微藻養(yǎng)殖方法與流程

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導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>有機(jī)化合物處理,合成應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明涉及微藻養(yǎng)殖技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微藻養(yǎng)殖方法。

背景技術(shù)：

在化石資源日益枯竭的現(xiàn)今，尋找可替代的綠色能源受到廣泛重視。而微藻是一類具有重大應(yīng)用價(jià)值的生物資源。

在微藻的養(yǎng)殖過程中，需要在營養(yǎng)液中補(bǔ)加無機(jī)鹽和氮源磷源等成分。銨態(tài)氮在微藻體內(nèi)可以直接被用來合成氨基酸，因而通常向營養(yǎng)液中添加銨態(tài)氮作為氮源。但微藻對銨態(tài)氮較為敏感，若銨態(tài)氮濃度較高，會(huì)對微藻細(xì)胞產(chǎn)生毒害作用，而若濃度較低則又無法滿足微藻的生長需求。因而在微藻養(yǎng)殖過程中，通常通過頻繁補(bǔ)加適宜濃度的銨態(tài)氮提供微藻生長所需的氮源，且常常還會(huì)由于補(bǔ)加不及時(shí)導(dǎo)致由于缺失氮源降低微藻產(chǎn)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于，提供一種微藻養(yǎng)殖方法，避免在微藻的養(yǎng)殖過程中頻繁補(bǔ)加氮源，并且避免因氮源補(bǔ)加不及時(shí)導(dǎo)致微藻產(chǎn)量降低。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種微藻養(yǎng)殖方法，所述方法可以包括：

S1、根據(jù)待養(yǎng)殖微藻的特性，配置營養(yǎng)液A，所述營養(yǎng)液A不包含氮源，將所述營養(yǎng)液A的pH值調(diào)節(jié)至小于等于7.0，之后加入銨態(tài)氮和硝態(tài)氮作為氮源，配置成營養(yǎng)液B，其中營養(yǎng)液B中銨態(tài)氮的含量記為銨態(tài)氮初始含量，硝態(tài)氮的含量記為硝態(tài)氮初始含量，所述銨態(tài)氮初始含量低于所述硝態(tài)氮初始含量；

S2、向所述營養(yǎng)液B中接入所述待養(yǎng)殖微藻的藻種，進(jìn)行養(yǎng)殖；

S3、養(yǎng)殖過程中監(jiān)控養(yǎng)殖液中硝態(tài)氮的含量，若硝態(tài)氮的含量低于所述硝態(tài)氮初始含量，向養(yǎng)殖液中補(bǔ)加銨態(tài)氮，補(bǔ)加后養(yǎng)殖液中銨態(tài)氮的含量不高于所述銨態(tài)氮初始含量。

進(jìn)一步的，S1中以氮元素計(jì)銨態(tài)氮與硝態(tài)氮的摩爾比為1∶3～1∶10。

進(jìn)一步的，S3中，當(dāng)硝態(tài)氮的含量低于所述硝態(tài)氮初始含量時(shí)，向養(yǎng)殖液中補(bǔ)加銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的混合氮源，所述混合氮源中銨態(tài)氮的含量、硝態(tài)氮的含量、以及銨態(tài)氮與硝態(tài)氮的摩爾比分別與S1中所述銨態(tài)氮初始含量、所述硝態(tài)氮初始含量、所述摩爾比一致。

此外，S3還可以為，養(yǎng)殖過程中監(jiān)控養(yǎng)殖液中銨態(tài)氮的含量，當(dāng)銨態(tài)氮的含量低于所述銨態(tài)氮初始含量的10％時(shí)，向養(yǎng)殖液中補(bǔ)加銨態(tài)氮，并且補(bǔ)加后的銨態(tài)氮的含量不高于所述銨態(tài)氮初始含量。

進(jìn)一步的，當(dāng)銨態(tài)氮的含量低于所述銨態(tài)氮初始含量的40％，向養(yǎng)殖液中補(bǔ)加銨態(tài)氮。

優(yōu)選的，S3中，在補(bǔ)加銨態(tài)氮之前，向養(yǎng)殖液中通入空氣。

優(yōu)選的，所述銨態(tài)氮選自尿素或者畜禽沼液。

進(jìn)一步的，所述銨態(tài)氮選自畜禽沼液，所述畜禽沼液在使用前經(jīng)過預(yù)處理，所述預(yù)處理為，將所述沼液的pH調(diào)整至10以上，然后過濾去除沉淀和雜質(zhì)。

