CN109621699A - 一种基于废水培养强化的化学吸收与生物转化耦合的co2捕集方法 - Google Patents

一种基于废水培养强化的化学吸收与生物转化耦合的co2捕集方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于废水培养强化的化学吸收与生物转化耦合的CO2捕集方法，主要步骤包括：1)小球藻接种；2)混合废水培养基预处理；3)小球藻培养实验。豆腐废水辅助化学吸收‑微藻转化耦合系统与传统工艺相比存在潜在优势，BG‑11提供的营养来源可以被废水替代，从而更加经济有利。

Description

一种基于废水培养强化的化学吸收与生物转化耦合的CO2捕集 方法
技术领域
本发明涉及微藻生物处理技术领域，具体涉及一种基于废水培养强化的化学吸收与生物转化耦合的CO2捕集方法。
背景技术
近几十年来微藻CO2固定由于其独特的优势得到了广泛的研究。通过工业排放的CO2(如燃煤电厂的烟气)，其中的碳可以转化为微藻脂质、多糖、色素等增值成分[1-3]。直接利用工业烟气中较高的CO2浓度可能导致碳转化效率低下，这也是微藻CO2固定面临的挑战[4]。根据这些缺点，可以将CO2先转化为碳酸盐/碳酸氢盐，然后用盐溶液作为微藻生长的替代碳源[5,6]，CO2吸收过程中的富盐溶液可能是微藻潜在的营养介质。因此，将化学CO2吸收和微藻固定相结合形成一种耦合模式，可能是传统独立技术的一种很有前途的选择[7,8]。此外，通过将吸收与微藻培养相结合，可以避免富溶液再生处理，这是现有CO2吸收工艺的瓶颈[9]，从而可以明显降低了混合工艺的能耗。
除了从烟气中固定二氧化碳，微藻还可以利用废水中的碳和其他营养物质[10]。由于豆腐废水具有有机物和悬浮物浓度高、氮磷含量高、低毒性等特点，且我国豆腐产量大，由豆腐生产而排放大量的废水如不经过处理，会对生态环境造成重要的污染。目前主要处理豆腐废水的技术是厌氧消化，对于氮磷的处理效果不佳，因此用豆腐废水作为辅助剂来培养微藻不仅可以利用高浓度的有机碳，其中富含的氮磷，尤其是铵盐和尿素，可作为微藻营养的廉价来源。同时，豆腐废水呈酸性，可作为化学吸收-微藻转化耦合过程中控制pH和缓解NH3逸出的辅助添加剂。污水辅助化学吸收-微藻生物转化耦合系统具有潜在优势和经济价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于废水培养强化的化学吸收与生物转化耦合的CO2捕集方法。豆腐废水中含有氮、磷、有机物等营养物质能被微藻利用从而促使微藻生长，它可以辅助微藻利用CO2化学吸收液进行生物转化从而达到CO2捕集的效果。
本发明为解决背景技术中的技术问题，提出的技术方案是一种基于废水培养强化的化学吸收与生物转化耦合的CO2捕集方法，包括如下步骤：
1)小球藻接种：将小球藻L38分别接种于容器内，添加BG-11培养基，接种体积为10％(V接种物/V培养基)，然后置于光培养箱中培养7-10天；
培养条件为：温度22-25℃，白色荧光照明4000-6000Lx并通入20-40mL.min-1的15％过滤CO2条件下培养；
3)混合废水培养基预处理：将豆腐废水(SW)离心、过滤并进行100-121℃高压灭菌处理，将灭菌后的豆腐废水(SW)与不同浓度的NH4HCO3溶液(模拟使用氨水化学吸收CO2的饱和吸收液)分别按1:4或1:9的比例混合；
对照实验培养基设置为无NaNO3的BG-11培养基与NH4HCO3溶液混合；
上述各个不同的废水混合培养基中控制加入的NH4HCO3溶液提供的氨氮终浓度相同，均为248mg/L；
其中，豆腐废水(SW)原始水质：化学需氧量(COD)21.1±0.26g/L，总氮(TN)0.34±0.01g/L，总磷(TP)0.085±0.002g/L，氨氮(NH3-N)0.12±0.015g/L；
4)小球藻培养实验：小球藻培养采取的模式分别为直接投料和分批补料两种模式：
(a)直接投料:在6个250ml锥形瓶中分别加入200ml上述不同混合比例(分别为1:4或1:9)的豆腐废水样品，每个稀释比例各3瓶；
(b)分批补料模式:针对上述两个稀释比例(1:4或1:9)的培养基设定的，即初始加入豆腐废水(SW)分别为20ml和10ml，与吸收液混合后培养基体积设置为200ml；
在培养周期的第6天、第12天和第18天针对两种混合比例的培养基分别补充豆腐废水(SW)6.6ml与3.3ml，即每6天补料一次，共补料3次；
在上述12个不同培养基中分别接种小球藻L38，控制初始吸光度为0.1-0.2；
培养条件为温度22-25℃，白色荧光照明4000-6000Lx。
与现有技术相比，本发明具有的优点：
1、本发明通过20-25d的豆腐废水培养之后，在1:4比例的豆腐废水混合培养基中更利于小球藻L38的生长，叶绿素浓度最高可达到36mg/L。同时对于废水中污染物的去除率较高，TP、COD和NH3-N去除率最高分别可达100％、65％和80％。
2、该发明以豆腐废水为辅助剂促进小球藻生长的同时可以使氨逃逸率降低到15.8％，而碳得利用率达60％以上。同时，该耦合工艺可产生78.8mg/L/d的小球藻生物质产率，是一种高效环保的培养模式。
附图说明
图1是不同培养模式下小球藻L38生长的pH变化图；
图2是不同培养模式下小球藻L38生长的叶绿素浓度变化图；
图3是通过小球藻L38在不同培养模式下培养的水质TP变化图；
