過(guò)程中微藻的收獲方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微藻生物技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用微藻吸收工業(yè)煙道氣CO2過(guò)程中微藻的收獲方法。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)以來(lái)，由于工業(yè)的急速發(fā)展、人口的迅猛增加以及不可再生的化石燃料(石油和煤炭)的大量使用，使得大氣中CO2等溫室氣體的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了自然生態(tài)系統(tǒng)所能承受的能力，產(chǎn)生了溫室效應(yīng)。目前，碳減排已成為全球共識(shí)，特別對(duì)以煤炭為主要能源來(lái)源的中國(guó)來(lái)說(shuō)，減少CO2的排放是國(guó)家發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的必然選擇。除了煤的低碳高附加值綜合開(kāi)發(fā)利用外，大力發(fā)展微藻產(chǎn)業(yè)，用于CO2的綠色減排，是符合生態(tài)碳循環(huán)的有效措施。
[0003]將微藻生物技術(shù)用于CO2減排時(shí),通常將微藻規(guī)模培養(yǎng)裝置的選址與工業(yè)CO2排放源的所在地結(jié)合起來(lái)，發(fā)電廠、水泥廠、煉焦廠、鋼鐵廠等工業(yè)的煙道氣中一般都含有15?35% (v/v)的CO2,微藻培養(yǎng)則大多選用0.5?5%的CO2濃度，這樣的濃度更利于微藻的生長(zhǎng)而帶來(lái)更理想的CO2吸收效率，故對(duì)原位的煙道氣會(huì)采用與空氣混合稀釋的辦法來(lái)降低CO2的濃度。公告號(hào)為CN101632898B的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利提出了一種利用微藻吸收煙道氣CO2的方法和設(shè)備及在線(xiàn)檢測(cè)方法，該發(fā)明中敘述了利用管道式光反應(yīng)器培養(yǎng)微藻脫除煙道氣中CO2的設(shè)備和流程，但流程中未提及微藻培養(yǎng)后如何進(jìn)行微藻收獲。
[0004]微藻的收獲方法大致可分為兩類(lèi):一類(lèi)是物理方法，諸如離心、過(guò)濾、氣浮、自然沉降等等，一般需要額外添加專(zhuān)門(mén)的收獲設(shè)備，增加了成本和操作的復(fù)雜性；第二類(lèi)是化學(xué)方法，主要是添加化學(xué)絮凝劑，如聚合氯化鋁或氯化鐵、聚丙烯酰胺，使均勻分散的微藻細(xì)胞絮凝成大的團(tuán)粒，再結(jié)合物理方法，如氣浮或沉淀，使其完成藻水分離?；瘜W(xué)絮凝劑的添加量通常都在100mg/L以上，給收獲的微藻和培養(yǎng)液都引入了污染，影響微藻和水的后續(xù)利用。殼聚糖，又稱(chēng)脫乙酰甲殼素，是一種儲(chǔ)量很豐富的天然堿性多糖，在醫(yī)藥、食品、化工、化妝品、水處理、生物醫(yī)學(xué)工程等諸多領(lǐng)域都有應(yīng)用，無(wú)毒無(wú)害，目前被普遍認(rèn)為是安全有效的微藻絮凝劑，富集微藻效果較好。殼聚糖的結(jié)構(gòu)單元是2-氨基-2脫氧葡萄糖，通過(guò)β -1, 4糖苷鍵連接形成直鏈多糖大分子。殼聚糖鏈上的-NH2能從水溶液中結(jié)合H+后形成-ΝΗ/，使其自身成為陽(yáng)離子型高分子。微藻細(xì)胞的表面通常帶有大量負(fù)電荷，因異性相斥而使其個(gè)體在培養(yǎng)液中均勻地分散，難以自發(fā)富集沉降。陽(yáng)離子型高分子可以破壞這種穩(wěn)定的狀態(tài)，加入殼聚糖之后，微藻就會(huì)發(fā)生絮凝，然后富集沉淀。殼聚糖通常都要被預(yù)先溶于稀酸溶液，然后才能用于微藻絮凝。公開(kāi)號(hào)為CN101095459A的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N海洋微藻的濃縮方法，該方法采用向微藻-培養(yǎng)液加入殼聚糖的有機(jī)酸(包括甲酸、乙酸、丙酸、苯甲酸、乳酸或氯乙酸)水溶液，使微藻絮凝，然后通過(guò)氣浮或沉淀收獲微藻，微藻采收率可達(dá)95%以上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種利用微藻吸收工業(yè)煙道氣CO2過(guò)程中微藻的收獲方法，該方法操作簡(jiǎn)單、成本低、無(wú)毒害。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的利用微藻吸收工業(yè)煙道氣CO2過(guò)程中微藻的收獲方法，包括以下步驟:
