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污水变蛋白?看下水道到餐桌的创新氮循环技术

时间:2018-01-26 来源:IWA国际水协会 作者:

世界人口日益增长,生产足够的粮食是一个巨大的挑战。在经典的氮循环中,植物会通过固氮作用将氮气转化为用作农业种植的肥料,来生产用于动物消费的蛋白质生产。基于哈柏法(Haber-Bosch process)的人工合成氮工艺的能耗高,效率低,只有10%转化为可食用蛋白。

2015年5月,IWA厌氧专家组成员、比利时根特大学的Willy Verstraete教授和他的学生Silvio Matassa在期刊《环境科学与工程(ES&T)》发表了题为“Can direct conversion of used nitrogen to new feed andprotein help feed the world?”的文章,提出了一种新的转化路径——能量到蛋白质(power-to-protein)。其本质是直接将污水中的氨氮转化成微生物蛋白质,跳过氮气转化这一步,形成一个抄近路的氮循环的升级模式。这是一种可持续的蛋白质生产方式,它比传统经典方法耗能更少,并且将“废物”转化为高附加值的产品。

工艺原理

Power-to-Protein的基本原理是氨氮通过汽提吹脱从污水中去除,并转化为硫酸铵。随后,在生物反应器中,硫酸铵通过生物合成直接转化为单细胞蛋白(SCP)。除铵之外,还原性氢氧化细菌使用二氧化碳作为碳源,氢作为能量源,氧作为电子受体。这些原材料都在污水处理工艺中获取(见下图)。

基于氢气与现有污水厂结合的生物精炼厂工艺流程图

项目介绍

2016年初,Willy Verstraete教授团队对这个概念进行了初步研究,以荷兰阿姆斯特丹为评估对象,分析Power-to-Protein的项目潜力与当地资源需求的匹配程度,确定其技术和经济可行性,确立研究课题。

在荷兰阿姆斯特丹对Power-to-Protein项目进行可行性分析

分析结果显示污水中蕴含的单细胞蛋白SCP产量潜力是相当可观的:阿姆斯特丹西区污水厂一年的污泥消化液能产生6300吨SCP,能满足城市人口36%的净蛋白需求。在经济层面而言,SCP也有可观的价值。关键是找出从污水中高效提取氨的方法。另外研究团队还对蛋白的营养价值、可消化性、变应原性以及公众接受度进行了初步评估。

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