CN107177506A - 一种利用粗甘油优化污泥脱水液培养小球藻的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用粗甘油优化污泥脱水液培养小球藻的方法，属于环境工程与微藻生物技术领域。本发明利用不同浓度的粗甘油作为小球藻生长的碳源，将粗甘油添加到污泥脱水液中，来提高小球藻的生物量。本发明的优点在于利用生物柴油副产物粗甘油作为碳源添加到污泥脱水液中来培养小球藻，生产生物质能源的同时回收利用污水中的氮磷，降低了污水处理的成本。实现环境效益和经济效益的共赢。同时小球藻吸收利用粗甘油，降低了粗甘油的处理成本，培养过程中未添加其他氮磷以及碳源得到了可观的生物量。

Description

一种利用粗甘油优化污泥脱水液培养小球藻的方法

技术领域

本发明涉及一种利用粗甘油优化污泥脱水液培养小球藻的方法，属于环境工程与微藻生物技术领域。

背景技术

微藻具有光合作用效率高、生长周期短、不需占用农业用地、环境适应能力强等特点。微藻易优化调控提高产量、易粉碎和干燥、且可生产高价值的副产物如蛋白质、色素等。在所有生物柴油原料中，微藻具有较高的油脂生产率，并且在生长积累油脂过程中固定二氧化碳。

随着我国城市化速度加快，城市生活废水的排放量也随之提高。利用微生物处理废水的方法虽然能够将废水中的氮转化为氮气排放，但磷积累于剩余的污泥中，大量剩余污泥处理困难，同时使废水中的氮、磷被浪费。近年来石油资源日益枯竭，人们环保意识也逐渐提高使生物柴油等生物能源受到重视而快速发展。生物柴油具有可再生、易生物降解、无毒、含硫量低等优点，但随着生物柴油的大量生产，其副产物粗甘油的产量也迅速增加。平均每生产10kg生物柴油产生1kg粗甘油，这些粗甘油废液如果不能及时有效地利用和处理，将可能成为新的污染源。

高成本微藻培养是微藻能源化面临的一个主要问题。如果能利用废水培养微藻以获得生产生物柴油的原料，不仅可回收利用生活废水中的氮、磷同时降低微藻生物柴油的生产费用，使其达到其工业化运行的目的。而粗甘油的纯化成本高，处理难。因此，寻求高效率、低成本的微藻培养方法以及低成本的粗甘油处理方法是当前亟需解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明利用不同浓度的粗甘油为小球藻生长的碳源，将粗甘油添加到污泥脱水液中，来提高小球藻的生物量，同时低成本利用粗甘油以及吸收污水中的氮磷营养物质，实现环境效益和经济效益的共赢。

