CN103103125A

CN103103125A - 一种微生物絮凝与气浮相耦合的微藻采收方法

Info

Publication number: CN103103125A
Application number: CN2011103524202A
Authority: CN
Inventors: 李晓姝; 金平; 王领民; 师文静; 张霖; 乔凯; 黎元生
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2031-11-10
Also published as: CN103103125B

Abstract

本发明涉及一种微生物絮凝与气浮相耦合的微藻采收方法，包括如下内容：（1）微生物絮凝剂制备；（2）微藻培养；（3）培养结束后收获微藻，加入步骤（1）制备的微生物絮凝剂，搅拌均匀后静置沉降，浓缩分层得到的浓缩藻液从装置底部排出；（4）未絮凝的稀藻液进入气浮塔，进行气浮分离处理，气浮塔采收得到的浓缩藻液从气浮塔上部采出。本发明方法对浓藻液进行初步浓缩采收，再与气浮分离工艺相耦合，解决了单独使用微生物絮凝剂采收浓藻液时絮凝剂用量大，使后处理分离提纯等步骤难度增加，以及单纯使用气浮采收法只适用于较低浓度藻液采收的问题。

Description

一种微生物絮凝与气浮相耦合的微藻采收方法

技术领域

本发明涉及一种微藻的采收方法，尤其是一种微生物絮凝与气浮采收相耦合的微藻采收方法。

背景技术

微藻富含蛋白质、脂肪、碳水化合物以及其它生物活性物质，是一类重要的生物资源，由于其潜在的巨大开发利用前景，已引起人们日益广泛的关注。随着微藻产业化进程的加快，细胞生物量的采收显得越来越重要。而微藻细胞的细胞密度与水体相当，传统的固液分离手段如离心、絮凝沉淀或过滤等，由于效率低下和成本偏高，不适用于微藻采收。

泡载分离即泡沫分离技术，是根据表面吸附原理，利用待分离组分的表面活性差，以气泡为介质，通过鼓泡使溶质选择性地聚集在气-液界面，并借浮力上升至溶液主体上方，形成泡沫层，从而达到分离、浓缩溶质和净化液相主体的过程。但单纯使用泡载分离技术的能耗偏高，只适用于低浓度藻液分离，分离效率较低。

微生物絮凝剂产生菌来源广泛，种类繁多。至今发现的具有絮凝性的微生物近80种（甘莉、孟召平，微生物絮凝剂的研究进展，水处理技术，2006-04:5-9），其中细菌、真菌、放线菌及藻类均有分布，这些具有絮凝活性、被人关注的微生物大都筛选自土壤、淤泥、污水。目前，微生物絮凝剂的制备多利用多糖或农副产品作为生产原料，成本偏高，制约了微生物絮凝剂工业化生产和大规模应用。该瓶颈问题的解决需要从两个方面入手：一是积极寻找廉价的原材料，大幅度降低生产成本，二是针对生物絮凝剂的理化性质和用途，选择和合理的工业化提取工艺和使用方法（马放等，复合型生物絮凝剂，CN200610010369.6）。微生物絮凝剂具有诸多优点，但因其生产过程尤其提取工艺复杂，成本居高不下。而在微藻采收过程中，对于高细胞浓度的藻液，微生物絮凝剂的用量也要相对增加，使后续提取过程复杂化。

CN200810103128.5公开了一种利用发酵行业的副产物菌体制备微生物絮凝剂的方法，将克雷伯氏杆菌接入含甘油或葡萄糖的种子培养基中，再将种子液加入含甘油或葡萄糖浓度初始发酵培养基，进行厌氧或有氧发酵，发酵生产结束后，采用膜过滤、离心手段将发酵液固液分离，所得固体部分便可直接作为微生物絮凝剂使用，无需再专门对絮凝菌体进行培养，大大降低了微生物絮凝剂的生产成本，同时也为发酵行业副产物的增值利用找到了一条出路。该方法直接利用发酵行业副产物菌体制备微生物絮凝剂的方法，对于污水除杂质和脱色具有明显效果，但实验表明，对微生物细胞尤其是微藻细胞的絮凝作用有限。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种微生物絮凝与气浮采收相耦合的微藻采收方法。本发明方法具有微生物絮凝剂用量小，后处理简单，微藻采收率高等优点。

