水中的培養(yǎng)線(a)上生長。一根緊固到浮件(c)上的水平繩索(b)支持這些培養(yǎng)線。用系泊用具和錨(d)支持的繩索(d)向外切入水平線。圖2 用于在沒入水中的培養(yǎng)線上人エ接種海鞘幼蟲的ー種方法的說明。海鞘(a) 的成熟個體被緊固在水箱(c)內(nèi)的網(wǎng)(b)上。水通過管(d)進入并且通過管(e)排出,培養(yǎng)線(f)懸掛在可以從該水箱移除的桿(g)上。
具體實施例方式概述本發(fā)明由一個過程組成,該過程包括將用作生物氣生產(chǎn)原料的水生生物的厭氧消化。所述過程還可以包括在厭氧消化前培養(yǎng)和收獲這些生物。為此在瑞典的水中的ー種非常適合的生物是海鞘生物,玻璃海鞘,基于1.非常快的生長,這允許每年收獲若干次,甚至在冬天;2.沒有硬的內(nèi)部結(jié)構(gòu),例如防止生物質(zhì)被泵送的殼或骨骼;3.在與多種生物質(zhì)ー 起厭氧消化期間,該生物質(zhì)已經(jīng)示出増加生物氣生產(chǎn);4.在現(xiàn)存用于紫貽貝的培養(yǎng)系統(tǒng)中培養(yǎng)的可能性;5.生產(chǎn)保障,其中可能避免在陸基農(nóng)業(yè)中,由于惡劣氣候造成的生物質(zhì)損失;6.連續(xù)培養(yǎng)和收獲季,通過在本專利中,ー個說明的過程,該過程允許海鞘定居在受控條件下的培養(yǎng)繩索上,這些條件允許連續(xù)收獲;7.沒有與農(nóng)業(yè)競爭的培養(yǎng);8.與農(nóng)業(yè)相比, 在海中培養(yǎng)和收獲給出了遠遠更多的単位面積生物質(zhì),并且對于培養(yǎng)和收獲要求更少的能里。在其他國家和水中,借助可培養(yǎng)性、快速生長和結(jié)合用來通過厭氧消化生產(chǎn)生物氣的系統(tǒng)使用エ業(yè)泵的可能性,其他種的海鞘(或珊瑚或海綿)可以最適合培養(yǎng)和收獲以達到益處。這樣的生物的實例是悉尼海鞘、樽海鞘、尾海鞘綱動物和尋常海綿綱動物。通過使用來自工業(yè)培養(yǎng)貽貝的經(jīng)驗和技木,本發(fā)明保證了海鞘的エ業(yè)生產(chǎn)。此外,也已經(jīng)合井新技術(shù)解決方案來保證在全年,而不只在海鞘普通的繁殖期間,海鞘的エ業(yè)生產(chǎn)。用于生物氣生產(chǎn)的過程包括在厭氧消化期間,厭氧消化和應(yīng)用生產(chǎn)的燃氣。沼氣 (也稱為原氣體)由甲烷和ニ氧化碳組成,純化該混合物的甲烷用于生產(chǎn)生物氣。
在一個實施方案中,該過程包括在海鞘被厭氧消化前,培養(yǎng)并收獲海鞘??梢允褂脹]入水中的多個表面進行海鞘的培養(yǎng),在所述表面上,海鞘可以被培養(yǎng)到收獲前。根據(jù)ー個優(yōu)選的實施方案,該過程包括在培養(yǎng)表面上,將海鞘緊固到幼蟲臺上,通過與成年個體海鞘一起儲存沒入水箱中的所述培養(yǎng)表面,調(diào)節(jié)水箱中的水溫,使成年個體開始產(chǎn)卵,并且通過配子融合產(chǎn)生的幼蟲在表面上定居,此后幼蟲被放置在培養(yǎng)位點上。此外,還可以根據(jù)Aypa(艾帕)(1990)說明的方法達到培養(yǎng);架培養(yǎng)、懸掛法、硫氯酚培養(yǎng)、黑金屬培養(yǎng)、樁培養(yǎng)、托盤培養(yǎng)、棚屋培養(yǎng)、繩索-網(wǎng)培養(yǎng)、bouchout (保朝)培養(yǎng)、 筏培養(yǎng)和長線培養(yǎng)。根據(jù)另ー個方面,該方法包括利用固體和流體消化物。該方法可以進一歩包括利用固體和流體消化物來生產(chǎn)肥料。在實踐所述方法的ー個形式中,是飼養(yǎng)珊瑚蟲和海綿動物的生物濾池。本發(fā)明的另一方面包括厭氧消化的生物質(zhì),來自海鞘群的水生動物的厭氧消化。