CN105316233B

CN105316233B - 一种养殖微藻和工业废气脱硝的联合方法

Info

Publication number: CN105316233B
Application number: CN201410351898.7A
Authority: CN
Inventors: 荣峻峰; 朱俊英; 纪洪波; 周旭华; 程琳; 黄绪耕; 宗保宁
Original assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2018-11-02
Anticipated expiration: 2034-07-23
Also published as: CN105316233A

Abstract

本发明涉及一种养殖微藻与工业废气脱硝的联合方法，包括：养殖微藻的步骤，该步骤中，向藻液中加入EM菌，并且依靠微藻代谢使该步骤结束时的藻液呈碱性；从收获的藻液中分离出微藻以得到微藻和碱性残液的步骤；利用该碱性残液吸收工业废气中的NOx或者中和固定NOx后的酸液，并随后用其为养殖微藻提供氮源的步骤。本发明利用工业废气中的NO_x来为养殖微藻提供氮源，在减排污染物的同时，获得了有价值的微藻生物质。

Description

一种养殖微藻和工业废气脱硝的联合方法

技术领域

本发明涉及微藻养殖领域和工业废气脱硝领域。

背景技术

能源与环境是人类社会可持续发展所面临的重要问题。一方面，支撑人类现代文明的化石能源不可再生，开发替代能源迫在眉睫；另一方面，在加工和使用化石能源时不可避免地会产生废气与污水的排放问题，已经对环境造成了严重的影响，这些问题需要有统筹协调的解决方案。

微藻是种类繁多且分布极其广泛的水生低等植物。它们通过高效的光合作用，将光能转化为脂肪或淀粉等碳水化合物的化学能，被誉为“阳光驱动的活化工厂”。利用微藻生产生物能源和化学品有望同时达到“替代化石能源、净化废气与污水”的双重目的。

养殖微藻的一个已知的困难是，养殖微藻的水中存在大量的有害细菌，在敞开式的养殖过程中也不可避免的会污染有害细菌，这些有害细菌不利于微藻的生长，严重时会导致养殖失败。虽然在严格的消毒灭菌及封闭的条件下养殖可以避免这种危害，但是对于大规模养殖微藻而言，这种方法的成本过于昂贵。基于上述原因，迫切需要开发一种更适合大规模养殖微藻的方法，使微藻在自然状态下，既能快速生长，又能减少有害细菌污染的影响。

自然界中，微藻与细菌之间存在着复杂的生态关系，可能相互促进，也可能相互抑制。已有一些文献公开了微藻与细菌间的共生关系，一方面这些文献仅涉及了一种或几种特定的细菌与微藻的共生关系；另一方面这些文献均是通过微藻和细菌相互利用对方的代谢产物，以达到相互促进生长的目的。迄今为止，还未见有“在微藻养殖过程中，用有益菌群防治有害细菌污染”的相关报道。

工业废气中的氮氧化物(NOx)是主要的大气污染物之一，其不仅会产生光化学烟雾和酸雨，还会导致严重的温室效应，是大气雾霾的主要诱因，因此工业废气的脱硝问题日益受到人们的重视。催化还原法(SCR)与非催化还原法(SNCR)是目前常用的废气脱硝方法，这两种方法均将NOx还原成低价值的氮气，没有达到资源化利用NOx的目的。碱液吸收法的工艺流程和设备相对简单，并且可以将NOx转化成有用的亚硝酸盐和/或硝酸盐，但该方法存在以下的不足：碱液浓度不能太高，一般质量分数控制在不大于6％，否则会在吸收NOx过程中出现结晶，造成吸收塔的堵塞，而在低碱浓度下，必然会增加提取硝盐的能耗。硝酸吸收法是另一类已工业应用的废气脱硝方法，该方法用硝酸水溶液吸收NOx，可以获得更多的硝酸。硝酸吸收法更适合硝酸制造企业，对于其他企业而言，硝酸的存储以及吸收工艺的经济性存在问题。

氮是微藻生长过程中消耗最快、最易缺乏的营养元素之一。大量消耗的氮肥对养殖微藻而言是昂贵的，如果能将养殖微藻与工业废气脱硝结合起来，一方面可以利用NOx为微藻生长提供氮肥，从而降低养殖微藻的成本；另一方面又可以净化废气、减少NOx的排放，产生更大环境效益。已有一些文献公开了“将工业废气直接通入微藻养殖器进行脱硝方法”，然而这些方法均存在以下难以解决的问题：①利用微藻进行工业废气脱硝必须解决限制其商业化的一些问题，比如养殖微藻需要光照和温暖的气候条件，而天气变化必然导致微藻脱硝效率的变化，“直接通入工业废气”将难以匹配废气排放工况与微藻养殖工况，造成两段工艺互相影响，无法满足实际生产的减排要求；②一氧化氮(NO)是NOx的主要成分，而NO在水中的溶解度极低，因此“直接通入工业废气”无法解决NOx中大量NO不溶于水而难以吸收的问题。

