一種利用汙水培養富油藻類並同時淨化水質的新理念的製作方法
2023-05-24 04:31:36 1
一種利用汙水培養富油藻類並同時淨化水質的新理念的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種利用汙廢水培養富油藻類從而淨化水質，並且可通過回收藻類，提取微囊油脂，實現汙水資源化處理的新技術。通過對汙水淨化和產油藻種的相關文獻分析，初步篩選五種藻種進行實驗分析，分別是柵藻，小球藻，布朗葡萄藻，菱形藻和舟形藻。採用重慶市當地汙水，通過考察藻種對汙水的適應性，包括測定生長速率，氮磷的去除率，生物質產量的測定和藻類油脂含量的測定，最終篩選出最合適的藻種做為進一步研究對象。對其中的優勢藻種作進一步分析，研究光照強度，汙水濃度對藻類生長及汙染物去除效率的影響，並初步測定了藻類細胞的油脂含量。
【專利說明】一種利用汙水培養富油藻類並同時淨化水質的新理念
【技術領域】
[0001]本創新理念涉及一種利用汙廢水培養富油藻類從而淨化水質，並且可通過回收藻類，提取微囊油脂，實現汙水資源化處理的新理念，屬於水環境汙染治理及汙廢水資源化處理領域。
【背景技術】
[0002]面對新世紀的能源問題以及水汙染問題，清潔能源的開發和水汙染治理成為全世界科學家們研究的重點。研究發現，一些微藻的脂質含量較高，可以直接提取用來生產生物柴油。生物質能源的開發和利用不僅能夠緩解因為化石燃料日益枯竭給全球帶來的能源危機，還可以減少全球的碳排放，從而達到低碳、經濟、環保。市政廢水中含有大量藻類生長所需的氮、磷等營養物質，而目前市政廢水的處理成本又較昂貴，且面臨著許多問題，因此若能將產油微藻的培養與市政廢水處理結合起來，這樣不僅可以降低生物柴油的成本問題，而且還能夠提高汙水處理的效果。近年來，微藻在製備生物柴油和汙水深度脫氮除磷方面均得到了越來越多的重視，並逐步開展研究。而基於微藻培養的汙水深度處理和生物柴油生產耦合系統則具有更加廣闊的發展前景。目前利用藻類對廢汙水進行處理的技術有高效藻類塘、活性藻、固定化藻、光生物反應器等。這些技術的缺點都在於藻類的生長受到了外界因素的影響，從而影響出水的穩定性，同時藻球的製備程序複雜、載體影響光能利用、藻收穫較繁瑣等，這些影響了該技術的應用。
[0003]利用藻類生產生物燃料這一課題至今已經開展了 50多年，與傳統的石化柴油相t匕，生物柴油具有動粘度較高，能夠提高運動機件的潤滑性，降低磨損；環保無毒性，含芳香族烴類成分不具致癌性，有害物質少，生物分解性良好(98%可降解)；閃點高，十六烷值較高，安全性高等特點，也正是生物柴油的這一系列優點，使生物柴油成為全世界的研究熱點，成為世界各國應對能源危機的戰略舉措，對於社會經濟的可持續發展、環境保護等都具有深遠的意義。目前，主要通過對富油藻類培養條件的優化和基因工程改造以及油脂合成的代謝調控來提高藻細胞的油脂含量，主要技術有優化選育法、基因工程法等，這些技術同樣不可避免的存有生產成本高、大規模的工業化生產會造成二次汙染等問題，而最核心的問題在於產油微藻的含油率和生長速率之間存在著嚴重的矛盾，想要克服它，同時得到生長速率高和油脂含量高的藻類，需要進一步的選育優質藻種，這正是本創新理念的目的及意義。
[0004]目前對產油微藻的研究較多，但都局限於實驗室階段，在實際應用中存在許多問題，特別是實際汙水成分複雜，產油微藻不一定能在實際中生長良好，而微藻生物柴油與市政汙水處理耦合系統的關鍵就在於藻種的選擇，必須篩選出既能夠在汙水中活性高，生長迅速又能夠大量積累油脂的藻類，現階段許多研究都是在實驗室內利用人工合成汙水或者採用向生活汙水中添加無機氮、無機磷、檸檬酸鐵銨以及微量元素等來進行研究。
[0005]本創新理念的創新之處在於:直接採用城市生活汙水來培養藻類，不向其中添加任何其他物質，從根本上減少了成本的投入；研究5種產油微藻對汙水的耐受性以及對汙染物質的去除效率和油脂含量，以期找到一種能夠在實際汙水中生長良好並能夠積累油脂同時淨化水質的優勢藻類，微藻生物柴油與市政汙水處理耦合系統的研究提供數據支持。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於克服現有技術的不足，通過實驗將當地廢水作為藻類培養的原料，進一步篩選和培養出油脂含量較高的藻類，收集後提取藻類油脂，並達到處理廢水的目的。利用無添加廢水養藻，不僅能夠處理廢水，還能夠從中提取生物柴油，且不向廢水中添加任何其它物質，可以有效解決藻類生物柴油成本高的問題。
[0007]這是一種具有創新意義的理念，由於富營養化的湖泊容易引發水華，那麼本理念就從相反的方向切入，提出利用城市生活汙水來培養藻類，以達到利用藻類的新陳代謝及其他微生物作用來淨化生活汙水的目的，同時培養的富油藻類也可回收利用，作為生物柴油的直接原料。通過一系列的實驗對比，發現這種理念可行，能夠找到一種能夠在實際汙水中生長良好並能積累油脂同時淨化水質的優勢藻類。
具體的研究內容:
