CN105733950A - 一种收集养殖于猪场废水中小球藻的方法 - Google Patents

一种收集养殖于猪场废水中小球藻的方法 Download PDF

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张波
石皓文
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Abstract

本发明公开了一种收集养殖于猪场废水中小球藻的方法，属于微生物培养与收集领域。本发明的保藏编号为CGMCC NO.9225的小球藻34-2能利用猪场废水生长并产生生物油脂，其培养与猪场废水中后，通过调节pH值和添加三氯化铁，能够使废水中生长的小球藻细胞絮凝，可有效收集小球藻。本发明的收集小球藻的方法操作简单、成本低廉，克服了絮凝技术只能用于收集培养基中小球藻的制约，极大地降低了收集成本，提高了收集效率，具有良好的经济效益。

Description

一种收集养殖于猪场废水中小球藻的方法
技术领域
本发明属于微生物培养与收集领域，具体地说，涉及一种收集养殖于猪场废水中的能产生油脂的小球藻的方法。
背景技术
能源是人类社会生存和发展的重要物质基础，但随着工业和经济的快速发展，能源短缺问题日益严重。世界各国积极而广泛地开展包括生物质能源在内的可再生能源的研究。微藻是生产生物柴油的良好原料，它具有环境适应能力强、光合作用效率高、生长周期短、生物产量高、产油率高等特点。
微藻制油的关键问题是成本问题，过高的生产成本使得藻类生产生物柴油与化石燃料相比仍处于劣势，而高成本的原因包含以下重要两点：第一，大量营养的投加，尤其是N源与P源。而养猪废水富含N,P，以及较高的COD(化学需氧量)，利用稀释的养猪废水进行微藻的培养，一方面可以利用微藻的自养或异样生长积累生物量，另一方面，随着微藻的生长，污水中的N,P被同化吸收，达到了净化污水的效果。因此养殖废水培养微藻的研究已经成为微藻领域中的热点之一。第二，由于微藻细胞很小(2-20微米)，培养密度较低(0.5-5g/L)，培养体系中含大量水分，所以从培养液中收集藻细胞需要脱去相当数量体积的水分，其过程费时，耗能，据估算，微藻采收成本可能占整个微藻生物柴油生产成本的20％～30％，制约着微藻制油的产业化进程。
目前应用最多的微藻采收技术包括离心法、过滤法(包括膜滤)、气浮法、等离心法是快速、可靠的分离采收方法.但由于其极高的能耗和投资运行成本,在目前技术条件下并不具备大规模工程应用的潜力；过滤法仅在分离丝状藻时能耗和成本较低；气浮法仅适用于采收单细胞藻类,在污水混合培养的条件下不能普遍适用；此外,由于要产生大量的微小气泡,其投资和运行成本/能耗亦很高,甚至可能高过离心法。
最近，利用絮凝来收集微藻的成为研究热点，絮凝可以使藻细胞高度浓缩，形成较大的聚集体在重力的作用下从培养液中沉降下来。但目前，利用絮凝技术主要是来收集在培养基(BG11)的微藻，BG11培养基生产微藻成本较高，不利于大批量应用于实际生产，因此迫切需要一种低成本的收集微藻的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种收集养殖于猪场废水中小球藻的方法。
本发明首先提供一种能够生长于猪场废水中的且能够产生油脂的小球藻34-2，其保藏编号为CGMCCNO.9225。发明人经过大量研究发现，该小球藻在猪场废水培养后，在培养的小球藻液中通过调节pH值和添加FeCl3，使小球藻细胞絮凝，可有效进行小球藻的收集。
本发明提供一种收集养殖于猪场废水中小球藻的方法，是通过在藻液中添加FeCl3来实现的。
本发明的小球藻(Chlorellasp.)已于2014年5月15日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称CGMCC，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮编100101)，分类命名为小球藻(Chlorellasp.)，保藏号为CGMCCNo.9225。
优选地，本发明方法中，添加的FeCl3使其在藻液中终浓度为200-1000mg/L。
更优选地，添加FeCl3使其在藻液中终浓度为400-800mg/L。
最优选地，添加FeCl3使其在藻液中终浓度为500mg/L。
本发明方法还包括在收集前调节藻液的pH值为5-12。
优选地，在收集前调节藻液的pH值为6或pH值为11。
本发明方法中，用于养殖小球藻的猪场废水为养猪产生的废水经过沉淀和纱布过滤后，稀释3-6倍后得到的废水。优选地，为稀释5倍后得到的废水。稀释液选自自来水。稀释的目的是为了小球藻能够充分接受光照进行光合作用。
本发明方法所述的藻液是将小球藻养殖于猪场废水中培养得到的藻液，小球藻接种于猪场废水的接种量为150-160mg/L(生物量浓度)培养方法为25-30℃振荡培养7-10天，一天中光照时间为13.5-14.5。优选地，一天中光照时间为14小时，黑暗时间为10小时。
优选地，27℃振荡(100r/min)培养7天。
本发明还提供了FeCl3在絮凝培养于养猪场废水中小球藻的应用。
按照本发明的上述方法将猪场废水中养殖的小球藻絮凝后，可通过简单离心方法收集小球藻。相比现有技术中养殖小球藻后，不经过絮凝步骤而是直接用离心方法收集小球藻，本发明方法极大地节省了用电成本，节约了能源，提高了收集效率。本发明提供的小球藻的收集方法可以有效收集猪场废水中生长的小球藻，继而收集小球藻油脂，该油脂加工后可用于制备生物柴油。因此本发明的收集方法在制备生物柴油中的应用也属于本发明的保护范围。