優(yōu)選的，所述預(yù)處理的溫度為5～30℃。

進(jìn)一步的，S1中，將含有鐵元素的化合物添加至營養(yǎng)液A中。

進(jìn)一步的，所述含有鐵元素的化合物為二價(jià)鐵的乙二胺四乙酸絡(luò)合物，或者二氯化鐵、硫酸鐵。

本發(fā)明提供一種微藻養(yǎng)殖方法，當(dāng)將銨態(tài)氮和硝態(tài)氮同時(shí)作為氮源添加到營養(yǎng)液中時(shí)，在本發(fā)明提供的方法中，能保證微藻優(yōu)先利用銨態(tài)氮，處于較優(yōu)的生長狀態(tài)，又能夠避免銨態(tài)氮消耗完之后出現(xiàn)的氮缺失現(xiàn)象，確保氮源產(chǎn)量高。即可避免在微藻的養(yǎng)殖過程中頻繁補(bǔ)加氮源，并且避免微藻耗盡銨態(tài)氮后，補(bǔ)加不及時(shí)使得細(xì)胞處于缺氮狀態(tài)，導(dǎo)致微藻產(chǎn)量降低。

具體實(shí)施方式

下面將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種微藻養(yǎng)殖方法，所述方法具體可以包括：

S2、向營養(yǎng)液B中接入所述待養(yǎng)殖微藻的藻種，進(jìn)行養(yǎng)殖；

微藻在吸收銨態(tài)氮后，可以直接將其用于合成氨基酸，但銨態(tài)氮濃度高時(shí)對微藻細(xì)胞具有毒害作用；而吸收硝態(tài)氮時(shí)，需要經(jīng)過硝酸還原酶作用還原為亞硝酸鹽后再還原成銨態(tài)氮的反應(yīng)過程，其中硝酸還原酶需要誘導(dǎo)才能產(chǎn)生，導(dǎo)致微藻生長速度低。本發(fā)明實(shí)施例提供一微藻養(yǎng)殖方法，將銨態(tài)氮和硝態(tài)氮混合使用，同時(shí)添加到營養(yǎng)液中用作氮源，且銨態(tài)氮的初始含量低于硝態(tài)氮的初始含量，這樣微藻會(huì)選擇性的優(yōu)先利用銨態(tài)氮，銨態(tài)氮的“速效作用”與硝態(tài)氮的“緩釋作用”相結(jié)合，即可避免在微藻的養(yǎng)殖過程中頻繁補(bǔ)加氮源，并且避免在耗盡銨態(tài)氮后，補(bǔ)加不及時(shí)使得微藻細(xì)胞處于缺氮狀態(tài)，生長緩慢，導(dǎo)致微藻產(chǎn)量降低。

其中，營養(yǎng)液，又可稱之為培養(yǎng)液，是指供微藻生長和維持用的人工配制的養(yǎng)料，一般都含有碳水化合物、含氮物質(zhì)、無機(jī)鹽(包括微量元素)以及維生素和水等。本申請中，營養(yǎng)液A是指還沒有添加任何氮源的營養(yǎng)液，而營養(yǎng)液B是指添加有銨態(tài)氮和硝態(tài)氮作為氮源的營養(yǎng)液。

術(shù)語“硝態(tài)氮”是指氮素以硝酸根的形態(tài)被微藻吸收的氮源，如硝酸鹽，例如硝酸銨、硝酸鈉、硝酸鉀等。

術(shù)語“銨態(tài)氮”是指氮素以銨離子(NH₄⁺)的形態(tài)被微藻吸收的氮源，例如碳酸銨、硫酸銨、氯化銨、碳酸氫銨、尿素等。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，銨態(tài)氮優(yōu)選可以為尿素、畜禽沼液。