通常，光能自养的效率小于30g.m^-2.d^-1,室外大规模培养的效率一般低于10g.m^- ².d^-1，以这样的效率进行工业废气脱硝会占用大量的土地，因此有必要进一步提高微藻的养殖效率。添加有机碳源进行异养培养或光能兼养是加速微藻生长的可行方法，然而在添加有机碳源后，藻液极易遭受有害细菌的污染，导致细菌的生长显著快于微藻的生长，从而导致微藻养殖失败。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种养殖微藻和工业废气脱硝的联合方法。

一种养殖微藻和工业废气脱硝的联合方法，包括以下步骤：

(1)养殖微藻的步骤；该步骤中，向藻液中加入EM菌，并且依靠微藻代谢使该步骤结束时的藻液呈碱性；

(2)从步骤(1)收获的藻液中分离出微藻以得到微藻和碱性残液的步骤；

和

(3)下述的步骤(A)、步骤(B)之一或二者的组合；

(A)用步骤(2)得到的碱性残液吸收工业废气中的NOx，用吸收NOx后的溶液为步骤(1)的养殖微藻过程提供氮源的步骤；

(B)将工业废气中的NOx转化为硝酸和/或亚硝酸，将步骤(2)得到的碱性残液与所述硝酸和/或亚硝酸混合，用该混合溶液为步骤(1)的微藻养殖过程提供氮源的步骤。

根据本发明，步骤(1)的养殖方式可以是光能自养(光能自养是指，在光照下仅利用无机碳源比如CO₂生长)、异养培养(异养培养是指仅利用有机碳源生长)或光能兼养(光能兼养是指，在光照下同时利用无机碳源比如CO₂和有机碳源生长)。

微藻生长需要必要的条件，比如适宜的温度，充足的光照(光能自养或光能兼养)，足够的水、CO₂以及氮肥、磷肥等营养物质，调控藻液中的溶解氧、pH值在合适的范围内等。尽管对于不同的微藻，这些条件不尽相同，但这些都是本领域已知的。

一般而言，培养温度为15～40℃，较佳的温度为25～35℃；藻液pH值为6～11，较佳的藻液pH值为7～9，光强为1000～200000勒克斯，较佳的光强为5000～150000勒克斯。

本发明对微藻的种类没有限制。根据本发明，步骤(1)中，优选养殖那些适于产油的微藻，这样既可以获得生物能源，又可以减排废气污染物。

尽管异养培养或光能兼养会因使用有机碳源而增加部分养殖成本，但其养殖效率也大为提高，使后续加工过程得以简化，因此如果能够避免无菌养殖，就能够避免消耗大量蒸汽对系统进行严格灭菌处理，从而大幅降低养殖成本。根据本发明，特别优选那些能异养培养或光能兼养的微藻，比如小球藻、栅藻、螺旋藻或单针藻。令人惊讶的是，以异养培养或光能兼养方式培养这些微藻时，只要加入一定数量的EM菌，不进行消毒灭菌，养殖也会顺利进行，微藻的生长速率大大加快，即使水源含有大量有害细菌和/或敞开养殖，结果也是如此；而不加入EM菌时，异养培养或光能兼养通常会失败。

根据本发明，所述的异养培养或光能兼养中，不进行灭菌操作。

根据本发明，步骤(1)中，进行异养培养或光能兼养时，可用的有机碳源包括但不限于糖、有机酸、有机酸盐、醇、纤维素水解物和淀粉水解物中的至少一种；比如可选自葡萄糖、果糖、乙酸、乙酸钠、乳酸、乙醇、甲醇、纤维素水解物和纤维素水解物中的至少一种，较佳的选择是葡萄糖。

根据微藻生物量的增长情况以及培养液中营养物质的消耗情况，需要及时补充不足的营养物质。根据本发明，任何补加营养物质的方式都是可用的，比如分段补加或连续补加，只要能将营养物质的量控制在合适的范围内即可。

根据本发明，步骤(1)中，进行异养培养或光能兼养时，一般将有机碳源的浓度控制在1g/L藻液～30g/L藻液，优选控制在2g/L藻液～10g/L藻液。有机碳源可以一次性加入，也可以分多次加入步骤(1)中。

根据本发明，步骤(1)中，优选依靠微藻代谢使养殖结束时藻液的pH值>8，更优选依靠微藻代谢使养殖结束时藻液的pH值为9～11。

所述的EM菌(Effective Microorganisms)属于现有技术，其主要由属于光合菌群、乳酸菌群、酵母菌群、革兰氏阳性放线菌群、发酵系的丝状菌群的几十种微生物组成，是一种市售的活菌制剂。所述的EM菌既可根据已有知识自行配制，也可以通过商购获得，使用前需根据已有知识或商购制剂的说明进行发酵。

根据本发明，发现EM菌具有两种功能，一是能促进微藻的生长；二是能抑制对微藻有害的细菌繁殖。应该理解到，本发明的目的是获得微藻生物质，因此EM菌的用量应满足加速微藻生长的需要，既不能因用量过少而不起作用，又不能因用量过大而与微藻竞争消耗过多的营养物质。任何EM菌的加入方式(比如一次性加入或分多次加入)及任何的EM菌用量都是可用的，只要能满足加速微藻生长的需要。

