CN104630295B - 一种利用固定化微藻处理城市二级废水及生产油脂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是构建一种利用利用固定化微藻处理城市二级处理废水并进行微藻油脂生产的方法。本发明通过生物固定化技术将自由微藻固定起来并将其投入到二次处理废水中来实现废水中营养盐的去除，同时从收获的微藻中提取油脂。本发明的培养方法可将这两个模块有效的结合起来，这样既达到了废水深度处理的要求又获得了生产油脂的经济效益。

Description

一种利用固定化微藻处理城市二级废水及生产油脂的方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种利用固定化微藻处理城市二级废水及生产油脂的方法。
背景技术
过去的二十年，快速的工业化及日益增加的废水排放使得中国的地表水质量严重恶化，其中最紧迫的问题就是国内湖泊富营养化的持续恶化。由于我国社会经济发展程度相对较低，城市生活污水是以二级处理为主体，三级处理很少使用。研究表明城市二级废水中含有大量的营养盐如PO4 3-、NH4 +、NO3-等，这是导致自然水体富营养化的重要因素。因此，城市废水排放标准也提高至一级A水平。然而，我国的大多数的污水处理厂采用活性污泥法处理工艺，这使得排放出的废水很难达到这个标准。另外，就实现城市处理污水的循环利用而言，即便城市二级废水水质满足一级A的排放标准，其营养盐含量也是相当高的，某种程度上城市污水处理厂本身成了较大的污染源。随着城市水资源危机的日益加剧，未来的城市废水排放标准有望与地表水质量标准接轨
微藻具有低成本高效净化废水的潜能，也是制备生物柴油的理想燃料。在目前日益严峻的能源危机与急剧恶化的水环境条件下，这受到了越来越多研究人员的关注。然而微藻高昂的回收成本限制了该技术的规模化应用，仅仅收获微藻这一项的投入成本就能占到总成本的20-40％。研究表明，固定化技术能有效的降低微藻的回收成本，并且更加有效的去除废水中的营养盐。对于油脂生产而言，高浓度营养盐废水虽能提高微藻的生长速率但不能提高其油脂含量，反之，则降低了微藻的生长速率。要想真正的提高微藻中油脂的生产量，一方面要提高微藻的生物量；另一方面要提高微藻中的油脂含量。因此需要提供一种培养方法既能实现废水的深度处理又能提高微藻的油脂产量，进而提升其规模化应用价值。
发明内容
本发明的目的是构建一种利用利用固定化微藻处理城市二级处理废水并进行微藻油脂生产的方法，对城市二级废水进行深度净化又能提取固定化微藻中的油脂，从而弥补现有技术的不足。
本发明首先提供一种利用固定化微藻处理城市二级废水的方法，包括如下步骤：
1)微藻扩大化培养：将微藻置于培养基中进行扩大培养，提高藻细胞密度；
2)微藻固定化：将培养至对数期的微藻与固定化溶剂混合，通过蠕动泵将混合液滴入CaCl2溶液中，形成固定化藻珠；
所述的固定化溶剂为海藻酸钠溶液；
3)双阶段培养模式：将固定化藻珠投入到城市二级处理废水中，并进行双阶段培养，在第一个阶段是半连续培养，每隔一定时间对二级废水按一定比率进行更新，提高微藻生产率；第二个阶段是批培养，此时不再对废水进行更新，诱导微藻中油脂积累。
本发明的进一步技术方案是，固定化藻珠制备出来后，不能立刻进行处理，在CaCl2溶液中进行硬化处理，这样保证CaCl2与海藻酸钠有更长的时间进行交联反应，增强固定化膜的稳定性，不易发生泄漏。
本发明的进一步技术方案是：在将固定化微藻投入城市二级处理废水前添加碳酸氢盐，使废水中碳酸氢根的浓度为0.5～1g/L，特别在不进行CO2曝气的条件下，效果尤为明显。.
