專利名稱：利用生活污水和工業(yè)廢水生產(chǎn)微藻的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微藻培養(yǎng)技術(shù)，尤其涉及一種利用生活污水和工業(yè)廢水生產(chǎn)微藻的方法。
背景技術(shù)：
隨著世界原油的迅速消耗，石油價(jià)格的不斷增長(zhǎng)，生物柴油等可再生能
源近年來(lái)開始受到人們的關(guān)注。生物柴油(Biodiesel)是生物質(zhì)能的一種，它是指動(dòng)植物或微生物的油脂經(jīng)過(guò)酯交換等技術(shù)得到的一種長(zhǎng)鏈脂肪酸的單垸基酯。生物柴油可再生、降解，不含硫及芳香類化合物，是一種對(duì)環(huán)境友好的能源，因此受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。
生物柴油早期主要來(lái)源于油料作物?，F(xiàn)在隨著石油消耗的迅速增長(zhǎng)，盡管餐飲廢油及動(dòng)物脂肪己用于生物柴油的生產(chǎn)，但這些來(lái)源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需要，而且，油料作物還會(huì)大量的占用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)耕地，以美國(guó)為例，僅僅滿足每年交通燃料需求的50%，即使是產(chǎn)油量最高的油棕，就需要占用現(xiàn)有耕地的24%。為了避免與農(nóng)業(yè)爭(zhēng)地，近年來(lái)各國(guó)對(duì)利用油料作物生產(chǎn)生物柴油比較慎重。
微藻可以利用二氧化碳和陽(yáng)光，外加營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)行光合作用，生長(zhǎng)繁殖。同時(shí)通過(guò)生物合成反應(yīng)將碳元素轉(zhuǎn)化成脂類物質(zhì)儲(chǔ)存在細(xì)胞中。同傳統(tǒng)的油料作物相比，微藻具有很多優(yōu)勢(shì)(1)油產(chǎn)量高，同樣的單位生產(chǎn)面積微藻的原油產(chǎn)量高于最好的油料作物；(2)培養(yǎng)液可循環(huán)利用，節(jié)水；(3)生活及工業(yè)廢水培養(yǎng)液經(jīng)過(guò)處理才釋放，對(duì)環(huán)境友好；(4)微藻可以生活在海水和污水中，不會(huì)占用耕地，不需要使用除草劑或殺蟲劑，同時(shí)微藻可以吸收工業(yè)釋放的二氧化碳，除去引起河水湖水污染的氮和磷元素；(3)生物質(zhì)利用率高，提脂后剩余的生物質(zhì)可發(fā)酵生產(chǎn)甲醇和乙醇，或者作為飼料添加劑添加到牲畜詞料中。正因?yàn)槿绱?，早在半個(gè)世紀(jì)前人們就開始了對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的研究，但是利用微藻生產(chǎn)生物柴油的方法存在很多問(wèn)題，成本太高阻礙了該項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化?，F(xiàn)階段微藻的培養(yǎng)主要以光生物反應(yīng)器內(nèi)的異養(yǎng)為主。在外加碳源、礦物質(zhì)、光源及通氣的條件下，微藻可在短時(shí)間內(nèi)迅速生長(zhǎng)，但是該方法需要添加微藻生長(zhǎng)所必須的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及微量元素，成本極高，并且受到光生物反應(yīng)器體積的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)微藻的大規(guī)模培養(yǎng)；另外，微藻會(huì)在氮饑餓的條件下大量積累油脂，但是在微藻生長(zhǎng)的過(guò)程中，異養(yǎng)培養(yǎng)液中豐富的氮源反而限制了油脂的積累。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種利用生活污水和工業(yè)廢水生產(chǎn)微藻的方法，該方法可連續(xù)生產(chǎn)高油脂含量的微藻，并顯著降低微藻的培養(yǎng)成本，有利于微藻生物培養(yǎng)的產(chǎn)業(yè)化。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種利用生活污水和工業(yè)廢水生產(chǎn)微藻的方法，包括以下步驟
