利用藻类生长旺盛的习性清除污染物

2019-12-19 329藻类

桑迪亚国家实验室正在测试加州最大、污染最严重的湖泊之一能否转变为最高产、最有利可图的湖泊之一。南加州350平方英里的Salton Sea有充分的证据表明,农业径流中氮和磷的含量升高与此有关。藻类在这些元素上生长旺盛,这一事实导致了环境问题,但也可能是这些问题的解决方案。

利用藻类生长旺盛的习性清除污染物

桑迪亚公司打算利用藻类生长旺盛的习性清除污染物,并阻止有害藻类的繁殖,同时创造一种可再生的家庭燃料。利用桑迪亚实验室专利的发酵工艺,藻类可以很容易地转化为燃料和化学品。

美国能源部生物能源技术办公室(BETO)估计,美国每年至少可以生产10亿吨生物燃料原料,这样做将产生积极的社会、经济和环境影响。这个数字相当于我们国家所需燃料的30%,而这些燃料不需要进口。在这些原料中,藻类的独特之处在于它们呈指数增长:换句话说,在合适的条件下,它们每天都在成倍增长。

BETO正在资助桑迪亚的Salton Sea生物质修复(SABRE)项目,因为它将有助于确定藻类是否可以成为解决我国多样化能源需求的可行方案的一部分。

仅仅几个月后,桑迪亚的生化学家Ryan Davis就对前景充满了热情。“我们从Salton Sea得到的早期结果似乎优于类似藻类系统的结果。很有前途的。”

测试一个更新的藻类生长系统的有效性

5月下旬一个晴朗、炎热的早晨,州政府和地方官员聚集在Salton Sea的一条支流旁,庆祝该项目第二阶段的启动。在第一阶段,桑迪亚与德州农工大学农业生物研究中心合作,测试一种新的养殖藻类的方法是否和一种更古老、更成熟的方法一样多产。

传统上,公司在跑道上种植单一种类的藻类——结构有点像小型跑道或大型浴缸。赛马场生产的藻类非常适合制造高价值的营养产品,如螺旋藻或-胡萝卜素,以及其他营养保健品。跑道也为种植者提供了很多控制。但也有一些缺点。它们通常都是高维护的,需要训练有素的技术人员、昂贵的肥料、二氧化碳和高质量的水。

此外,据估计,每年有30%的海藻养殖场会因为虫害导致的池塘崩溃而减产。桑迪亚目前正在进行研究,以尽量减少碰撞,包括测试各种藻类对各种捕食者和疾病的抵抗力,并学习发现即将发生的池塘碰撞的迹象。

较新的养殖方法被称为“藻草皮洗涤器”浮筒系统,用于种植本地藻类。在未经训练的人看来,这个系统就像一个独立的排水沟。当水波在倾斜的浮桥上脉动时,它静静地发出咯咯的声音。藻类消耗营养,清洁的水从底部流出。

该系统使用太阳能泵运行,几乎不需要任何维护,除了定期收获藻类可以使用普通的农业设备。Sandia设计了可再生动力泵系统,为浮桥供水。高速公路的技术和组件是由一家名为HydroMentia Technologies LLC的公司开发的。

根据德克萨斯州的早期测试结果,草坪洗涤器可以产生大量的藻类,其数量与跑道相当。他们是一个完美的适合的地方有亩廉价的房地产,营养丰富的水(不需要额外的肥料)和吨的阳光,像Salton Sea。

SABRE项目正在测试的这种草皮系统还有其他好处。它种植的是该地区特有的藻类,因此自然地更能抵抗当地病原体和捕食者的攻击。这种藻类的厚质也使其易于收获。

对藻类作为生物燃料来源的批评之一是,它使用了太多的水。Davis不同意这种批评。“这里有水,这里也有水,”他说。“我们已经证明,我们可以在草坪洗涤系统中使用充满有害成分的水来种植藻类。而且它仍在蓬勃发展。”换句话说,在污染物被清除之前,这些水没什么用。

种植藻类以控制野生的、未经控制的藻类生长

蓝藻可以大量繁殖,以至于从外太空都可以看到,比如奥基乔比湖、伊利湖、切萨皮克湾和墨西哥湾。水华不会直接对鱼类有毒,但在某些情况下,它们会对海洋生物和人类生命造成危害。当花朵凋谢时,腐烂过程会给水道留下“死区”,即低氧区,导致鱼类窒息。根据国会的证词,如果摄入某些有害藻类,也会导致人类出现类似流感的症状,宠物也会死亡。

在萨尔顿海,藻类也会大量繁殖。Davis解释说,海洋是美国最大的农业区之一的所有农业径流的汇集点。化肥中的氮、磷和其他元素不断地沉积到海里。这些元素的存在导致藻类大量繁殖,其负面影响可能波及整个生态系统。

每年在Salton Sea边都能看到成千上万条窒息而死的鱼。根据旅游经济学为棕榈泉会议和旅游局准备的一份研究报告,这种气味并没有对该地区的商业产生任何积极影响。此外,研究表明,该地区鸟类的死亡可能与产生毒素的藻类有关。

Davis说:“未经处理的化学品排放到开放水道中对生态有广泛的影响。”

具有讽刺意味的是,养殖藻类可以消除未经控制的自然藻类生长的有害影响。来自Salton Sea三大支流之一的水流入900英尺高的SABRE人造草皮洗涤器。在洗涤系统内生长的藻类以水为食,并在水经过时清除水中的化学物质。当水从系统流回支流时,Sandia的研究小组希望那些引发藻类大量繁殖的元素能够被大量清除。

如果SABRE项目被证明是成功的,它将为全国范围内的藻类繁殖提供一种修复模式,利用藻类生长旺盛的习性清除污染物。人们希望帝王谷也能从中受益。通过用藻类作物覆盖数千英亩干燥、后退的Salton Sea海岸线,草坪洗涤器操作可以减少有毒粉尘造成的大面积空气污染。藻类精炼厂也可以提供新的经济机会。

桑迪亚与帝国灌溉区合作,帮助SABRE项目启动。“作为可再生能源的支持者和Salton Sea的倡导者,该地区相信这样的项目有可能带来有意义的改变,”该地区的媒体沟通专员马里恩·钱皮恩(Marion Champion)说。“我们非常希望这个项目将产生良好的、清洁的可再生能源,同时提供一个自然和安全的过程来去除化学物质,为后代保护该地区的野生动物。”

引用

Sandia National Laboratories. "The good, the bad and the algae." ScienceDaily. ScienceDaily, 7 August 2017. www.sciencedaily.com/releases/2017/08/170807155405.htm.

上一篇下一篇