本发明提供的小球藻(Chlorellasp.)34-2，具有抗污能力强，可以在不灭菌的养猪废水中利用其碳、氮、磷等元素为营养物质迅速生长，沉降性好。该小球藻还具有很强的除氮和磷的能力，最重要的是能将污水中的碳源污染物转化成生物油脂，油脂含量达30％。本发明的收集小球藻的方法操作简单、成本低廉，克服了絮凝技术只能用于收集培养基中小球藻的制约，极大地降低了收集成本，提高了收集效率，进而降低了小球藻生产生物柴油的生产成本，将本发明方法应用于生产实际将会取得良好的经济效益。
附图说明
图1为当藻液pH值为6时，加入絮凝剂FeCl3的用量与小球藻絮凝率关系图。当FeCl3浓度在0-400mg/L范围内时，小球藻絮凝效率随着FeCl3浓度的增加而增加；当FeCl3浓度为500mg/L时，絮凝效率达到最大值，当FeCl3浓度超过500mg/L时，絮凝效率不再增加，说明500mg/LFeCl3是最佳絮凝浓度。
图2为絮凝猪场废水中的小球藻的pH值与絮凝率关系图。藻液中加入絮凝剂FeCl3浓度为500mg/L时，当pH值为6或11时，絮凝效率达到最高；而其它pH值(如：pH7、pH8)时，絮凝效率降低。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
实施例1小球藻34-2在猪场废水中的培养
1、小球藻(Chlorellasp.)34-2在显微镜下进行观察，该藻株呈球状或卵形，直径4-8um之间，每个细胞内有一个杯状色素体，具有1个细胞核，细胞壁较薄。该小球藻株(Chlorellasp.)34-2已于2014年5月15日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称CGMCC，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮编100101)，保藏号为CGMCCNo.9225，分类命名为小球藻(Chlorellasp.)。
2、养猪废水取自昌平区宏运养殖场，废水稀释前经过沉淀，纱布过滤。养猪废水中总氮、氨氮、总磷、COD值及pH值见表1。
表1猪场废水中的氮、磷、COD含量及pH值
3、将猪场废水按每瓶200mL分装至250mL三角瓶中，将小球藻接种在养猪场废水中，接种量为150mgL-1(生物量浓度)，然后培养在光照培养箱中，培养温度为27±2℃,3500lux白炽灯光源(光:暗＝14小时:10小时)，100转/分震荡培养，培养7-10天的藻液。
实施例2小球藻34-2的收集
配置絮凝剂母液，使FeCl3.6H2O母液浓度为20g/L。用1NNaOH或HCl溶液调节实施例1获得的藻液的pH，使藻液的pH分别为4，5，6，7，8，9，10，11及12。然后，将FeCl3.6H2O母液分别加入到上述不同pH值的藻液中，形成含有絮凝剂终浓度分别为0,200，400，500，600，800及1000mg/LFeCl3的63个不同的处理，结果表明在pH为6、藻液中FeCl3终浓度为500mg/L时，小球藻藻的絮凝效率最高，达98％(见图1、图2)，同时，当pH为11、藻液中FeCl3终浓度为500mg/L时，小球藻藻的絮凝效率也达98％，效果与pH为6时的絮凝率相当。且小球藻生物量增加到3克/升(干重)时，絮凝效果仍然很高。
综上所述，本发明经过大量实验反复筛选最佳反应条件与参数后发现，在猪场污水中养殖小球藻后，通过向藻液中添加FeCl3溶液，并调节藻液的pH值，能够使小球藻快速收集、极大地降低了小球藻的收获成本。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种收集养殖于猪场废水中小球藻的方法，其特征在于，在藻液中添加FeCl3。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，小球藻为保藏编号为CGMCCNO.9225的小球藻34-2。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，添加FeCl3使其在藻液中终浓度为200-1000mg/L。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，添加FeCl3使其在藻液中终浓度为400-800mg/L。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，添加FeCl3使其在藻液中终浓度为500mg/L。
6.如权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，还包括在收集前调节藻液的pH值为5-12。
7.如权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，还包括在收集前调节藻液的pH值为6或11。
8.如权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，所述的藻液为将小球藻接种于猪场废水中培养得到的藻液，培养条件为25-30℃振荡培养7-10天，一天中光照时间为13.5-14.5小时。
9.权利要求1-8任一所述的方法在制备生物柴油中的应用。
10.FeCl3在絮凝培养于养猪场废水中小球藻的应用。
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