CN102441325A - 一种利用微藻减少co2排放生产微藻油脂的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用微藻减少CO2排放生产微藻油脂的方法，其工艺步骤如下：(1)工厂排放废气的处理与增压，将工厂排放的含CO2的废气去除液滴和颗粒物，然后增压至0.1Mpa～2.5Mpa；(2)调节废气中CO2的含量，对步骤(1)处理与增压后的废气进行调节，使其所含CO2的体积浓度达到10％～25％；(3)微藻固定CO2，将微藻培养基注入密封式光生物反应器中，将处于对数生长期的微藻藻种以5％～20％的接种量加入密封式光生物反应器中，然后在搅拌下以500ml/min～1000ml/min的流量向密封式光生物反应器中通入经步骤(2)调节CO2浓度后的废气，在适合微藻生长的温度进行培养，实现CO2的固定。

Description

一种利用微藻减少CO2排放生产微藻油脂的方法
技术领域
本发明属于生物二氧化碳固定法，特别涉及一种用微藻进行CO2固定，减少CO2排放并生产微藻油脂的方法。
背景技术
现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气后放出大量CO2气体，CO2气体具有吸热和隔热的功能，它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散，其结果是导致地球表面变热。因此，CO2也被称为温室气体。工业持续排放CO2已严重影响地球气候环境，减低大气中CO2已成为各国政府、企业必须面对的重大问题。
在现有技术条件下，生物二氧化碳固定法是公认的优选方法，所述生物二氧化碳固定法是指生物体以二氧化碳为碳源，经由光合作用方式，将二氧化碳转变成碳水化合物，并放出氧气。相关生物法固定二氧化碳的研究，以现有二氧化碳固定源的扩大和利用微藻进行二氧化碳固定处理技术的发展为主。目前利用微藻固定CO2存在的问题主要包括以下几个方面：1、作为以二氧化碳减排为目的微藻，追求的是最大量地将二氧化碳生物固定，并副产生物质，因此，减排“藻种”筛选的标准为快速生长，适应高浓度二氧化碳与烟气处理极端条件(高温、酸性、二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫)，抗高碱性(最适pH8-13)，高密度培养，抗聚结；2、微藻培养杂菌导致的污染会降低固定CO2能力；3、CO2气体雾化程度影响藻体与CO2的接触面积，降低微藻固定CO2能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用微藻减少CO2排放生产微藻油脂的方法，以解决微藻培养系统的污染和提高CO2固定效率的技术问题
本发明所述利用微藻减少CO2排放生产微藻油脂的方法，其工艺步骤如下：
(1)工厂排放废气的处理与增压
将工厂排放的含CO2的废气去除液滴和颗粒物，然后增压至0.1Mpa～2.5Mpa；
(2)调节废气中CO2的含量
对步骤(1)处理与增压后的废气进行调节，使其所含CO2的体积浓度达到10％～25％；
(3)微藻固定CO2
将微藻培养基注入密封式光生物反应器中，微藻培养基的注入量以达到所述光生物反应器容积的85％～90％为限，将处于对数生长期的微藻藻种以5％～20％的接种量加入密封式光生物反应器中，调整微藻培养基4的pH值，以适合微藻生长为限，然后在搅拌下以500ml/min～1000ml/min的流量向密封式光生物反应器中通入经步骤(2)调节CO2浓度后的废气，在适合微藻生长的温度进行培养，实现CO2的固定；培养过程中，通过密封式光生物反应器的取样口取样，测定微藻培养基和微藻藻种形成的培养液中的氮、磷、钾及微量元素的含量和pH值，通过密封式光生物反应器的补料口补充培养基和pH值调整液；与CO2反应后的培养液经密封式光生物反应器出液口排出，将排出的培养液进行分离获藻体油脂，逃逸的CO2经密封式光生物反应器的出气口排出，用于调节废气中CO2的含量。