在一個實施方案中,本發(fā)明涉及來自由任何以上提到的方法衍生的海鞘的厭氧消化的生物質(zhì)。詳細說明以下將參考本發(fā)明的具體實施方案詳細說明本發(fā)明。提供這些說明是為了增加對所述具體實施方案的理解,而并不旨在限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求所定義。作為用于厭氧消化的原料的效率本發(fā)明的背景使用海鞘作為厭氧消化中的生物質(zhì),在于以下事實瑞典的生物氣生產(chǎn)者使用來自海產(chǎn)品業(yè)的廢物,以鹽水和剩余產(chǎn)品的形式,并且在生產(chǎn)的生物氣體積連同燃氣中更高百分比甲烷這兩方面,以此增加生物氣生產(chǎn)。在與廢污泥結(jié)合的厭氧消化中, 來自海產(chǎn)品業(yè)的廢物被認為是非常好的生物質(zhì)補足物,對此,ー種可能的解釋是,如果結(jié)合的生物質(zhì)具有更高的碳構(gòu)成,那么所述廢物富含促進整體厭氧消化的氮。在厭氧消化中,一個通則是,碳和氮之間的摩爾配額應(yīng)當在30 1和20 1之間(C N)。海鞘具有4 1 的碳-氮配額,這對于單獨使用海鞘的最優(yōu)厭氧消化而言太低了。但是結(jié)合更富含碳的生物質(zhì),例如來自污水處理廠的廢污泥或來自農(nóng)業(yè)的作物,海鞘生物質(zhì)非常適合厭氧消化。來自海產(chǎn)品業(yè)的廢物具有5 1的碳-氮配額,這是ー個論據(jù),在エ業(yè)化厭氧消化エ藝中,低碳-氮配額的海鞘不是問題。來自新收獲的海鞘的生物質(zhì)的鹽度或多或少與周圍的水是ー樣的。這是由以下事實引起,海鞘關(guān)閉它們的身體開ロ并且包圍一定體積的水。我們已經(jīng)將在來自瑞典,LysekiK呂瑟希爾)外的海洋的海鞘用于厭氧消化測試,它們的鹽度范圍是在20%。 和30%。之間,但是在這些水中可以在10%。和35%。之間變化。來自海產(chǎn)品業(yè)的廢物具有 60%。-70%。的鹽度,并且如果對于一定量的含鹽生物質(zhì),給定時間來調(diào)整消化器,則至今未示出該鹽度降低厭氧消化的效率。事實是,已知厭氧消化エ藝接受相當多的量的含鹽生物質(zhì)(Schramm(施拉姆)和 Lehnberg (倫貝格);The Crown Estate (皇家財產(chǎn)局),2009)。 還已知小程度的鹽度增強生物氣的生產(chǎn)。ー個通則是,給定時間來調(diào)整,細菌群落可以處理廣大范圍的不同生物質(zhì)。產(chǎn)甲烷細菌變?yōu)檫M化的,來自海洋但是也出現(xiàn)在動物的胃中,連同出現(xiàn)在海洋的和含鹽的水中。海產(chǎn)生物質(zhì)-其他種的海鞘和珊瑚以及海綿連同培養(yǎng)我們已經(jīng)選擇作為實例的種,玻璃海鞘,它適合在瑞典的水中培養(yǎng),在如此需求的、或如果玻璃海鞘并不天然發(fā)生的的環(huán)境條件下,可以培養(yǎng)其他種的玻璃海鞘屬海鞘或其他海鞘。對于海鞘綱的系統(tǒng)發(fā)生概述,參見表1。如以上提到的那樣,在玻璃海鞘屬中,包括以下種Ciona edwardsi, Ciona fascicularis、Ciona gelatinosa、Ciona imperfecta、玻璃海_、Ciona mollis 禾ロ妒氏姆鞘,它們都適合與玻璃海鞘類似的用途。表1海鞘綱(海鞘綱)的系統(tǒng)發(fā)生綜述,其中所有海鞘都可能用作用于厭氧消化的生物質(zhì)。
權(quán)利要求