畜禽沼液是指畜禽養(yǎng)殖廢液發(fā)酵后的沼液，即畜禽糞便的發(fā)酵產(chǎn)物。該沼液中通常含有高濃度的氮、磷、鉀、各類氨基酸等。

近年來，隨著市場經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國集約化、規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)也得到了迅猛的發(fā)展。目前，我國畜禽糞便年產(chǎn)量已經(jīng)超過25億噸，是工業(yè)廢物的2.7倍，畜禽養(yǎng)殖環(huán)境污染成為我國面臨的重要環(huán)境問題之一。在解決規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖廢物環(huán)境污染方面，通常將畜禽糞便的沼液作為有機(jī)肥施用于農(nóng)田，可以增加作物產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量。但農(nóng)作物對肥料需求量也是隨著季節(jié)發(fā)生變化，而沼液存放困難，無害化處理成本高。在本發(fā)明一實(shí)施例中，將畜禽沼液用作氮源用于微藻養(yǎng)殖，由于微藻可以在各個(gè)季節(jié)養(yǎng)殖，因此微藻可將畜禽沼液進(jìn)行資源化利用，生產(chǎn)的微藻還可用于飼料等用途。

為去除畜禽沼液中高濃度的磷元素和雜質(zhì)等，畜禽沼液在使用前，即作為氮源加入到營養(yǎng)液B中或者補(bǔ)加到養(yǎng)殖液中之前，可進(jìn)行一定的預(yù)處理。

所述預(yù)處理可以為：將所述沼液的pH調(diào)整至10以上，然后過濾去除沉淀和雜質(zhì)。其中，通過將畜禽沼液的pH調(diào)整至10以上，可使得磷元素成為沉淀，然后通過過濾去除沉淀及其他顆粒狀雜質(zhì)，即可獲得不含磷和顆粒狀雜質(zhì)的畜禽沼液。

進(jìn)一步的，所述預(yù)處理優(yōu)選在低溫下進(jìn)行。銨態(tài)氮與游離氨在水中呈可逆反應(yīng)平衡，pH值的升高會(huì)使沼液中的銨態(tài)氮揮發(fā)，低溫可抑制銨態(tài)氮的揮發(fā)。通常溫度越低越有利于抑制銨態(tài)氮的揮發(fā)。在本發(fā)明一實(shí)施例中，預(yù)處理優(yōu)選可以在5℃至30℃的溫度下進(jìn)行。

在本發(fā)明又一實(shí)施例中，在補(bǔ)加銨態(tài)氮之前，首先向養(yǎng)殖液中通入空氣，以將游離態(tài)氨吹至空氣中，降低養(yǎng)殖液中的游離氨濃度。游離氨過高會(huì)抑制細(xì)胞呼吸過程中的電子傳遞系統(tǒng)，尤其是NADH(煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(還原態(tài)))的氧化，從而降低細(xì)胞的生長代謝。這樣，通過在補(bǔ)加氮源前向養(yǎng)殖液中通入空氣，降低游離氨的濃度，減緩或者去除游離氨對細(xì)胞呼吸過程的抑制。

在本發(fā)明實(shí)施例提供的方法中，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮混合使用，且銨態(tài)氮初始含量低于硝態(tài)氮初始含量，確保微藻選擇性的優(yōu)先選擇銨態(tài)氮，通過在養(yǎng)殖過程中監(jiān)控養(yǎng)殖液中硝態(tài)氮的含量可以確定養(yǎng)殖液中的銨態(tài)氮是否已被微藻消耗盡，及時(shí)補(bǔ)加氮源。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，銨態(tài)氮初始含量與硝態(tài)氮初始含量之間的配比關(guān)系可以為，以氮元素計(jì)銨態(tài)氮與硝態(tài)氮的摩爾比為1∶3～1∶10，例如1∶3、1∶4、1∶5、1∶7、1∶8等。