本发明微生物絮凝与气浮相耦合的微藻采收方法，包括如下内容：

（1）微生物絮凝剂制备：发酵结束的发酵液进行固液分离，将得到的菌体与水混合，采用均质过程破碎菌体细胞，细胞破碎后固液分离，将上清液与乙醇混合，固液分离后得到的固体作为微生物絮凝剂；

（2）微藻培养；

（3）培养结束后收获微藻，加入步骤（1）制备的微生物絮凝剂，搅拌均匀后静置沉降，浓缩分层得到的浓缩藻液从装置底部排出；

（4）未絮凝的稀藻液进入气浮塔，进行气浮分离处理，气浮塔采收得到的浓缩藻液从气浮塔上部采出。

本发明方法中，步骤（1）微生物絮凝剂制备过程中，所述微生物絮凝剂由发酵生产生物化学产品的副产物菌体制备，具体地说可以是克雷伯氏菌发酵甘油或葡萄糖为生产1,3-丙二醇的发酵液分离出来的菌体，或者是热带假丝酵母菌发酵正构烷烃生产长链二元酸的发酵液分离出来的菌体。微生物絮凝剂制备方法是生物化学产品发酵生产结束后，采用膜过滤、离心分离等手段将发酵液固液分离，清液通过分离提纯步骤制成产品，将固体部分即发酵菌体与1-5倍菌体体积的水混合均匀制成菌液，在均质器中对菌体细胞进行破碎。具体方法为：将待处理菌液装入样品瓶中，装液量1/6-1/4，冰浴1～10min后放入均质器中，转速5000-6500rpm，均质时间5-60s。细胞均质破碎后离心分离或膜分离，将上清液与2-4倍体积的乙醇混合均匀，静置5-60min，离心分离或膜分离得到的固体作为微生物絮凝剂。

步骤（2）中的微藻培养是本领域技术人员熟知的内容，可以是自养培养，也可以是异养培养，也可以是自养培养和异养培养相结合的微藻培养方式。微藻培养过程可以采用经过沉淀澄清处理的生活污水、受污染的水体等轻度污染的污水。微藻可以是各种种类的微藻，如小球藻等。

本发明适用的污水水源为生活污水、受污染的水体等轻度污染的污水。污水首先经沉淀澄清处理，将可沉颗粒充分沉淀去除，上清液作为微藻培养用水。微藻在微藻培养装置中可以采用批式培养，批式培养可以增加污水的处理量。培养过程中调节pH值在其生长的适宜pH范围6.0-8.0，培养温度25-32℃。

微藻培养结束后，加入培养液体积0.1%-1.5%的未干燥的微生物絮凝剂，或加入培养液体积0.02%-0.3%的喷雾干燥的微生物絮凝剂，混合均匀后，静置沉降。沉降后下层浓缩藻液经培养装置底部的阀门排出，排出浓缩藻液后关闭阀门，准备采收上层稀藻液。

采收上层稀藻液采用气浮方法，气浮可以采用本领域常规方法，如电解气浮、溶气气浮或散气气浮等方式。具体操作和设备是本领域技术人员熟知的内容。如可以采用如下操作过程：以空气做载气，由加压设备加压后，通过管道进入饱和增湿缓冲罐溶解，使罐中的水（普通工业用水或来自分离塔的采收后藻液）达到饱和，该饱和气沿管道经塔底的布气装置进入气浮塔，与待采收稀藻液混合。气体进入气浮塔后形成大量的微气泡，以气泡为介质，根据表面吸附原理，通过鼓泡使藻细胞选择性地聚集在气-液界面，微气泡与藻细胞相粘附，上浮，达到细胞浓缩分离的目的，浓缩的藻液及尾气分别从管道排出。经泡载分离后的低浓度藻液自塔底排出。

本发明的优点在于：利用生活污水或轻度污染的工业废水培养微藻，在生产微藻的同时对污水进行处理；均质破碎细胞制备微生物絮凝剂的方法对絮凝微藻细胞具有良好的效果，用量小，对后续处理不产生不良影响；微生物絮凝与气浮法采收相耦合解决了单独使用微生物絮凝剂采收浓藻液时絮凝剂用量大，使后处理分离提纯等步骤难度增加，以及单纯使用气浮采收法只适用于较低浓度藻液采收的问题。