上述方法的双阶段培养获得的固定化藻珠中的油脂提取方法，是将收集到的固定化微藻放入到柠檬酸钠溶液中溶解，离心清洗获得藻泥，并在低温条件下烘干，使用甲醇和氯仿(体积比为2:1)混合溶剂提取其中的油脂。
本发明构建一种利用固定化微藻处理城市二级废水及生产油脂的方法。固定化技术增大了回收粒径，降低了回收成本，并能有效的去除废水中的营养盐。双阶段培养方法既提高了微藻的生产量又实现了微藻中的脂积累，这使微藻在城市二级废水中的油脂生产量有了大幅度提高。另外，第一阶段与第二阶段的出水水质分别能满足一级A与回用水的要求，达到了城市二级废水深度净化的目标。
具体实施方式
本发明通过生物固定化技术将自由微藻固定起来并将其投入到城市二级处理废水中来实现废水中营养盐的去除，同时从收获的微藻中提取油脂。本发明的培养方法可将这两个模块有效的结合起来，这样既达到了废水深度处理的要求又获得了生产油脂的经济效益。
城市二级处理主要应用生物处理方法对经过预处理的城市污水进行处理，它是污水处理的主体，城市二级废水水质要求满足排放标准。
下面结合具体实施例，对本发明技术方案进一步说明。
实施例1
本发明的利用固定化微藻处理城市二级废水及油脂生产油脂的方法，包括如下步骤：
步骤1：在培养基中对斜生栅藻进行扩大培养，使其维持较高的生长速率，达到较高的藻细胞密度。
具体实施过程如下：在锥形瓶中加入500mL BG11培养基中,接入斜生栅藻进行扩大培养，其培养条件如下：光照度为8000lux，温度为23±0.5℃，光暗比为12h:12h,初始pH调整为7.5±0.3，并定期对培养液中的藻细胞计数。
步骤2：待微藻生长进入到对数期，使用海藻酸钠对微藻细胞进行包埋固定，按照表1对微藻固定化条件进行优化，下面的实施步骤采用的均是最优固定化组。
具体实施过程如下：对生长至对数期的藻细胞离心得到藻泥，并与一定体积的蒸馏水混合，使藻细胞密度为2×105个/mL，然后将其与4％的海藻酸钠溶液等体积混合，通过蠕动泵(泵管内径为4mm,泵速为3.2mL/分钟)滴入到2％的CaCl2溶液中，4℃条件下硬化12h后得到粒径为4.7±0.1mm的固定化藻珠。
步骤3：固定化微藻在城市二级废水中的双阶段培养。
具体实施过程如下：参照dauta培养基配置城市二级废水，其中总氮、总磷及氨氮的浓度分别为20mg/L，1mg/L和10mg/L，其依据是国家废水排放一级B标准。然后向1L的锥形瓶中倒入500mL的人工污水，加入50mL上述藻珠，进行为期10天的培养，培养条件如下，光照度为12000lux，温度为23±0.2℃，初始pH为7.5±0.1，光暗比为12h：12h。培养总时间为10天，前5天为半连续培养，每天人工污水的更新率为40％；后5天为批培养，不进行人工污水的更新。固定化微藻在半连续培养阶段的平均生长率为0.537g/L/天，显著高于批培养阶段的生产率为0.163g/L/天。就总氮、总磷、氨氮而言，半连续培养阶段的出水水质满足一级A的排水标准，批培养阶段的出水水质达到了地表水质量标准Ⅳ级(总氮接近地表V类水标准)。
步骤4：固定化微藻中油脂的提取。
具体实施过程如下：对培养至末期的人工污水进行过滤，获得藻珠。然后将其投入到5％的柠檬酸钠溶液中溶解，静置一段时间待其溶解完毕后，对溶液进行离心浓缩、清洗、再离心浓缩(离心条件为4500转/分钟)得到藻泥。再把藻泥烘干(45℃)，加入甲醇-氯仿(1:2)混合溶剂提取藻粉中的油脂，并对溶剂加以回收重新利用。结果表明固定化微藻中的脂含量为46.6％，脂产量为0.91g/L藻珠，这显著高于现有方法的结果。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认为本发明的具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以进行做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种利用固定化微藻处理城市二级废水及生产油脂的方法，其特征在于，方法包括如下步骤：
1)微藻扩大化培养：将微藻置于培养基中进行扩大培养，提高藻细胞密度；所述的微藻为斜生栅藻；
2)微藻固定化：将培养至对数期的微藻与固定化溶剂混合，通过蠕动泵将混合液滴入CaCl2溶液中，形成固定化藻珠；
3)双阶段培养模式：添加碳酸氢盐，使废水中碳酸氢根的浓度为0.5～1g/L，将固定化藻珠投入到城市二级处理废水中，并进行双阶段培养，在第一个阶段是半连续培养，期间对二级废水进行更新，提高微藻生产率；第二个阶段是批培养，此时不再对废水进行更新，诱导微藻油脂积累，回收培养后的藻珠；培养条件如下：光照度为12000lux，温度为23±0.2℃，初始pH为7.5±0.1，光暗比为12h：12h；
(4)将收集到的固定化微藻藻珠放入到柠檬酸钠溶液中溶解，离心清洗获得藻泥，并在低温条件下烘干，使用甲醇和氯仿混合溶剂提取其中的油脂；所述的甲醇和氯仿混合溶剂中甲醇和氯仿的体积比为2:1。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤2)中的固定化溶剂为海藻酸钠溶液，其浓度为2-6％。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤2)中的CaCl2溶液的浓度为2-4％。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤3)中的双阶段培养周期为10天，其中半连续培养与批培养时间各为5天。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤3)中的半连续培养阶段中二级废水的日更新率为20-40％。
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