上述方法中，所述密封式光生物反应器的本体为透明筒体，其底部设置有微气泡发生器，经步骤(2)调节CO2浓度后的废气经微气泡发生器进入密封式光生物反应器，可实现对藻体的搅拌。微气泡发生器优选雾化曝气软管。
从密封式光生物反应器出液口排出的培养液的分离根据藻种不同可采用离心、过滤、絮凝、气浮等不同方式，本发明所述方法选用电絮凝对培养液进行分离。
上述方法中，微藻藻种可选择衣藻、小球藻、盐生杜氏藻、螺旋藻、微拟球藻、三角褐指藻、亚心形扁藻、牟氏角毛藻、球等鞭金藻、球等鞭金藻、湛江叉鞭金藻中的一种，但优选盐生杜氏藻。
本发明具有以下有益效果：
本发明的目的主要包括以下几个方面：
1、本发明所述方法由于在密闭式透明筒状光生物反应器中利用微藻固定CO2，与开放式系统相比，降低了微藻培养系统的污染率，并提高了CO2的固定率。
2、对工厂排放废气在处理后进行增压，利用用压缩气体雾化可提高微藻细胞与CO2气体的接触面积，提高微藻的生物量。
3、在密封式光生物反应器的透明筒体底部设置微气泡发生器，经步骤(2)调节CO2浓度后的废气经微气泡发生器进入密封式光生物反应器，利用气体实现对培养液的搅拌，一方面可防止微藻的聚集成团或贴壁降低微藻光合效率，另一方面可提高溶氧效果，降低能耗，防止污物的堵塞，污水不会倒流。
4、当藻种选用盐生杜氏藻时，由于盐生杜氏藻具有在饱和盐浓度生长的特性，因而可避免培养中杂菌的污染。
附图说明
图1是本发明所述利用微藻减少CO2排放生产微藻油脂的方法的工艺流程示意图；
图2是实施本发明所述方法的一种设备组装图；
图3是密封式光生物反应器的一种结构示意图；
图4是图3的俯视图。
图中，1-种子罐，2-培养基储罐，3-洗气塔，4-空气压缩机，5-冷却器，6.-密封式光生物反应器，7-气体过滤调节器，8-流量计，9.-藻体分离器，10-筒体，11-出气口，12-接种口，13-补料口，14-微气泡发生器，15-出液口，16-取样口，17-进气口。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明所述利用微藻减少CO2排放生产微藻油脂的方法作进一步说明。
实施例1
本实施例中所述利用微藻减少CO2排放生产微藻油脂的方法，其工艺流程如图1所示，依次为工厂排放废气的处理与增压、调节废气中CO2的含量和微藻固定CO2。所使用的设备如图2所示，由种子罐1、培养基储罐2、洗气塔3、空气压缩机4、冷却器5、密封式光生物反应器6、气体过滤调节器7、流量计8和藻体分离器9组成。密封式光生物反应器6的结构如图3、图4所示，包括筒体10，所述筒体10为透明筒体，其顶壁设置有出气口11、接种口12和补料口13，其底壁设置有出液口15、取样口15和进气口17，其底部设置有微气泡发生器14。
实施例2
本实施例以盐生杜氏藻为藻种处理发电厂工业废气，使用实施例1所述的设备。
盐生杜氏藻培养基配方：
甲液：NaCl        5-10g
      FeC6H5O7    0.001g
      海水        500ml
      海泥抽出液  20-30ml
乙液：NaNO3       0.5g
      K2HPO4      0.05g
      海水        500ml
在使用时，培养基甲、乙两液的体积比为1∶1，将盐生杜氏藻种子液甲、乙两液组成的培养基混合。如果再加入2-3‰尿液，效果更好。种子液与培养基的体积比为1∶4-1∶9接种于光生物反应器中，装液量为90％，接藻种密度控制在2×105个细胞/ml，接种时间最好在上午8～10时。除尘、加压和调气处理的工厂排放的CO2，经微气泡发生器14以800ml/min通入密封式光生物反应器6，使CO2气体与藻种充分接触，并实现对培养液的搅拌，避免聚集成团和贴壁。