根据本发明，步骤(1)中，EM菌的加入量优选为1×10⁶个/L藻液～9×10⁸个/L藻液；更优选为1×10⁷个/L藻液～5×10⁸个/L藻液。

本发明人通过大量试验发现，对于光能自养或光能兼养的养殖方式，当微藻代谢碱金属硝酸盐、碱金属亚硝酸盐、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐、碱金属磷酸盐、碱金属磷酸氢盐之一或其任意组合时，如果在微藻的养殖过程中不向藻液中通入CO₂或者不加入pH调节剂，则藻液的pH值会上升，特别当微藻代谢碱金属硝酸盐、碱金属亚硝酸盐或其组合时，藻液pH值呈现较快的上升趋势。一般养殖微藻的pH值为6～11，当培养液含有上述营养物质时，为了避免培养液的pH值超出微藻生长所允许的范围，本发明优选至少用含CO₂的气体为微藻的养殖过程提供部分碳源，通过控制含CO₂的气体的通入量，可以方便地将藻液的pH值控制在合适的范围内。如上所述，对于光能自养或光能兼养的养殖方式，当微藻的培养液中含有碱金属硝酸盐、碱金属亚硝酸盐、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐、碱金属磷酸盐、碱金属磷酸氢盐之一或其任意组合时，如果在微藻的养殖过程中，不提供或少提供CO₂(或pH调节剂)，则藻液的pH值呈现上升的趋势。利用这一现象，可以在养殖微藻后期，不提供或少提供CO₂(或pH调节剂)，依靠微藻代谢这些碱金属营养盐使养殖结束时的藻液呈碱性，这样就可以利用分离出微藻的碱性残液吸收废气中的NOx或者中和固定NOx后的酸液，并随后用其为养殖微藻提供必需的氮源。

根据本发明，应该理解到，对于异养培养的养殖方式，只要在养殖微藻后期提供光照，就能够采用与上述养殖方式后期所采用的相同的手段，使养殖结束时的藻液呈碱性。

根据本发明，前述的各种碱金属营养盐优选为钠和/或钾的碱金属营养盐。

令人预料不到的是，与配制的碱液相比，分离出微藻后的碱性养藻残液对工业废气中的NOx具有更高的吸收效率。利用碱性养藻残液吸收工业废气中的NOx或者中和固定NOx后的酸液，可以得到含有NO₃ ^-和/或NO₂ ^-的溶液，该溶液可以直接为下一批微藻养殖提供氮源，该氮源被微藻代谢后，会再次使藻液呈碱性，通过这样一种模式可以在微藻养殖培养液与工业废气脱硝过程的吸收液或中和液之间实现封闭的循环，从而将“微藻养殖”与“工业废气脱硝”有机地联系起来，不仅可以利用微藻将氮污染物高效率地转化成有用的生物质，而且使“微藻养殖”与“废气脱硝”成为两个相对独立的过程，避免了二者的相互影响。

碱液吸收法是一种成熟的废气脱硝工艺，关于利用碱性水溶液吸收废气NOx的研究也很多，本发明可以采用这些已有方法中的任何一种。已知地，为了使NO吸收完全，可在碱液吸收塔前增设氧化塔，利用废气中的余氧或添加臭氧将NO氧化为NO₂，为碱液吸收法提供最适宜的氧化度(NO₂/NO摩尔比)。适于不同情况的催化氧化催化剂都是本领域已知的，比如用活性炭、活性碳纤维、高硅Na-ZSM-5分子筛或全硅β分子筛为催化剂在常温下将NO氧化成NO₂。

根据本发明，步骤(A)采用碱液吸收法吸收固定NOx，用于吸收固定废气NOx的吸收液采用微藻养殖过程中获得的碱性残液，并且不设置这些现有碱液吸收工艺的提取硝盐步骤，而是将吸收NOx后获得的溶液直接为养殖微藻提供氮源。

根据本发明，步骤(B)可采用任何已有的方法将工业废气中的NOx转化为硝酸和/或亚硝酸，比如硝酸吸收法或用硝化菌固定NOx的方法。

有些微藻不能够代谢NO₂ ^-，当养殖这些微藻时，需要选择适当的固定NOx的方法，以使NOx大部分或全部转化为NO₃ ^-。根据本发明，已知的方法都是可用的，比如以较高浓度硝酸为吸收剂的氧化吸收法或者用硝化菌固定NOx的方法。

根据本发明，优选养殖那些能同时代谢NO₃ ^-和NO₂ ^-的微藻，比如本发明筛选出的小球藻、单针藻、栅藻或螺旋藻，此时不存在转化NO₂ ^-的问题。

根据本发明，步骤(B)中，优选将工业废气中的NOx转化为硝酸和可选的亚硝酸。

根据本发明，优选能够耐受高碱环境的微藻，养殖这些微藻可以进一步提高碱性残液的pH值，进而提高与硝酸和/或亚硝酸反应或者吸收NOx的效率。发明人经过大量试验，筛选出以下能够耐高碱环境的微藻，比如小球藻、单针藻、栅藻或螺旋藻，这些微藻能够在pH为9～11的环境下健康生长。