图4是通过小球藻L38在不同培养模式下培养的水质NH3-N变化图；
图5是通过小球藻L38在不同培养模式下培养的水质COD变化图；
图6是通过小球藻L38在不同培养模式下培养的氮分布与NH3-N逃逸率图；
图7是通过小球藻L38在不同培养模式下培养的碳利用率图。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本发明，并不对本发明作任何的限制。
本发明是一种基于废水培养强化的化学吸收与生物转化耦合的CO2捕集方法，包括如下步骤：
1)小球藻接种：将小球藻L38接种于容器内，添加BG-11培养基，接种体积为10％(V接种物/V培养基)，然后置于光培养箱中培养7-10天；
培养条件为温度22-25℃，白色荧光照明4000-6000Lx并通入20-40mL.min-1的15％过滤CO2条件下培养；
BG-11培养基组成为下表1所示：
表1
名称 浓度/(mg.L<sup>-1</sup>) 名称 浓度/(mg.L<sup>-1</sup>)
NaNO<sub>3</sub> 1500 Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>.10H<sub>2</sub>O 54
K<sub>2</sub>HPO<sub>4</sub>.3H<sub>2</sub>O 52.4 MgSO<sub>4</sub> 36.6
CaCl<sub>2</sub>·2H<sub>2</sub>O 36 柠檬酸 6
Na<sub>2</sub>EDTA 1.0 柠檬酸铁 5.5
H<sub>3</sub>BO<sub>3</sub> 2.86 ZnSO<sub>4</sub>·7H<sub>2</sub>O 0.22
Na<sub>2</sub>MoO<sub>4</sub>.2H<sub>2</sub>O 0.39 MnCl<sub>2</sub>.4H<sub>2</sub>O 1.86
Co(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>·6H<sub>2</sub>O 0.049 CuSO<sub>4</sub>·5H<sub>2</sub>O 0.079
2)混合废水培养基预处理：将豆腐废水(SW)离心、过滤并进行100-121℃高压灭菌处理，将灭菌后的豆腐废水(SW)与不同浓度的NH4HCO3溶液(模拟使用氨水化学吸收CO2的饱和吸收液)分别按1:4或1:9的比例混合，即两种培养基中分别加入40ml和20ml的豆腐废水(SW)，与吸收液混合后培养基的总体积为200ml。
对照实验培养基设置为无NaNO3的BG-11培养基与NH4HCO3溶液混合。上述各个不同的废水混合培养基中控制加入的NH4HCO3溶液提供的氨氮终浓度相同，均为248mg/L；
其中豆腐废水(SW)原始水质：化学需氧量(COD)21.1±0.26g/L，总氮(TN)0.34±0.01g/L，总磷(TP)0.085±0.002g/L，氨氮(NH3-N)0.12±0.015g/L；
3)小球藻培养实验：小球藻培养采取的模式分别为直接投料和分批补料两种模式。
直接投料即为在6个250ml锥形瓶中分别加入200ml上述不同混合比例(分别为1:4和1:9)的豆腐废水样品，每个稀释比例各3瓶。
分批补料模式是针对上述两个稀释比例(1:4和1:9)的培养基设定的，即初始加入豆腐废水(SW)分别为20ml和10ml，与吸收液混合后培养基体积设置为200ml。但在培养周期的第6天、第12天和第18天针对两种混合比例的培养基分别补充豆腐废水(SW)6.6ml与3.3ml，即每6天补料一次，共补料3次。分批补料与直接投料模式主要区别在于不同稀释比例的豆腐废水投加总量相同，但加入的时间和量不同。分批补料模式根据上述情况设置培养基共6瓶，每个稀释比例各3瓶。
不同培养模式的具体设置条件如下表2所示：
表2
*初始NH3-N由两部分组成:NH4HCO3溶液和豆腐废水。在所有培养模式下，加入的NH4HCO3溶液初始NH3-N浓度控制在248mg/L左右。
在上述12个不同培养基中分别接种小球藻L38，控制初始吸光度为0.1-0.2；培养条件为温度22-25℃，白色荧光照明4000-6000Lx；
12个培养基培养的具体实施方式如下表3所示。
表3
从图1可以看出，补料模式在一定程度上降低了pH，尤其是在豆腐废水与NH4HCO3溶液1:4的混合比例下，补料期间使整体pH大多维持在低于9的状态，减少氨逃逸的可能。
图2从叶绿素浓度变化可以说明无论补料与否，1:4的混合比例有利于小球藻的生长，最高可达36mg/L的叶绿素浓度，其中补料模式在后期促进小球藻的持续增长。
图3、图4、图5显示该耦合系统对于废水中污染物的去除率较高，TP、COD和NH3-N去除率最高分别可达100％、65％和80％。由于豆腐废水的酸性减少体系中NH3的逃逸，使得NH3逃逸率可降低到15.8％，同时补料模式由于多次添加豆腐废水更有利于减少NH3的逃逸。无论是有机碳或无机碳，从图7中可以得出，耦合系统有利于小球藻对碳的利用，可达60％以上的利用率。
应当理解的是，这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
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Claims (1)