附图说明

附图1是本发明处理方法示意图。

图中，1-空气，2-加压设备，3-加压空气出口管，4-饱和增湿缓冲罐，5-缓冲罐出口管，6-布气装置，7-气浮塔，8-微藻培养装置，9-污水，10-絮凝藻液出口管，11-输送管，12-尾气，13-浓缩藻液出口管，14-采收后稀藻液出口管。

具体实施方式

本发明供了一种发酵副产物菌体制备絮凝剂的方法，得到了对于藻细胞有较高絮凝活性的微生物絮凝剂，对浓藻液进行初步浓缩采收，再与气浮分离工艺相耦合，从而实现高效的微藻采收。下面通过实施例进一步说明本发明的方案和效果。

实施例1

甘油发酵生产1,3-丙二醇后的发酵液，经膜过滤手段将发酵液固液分离处理，得到发酵副产物克雷伯氏菌体。将发酵菌体与2倍菌体体积的水混合均匀制成菌液，在均质器中对菌体细胞进行破碎：将待处理菌液装入样品瓶中，装液量1/6，冰浴3min后放入均质器中，转速6500rpm，均质时间20s。细胞均质破碎后在转速5000rpm下离心3min，将上清液与3倍体积的无水乙醇混合均匀，静置10min，在5000rpm下离心3min得到固体为微生物絮凝剂。

将普通异养小球藻按1:10比例接入培养装置8中。所用微藻培养液为经过沉降澄清处理后的生活污水上清液9。培养温度30℃，pH值调节控制在7.0，144h后培养结束。取培养液体积1%的上述微生物絮凝剂加入微藻培养装置8，通气混合均匀，静置10分钟使藻细胞充分沉降。此时藻液开始出现分层，下层絮凝浓缩藻液，从管道10中排出，上层为稀藻液。空气1作载气，由加压设备2加压后，通过管道3进入饱和增湿缓冲罐4溶解，使罐中的水（普通工业用水）达到饱和，该饱和气沿管道5经布气装置6进入气浮塔7，与经输送管11进入装置内的待采收稀藻液相混合。载气形成的微气泡与藻细胞相粘附，上浮，达到细胞浓缩分离的目的，浓缩的藻液及尾气分别从管道13和12排出。经泡载分离的采收后稀藻液自塔底出口管14排出。

培养结束取样测得藻细胞干重为5.8g/L，微生物絮凝与气浮法耦合采收微藻后稀藻液干重为0.27 g/L，计算采收率为：95.3%（质量）。

实施例2

发酵结束后，取经离心手段将发酵液固液分离处理后得到的发酵副产物克雷伯氏菌体，将发酵菌体与2.5倍菌体体积的水混合均匀制成菌液，在均质器中对菌体细胞进行破碎：将待处理菌液装入样品瓶中，装液量1/5，冰浴3min后放入均质器中，转速6000rpm，均质时间25s。细胞均质破碎后在转速5000rpm下离心3min，将上清液与2倍体积的无水乙醇混合均匀，静置10min，在5000rpm下离心3min得到固体为微生物絮凝剂。

微藻的培养方式，采收方式及条件同上。培养结束时取样测得藻细胞干重为5.2 g/L，微生物絮凝剂为实施例1中微生物絮凝剂干燥后的产品，用量为培养液体积的0.05%，微生物絮凝与气浮法耦合采收后取样测得稀藻液干重为：0.33 g/L，计算采收率为93.7%（质量）。

实施例3

发酵结束后，取经离心手段将发酵液固液分离处理后得到的发酵副产物热带假丝酵母菌体，将发酵菌体与4倍菌体体积的水混合均匀制成菌液，在均质器中对菌体细胞进行破碎：将待处理菌液装入样品瓶中，装液量1/4，冰浴3min后放入均质器中，转速5000rpm，均质时间30s。细胞均质破碎后在转速4000rpm下离心3min，将上清液与2倍体积的无水乙醇混合均匀，静置15min，在4000rpm下离心3min得到固体为微生物絮凝剂。