根据本发明，优选那些在不通入CO₂时能够依靠自身代谢迅速提高藻液pH值的微藻，养殖这些微藻可以进一步提高养殖微藻过程的效率。发明人经过大量试验，筛选出以下能够迅速提高藻液pH值的微藻，如小球藻、单针藻、栅藻或者螺旋藻，上述微藻能够在1～24小时内将藻液的pH值提高到9～11，使藻液满足高效与硝酸和/或亚硝酸反应或者吸收固定NOx的要求。

优选的情况下，步骤(3)中所述的为微藻提供氮源的溶液中，以氮原子计，含氮化合物的量为0.1～400mmol/L，优选为10～300mmol/L，更进一步优选为20～200mmol/L。

工业废气中除了含有NOx外，可能还含有其他污染物比如SOx，本领域技术人员通过简单的试验(比如通过测定NOx吸收率或者测定微藻生长速率的变化程度)，就能够确认废气中是否含有或者过量地含有对本发明的联合方法产生显著影响的污染物。发明人发现，当工业排放的烟气中的SOx含量较高时，会降低碱性养藻残液对NOx的吸收效率。根据需要，本领域技术人员也可以通过常规已知的技术手段，将废气中的SOx降低至不显著影响本发明的联合方法实施的水平。一般工业排放的烟气，尤其是燃煤烟气中含有大量SOx，因此对于这些工业废气，需要在本发明的废气脱硝前，将其含有的SOx去除。

根据本发明，所述的工业废气优选为不含有SOx或经过脱硫处理(脱除废气中的SOx)的工业废气。

应该理解到，本发明中的“微藻养殖”与“工业废气脱硝”是两个相对独立的过程，所述含CO₂气体的主要功能是为微藻生长提供碳源，其基本不含有SOx和NOx。所述含CO₂的气体可以为经过净化处理(脱除废气中的SOx和NOx)的工业废气，或者为不含有SOx和NOx的工业废气。

本发明取得了如下的技术效果。

根据本发明，不论是光能自养，还是异养培养或光能兼养，在藻液中加入EM菌，均能够有效地抑制有害细菌的繁殖，大幅度提高微藻的生长速率。这一特点使本发明更适合大规模养殖微藻，特别是在异养培养或光能兼养时，由于不需要进行消毒灭菌，因此使本发明具有更大的优势。

根据本发明，在藻液中加入EM菌后，微藻以极高的效率消耗无机氮源，使本发明十分适合于工业废气脱硝。

根据本发明，养藻所产生的碱性养藻残液对工业废气中的NOx吸收效率更高。

根据本发明，微藻养殖与工业废气脱硝是两个相对独立的过程，避免了因废气排放与微藻养殖工况不同而造成的相互影响，避免了大量NO不溶于水而难以吸收的问题，这两个过程依靠采收微藻的碱性残液联系起来，不需要额外的碱性吸收液或碱性中和液就能利用工业废气中的NOx为微藻提供氮源，这使得本发明的方法养殖成本更低。

根据本发明，特定的微藻，比如小球藻、栅藻、单针藻或螺旋藻，它们可以同时代谢NO^3-和NO^2-，可以耐受高氮浓度的环境，还能靠自身的代谢在养殖后期迅速提高藻液的pH值，养殖这些微藻可以进一步提高转化NOx的效率。

根据本发明，简化了工业废气脱硝的工艺步骤，提高了其工艺过程的经济性，比如，对于碱液吸收法，不需要额外的碱性吸收液和硝盐提取步骤；对于将NOx固定为酸的方法，不需要大型的储酸容器，同时不需要额外的碱性中和液即可将硝酸/亚硝酸转化成更高价值的硝盐，为养殖微藻所用。

本发明构筑了一种减排工业废气污染物与生产微藻生物质的循环经济模式。利用工业排放的废气中的NO_x来作为培养液中的氮源，在减排污染物的同时，获得了有价值的微藻生物质。在这样一个循环经济的模式中，治理工业废气的部分成本用于培养微藻，工厂减少了废气、废水排放和对环境的污染，形成了封闭的循环，出口只有微藻生物质。

除非另有定义，本说明书所用的所有技术和科学术语都具有本领域技术人员常规理解的含义。在有冲突的情况下，以本说明书的定义为准。

在本说明书的上下文中，除了明确说明的内容之外，未提到的任何事宜或事项均直接适用本领域已知的那些而无需进行任何改变。而且，本文描述的任何实施方式均可以与本文描述的一种或多种其他实施方式自由结合，由此形成的技术方案或技术思想均视为本发明原始公开或原始记载的一部分，而不应被视为是本文未曾披露或预期过的新内容，除非本领域技术人员认为该结合明显不合理。

本发明所公开的所有特征可以任意组合，这些组合应被理解为本发明所公开的内容，除非本领域技术人员认为该组合明显不合理。本说明书所公开的数值点，不仅包括具体公开的数值点，还包括各数值范围的端点，这些数值点所任意组合的范围都应被视为本发明已公开的范围，不论本文中是否一一公开了这些数值对。