1.一种基于废水培养强化的化学吸收与生物转化耦合的CO2捕集方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)小球藻接种：将小球藻L38分别接种于容器内，添加BG-11培养基，接种体积为10％(V接种物/V培养基)，然后置于光培养箱中培养7-10天；
培养条件为：温度22-25℃，白色荧光照明4000-6000Lx并通入20-40mL.min-1的15％过滤CO2条件下培养；
2)混合废水培养基预处理：将豆腐废水离心、过滤并进行100-121℃高压灭菌处理，将灭菌后的豆腐废水与不同浓度的NH4HCO3溶液分别按1:4或1:9的比例混合；
对照实验培养基设置为无NaNO3的BG-11培养基与NH4HCO3溶液混合；
上述各个不同的废水混合培养基中控制加入的NH4HCO3溶液提供的氨氮终浓度相同，均为248mg/L；
其中，豆腐废水原始水质：化学需氧量(COD)21.1±0.26g/L，总氮(TN)0.34±0.01g/L，总磷(TP)0.085±0.002g/L，氨氮(NH3-N)0.12±0.015g/L；
3)小球藻培养实验：小球藻培养采取的模式分别为直接投料和分批补料两种模式：
(a)直接投料:在6个250ml锥形瓶中分别加入200ml上述不同混合比例，分别为1:4或1:9的豆腐废水样品，每个稀释比例各3瓶；
(b)分批补料模式:针对上述两个稀释比例1:4或1:9的培养基设定的，即初始加入豆腐废水分别为20ml和10ml，与吸收液混合后培养基体积设置为200ml；在培养周期的第6天、第12天和第18天针对两种混合比例的培养基分别补充豆腐废水6.6ml与3.3ml，即每6天补料一次，共补料3次；
在上述12个不同培养基中分别接种小球藻L38，控制初始吸光度为0.1-0.2；培养条件为温度22-25℃，白色荧光照明4000-6000Lx。
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CN110387332A (zh) * 2019-07-09 2019-10-29 天津大学 一种利用人工市政污水培养小球藻积累并提取蛋白质的研究方法

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