初期培養(yǎng)步驟，將經(jīng)過(guò)一級(jí)處理并過(guò)濾的生活污水加入生物反應(yīng)器后，在生物反應(yīng)器中加入藻種，在光照、通空氣和二氧化碳的條件下攪拌培養(yǎng)，直到微藻細(xì)胞生長(zhǎng)進(jìn)入穩(wěn)定期；
油脂誘導(dǎo)步驟，在生物反應(yīng)器中按照l(shuí): 200~1: 1000的體積比加入蔗糖渣發(fā)酵后的工業(yè)廢液，誘導(dǎo)微藻細(xì)胞內(nèi)的油脂積累；
提取步驟，在油脂積累達(dá)到穩(wěn)定后，提取生物反應(yīng)器中的微藻細(xì)胞。
本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)利用生活污水和工業(yè)廢水中含有的微藻生長(zhǎng)及油脂積累所必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及微量元素對(duì)藻種進(jìn)行培養(yǎng)及誘導(dǎo)油脂積累，從而實(shí)現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)高油脂焊料的微藻，同時(shí)亦對(duì)污水進(jìn)行了生物處理，并且污水可以循環(huán)利用，極大地降低了微藻的培養(yǎng)成本，有利于微藻生物培養(yǎng)的產(chǎn)業(yè)化。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1是本發(fā)明提供的利用生活污水和工業(yè)廢水生產(chǎn)微藻的方法一個(gè)實(shí)施例中初期培養(yǎng)步驟中微藻細(xì)胞的生長(zhǎng)曲線圖。
圖2是本發(fā)明提供的利用生活污水和工業(yè)廢水生產(chǎn)微藻的方法一個(gè)實(shí)施例中油脂誘導(dǎo)步驟中微藻細(xì)胞中油脂含量變化圖。
圖3是本發(fā)明提供的利用生活污水和工業(yè)廢水生產(chǎn)微藻的方法一個(gè)實(shí)施例中以生活污水培養(yǎng)與以生活污水和工業(yè)廢水混合液培養(yǎng)的微藻油脂含量差異圖。
圖4是本發(fā)明提供的利用生活污水和工業(yè)廢水生產(chǎn)微藻的方法一個(gè)實(shí)施例中以生活污水培養(yǎng)的微藻的油脂含量氣質(zhì)色譜圖。
圖5是本發(fā)明提供的利用生活污水和工業(yè)廢水生產(chǎn)微藻的方法一個(gè)實(shí)施例中以生活污水和工業(yè)廢水培養(yǎng)的微藻的油脂含量氣質(zhì)色譜圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的核心在于盡可能地利用生活污水中的營(yíng)養(yǎng)元素，最大限度地促進(jìn)微藻生物量和油脂的積累，減少了藻類培養(yǎng)的成本，同時(shí)降低了污水的各種生物指標(biāo)，使其更容易達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，變廢為寶， 一舉多得。
下面詳細(xì)描述本發(fā)明提供的利用生活污水和工業(yè)廢水生產(chǎn)微藻的方法的
一個(gè)實(shí)施例。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，本實(shí)施例培養(yǎng)一次微藻的流程主要包括以下步驟
初期培養(yǎng)步驟，將經(jīng)過(guò)一級(jí)處理并過(guò)濾的生活污水加入生物反應(yīng)器后，在生物反應(yīng)器中加入藻種，在光照、通空氣和二氧化碳的條件下攪拌培養(yǎng)，直到微藻細(xì)胞生長(zhǎng)進(jìn)入穩(wěn)定期，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，此步驟中可采取以下養(yǎng)條件
溫度20-3(TC、 pH值7.5-10， 二氧化碳通氣量為每日2升、平均光照時(shí)間為每日9小時(shí)、光照強(qiáng)度范圍為100- 1200微愛(ài)因斯坦/平方米秒(pE/r^/s);