盐生杜氏藻培养条件：盐生杜氏藻在高盐度水中生长特别好，最适盐度在6～7％之间。盐生杜氏藻为广温性，可在4～40℃的范围内存活，最适温度在25～35℃之间。盐生杜氏藻对光的适应性较强，最适光照强度约在2000～6000lx之间。一般pH7～9范围内均能生长繁殖，最适pH为7.0～8.5之间。
实施例3
本实施例以小球藻为藻种处理发电厂工业废气，使用实施例1所述的设备。
小球藻常用培养基配方：
NH4NO3      50-100μg
K2HPO4      5μg
FeC6H5O7    0.1-0.5mg
海水        1000ml
在使用时，种子液与培养基的比例为1∶4，接种于密封式光生物反应器6中，装液量为90％，接种藻种密度控制在2×105个细胞/ml，接种时间最好在上午8～10时。除尘、加压和调气处理的工厂排放的CO2，经微气泡发生器14以800ml/min通入密封式光生物反应器6，使CO2气体与藻种充分接触，并实现对培养液的搅拌，避免聚集成团和贴壁。培养温度保持在25～30℃。保持pH 6～8。
实施例4
本实施例以三角褐指藻为藻种处理发电厂工业废气，使用实施例1所述的设备。
三角褐指藻培养基配方：
NaNO3                  0.05g
K2HPO4                 0.005g
Fe2(SO4)3(1％溶液)     5滴
2Na3C6H5O7·11H2O      0.01g
Na2SiO3                0.01g
VB12                   200ng
人尿    1.5-2ml
海水    1000ml
在使用时，种子液与培养基的比例为1∶1-1∶9，接种于密封式光生物反应器6中，装液量为90％，接种藻种密度控制在2×105个细胞/ml，接种时间最好在上午8～10时。除尘、加压和调气处理的工厂排放的CO2，经微气泡发生器14以800ml/min通入密封式光生物反应器6，使CO2气体与藻种充分接触，并实现对培养液的搅拌，避免聚集成团和贴壁。培养温度保持在10～20℃。保持pH 6～8。调节光强，保持合适的光强，白天避免阳光直射。
实施例5
本实施例以亚心形扁藻为藻种处理发电厂工业废气，使用实施例1所述的设备。
亚心形扁藻培养基配方：
NaNO3           0.05-0.1g
KH2PO4          0.005g
FeC6H5O7        0.1-0.5mg
海水            1000ml
海泥抽出液      10-20ml
在使用时，种子液与培养基的比例为1∶2-1∶5，接种于密封式光生物反应器6中，装液量为90％，接种藻种密度控制在2×105个细胞/ml，接种时间最好在上午8～10时。除尘、加压和调气处理的工厂排放的CO2，经微气泡发生器14以800ml/min通入密封式光生物反应器6，使CO2气体与藻种充分接触，并实现对培养液的搅拌，避免聚集成团和贴壁。培养温度保持在20-28℃。保持pH 6～8。调节光强，保持合适的光强，白天避免阳光直射。
实施例6
本实施例以牟氏角毛藻为藻种处理发电厂工业废气，使用实施例1所述的设备。
牟氏角毛藻培养基：
NH4NO3              5.0-20.0mg
FeC6H5O7·3H2O      0.5-2.0mg
KH2PO4              0.5-1.0mg
海水                1000ml
在使用时，种子液与培养基的比例为1∶2-1∶9，接种于密封式光生物反应器6中，装液量为90％，接种藻种密度控制在2×105个细胞/ml，接种时间最好在上午8～10时。除尘、加压和调气处理的工厂排放的CO2，经微气泡发生器14以800ml/min通入密封式光生物反应器6，使CO2气体与藻种充分接触，并实现对培养液的搅拌，避免聚集成团和贴壁。培养温度保持在20-28℃。保持pH 6～8。调节光强，保持合适的光强，白天避免阳光直射。
实施例7
本实施例以球等鞭金藻为藻种处理发电厂工业废气，使用实施例1所述的设备。
球等鞭金藻培养基：
NaNO3-N        7.5mg