1.ー種用于生產(chǎn)生物氣的方法,包括海鞘綱的群的水生生物的厭氧消化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,進ー步包括在厭氧消化前培養(yǎng)并收獲海鞘。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,包括通過使用多個沒入水中的表面的培養(yǎng),在收獲前, 在這些表面上培養(yǎng)生物。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法,包括在培養(yǎng)表面上緊固幼蟲階段的海鞘,通過與成年的海鞘一起儲存沒入水箱中的所述表面,來控制水箱中的水溫,使成年個體開始產(chǎn)卵,并且允許通過融合配子產(chǎn)生的幼蟲定居在浸沒的表面上,然后將其運輸?shù)脚囵B(yǎng)位點。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項所述的方法,其中使用任意以下方法進行培養(yǎng);架培養(yǎng)、懸掛法、硫氯酚培養(yǎng)、黑金屬培養(yǎng)、樁培養(yǎng)、托盤培養(yǎng)、棚屋培養(yǎng)、繩索-網(wǎng)培養(yǎng)、 bouchout (保朝)培養(yǎng)、筏培養(yǎng)和長線培養(yǎng)。
6.根據(jù)任何以上權(quán)利要求所述的方法,包括利用固體和流體消化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法,包括利用固體和流體消化物用于生產(chǎn)肥料。
8.ー種用于生產(chǎn)肥料的方法,包括厭氧消化海鞘綱的群的水生動物,并且利用固體和流體消化物用于生產(chǎn)肥料。
9.根據(jù)權(quán)利要求2-5中任一項所述的方法,包括整合培養(yǎng)海鞘綱以及來自紅藻門、綠藻門和褐藻門的群的巨藻。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法,包括與海鞘一起厭氧消化巨藻。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,進ー步包括利用固體和流體消化物。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法,進ー步包括利用固體和流體消化物來生產(chǎn)肥料。
13.ー種用于生產(chǎn)肥料的方法,包括與巨藻一起培養(yǎng)并厭氧消化海鞘,并且利用固體和流體消化物用于生產(chǎn)肥料。
14.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一項所述的方法,其中這些生物屬于珊瑚蟲和海綿動物的群。
15.ー種用于將幼蟲階段的海鞘緊固在多個表面上的方法,包括與海鞘的成年個體ー 起儲存沒入水箱中的所述培養(yǎng)表面,來控制水箱中的水溫,使成年個體開始產(chǎn)卵,并且在融合配子以后產(chǎn)生的幼蟲定居在浸沒的表面上,然后將其運輸?shù)脚囵B(yǎng)位點。
16.通過厭氧消化來自海鞘綱的群的水生生物獲得的厭氧消化的生物質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)生物氣的方法,包括厭氧消化來自海鞘綱的群的水生生物。本發(fā)明還涉及在厭氧消化前培養(yǎng)和收獲海鞘。進一步包括在厭氧消化前整合培養(yǎng)海鞘和巨藻。本發(fā)明還包括利用來自厭氧消化的固體和流體消化物用于生產(chǎn)肥料。本發(fā)明還包括一種在幼蟲階段人工接種海鞘的方法,以及通過厭氧消化海鞘獲得的厭氧消化的生物質(zhì)。
文檔編號C05F1/00GK102597249SQ201080046332
公開日2012年7月18日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者弗雷德里克·諾倫 申請人:弗雷德里克·諾倫