油脂誘導(dǎo)步驟，在生物反應(yīng)器中按照l(shuí): 200~1: 1000的體積比加入蔗糖渣發(fā)酵后的工業(yè)廢液，誘導(dǎo)微藻細(xì)胞內(nèi)的油脂積累，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，所加入的工業(yè)廢水與生物反應(yīng)器內(nèi)藻培養(yǎng)液的體積比為1: 800的情況下，可達(dá)到最佳效果，此步驟中可采取以下培養(yǎng)條件溫度2(TC-3(TC， pH值7.5-10.0，平均光照時(shí)間為每日14小時(shí)，光照強(qiáng)度范圍為100 ~ 1200微愛(ài)因斯坦/平方米秒OE/m2/s);
提取步驟，在油脂積累達(dá)到穩(wěn)定后，對(duì)微藻培養(yǎng)液進(jìn)行過(guò)濾脫水，提取生物反應(yīng)器中的微藻細(xì)胞，并冷凍干燥。
另外，在初期培養(yǎng)步驟中，可采用以下方法對(duì)生物污水進(jìn)行過(guò)濾以50 pm的尼龍過(guò)濾膜過(guò)濾掉水中的大顆粒雜質(zhì)后，通過(guò)多級(jí)過(guò)濾裝置除去水中的細(xì)菌類微生物。
將生物污水加入生物反應(yīng)器時(shí)，還可以添加適量尿素，尿素添加量?jī)?yōu)選
為每升200毫克。
在初期培養(yǎng)階段，可每天進(jìn)行細(xì)胞計(jì)數(shù)及培養(yǎng)液OD值檢測(cè)，直至細(xì)胞生長(zhǎng)進(jìn)入穩(wěn)定期，參考圖l，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 一般培養(yǎng)時(shí)間為10 15天。
另外，為了減少工業(yè)廢水的加入量考慮，在初期培養(yǎng)完成后，還可以將達(dá)到穩(wěn)定生長(zhǎng)期的微藻培養(yǎng)液通過(guò)脫水裝置進(jìn)行脫水，以減小藻液體積。
在油脂誘導(dǎo)階段，可每天取樣尼羅紅染色后進(jìn)行熒光強(qiáng)度檢測(cè)，直至脂類積累量達(dá)到平穩(wěn)，如圖2，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 一般誘導(dǎo)時(shí)間為5 14天。
具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，本實(shí)施例采用的藻種為小球藻Chlorella sorokiniana和Chlorella sp.IFRPD 1014。該藻種的確定是通過(guò)對(duì)從中國(guó)污染最嚴(yán)重的兩個(gè)淡水湖云南滇池和江蘇太湖收集到的藻樣進(jìn)行混合培養(yǎng)、高速離心分層之后，將收集到的不同藻種，涂抹在固體瓊脂平板上，并挑選單克隆微藻分開培養(yǎng)，并選取生長(zhǎng)最快的藻種，對(duì)其進(jìn)行rDNA分子鑒定，最終確定的可達(dá)到最佳培養(yǎng)效果的兩個(gè)藻種Chlorella sorokiniana和Chlorella sp.IFRPD 1014。
而本實(shí)施例采用的生活污水則來(lái)自污水處理廠為經(jīng)過(guò)一級(jí)處理的生活污水；蔗糖渣發(fā)酵后的則廢水來(lái)自蔗糖廠。
參考圖3-圖5，對(duì)通過(guò)本實(shí)施例的方法得到的微藻生物質(zhì)進(jìn)行油脂提取，分別對(duì)以生活污水培養(yǎng)的微藻以及以生活污水和工業(yè)廢水混合液培養(yǎng)的微藻為樣本，對(duì)提取到的油脂進(jìn)行GC/MS定量分析表明，通過(guò)以生活污水和工業(yè)廢水混合液培養(yǎng)得到的微藻中油脂含量比以生活污水培養(yǎng)的微藻的油脂含量增加了2 3倍。
本發(fā)明充分利用了生活污水和工業(yè)廢水中所含有的藻類生長(zhǎng)及油脂積累所必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及微量元素，獲得了高含油量微藻的同時(shí)對(duì)污水進(jìn)行了生物處理，而且微藻培養(yǎng)液(即生活和工業(yè)污水)可以多次循環(huán)利用，極大降低了微藻的培養(yǎng)成本。因此本發(fā)明提供的方法是一種成本低，轉(zhuǎn)廢為寶，一舉多得的方法，有利于微藻生物柴油產(chǎn)業(yè)及環(huán)境污水處理工程的擴(kuò)大發(fā)展。
