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为解决皮革工业环境问题,研究人员开展鳟鱼皮制生态皮革及鞣制废水与副产物厌氧共消化研究。发现 S1-S3 底物生物降解率分别为 67.54%、41.95%、37.69%,Logistic 和 Modified Gompertz 模型最适估甲烷产量,为废水处理和生物经济提供参考。
在全球可持续发展浪潮下,皮革工业的环境难题日益凸显。传统皮革生产依赖哺乳动物皮,伴随大量废水排放,其中矿物鞣制使用的铬盐毒性显著,而 vegetable tanning 虽更环保但仍面临 effluent 处理成本高的挑战。与此同时,渔业每年产生大量鱼皮等副产物,仅 45% 鱼类质量被利用,其余被丢弃,既浪费资源又污染环境。如何将这些废弃物转化为高价值产品,同时实现皮革生产的绿色转型,成为亟待解决的科学与产业问题。
来自摩洛哥研究机构的研究人员针对这一现状,开展了鳟鱼皮在循环生物经济中的综合利用研究。他们的成果发表在《Environmental Challenges》,为皮革工业的可持续发展开辟了新路径。
研究采用的关键技术方法包括:鳟鱼皮的 vegetable tanning 工艺,利用松树皮提取物作为鞣剂,并结合食品 waste 和岩石颜料进行染色;构建三种底物(S1:鳟鱼副产物 + B1 鞣制废水、S2:鳟鱼副产物 + B2 鞣制废水、S3:鳟鱼副产物 + B3 鞣制废水)进行 anaerobic co-digestion 实验,通过监测 pH、温度、单宁浓度等参数优化鞣制过程,运用 Logistic function、Modified Gompertz 等四种动力学模型分析甲烷生成潜力。
3.1 鞣制浴的物理化学特性
研究通过监测 pH、温度和单宁浓度评估鞣制浴效率。结果显示,松树皮鞣剂溶液 pH 为 5,符合文献报道。随着鞣制进行,浴液 pH 从初始的 6(B1)降至 3.7(B4),温度逐步提升至 29°C,促进单宁固定。单宁浓度为 9.73%,与前人研究一致,证实鞣制过程的有效性。
3.2 所得皮革的表征
经 vegetable tanning 制得的鳟鱼皮革表现出优异性能:外观颜色均匀,耐水色牢度佳,浸水两小时水质仍清。其质地轻薄,纤维交叉结构使其强度接近爬行动物皮革,优于哺乳动物皮革,为可持续皮革生产提供了新原料。
3.3 厌氧消化(AD)过程的稳定性
对三种底物的 AD 过程监测表明,S1-S3 的 pH 维持在 6.8-7.3,适合产甲烷菌活动。尽管 VFA/ALK 比值(1.04-1.28)略高,但表明底物可生物降解有机物含量高。碱度提升 50% 左右,证实共消化过程成功,为甲烷生成提供了稳定环境。
甲烷生产
S1-S3 的累计甲烷产量分别为 1610、1260、1098 Nml,生物降解率依次为 67.54%、41.95%、37.69%。S1 因单宁浓度低,甲烷生成启动快且产量高;S2、S3 受高单宁和 VFA 抑制,产量较低。研究证实,特定微生物可降解单宁,为废水处理提供了生物途径。
动力学建模
四种模型中,Logistic function 和 Modified Gompertz 模型预测甲烷产量与实验值误差最小(0.16%-1.03%),尤其适合模拟鳟鱼副产物与鞣制废水共消化的动力学过程。这为优化厌氧消化工艺、预测甲烷产量提供了可靠工具。
研究表明,鳟鱼皮通过 vegetable tanning 可制成高性能生态皮革,减少对传统动物皮的依赖;其鞣制废水与副产物的 anaerobic co-digestion 可实现废弃物资源化,生成甲烷能源并降低环境负荷。Logistic function 和 Modified Gompertz 模型为该类共消化过程的动力学分析提供了有效方法。该研究为皮革工业向循环生物经济转型提供了技术支撑,既推动资源高效利用,又为废水处理提供了经济可行的生物方案,对实现可持续发展目标具有重要意义。