附图说明

图1为光能自养的微藻生长曲线。

图2为光能兼养的微藻生长曲线。

图3为以硝盐为氮源的微藻生长曲线。

图4、图5为添加大量有机碳源的微藻生长曲线。

图6为NOx吸收工艺的示意图。

图7、图8为以NOx固定液为氮源的微藻生长曲线。

图9为无光异养的条件下，添加EM菌的微藻生长曲线。

图10为NOx吸收率随时间的变化曲线。

具体实施方式

下面通过实施例详细说明本发明。

藻液光密度值(OD₆₈₀值)测定：光密度值用分光光度计测定，以蒸馏水作对照，测定藻液在波长680nm处的吸光值，作为微藻浓度的指标。

溶液氮含量的测定：采用ICS3000型离子色谱仪(美国Dionex公司)测定水溶液中的NO₃ ^－含量或者NO₂ ^-含量，仪器配有EG40淋洗液自动发生器、电导检测器和变色龙色谱工作站；IonPac AS11-HC型分离柱(250mm×4mm i.d.)；IonPac AG11型保护柱(50mm×4mmi.d.)；ASRS-ULTRA阴离子自身抑制器。淋洗液：KOH溶液；流速为1mL/min；淋洗液浓度：30mmol/L；进样量为60μL；柱温为30℃；抑制电流100mA；外标法峰面积定量。

细菌计数：按以下步骤进行细菌计数

1.样品洗涤：吸取1ml样品，用1×PBS洗涤2-3次；2.初步分离：根据藻类和细菌离心力的不同，首先用1000rpm离心2min，初步分离藻类(细菌在上清液中，藻类呈沉淀)；如果藻类含量较高时，再次重复；3.收集上清，此时上清中的藻类数量可忽略不计，8000rpm离心5min，弃上清；4.用500ul细菌破膜剂重悬沉淀，室温反应15min；5.8000rpm离心5min，用1×PBS洗涤2次菌液；6.加入100ul 1×PBS重悬菌体，加入5ul PI染液母液，室温反应30min；7.荧光显微镜下观察细菌并计数，4个大方格内细菌数量最高为1000个，大于1000个时，稀释菌液一定倍数重新计数；8.计算公式：

所测溶液中细菌密度＝计数结果/4×稀释倍数×4×10⁴个/ml

主要试剂耗材：

所用试剂耗材	生产厂家
		PI Viability Staining Solution	四正柏Cat No.FXP002
破膜剂	锐尔康Cat No.REK3004
		磷酸缓冲液(10×PBS，pH7.4，细胞培养级，无菌)	锐尔康Cat No.REK3013
细胞爬片	NEST

主要仪器：

所用仪器	生产厂家
		计数板	上海精密仪器
荧光显微镜	Olympus BX-51

微藻的培养基：培养基成分见表1～表4。

表1 培养基BG11

组分	组成，mg/L
		K₂HPO₄·3H₂O	40
NaNO₃	1500
		Na₂CO₃	20
MgSO₄·7H₂O	75
		CaCl₂·2H₂O	36

柠檬酸	6
		柠檬酸铁铵	6
EDTA二钠	1
		微量元素A5	1

表2 微量元素A5

组分	组成，mg/L
		H₃BO₃	2860
MnCl₂·4H₂O	1810
		ZnSO₄·7H₂O	222
CuSO₄·5H₂O	79
		NaMoO₄·5H₂O	390
Co(NO₃)₂·6H₂O	50

表3 异养培养基

表4 微量元素

组分	组成，g/L
		H₃BO₃	2.86
MnCl₂·4H₂O	0.11
		ZnSO₄·7H₂O	9.22
CuSO₄·5H₂O	1.00
		(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O	0.10
Co(NO₃)₂·6H₂O	0.90

EM菌：实施例中所用的益生菌为康源绿洲生物科技有限公司生产的如金益生菌，使用前按其说明进行激活处理，PH<4。

实施例1

本实施例用于说明“添加EM菌对微藻光能自养的影响”。

采用BG11培养基(按表1添加营养成分，培养液不进行灭菌处理)培养小球藻(来自中国石化微藻藻种库，编号Chlorella sp.RIPP-1)，控制温度为20～30℃之间，通入压缩空气与CO₂培养，当藻液PH>10时通入CO₂，当藻液PH<7.5时停止通入CO₂。培养过程中采用自然日光培养，白天光照强度最高可达60000勒克斯，每天检测藻液的OD₆₈₀值，连续培养14天后收获，培养结束前1天停止通入含CO₂的混合气，结束养殖后，通过离心分离得到藻泥与养藻残液。微藻的生长曲线见图1，图1中的两个试验区别仅在于：其中一个试验不添加EM菌，其中另一个试验按3.6×10⁶个/L藻液的添加量添加EM菌。对于添加EM菌的试验，养殖过程中监测藻液的细菌计数<6.7×10⁶个/mL藻液，测得养殖结束时藻液pH自然升高到9.8。从图1中可见，在光能自养条件下，添加EM菌促进了微藻的生长。