以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種利用生活污水和工業(yè)廢水生產(chǎn)微藻的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟初期培養(yǎng)步驟，將經(jīng)過(guò)一級(jí)處理并過(guò)濾的生活污水加入生物反應(yīng)器后，在生物反應(yīng)器中加入藻種，在光照、通空氣和二氧化碳的條件下攪拌培養(yǎng)，直到微藻細(xì)胞生長(zhǎng)進(jìn)入穩(wěn)定期；油脂誘導(dǎo)步驟，在生物反應(yīng)器中按照1∶200～1∶1000的體積比加入蔗糖渣發(fā)酵后的工業(yè)廢液，誘導(dǎo)微藻細(xì)胞內(nèi)的油脂積累；提取步驟，在油脂積累達(dá)到穩(wěn)定后，提取生物反應(yīng)器中的微藻細(xì)胞。
2、 如權(quán)利要求l所述的利用生活污水和工業(yè)廢水生產(chǎn)微藻的方法，其特征在于，在所述初期培養(yǎng)步驟中，還添加有尿素。
3、 如權(quán)利要求1所述的利用生活污水和工業(yè)廢水生產(chǎn)微藻的方法，其特征在于，在所述油脂誘導(dǎo)步驟之前還包括有脫水步驟，將達(dá)到穩(wěn)定生長(zhǎng)期的微藻培養(yǎng)液通過(guò)脫水裝置進(jìn)行脫水。
4、 如權(quán)利要求l所述的利用生活污水和工業(yè)廢水生產(chǎn)微藻的方法，其特征在于，在所述初期培養(yǎng)步驟中，培養(yǎng)條件為溫度20-3(TC、pH值7.5-10，二氧化碳通氣量為每日2升、平均光照時(shí)間為每日9小時(shí)、光照強(qiáng)度范圍為100 1200微愛(ài)因斯坦/平方米秒。
5、 如權(quán)利要求l所述的利用生活污水和工業(yè)廢水生產(chǎn)微藻的方法，其特征在于，在所述油脂誘導(dǎo)步驟中，加入的工業(yè)廢水與生物反應(yīng)器內(nèi)藻培養(yǎng)液的體積比為1: 800。
6、 如權(quán)利要求l所述的利用生活污水和工業(yè)廢水生產(chǎn)微藻的方法，其特征在于，在所述油脂誘導(dǎo)步驟中，培養(yǎng)條件為溫度20°C-30°C ， pH值7.5-10.0，平均光照時(shí)間為每日14小時(shí)，光照強(qiáng)度范圍為100~1200微愛(ài)因斯坦/平方米秒。
7、 如權(quán)利要求1所述的利用生活污水和工業(yè)廢水生產(chǎn)微藻的方法，其特征在于，在所述初期培養(yǎng)步驟中，對(duì)經(jīng)過(guò)一級(jí)處理的生物污水進(jìn)行過(guò)濾具體包括以50 pm的尼龍過(guò)濾膜過(guò)濾掉水中的大顆粒雜質(zhì)后，通過(guò)多級(jí)過(guò)濾裝置除去水中的細(xì)菌類微生物。
8、 如權(quán)利要求1所述的利用生活污水和工業(yè)廢水生產(chǎn)微藻的方法，其特征在于，在所述初期培養(yǎng)步驟中，加入生物反應(yīng)器中的藻種為小球藻菌。
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用生活污水和工業(yè)廢水生產(chǎn)微藻的方法，包括以下步驟初期培養(yǎng)步驟，將經(jīng)過(guò)一級(jí)處理并過(guò)濾的生活污水加入生物反應(yīng)器后，在生物反應(yīng)器中加入藻種，在光照、通空氣和二氧化碳的條件下攪拌培養(yǎng)，直到微藻細(xì)胞生長(zhǎng)進(jìn)入穩(wěn)定期；油脂誘導(dǎo)步驟，在生物反應(yīng)器中按照1∶200～1∶1000的體積比加入蔗糖渣發(fā)酵后的工業(yè)廢液，誘導(dǎo)微藻細(xì)胞內(nèi)的油脂積累；提取步驟，在油脂積累達(dá)到穩(wěn)定后，提取生物反應(yīng)器中的微藻細(xì)胞。本發(fā)明可連續(xù)生產(chǎn)高油脂含量的微藻，并顯著降低微藻的培養(yǎng)成本，有利于微藻生物培養(yǎng)的產(chǎn)業(yè)化。
文檔編號(hào)C02F9/14GK101525576SQ20091013133
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月14日
發(fā)明者玉 蘭, 張仕華, 彌永利, 凝 李 申請(qǐng)人:中華綠油有限公司