[0008]( I)通過對汙水淨化和產油藻種的相關文獻分析，初步篩選五種藻種進行實驗分析，供選擇的藻種有柵藻、小球藻、布朗葡萄藻、菱形藻和舟形藻。通過考察藻種對汙水的適應性，包括測定生長速率、光密度值、氮磷的去除率、生物質產量的測定和藻類油脂含量的測定，最終篩選出最合適的藻種做為進一步研究對象。
[0009](2)分別考察五種不同微藻對重慶本地市政汙水中汙染物的去除情況，分析各自的生長速率及油脂含量。
[0010](3)對其中的優勢藻種作進一步分析，研究光照強度，汙水濃度對藻類生長及汙染物去除效率的影響。
[0011](4)本發明採用了重慶市當地汙水直接考察了五種油脂含量較高的藻類對汙水濃度的耐受性及適應性，實驗結果表明柵藻各方面指標都較理想，汙水耐受性最高，在100%汙水中仍生長良好，藻密度最高為143X105個/ml。
[0012](5)在不同濃度的汙水中培養五種藻種，柵藻的脂肪產量最高，為細胞乾重的26.34%，由高到低依次為柵藻、小球藻、布朗葡萄藻、菱形藻和舟形藻。
[0013](6)五種藻類對汙水中TN、TP的去除均較理想，其中柵藻的去除率最高，去除率達到了 95%以上，這和藻種對汙水的耐受性以及它們的生長情況一致。因此採用原始汙水來培養藻類可行，且既能達到較好的淨化市政汙水的效果還能夠獲得藻類油脂。
[0014](7)在不同光照強度下培養,柵藻的藻密度在30001ux條件下要高於lOOOlux,其中柵藻在30001UX下培養時最大藻密度為268X105個/ml，明顯高於其他三組，但在後期藻類的生長速率變慢，可能是因為隨著藻生物量的增大而產生了相互間的隱蔽作用，從而降低了有效光強。
[0015](8)不同光強下，柵藻在光照為lOOOlux和30001ux條件下TN去除率分別為90%和94% ;柵藻對TP的去除效率情況基本與TN的趨勢一致，柵藻lOOOlux和柵藻30001ux條件下TP去除率分別為98%和99% ;說明在一定範圍內，提高光強能夠提高藻類降解汙染物的能力。
【具體實施方式】
[0016](I)因購買的藻種體積不足以完成實驗，需要對其進行轉接和擴大培養。本實驗分別採用BGll和Dl液體培養基培養綠藻和柵藻。接種前，為防止藻種被汙染，培養用的工具與器皿都需要經過嚴格的滅菌，然後在淨化工作檯操作，實驗時採用高壓蒸汽滅菌鍋滅菌的方法，將需要滅菌的培養基、接種工具、培養容器等放入滅菌鍋中，壓力1.05kgf/cm2，溫度120°C，30min即可。培養條件:培養溫度為25±1°C，光照條件2000Lux，12Hr晝/12Hr夜，培養期間每天定時搖動3次，使得藻分布均勻。
[0017](2)將實驗藻種-普通小球藻，柵藻，布朗葡萄藻，菱形藻，舟形藻分別按照1:3(藻液:汙水)的比例分別接入25%，50%，100%的汙水中培養，同時設置一組對照組，藻的初始密度為1.3X105個/ml。培養條件:在人工氣候箱中培養，培養溫度25攝氏度，光照2000Lux，光暗比12h:12h，每天人工搖瓶1-2次，使藻種均勻分布。每隔兩天採樣測TN、TP，藻密度以及葉綠素a含量。
[0018](3)選擇柵藻作為優勢藻種，將培養處在對數期的柵藻分別接種至汙水中，在人工氣候箱中培養，實驗採用不同於培養條件的光強(20001UX)，考察了藻類在弱光照lOOOlux和較強光照30001UX下的生長情況，並設了兩組平行樣，分析其藻密度以及對汙水TN、TP的降解效率。藻類的培養條件:在人工氣候箱中培養，培養溫度25攝氏度，光照2000LUX，光暗比12h:12h，每天人工搖瓶1-2次，使藻種均勻分布。
[0019](4)利用超聲波細胞粉碎機及氯仿/甲醇(2:1，V/V)溶劑提取並測定藻細胞的含油量，並對其中油脂含量最高的柵藻進行了光強實驗。
【專利附圖】
【附圖說明】
圖1是不同濃度下舟形藻的汙水適應性篩選實驗圖。
圖2是葡萄藻的汙水耐受性實驗圖。
圖3是柵藻油脂的提取圖。
圖4是藻類油脂提取圖。
【權利要求】
1.一種利用汙水培養富油藻類並同時淨化水質的新理念，其特徵在於:提出通過城鎮生活汙水對富油藻類進行培養，利用藻類的新陳代謝及其他微生物作用對生活汙水進行淨化，同時回收富油藻類，直接作為提取生物柴油的原材料的一種全新理念。
2.根據權利要求1所述的利用汙水培養富油藻類並同時淨化水質的新理念，其特徵在於:通過不同濃度的汙水培養柵藻、小球藻、布郎葡萄藻、菱形藻和舟形藻5種藻類，研究其對汙水中TN、TP的去除效果以及其脂肪產量和生長情況。
3.根據權利要求1所述的利用汙水培養富油藻類並同時淨化水質的新理念，其特徵在於:篩選出柵藻作為其優勢藻種，進一步研究汙水濃度對藻類生長及汙染物去除率的影響，並初步測定了藻類細胞的油脂含量。
【文檔編號】C12N1/12GK104513799SQ201310452259
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年9月29日 優先權日:2013年9月29日
【發明者】鍾成華, 周曉琴, 安雅敏, 蔣佳凌, 左輕揚, 毛雪梅, 彭圖恆, 陳梅, 劉尚儉, 徐瑞, 錢珍餘 申請人:重慶工商大學, 鍾成華, 周曉琴