实施例2～5用于说明“光能兼养中，EM菌添加量对微藻培养的影响”。

实施例2

采用BG11培养基(按表1添加营养成分，培养液不进行灭菌处理)培养小球藻(来自中国石化微藻藻种库，编号Chlorella sp.RIPP-1)，培养过程加入2g/L的葡萄糖，控制温度为20～30℃之间，通入压缩空气与CO₂培养，当藻液PH>10时通入CO₂，当藻液PH<7.5时停止通入CO₂。培养过程中采用自然日光培养，白天光照强度最高可达60000勒克斯，每天检测藻液的OD₆₈₀值，微藻的生长曲线见图2。其中EM添加量为3.6×10⁶个/L藻液，养殖过程中监测藻液的细菌计数<8×10⁶个/mL藻液，连续培养14天后收获，培养结束前1天停止通入CO₂烟气，并使藻液pH自然升高到9.4，然后结束养殖，离心分离得到藻泥与养藻残液。

实施例3

本实施例与实施例2的区别仅在于：EM添加量为1.8×10⁷个/L藻液。养殖过程中监测藻液的细菌计数<1×10⁷个/mL藻液，测得培养结束时藻液的pH自然升高到9.3。微藻的生长曲线见图2。

实施例4

本实施例与实施例2的区别仅在于：EM添加量为3.6×10⁷个/L藻液。养殖过程中监测藻液的细菌计数<2×10⁷个/mL藻液，测得培养结束时藻液的pH自然升高到8.9。微藻的生长曲线见图2。

实施例5

本实施例与实施例2的区别仅在于：EM添加量为7.2×10⁷个/L藻液。养殖过程中监测藻液的细菌计数<5.8×10⁷个/mL藻液，测得培养结束时藻液的pH自然升高到8.7。微藻的生长曲线见图2。

对比例1

本对比例与实施例2的区别仅在于：不添加EM菌。养殖过程中监测藻液的细菌计数最高达到了1.2×10⁸个/mL藻液，测得培养结束时藻液的pH自然升高到7.9。微藻的生长曲线见图2。

从图2中可见，在光能兼养条件下，添加EM菌促进了微藻的生长。

实施例6～8用于说明“微藻对硝酸盐和亚硝酸盐的代谢”。

实施例6

采用BG11培养基(按表1添加营养成分，培养液不进行灭菌处理)培养小球藻(来自中国石化微藻藻种库，编号Chlorella sp.RIPP-1)，控制温度为20～30℃之间，通入压缩空气与CO₂培养，当藻液PH>10时通入CO₂，当藻液PH<7.5时停止通入CO₂。培养过程中采用自然日光培养，白天光照强度最高可达60000勒克斯，每天检测藻液的OD₆₈₀值，连续培养14天。微藻的生长曲线见图3。

实施例7

本实施例与实施例6的区别仅在于：将培养基中1.5g/L的硝酸钠替换成1.35g亚硝酸钠与0.15g硝酸钠。微藻的生长曲线见图3。

实施例8

本实施例与实施例7的区别仅在于：培养微藻为单针藻(来自中国石化微藻藻种库，编号Monoraphidium dybowskii.RIPP-50)。微藻的生长曲线见图3。

从图3可见，采用所选育的微藻藻种，可以同时利用硝酸盐和亚硝酸盐较好地生长。

实施例9～16用于说明“在大量添加有机碳源的情况下，EM菌对微藻代谢无机氮源的影响”。

实施例9

首先采用BG11培养基(按表1添加营养成分，培养液不进行灭菌处理)培养小球藻(来自中国石化微藻藻种库，编号Chlorella sp.RIPP-1)；当OD₆₈₀值为4时，按表3规定量补加一次异养培养基营养成分。控制温度为20～30℃之间，通入压缩空气与CO₂培养，当藻液PH>10时通入CO₂，当藻液PH<7.5时停止通入CO₂。培养过程中采用自然日光培养，白天光照强度最高可达60000勒克斯，添加2g/L的葡萄糖，并按2.9×10⁷个/L藻液的量添加EM菌，每天检测藻液的OD₆₈₀值；培养1天后再次加入10g/L的葡萄糖，并按3.6×10⁷个/L藻液补加EM菌；培养至第5天时再次补加葡萄糖10g/L，养殖过程中监测藻液的细菌计数最高为9.7×10⁶个/mL藻液，连续培养8天后收获，最后一次加入葡萄糖后停止通入CO₂，结束养殖时藻液PH值为8.6，离心分离得到藻泥与养藻残液。分析养藻残液中的NO₃ ^－与NO₂ ^－的总含量<10μg/g。微藻的生长曲线见图4。

实施例10

本实施例与实施例9的区别仅在于：培养微藻为单针藻(来自中国石化微藻藻种库，编号Monoraphidium dybowskii.RIPP-50)。养殖过程中监测藻液的细菌计数最高达到了4.6×10⁷个/mL藻液，测得培养结束时藻液的pH自然升高到8.2，分析养藻残液中的NO₃ ^－与NO₂ ^－的总含量<200μg/g。微藻的生长曲线见图4。