微藻的培养方式，采收方式及条件同上述实施例，本批次藻体培养时间控制在120h，微藻采收时加入的热带假丝酵母发酵菌体制成的微生物絮凝剂量为微藻培养液体积的0.8%。培养结束时取样测得微藻的干重为6.5 g/L，微生物絮凝与气浮法耦合采收后取样测得稀藻液干重为：0.38g/L，计算采收率为94.2%（质量）。

比较例1

微藻的培养方式同实施例1中所述。培养结束后直接采用气浮法采收微藻。结果如下：采收前微藻干重为6.3 g/L，气浮法采收后微藻稀藻液干重为3.7 g/L，采收率为31.3%（质量）。

比较例2

微藻的培养方式，采收方式及条件同实施例1中所述。不同的是培养结束后采用甘油发酵生产1,3-丙二醇的发酵液，经离心将发酵液固液分离处理后，得到的发酵副产物克雷伯氏菌体直接作为微生物絮凝剂采收藻液。絮凝剂添加量为微藻培养液体积的1%。结果如下：采收前微藻干重为5.7 g/L，菌体直接制备的微生物絮凝剂与气浮法耦合采收后微藻稀藻液干重为3.48g/L，采收率为38.9%（质量）。

比较例3

微藻的培养方式，采收方式及条件同实施例1中所述。培养结束后采用在活性污泥中分离筛选得到的芽孢杆菌在一定条件发酵、离心得到的上清液作为微生物絮凝剂采收微藻。絮凝剂添加量为微藻培养液体积的1%。结果如下：采收前微藻干重为5.9 g/L，微生物絮凝剂采收后微藻稀藻液干重为3.73g/L，采收率为36.8%（质量）。

通过以上实施例和比较例可以得出，采用所述方法制备的微生物絮凝剂对微藻细胞有明显的絮凝效果，而使用发酵副产物菌体直接制备的微生物絮凝剂或普通微生物絮凝剂采收微藻时对微藻的絮凝效果不理想，单独使用气浮法采收微藻时对于浓藻液处理效率较低。采用所述方法制备的微生物絮凝剂与气浮法耦合采收浓藻液，低絮凝剂用量条件下对于微藻的采收效果良好。

Claims

1.一种微生物絮凝与气浮相耦合的微藻采收方法，其特征在于包括如下内容：

（2）微藻培养；

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）微生物絮凝剂制备过程中，微生物絮凝剂由发酵生产生物化学产品的副产物菌体制备。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：微生物絮凝剂是由克雷伯氏菌发酵甘油或葡萄糖为生产1,3-丙二醇的发酵液分离出来的菌体制备，或者是由热带假丝酵母菌发酵正构烷烃生产长链二元酸的发酵液分离出来的菌体制备。

4.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：微生物絮凝剂制备方法包括，生物化学产品发酵生产结束后，采用膜过滤或离心分离手段将发酵液固液分离，清液通过分离提纯步骤制成产品，将固体部分即发酵菌体与1-5倍菌体体积的水混合均匀制成菌液，在均质器中对菌体细胞进行破碎，细胞均质破碎后离心分离或膜分离，将上清液与2-4倍体积的乙醇混合均匀，静置5-60min，离心分离或膜分离得到的固体作为微生物絮凝剂。

5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于：发酵菌体在均质器中进行菌体细胞破碎方法为：将待处理菌液装入样品瓶中，冰浴1～10min后放入均质器中，转速5000-6500rpm，均质时间5-60s。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中的微藻培养是自养培养，或者是异养培养，或者是自养培养和异养培养相结合的微藻培养方式。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：微藻培养采用的水源为生活污水或受污染的水体，微藻在微藻培养装置中采用批式培养，培养过程中调节pH值在其生长的适宜pH范围6.0-8.0，培养温度25-32℃。

8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：微藻培养结束后，加入培养液体积0.1%-1.5%的未干燥的微生物絮凝剂，混合均匀后，静置沉降，沉降后下层浓缩藻液经培养装置底部的阀门排出。

9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：微藻培养结束后，加入培养液体积0.02%-0.3%的喷雾干燥的微生物絮凝剂，混合均匀后，静置沉降，沉降后下层浓缩藻液经培养装置底部的阀门排出。

10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：采收上层稀藻液采用气浮方法，气浮采用电解气浮、溶气气浮或散气气浮。