本发明的第一个目的是提供一种利用粗甘油优化污泥脱水液培养微藻的方法，所述方法是添加1～4g/L粗甘油到污泥脱水液中作为培养液进行微藻培养。

在本发明的一种实施方式中，所述污泥脱水液经过灭菌或未灭菌。

在本发明的一种实施方式中，所述粗甘油为生物柴油生产的副产物。

在本发明的一种实施方式中，所述粗甘油是由40～60％甘油、5～10％甲醇与40～50％水组成。

在本发明的一种实施方式中，所述微藻为小球藻、微拟球藻或三角褐指藻。

在本发明的一种实施方式中，所述微藻为小球藻。

在本发明的一种实施方式中，所述方法优选为添加4g/L粗甘油到灭菌的污泥脱水液中作为培养液培养小球藻。

在本发明的一种实施方式中，所述方法优选为添加2g/L粗甘油到未灭菌的污泥脱水液中作为培养液培养小球藻。

本发明的第二个目的是提供上述利用粗甘油优化污泥脱水液培养微藻的方法培养得到的微藻。

本发明的第三个目的是提供一种微藻培养基，所述微藻培养基是添加1～4g/L粗甘油到灭菌或未灭菌的污泥脱水液中得到。

本发明的第四个目的是提供上述利用粗甘油优化污泥脱水液培养微藻的方法在能源、食品、化工、制备方面的应用。

本发明的有益效果

本发明利用污泥脱水液与粗甘油来培养小球藻，生产生物质能源的同时回收利用污水中的氮磷以及吸收利用粗甘油，降低了污水处理的成本及粗甘油的处理成本。

本发明对添加到污水中的粗甘油含量做了优化，使得小球藻在培养过程中未添加其他氮磷以及碳源就得到了可观的生物量。

本发明还对污泥脱水液做了灭菌处理，灭菌处理后的污泥脱水液水质发生改变，使得小球藻对粗甘油利用率提高了一倍，更加有效地提高了粗甘油利用率，降低了粗甘油处理成本。

附图说明

图1为未灭菌污泥脱水液中不同粗甘油浓度下藻生物量变化图；

图2为未灭菌污泥脱水液中不同甘油浓度下氨氮含量变化；

图3为未灭菌污泥脱水液中不同甘油浓度下总氮含量变化。

图4为未灭菌污泥脱水液中不同甘油浓度下总磷含量变化；

图5为灭菌污泥脱水液中不同粗甘油浓度下藻生物量变化图；

图6为灭菌污泥脱水液中不同甘油浓度下氨氮含量变化；

图7为灭菌污泥脱水液中不同甘油浓度下总氮含量变化。

图8为灭菌污泥脱水液中不同甘油浓度下总磷含量变化；

图9为不同甘油浓度下COD含量变化。

具体实施方式

实施例1：污泥脱水液处理

将经过沉降、过滤的污泥脱水液分为两份：一份作为原始水样(不经过任何处理)，另一份水样在121℃条件下，灭菌30min作为灭菌水样用于实验。灭菌前后的水质指标见表1。

表1灭菌前后水质特点

实施例2：未灭菌污泥脱水液中不同粗甘油浓度下小球藻生长情况

将培养至对数期的小球藻液4000r/min离心5分钟，去离子水洗三次后离心，分别取粗甘油浓度为0、1、2、4、6g/L的未灭菌的污泥脱水液600ml重悬藻体(编号0、1、2、4、6)，调节藻密度(OD)为0.3左右，将锥形瓶置于恒温光照培养箱中。培养条件为25℃，光照5000lux，光暗比为12h:12h，不调节各污水水样pH。每日摇晃锥形瓶5次，定时取样。

测定水样中藻密度(OD680nm)，实验结果如图1所示，不同粗甘油浓度下小球藻生物量均随培养时间而不断增大，未灭菌污水中添加量为1g/L与2g/L的实验组的生物量明显高于其他实验组，而添加量为4g/L的粗甘油浓度时微藻生长比较缓慢，最终生物量为0.96g/L，6g/L实验组藻生物量从第五天开始下降。表明添加一定量的粗甘油能够明显提高小球藻的生物量，但浓度较高时会抑制小球藻生长。其中未灭菌污泥脱水液添加2g/L粗甘油条件下小球藻生长最好，生物量达1.5g/L。

实施例3：未灭菌污泥脱水液中不同粗甘油浓度下氮磷消耗情况

实施例2中定时取样的水样样品，测定水样中营养盐(N、P)含量变化，实验结果如图2、图3、图4。如图2所示，氨氮含量随着培养时间不断下降。未灭菌实验组对氨氮去除率分别为64％、98％、99％、95％与91％。粗甘油低浓度实验组的氨氮含量在前两天快速下降，在第三天基本利用完全，去除效果好。

如图3所示，总氮含量随着培养时间不断下降。未添加粗甘油的实验组最终总氮含量比其他实验组的含量高，去除率低，分析是因为未添加甘油的实验组，小球藻生物量比添加甘油实验组低，所以对氮的去除较低。未灭菌实验组对总氮去除率分别为51％、97％、98％、91％与90％。在1、2、4g/L的粗甘油添加量时，总氮在第三天就被利用完了，比6g/L实验组第四天而言下降速率较快。但在未灭菌实验组中，对总氮的消耗除了与小球藻的生长吸收有关外，可能与污水中的自生菌有一定关系。

如图4所示，未灭菌的各粗甘油添加实验组对总磷的去除率分别为80％、76％、43％、42％与36％，去除效率随着粗甘油浓度的增大而逐渐下降。与氮含量变化不同的是，各实验组磷含量在未添加甘油实验组中下降的较快，而添加粗甘油浓度越高的实验组总磷含量下降的越缓慢。分析一方面可能是因为污水中磷的含量足以满足小球藻的生长，所以小球藻对磷的消耗不多，另外可能粗甘油中的其他成分影响对磷的吸收利用。