实施例11

本实施例与实施例9的区别仅在于以下方面：第一次的EM菌添加量为7.9×10⁷个/L藻液，不添加第二次的EM菌；并且第二次添加的葡萄糖量为30g/L，不添加第三次葡萄糖。养殖过程中监测藻液的细菌计数最高为2.6×10⁷个/mL藻液，测得培养结束时藻液的pH自然升高到8.2，分析养藻残液中的NO₃ ^－与NO₂ ^－的总含量<10μg/g。微藻的生长曲线见图4。

实施例12

本实施例与实施例11的区别仅在于：培养微藻为单针藻(来自中国石化微藻藻种库，编号Monoraphidium dybowskii.RIPP-50)。养殖过程中监测藻液的细菌计数最高达到了5.2×10⁷个/mL藻液，测得培养结束时藻液的pH自然升高到7.8，分析养藻残液中的NO₃ ^－与NO₂ ^－的总含量<200μg/g。微藻的生长曲线见图4。

对比例2

本对比例与实施例9的区别仅在于：不添加EM菌。监测培养过程中藻液细菌计数最高为13.6×10⁸个/mL藻液，测得培养结束时藻液的pH自然升高到7.2。微藻的生长曲线见图4。

从图4中可见，添加EM菌大大促进了微藻的生长并迅速消耗了无机氮源。

实施例13

首先采用BG11培养基(按表1添加营养成分，培养液不进行灭菌处理)培养小球藻；当OD₆₈₀值为4时，按表3规定量补加一次异养培养基营养成分。控制温度为20～30℃之间，通入压缩空气与CO₂培养，当藻液PH>10时通入CO₂，当藻液PH<7.5时停止通入CO₂。培养过程中采用自然日光培养，白天光照强度最高可达60000勒克斯，小球藻接种后首先在光照自养条件下培养2天，然后添加2g/L的葡萄糖，并按1.8×10⁸个/L藻液的量添加EM菌，每天检测藻液的OD₆₈₀值；培养3天后再次加入10g/L的葡萄糖，并按1.8×10⁸个/L藻液补加EM菌；培养2天后再次补加葡萄糖10g/L，养殖过程中监测藻液的细菌计数最高为2.9×10⁷个/mL藻液，连续培养14天后收获，最后一次加入葡萄糖后停止通入CO₂，结束养殖时藻液PH值为9.2，离心分离得到藻泥与养藻残液。分析养藻残液中的NO₃ ^－与NO₂ ^－的总含量<10μg/g。微藻的生长曲线见图5。

实施例14

本实施例与实施例13的区别仅在于以下方面：不添加第二次的EM菌；并且第二次添加的葡萄糖量为30g/L，不添加第三次葡萄糖。养殖过程中监测藻液的细菌计数最高为2.9×10⁷个/mL藻液，测得培养结束时藻液的pH自然升高到9.3，分析养藻残液中的NO₃ ^－与NO₂ ^－的总含量<10μg/g。微藻的生长曲线见图5。

实施例15

本实施例与实施例13的区别仅在于：BG11培养基中NaNO₃替换为KNO₃，并且KNO₃添加量为0.5g/L。养殖过程中监测藻液的细菌计数最高为1.3×10⁷个/mL藻液，测得结束养殖时藻液的PH值为9.4，分析养藻残液中的NO₃ ^－与NO₂ ^－的总含量<10μg/g。微藻的生长曲线见图5。

实施例16

本实施例与实施例14的区别仅在于：BG11培养基中的NaNO₃替换为KNO₃，并且KNO₃添加量为0.5g/L。养殖过程中监测藻液的细菌计数最高为1.7×10⁷个/mL藻液，测得结束养殖时藻液的PH值为9.3，分析养藻残液中的NO₃ ^－与NO₂ ^－的总含量<10μg/g。微藻的生长曲线见图5。

从图5中可见，以硝酸钾或硝酸钠作为氮源，添加EM菌均促进了微藻的生长。

实施例17～18用于说明“利用养藻获得的碱性残液吸收NOx并用吸收NOx后的溶液继续养殖微藻的情况”。

实施例17

采用O₃辅助法吸收NOx。

采用NO₂与NO的混合气模拟实际烟气，以压缩空气为载气，NOx流量为0.3L/min，含O₃的气体来自青岛欣美净化设备有限公司生产的XM-Y型移动臭氧发生器，流量为1L/min，混合空气后使总流量达150L/h，测量入口与出口气体的NOx浓度，以下式计算NOx吸收率；

NOx吸收率＝(1－出口NOx浓度/入口NOx浓度)×100％；

其中入口NOx的总浓度基本稳定在620mg/m³(其中NO含量约为600mg/m³，NO₂含量约为20mg/m³)

流程图见图6，其中吸收塔直径100mm，高700mm，塔底部装有筛孔状气体分布器，其中盛放3L实施例16产生的养藻残液。操作时将NOx混合气体直接通入吸收塔，吸收22h停止操作，将碱塔内的养藻残液取出，测定其中的NO₃ ^－与NO₂ ^－的总含量为5900μg/g。