VB12           0.5ug
FeCl3-Fe       0.1mg
VB1            100ug
KH2PO4-P       0.5mg
Na2SiO3-Si     0.2mg
海水           1000ml
在使用时，种子液与培养基的比例为1∶2-1∶9，接种于密封式光生物反应器6中，装液量为90％，接种藻种密度控制在2×105个细胞/ml，接种时间最好在上午8～10时。除尘、加压和调气处理的工厂排放的CO2，经微气泡发生器14以800ml/min通入密封式光生物反应器6，使CO2气体与藻种充分接触，并实现对培养液的搅拌，避免聚集成团和贴壁。培养温度保持在20-28℃。保持pH 6～8。调节光强，保持合适的光强，白天避免阳光直射。
实施例8
本实施例以小新月菱形藻为藻种处理发电厂工业废气，使用实施例1所述的设备。
小新月菱形藻常用培养基配方：
NaNO3            0.08g
VB1              200ug
K2HPO4           0.008g
VB12             200ng
FeC6HO7(1％)     0.2ml
人尿             1.5ml
NaSiO3           0.02g
海水             1000ml
在使用时，种子液与培养基的比例为1∶2-1∶8，接种于密封式光生物反应器6中，装液量为90％，接种藻种密度控制在2×105个细胞/ml，接种时间最好在上午8～10时。除尘、加压和调气处理的工厂排放的CO2，经微气泡发生器14以800ml/min通入密封式光生物反应器6，使CO2气体与藻种充分接触，并实现对培养液的搅拌，避免聚集成团和贴壁。培养温度保持在15～20℃。保持pH 6～8。调节光强，保持合适的光强，白天避免阳光直射。
实施例9
本实施例以湛江叉鞭金藻为藻种处理发电厂工业废气，使用实施例1所述的设备。
湛江叉鞭金藻常用培养基配方：
NaNO3           0.05g
K2HPO4          0.005g
FeC6HO7(1％)    5滴
NaSiO3          0.01g
尿液            1.5ml
海水            1000ml
在使用时，种子液与培养基的比例为1∶2-1∶8，接种于密封式光生物反应器6中，装液量为90％，接种藻种密度控制在2×105个细胞/ml，接种时间最好在上午8～10时。除尘、加压和调气处理的工厂排放的CO2，经微气泡发生器14以800ml/min通入密封式光生物反应器6，使CO2气体与藻种充分接触，并实现对培养液的搅拌，避免聚集成团和贴壁。湛江叉鞭金藻最适温度为25～32℃，超过32℃则生长缓慢甚至死亡，适盐范围20～30，最适光照强度为7000～9000lx。一级培养的金藻密度可达150万个/ml。
实施例10
本实施例以蓝藻为藻种处理发电厂工业废气，使用实施例1所述的设备。
蓝藻培养基
NaNO3             1.5g
K2HPO4            0.04g
MgSO4*7H2O        0.075g
CaCl2*7H2O        0.036g
Na2CO3            0.02g
柠檬酸            0.006g
柠檬酸铁          0.006g
*微量元素溶液A    51ml
蒸馏水            1000ml
*微量元素溶液A5
H3BO4           2.86g
MnCl2*4H2O      1.81g
ZnSO4           0.222g
Na2MoO4         0.39g
CuSO4*5H2O      0.079g
Co(NO3)2*6H2O   49.4g