在本發(fā)明又一實(shí)施例中，監(jiān)控養(yǎng)殖液中硝態(tài)氮的含量并補(bǔ)加氮源的過程具體可以為，當(dāng)檢測到硝態(tài)氮的含量低于硝態(tài)氮初始含量時(shí)，可以向養(yǎng)殖液中補(bǔ)加銨態(tài)氮，補(bǔ)加后養(yǎng)殖液中銨態(tài)氮的含量不高于銨態(tài)氮初始含量。例如，當(dāng)監(jiān)測到微藻開始消耗硝態(tài)氮時(shí)，例如硝態(tài)氮的含量低于硝態(tài)氮初始含量的95％、90％、80％等時(shí)，向養(yǎng)殖液中補(bǔ)加銨態(tài)氮?；蛘?，當(dāng)監(jiān)測到微藻已經(jīng)消耗了部分硝態(tài)氮時(shí)，例如硝態(tài)氮的含量低于硝態(tài)氮初始含量的60％、30％、20％等時(shí)，向養(yǎng)殖液中補(bǔ)加銨態(tài)氮?；蛘撸?dāng)監(jiān)測到硝態(tài)氮快被消耗盡時(shí)，例如當(dāng)硝態(tài)氮的含量低于硝態(tài)氮初始含量的5％～0％等，向養(yǎng)殖液中補(bǔ)加銨態(tài)氮。

該過程具體還可以為，當(dāng)硝態(tài)氮的含量低于硝態(tài)氮初始含量時(shí)，向養(yǎng)殖液中補(bǔ)加銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的混合氮源，補(bǔ)加后養(yǎng)殖液中銨態(tài)氮的含量不高于銨態(tài)氮初始含量。

進(jìn)一步的，待補(bǔ)加的混合氮源中銨態(tài)氮的含量、硝態(tài)氮的含量、以及銨態(tài)氮與硝態(tài)氮的摩爾比分別與S1中銨態(tài)氮初始含量、硝態(tài)氮初始含量、銨態(tài)氮與硝態(tài)氮的配比一致。例如，當(dāng)養(yǎng)殖液中硝態(tài)氮的含量低于硝態(tài)氮初始含量的5％～0％時(shí)，根據(jù)S1中銨態(tài)氮初始含量、硝態(tài)氮初始含量、銨態(tài)氮與硝態(tài)氮的配比補(bǔ)加銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的混合氮源。

在本發(fā)明又一實(shí)施例中，步驟S3中也可通過直接監(jiān)控銨態(tài)氮的含量確定補(bǔ)加氮源的時(shí)機(jī)。

具體可以為，養(yǎng)殖過程中監(jiān)控養(yǎng)殖液中銨態(tài)氮的含量，當(dāng)銨態(tài)氮的含量低于所述銨態(tài)氮初始含量的10％時(shí)，向養(yǎng)殖液中補(bǔ)加銨態(tài)氮，并且補(bǔ)加后的銨態(tài)氮的含量不高于所述銨態(tài)氮初始含量。在這種情況下，當(dāng)銨態(tài)氮的含量低于所述銨態(tài)氮初始含量的10％時(shí)，向養(yǎng)殖液中補(bǔ)加銨態(tài)氮。進(jìn)一步的，當(dāng)銨態(tài)氮的含量低于所述銨態(tài)氮初始含量的40％，向養(yǎng)殖液中補(bǔ)加銨態(tài)氮。

進(jìn)一步的，為了提高微藻利用銨態(tài)氮的效果，S1中，可以將含有鐵元素的化合物添加至營養(yǎng)液A中。其中，含有鐵元素的化合物可以為二價(jià)鐵的乙二胺四乙酸絡(luò)合物，或者二氯化鐵、硫酸鐵。

在本發(fā)明又一實(shí)施例中，在養(yǎng)殖過程中對養(yǎng)殖液的溫度進(jìn)行控制，使其不超過34℃，優(yōu)選溫度范圍為20～26度。對養(yǎng)殖液的pH值進(jìn)行監(jiān)控，使其不高于7.0。

下面通過具體實(shí)施例以進(jìn)一步闡述本發(fā)明實(shí)施例提供的微藻養(yǎng)殖方法。

其中，不論下述對比例還是實(shí)施例，藻株均選用萊因小球藻(Chlorella reinhardtii)。該小球藻為淡水藻。微藻養(yǎng)殖系統(tǒng)為跑道池，養(yǎng)殖面積為2平方米。

養(yǎng)殖過程中，從7點(diǎn)至17點(diǎn)鐘連續(xù)接受光照，控制養(yǎng)殖溫度在20～26℃范圍內(nèi)。

對比例1

營養(yǎng)液為BG11標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)液，其中氮源為硝酸鈉鹽形式的硝態(tài)氮。