利用NOx吸收液养殖微藻。

将上述NOx吸收液作为微藻培养液，除氮源外的其他营养物质按BG11培养基提供，养殖小球藻，养殖方法的其余部分同实施例16，养殖过程中监测藻液的细菌计数最高为1.8×10⁷个/mL藻液，连续培养14天后收获，最后一次加入葡萄糖后停止通入CO₂，结束养殖时藻液PH值为9.1，离心分离得到藻泥与养藻残液。分析养藻残液中的NO₃ ^－与NO₂ ^－的总含量<10μg/g，从图7中可见，采用NOx吸收液为养殖营养液，添加EM菌后可促进了微藻的生长，再一次将藻液中的NO₃ ^－和NO₂ ^－吸收掉，并恢复到碱性，从而可以进一步作为废气脱硝的碱性吸收液。

实施例18

按实施例17的方法吸收NOx，不同之处仅在于：吸收塔中盛放实施例10得到的3L养藻残液。吸收22h后，将碱塔内的养藻残液取出，测定其中的NO₃ ^－与NO₂ ^－的总含量为5800μg/g。

利用NOx吸收液养殖微藻。

将上述NOx吸收液作为微藻培养液，除氮源外的其他营养物质按BG11培养基提供，养殖单针藻，养殖方法的其余部分同实施例10，养殖过程中监测藻液的细菌计数最高为9.2×10⁶个/mL藻液，连续培养8天后收获，最后一次加入葡萄糖后停止通入CO₂烟气，结束养殖时藻液PH值为8.7，离心分离得到藻泥与养藻残液。分析养藻残液中的NO₃ ^－与NO₂ ^－的总含量<200μg/g，从图8中可见，采用NOx吸收液为养殖营养液，添加EM菌后可促进了微藻的生长，再一次将藻液中的NO₃ ^－和NO₂ ^－吸收掉，并恢复到碱性，从而可以进一步作为脱硝的碱性吸收液。

实施例19用于说明“EM菌对微藻无光异养的影响”。

实施例19

本实施例与实施例9的区别仅在于：在无光条件下培养。测得结束养殖时藻液的pH值为7.7。微藻的生长曲线见图9。

对比例3

本对比例用于说明“EM菌对NOx的吸收同化情况”。

本对比例与实施例9的区别仅在于以下方面：单纯培养EM菌；培养前对培养液进行灭菌处理；培养基仍采用BG11(表1)，但NO₃ ^-的初始浓度为6900ug/g；培养14天。分析培养结束时的NO₃ ^-和NO₂ ^-总含量为5600ug/g。可见，EM菌在生长过程中对无机氮源的消耗速率远低于微藻。

实施例20

本实施例用于说明用碱性养藻残液吸收NOx。

取实施例14的碱性养藻残液3L；分析该碱性养藻残液中的钾、钠离子浓度，配制与其具有相同钾离子浓度和钠离子浓度的水溶液3L，配对阴离子为HCO₃ ^-和CO₃ ^2-，所配制的水溶液pH值为9.27，与实施例14的碱性养藻残液的pH值基本相同。分别以上述的碱性养藻残液和配制的水溶液为吸收液，采用实施例17的方法吸收NOx，对NOx的吸收效率曲线见图10。

由图10可见，养藻残液对NOx的吸收率明显高于配制的碱液。

Claims

1.一种养殖微藻和工业废气脱硝的联合方法，包括以下步骤：

(1)养殖微藻的步骤；该步骤中，向藻液中加入EM菌，并且依靠微藻代谢使该步骤结束时的藻液呈碱性；养殖方式为光能自养、异养培养或光能兼养；养殖方式为光能自养或光能兼养时，用含CO₂的气体作为无机碳源；

和

(3)下述的步骤(A)、步骤(B)之一或二者的组合；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，依靠微藻代谢使养殖结束时藻液的pH值为9～11。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，养殖方式为异养培养或光能兼养。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所使用的有机碳源选自葡萄糖、果糖、乙酸、乙酸钠、乳酸、乙醇、甲醇和纤维素水解物中的至少一种。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所用的有机碳源的浓度控制在1g/L藻液～30g/L藻液。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，EM菌的加入量为1×10⁶个/L藻液～9×10⁸个/L藻液。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，EM菌的加入量为1×10⁷个/L藻液～5×10⁸个/L藻液。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，培养温度为15～40℃，藻液pH值为6～11。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，养殖方式为光能自养或光能兼养，光强为1000～200000勒克斯。

10.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述含CO₂的气体为经过净化处理的工业废气，或者为不含有SOx和NOx的工业废气。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的微藻为小球藻、栅藻、单针藻或螺旋藻。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的为微藻提供氮源的溶液中，以氮原子计，含氮化合物的量为20～200mmol/L。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的工业废气为不含有SOx的工业废气或经过脱硫处理的工业废气。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用光能自养或光能兼养的养殖方式，在养殖微藻后期，不提供或少提供CO₂或pH调节剂，依靠微藻代谢碱金属营养盐使养殖结束时的藻液呈碱性；或

采用异养培养的养殖方式，在养殖微藻后期提供光照，不提供或少提供CO₂或pH调节剂，依靠微藻代谢碱金属营养盐使养殖结束时的藻液呈碱性；

所述的碱金属营养盐为碱金属硝酸盐、碱金属亚硝酸盐、碱金属磷酸盐、碱金属磷酸氢盐之一或其任意组合。