在使用时，种子液与培养基的比例为1∶2-1∶8，接种于密封式光生物反应器6中，装液量为90％，接种藻种密度控制在2×105个细胞/ml，接种时间最好在上午8～10时。除尘、加压和调气处理的工厂排放的CO2，经微气泡发生器14以800ml/min通入密封式光生物反应器6，使CO2气体与藻种充分接触，并实现对培养液的搅拌，避免聚集成团和贴壁。蓝藻最适温度为25～32℃，超过32℃则生长缓慢甚至死亡，最适光照强度为7000～9000lx。一级培养的蓝藻密度可达150万个/ml。
实施例11
本实施例以螺旋藻为藻种处理发电厂工业废气，使用实施例1所述的设备。
螺旋藻Zarrouk氏培养基：(g/L)
碳酸氢钠         16.80
磷酸氢钾         0.5
硝酸钠           2.5
氯化钠           1.00
硫酸镁           0.20
硫酸铁           0.01
硫酸钾           1.00
水氯化钙         0.04
EDTA             0.08
pH 8-10
在使用时，种子液与培养基的比例为1∶2-1∶9，接种于密封式光生物反应器6中，装液量为90％，接种藻种密度控制在2×105个细胞/ml，接种时间最好在上午8～10时。除尘、加压和调气处理的工厂排放的CO2，经微气泡发生器14以800ml/min通入密封式光生物反应器6，使CO2气体与藻种充分接触，并实现对培养液的搅拌，避免聚集成团和贴壁。螺旋藻必须在特定的条件下生长。培养液pH控制在8.5-11.5之间。放入藻种后培养液呈浅绿色。螺旋藻培养液的最佳生长温度应在20℃--38℃，其极限生长温度为40℃和15℃。实践已证明螺旋藻生物是不会被冻死的，它的生存能力极强。但是保苗过冬不能放在黑暗的室内，仍然需要光照。
实施例12
本实施例以微绿球藻为藻种处理发电厂工业废气，使用实施例1所述的设备。
微绿球藻培养基
NaNO3             1.5g
K2HPO4            0.04g
MgSO4*7H2O        0.075g
CaCl2*7H2O        0.036g
Na2CO3            0.02g
柠檬酸            0.006g
柠檬酸铁          0.006g
*微量元素溶液     A51ml
蒸馏水            1000ml
*微量元素溶液A5
H3BO4             2.86g
MnCl2*4H2O        1.81g
ZnSO4             0.222g
Na2MoO4           0.39g
CuSO4*5H2O        0.079g
Co(NO3)2*6H2O     49.4g
在使用时，种子液与培养基的比例为1∶2-1∶9，接种于密封式光生物反应器6中，装液量为90％，接种藻种密度控制在2×105个细胞/ml，接种时间最好在上午8～10时。除尘、加压和调气处理的工厂排放的CO2，经微气泡发生器14以800ml/min通入密封式光生物反应器6，使CO2气体与藻种充分接触，并实现对培养液的搅拌，避免聚集成团和贴壁。微绿球藻培养温度为25～32℃，最适温度25℃，最适光照强度为300μmol m-2s-1。一级培养的微绿球藻密度可达1×1011个/L。
实施例13
本实施例以衣藻为藻种处理发电厂工业废气，使用实施例1所述的设备。
衣藻培养基
1.TAP盐
NH4Cl         15.0g
MgSO4.7H2O    4.0g
CaCl2.2H2O    2.0g
水            1L
2.磷酸盐溶液
K2HPO4        28.8g
KH2PO4        14.4g
水            100ml
3.微量元素：
1)11.4g H3BO3；5.06g  MnCl2.4H2O；22g  ZnSO4.7H2O；4.99g  FeSO4.7H2O；1.61gCoCl2.6H2O；1.57g CuSO4.5H2O；1.1g(NH4)6Mo7O24.4H2O；溶于550mlH2O，然后加热至100℃。