[0007]I)培養(yǎng)微藻，當(dāng)微藻濃度達(dá)到0.3?10g/L時(shí)，待收獲；
[0008]2)開(kāi)始收獲時(shí)，在微藻避光條件下，上調(diào)進(jìn)氣中CO2的濃度，連續(xù)曝氣至藻液pH下降到酸性區(qū)間；
[0009]3)加入殼聚糖，曝氣，直至微藻絮凝；
[0010]4)停止曝氣，用自然沉淀或氣浮方法濃縮微藻后收獲。
[0011]所述微藻為從常見(jiàn)的環(huán)境微藻中篩選得到的具有優(yōu)良生長(zhǎng)性能的微藻，包括柵藻、小球藻、鹽藻、衣藻、綠球藻、微擬球藻、念珠藻、螺旋藻、扁藻、金藻。微藻的培養(yǎng)可以在開(kāi)放式跑道池或封閉式光反應(yīng)器中進(jìn)行。培養(yǎng)時(shí)，利用混合空氣的方法使CO2的濃度保持在對(duì)微藻生長(zhǎng)有利的范圍，較佳的CO2濃度范圍為0.5?5% (v/v)。
[0012]步驟2)中，避光條件指的是不提供人工光源、夜晚沒(méi)有太陽(yáng)光的時(shí)候或者白天用遮光材料遮住藻液。進(jìn)氣中CO2的濃度為5?25% (v/v)，或者現(xiàn)場(chǎng)氣源所能提供的最大CO2濃度。酸性區(qū)間為pH = 4.8?6.5。
[0013]步驟3)中，加入的殼聚糖的濃度為I?25mg/L，曝氣的氣體為空氣或煙道氣。
[0014]本發(fā)明利用工業(yè)煙道氣含有高濃度CO2的特點(diǎn)來(lái)調(diào)控藻液的pH值，預(yù)先酸化需要收獲的藻液，再加入殼聚糖使微藻絮凝，絮凝后用沉淀或氣浮方法收集藻類(lèi)。與傳統(tǒng)收藻方法相比，本發(fā)明的方法操作簡(jiǎn)單、能耗低，不會(huì)產(chǎn)生二次污染；與公開(kāi)號(hào)CN101095459A的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)披露的收藻方法相比，本發(fā)明的方法不需要外加其他有機(jī)或無(wú)機(jī)酸來(lái)調(diào)整PH值，以達(dá)到理想的微藻收獲效果，因而能夠?qū)崿F(xiàn)就地資源的有效利用，既降低了成本，又簡(jiǎn)化了操作。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明的微藻收獲工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1
[0017]在室外的氣升式平板反應(yīng)器中培養(yǎng)一株?yáng)旁?Scenedesmus sp.),用以吸收某熱電廠煙道氣C02。該熱電廠排出的煙道氣中CO2濃度在15?20%，培養(yǎng)時(shí)利用空壓機(jī)供給空氣將CO2濃度稀釋到2%來(lái)培養(yǎng)微藻。微藻濃度達(dá)到5g/L時(shí)準(zhǔn)備收獲，收獲在夜晚沒(méi)有太陽(yáng)光的時(shí)候進(jìn)行，關(guān)閉空壓機(jī)，使得進(jìn)氣中CO2的濃度上升至大約20% (v/v)，連續(xù)曝氣至藻液PH下降到5.3，加入10mg/L的殼聚糖，保持曝氣I分鐘后，停止曝氣，讓絮凝的微藻充分地自然沉淀，收獲沉淀的微藻，采收率達(dá)到95 %。
[0018]實(shí)施例2
[0019]在室外的柱狀氣升式反應(yīng)器中培養(yǎng)一株小球藻(Chlorella sp.),用以吸收某水泥廠煙道氣C02。該水泥廠排出的煙道氣中CO2濃度在15?35%，培養(yǎng)時(shí)利用空壓機(jī)供給空氣將CO2稀釋到5%來(lái)培養(yǎng)微藻。微藻濃度達(dá)到3g/L時(shí)準(zhǔn)備收獲，收獲在夜晚沒(méi)有太陽(yáng)光的時(shí)候進(jìn)行，將空壓機(jī)進(jìn)氣壓力調(diào)小，使得進(jìn)氣中CO2的濃度上升至大約25% (v/v)，連續(xù)曝氣至藻液pH下降到5.0，加入8mg/L的殼聚糖，保持曝氣1.5分鐘后，停止曝氣，讓絮凝的微藻充分地自然沉淀，收獲沉淀的微藻，采收率達(dá)到97%。
[0020]實(shí)施例3