实施例4：灭菌污泥脱水液中不同粗甘油浓度下小球藻生长情况

将培养至对数期的小球藻液4000r/min离心5分钟，去离子水洗三次后离心，分别取粗甘油浓度为0、1、2、4、6g/L的灭菌的污泥脱水液600ml重悬藻体(编号S0、S1、S2、S4、S6)，调节藻密度(OD)为0.3左右，将锥形瓶置于恒温光照培养箱中。培养条件为25℃，光照5000lux，光暗比为12h:12h，不调节各污水水样pH。每日摇晃锥形瓶5次，定时取样。

测定水样中藻密度(OD680nm)，实验结果如图5所示，不同粗甘油浓度下小球藻生物量均随培养时间而不断增大，灭菌污水实验组中，添加粗甘油组生物量明显高于未添加组，4g/L的粗甘油浓度下小球藻的生物量最高，达1.5g/L。而其他粗甘油浓度实验组藻生物量比较接近，大致为1.3g/L左右。相对于未灭菌的实验组，灭菌的实验组对粗甘油利用量提高了2倍，由2g/L提高到4g/L。

实施例5：灭菌污泥脱水液中不同粗甘油浓度下氮磷消耗情况

实施例4中定时取样的水样样品，测定水样中营养盐(N、P)含量变化，实验结果如图6、图7、图8。如图6所示，氨氮含量随着培养时间不断下降。灭菌实验组中对氨氮的去除效率分别为66％、92％、92％、92％与93％。灭菌实验组中除未添加粗甘油的实验组氨氮含量下降缓慢之外，其他实验组的氨氮含量下降的比较快速，氨氮的含量在第五天基本降为0。。

如图7所示，各实验组的总氮含量随着培养时间不断下降。未添加粗甘油的实验组最终总氮含量比其他实验组的含量较高，去除率较低，分析是因为未添加甘油的实验组的藻生物量比添加甘油实验组低，所以对氮去除较低。灭菌实验组中总氮含量随着培养时间缓慢下降，各组对总氮去除效率分别为74％、94％、94％、94％与93％，除未添加甘油的实验组外其余组对总氮的去除率都很高。灭菌实验组在第五天基本利用完污水中总氮，相对于未灭菌污水的三四天效率略低，可能因为灭菌污水中总氮的下降主要是小球藻的吸收利用，而未灭菌污水中有自生菌的存在，会对总氮的去除有一定的贡献。

如图8所示，灭菌实验组(S)对总磷的去除率为74％、55％、46％、42％与37％。灭菌实验组中总磷含量变化与未灭菌实验组类似。

实施例6：污泥脱水液不同粗甘油浓度下COD含量变化情况

如图9所示为不同粗甘油浓度下各实验组COD的含量变化。污水中的COD随着添加粗甘油的浓度而明显上升，按照COD的范围分为5组。污水中的COD随着培养时间不断下降。相对于未添加粗甘油组的COD下降浓度，粗甘油添加后的COD下降量明显提高，表明小球藻除了能够去除利用污泥脱水液中的部分有机碳外，对粗甘油也有一定量的吸收利用。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种利用粗甘油优化污泥脱水液培养微藻的方法，其特征在于，所述方法是添加1～4g/L粗甘油到污泥脱水液中作为培养液进行微藻培养。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述污泥脱水液经过灭菌或未灭菌。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粗甘油为生物柴油生产的副产物。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粗甘油是由40～60％甘油、5～10％甲醇与40～50％水组成。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述微藻为小球藻、微拟球藻或三角褐指藻。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述微藻为小球藻。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法为添加4g/L粗甘油到灭菌的污泥脱水液中作为培养液培养小球藻。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法为添加2g/L粗甘油到未灭菌的污泥脱水液中作为培养液培养小球藻。

9.一种微藻培养基，其特征在于，所述微藻培养基是添加1～4g/L粗甘油到灭菌或未灭菌的污泥脱水液中得到。

10.权利要求1所述方法在能源、食品、化工、制备方面的应用。