2)加热条件下，在250mlH2O中溶解50gNa2EDTA，然后加入1.中(在100℃时)
3)100℃时，TAP盐和磷酸盐溶液混合，降到80-90℃，20％KOH(4gKOH，16mlH2O配成20g溶液)滴定至PH6.5-6.8(＜100ml)，PH计温度标到75℃，保证温度≥70℃
在使用时，种子液与培养基的比例为1∶2-1∶9，接种于密封式光生物反应器6中，装液量为90％，接种藻种密度控制在2×105个细胞/ml，接种时间最好在上午8～10时。除尘、加压和调气处理的工厂排放的CO2，经微气泡发生器14以800ml/min通入密封式光生物反应器6，使CO2气体与藻种充分接触，并实现对培养液的搅拌，避免聚集成团和贴壁。衣藻培养温度为25～32℃，最适光照强度为300μmol m-2s-1，。
本发明以分别构建生产食品、医药和保健品为目标的减碳模式工厂与以生产生质能源为目的的减碳模式工厂，确立减碳系统结构及优化运行条件，探索资料再利用方法，确保减碳模式工厂营运达到利润与环境保护最大值。

Claims (8)

1.一种利用微藻减少CO2排放生产微藻油脂的方法，其特征在于工艺步骤如下：
(1)工厂排放废气的处理与增压
将工厂排放的含CO2的废气去除液滴和颗粒物，然后增压至0.1Mpa～2.5Mpa；
(2)调节废气中CO2的含量
对步骤(1)处理与增压后的废气进行调节，使其所含CO2的体积浓度达到10％～25％；
(3)微藻固定CO2
将微藻培养基注入密封式光生物反应器中，微藻培养基的注入量以达到所述光生物反应器容积的85％～90％为限，将处于对数生长期的微藻藻种以5％～20％的接种量加入密封式光生物反应器中，调整微藻培养基的pH值，以适合微藻生长为限，然后在搅拌下以500ml/min～1000ml/min的流量向密封式光生物反应器中通入经步骤(2)调节CO2浓度后的废气，在适合微藻生长的温度进行培养，实现CO2的固定，
培养过程中，通过密封式光生物反应器的取样口取样，测定微藻培养基和微藻藻种形成的培养液中的氮、磷、钾及微量元素的含量和pH值，通过密封式光生物反应器的补料口补充培养基和pH值调整液，
与CO2反应后的培养液经密封式光生物反应器出液口排出，将排出的培养液进行分离获藻体油脂，逃逸的CO2经密封式光生物反应器的出气口排出，用于调节废气中CO2的含量。
2.根据权利要求1所述的利用微藻减少CO2排放生产微藻油脂的方法，其特征在于密封式光生物反应器的本体为透明筒体(10)，其底部设置有微气泡发生器(15)，经步骤(2)调节CO2浓度后的废气经微气泡发生器进入密封式光生物反应器。
3.根据权利要求2所述的利用微藻减少CO2排放生产微藻油脂的方法，其特征在于微气泡发生器(15)为雾化曝气软管。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的利用微藻减少CO2排放生产微藻油脂的方法，其特征在于从密封式光生物反应器出液口排出的培养液采用电絮凝分离。
5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的利用微藻减少CO2排放生产微藻油脂的方法，其特征在于微藻藻种为衣藻、小球藻、盐生杜氏藻、螺旋藻、微拟球藻、三角褐指藻、亚心形扁藻、牟氏角毛藻、球等鞭金藻、球等鞭金藻、湛江叉鞭金藻中的一种。
6.根据权利要求4所述的利用微藻减少CO2排放生产微藻油脂的方法，其特征在于微藻藻种为衣藻、小球藻、盐生杜氏藻、螺旋藻、微拟球藻、三角褐指藻、亚心形扁藻、牟氏角毛藻、球等鞭金藻、球等鞭金藻、湛江叉鞭金藻中的一种。
7.根据权利要求5所述的利用微藻减少CO2排放生产微藻油脂的方法，其特征在于微藻藻种为盐生杜氏藻。
8.根据权利要求6所述的利用微藻减少CO2排放生产微藻油脂的方法，其特征在于微藻藻种为盐生杜氏藻。
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