[0021]在室外的吊袋氣升式反應(yīng)器中培養(yǎng)一株小球藻(Chlorella sp.)，用以吸收某鋼鐵廠煙道氣C02。該鋼鐵廠排出的煙道氣中CO2濃度在18?25%，培養(yǎng)時(shí)利用空壓機(jī)供給空氣將CO2稀釋到2%來(lái)培養(yǎng)微藻。微藻濃度達(dá)到5g/L時(shí)準(zhǔn)備收獲，白天收獲時(shí)用遮光布遮住太陽(yáng)光，關(guān)閉空壓機(jī)，使得進(jìn)氣中CO2的濃度上升至大約25% (v/v)，連續(xù)曝氣至藻液pH下降到5.5，加入12mg/L的殼聚糖，保持曝氣2分鐘后，停止曝氣，讓絮凝的微藻充分地自然沉淀，收獲沉淀的微藻，采收率達(dá)到98%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.利用微藻吸收工業(yè)煙道氣CO2過(guò)程中微藻的收獲方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)培養(yǎng)微藻，當(dāng)微藻濃度達(dá)到0.3?10g/L時(shí)，待收獲； 2)開(kāi)始收獲時(shí)，在微藻避光條件下，上調(diào)進(jìn)氣中CO2的濃度，連續(xù)曝氣至藻液pH下降到酸性區(qū)間； 3)加入殼聚糖，曝氣，直至微藻絮凝； 4)停止曝氣，用自然沉淀或氣浮方法濃縮微藻后收獲。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述微藻為從常見(jiàn)的環(huán)境微藻中篩選得到的具有優(yōu)良生長(zhǎng)性能的微藻，包括柵藻、小球藻、鹽藻、衣藻、綠球藻、微擬球藻、念珠藻、螺旋藻、扁藻、金藻。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I)，在開(kāi)放式跑道池或封閉式光反應(yīng)器中培養(yǎng)微藻。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I)，利用混合空氣的方法使CO2的濃度保持在對(duì)微藻生長(zhǎng)有利的范圍。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟I)，CO2的體積濃度為0.5?5%。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)，進(jìn)氣中CO2的體積濃度為5?25%,或者現(xiàn)場(chǎng)氣源所能提供的最大CO2濃度。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)，所述酸性區(qū)間為pH= 4.8?6.5。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)，曝氣的氣體為空氣或煙道氣。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)，殼聚糖的濃度為I?25mg/L。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種利用微藻吸收工業(yè)煙道氣CO2過(guò)程中微藻的收獲方法，包括步驟：1)培養(yǎng)微藻，當(dāng)微藻濃度達(dá)到0.3～10g/L時(shí)，待收獲；2)開(kāi)始收獲時(shí)，在微藻避光條件下，上調(diào)進(jìn)氣中CO2的濃度，連續(xù)曝氣至藻液pH下降到酸性區(qū)間；3)加入殼聚糖，曝氣至微藻絮凝；4)停止曝氣，用自然沉淀或氣浮方法濃縮微藻后收獲。該方法利用工業(yè)煙道氣中的高濃度CO2預(yù)先酸化需要收獲的藻液，再加入殼聚糖使微藻絮凝，最后用沉淀或氣浮方法收集藻類(lèi)，不僅操作簡(jiǎn)單，能耗低，而且不會(huì)產(chǎn)生二次污染，也不需要外加其他有機(jī)或無(wú)機(jī)酸來(lái)達(dá)到理想的微藻收獲效果。
【IPC分類(lèi)】C12N1/12, C12R1/89
【公開(kāi)號(hào)】CN105624042
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410604417
【發(fā)明人】汪靚, 孫予罕, 魏偉, 趙權(quán)宇, 林鐘銓, 唐濤, 劉金麗
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院
【公開(kāi)日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2014年10月30日