CN109650555A - 一种利用微藻处理含磷废水的方法 - Google Patents
一种利用微藻处理含磷废水的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109650555A CN109650555A CN201910041945.0A CN201910041945A CN109650555A CN 109650555 A CN109650555 A CN 109650555A CN 201910041945 A CN201910041945 A CN 201910041945A CN 109650555 A CN109650555 A CN 109650555A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phosphorus
- microalgae
- containing wastewater
- wastewater
- reactor body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 149
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 149
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 title claims abstract description 149
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 title claims abstract description 89
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000003698 anagen phase Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 26
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 claims description 15
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 12
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 8
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 7
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 7
- 230000003519 ventilatory effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 claims description 6
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 3
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 3
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 claims description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims 1
- 230000012010 growth Effects 0.000 abstract description 24
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 abstract description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 3
- 239000013589 supplement Substances 0.000 abstract description 3
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 abstract description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001651 autotrophic effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 abstract 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 21
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 21
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 18
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 16
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 14
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 12
- 241000832151 Chlorella regularis Species 0.000 description 11
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 11
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000012549 training Methods 0.000 description 8
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000005791 algae growth Effects 0.000 description 7
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 7
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N hydridophosphorus(.) (triplet) Chemical compound [PH] BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000012271 agricultural production Methods 0.000 description 3
- 239000003225 biodiesel Substances 0.000 description 3
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 3
- 231100000135 cytotoxicity Toxicity 0.000 description 3
- 230000003013 cytotoxicity Effects 0.000 description 3
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 3
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 3
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 150000004671 saturated fatty acids Chemical class 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 150000004670 unsaturated fatty acids Chemical class 0.000 description 3
- 235000021122 unsaturated fatty acids Nutrition 0.000 description 3
- 230000035508 accumulation Effects 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 238000011953 bioanalysis Methods 0.000 description 2
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 description 2
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 2
- 235000019197 fats Nutrition 0.000 description 2
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 2
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 2
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000006052 feed supplement Substances 0.000 description 2
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 2
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 2
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 2
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 2
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 2
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 2
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 208000005374 Poisoning Diseases 0.000 description 1
- 229920000388 Polyphosphate Polymers 0.000 description 1
- 229920000037 Polyproline Polymers 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 239000005422 algal bloom Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000012075 bio-oil Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 1
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000013043 chemical agent Substances 0.000 description 1
- 238000012136 culture method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- DNJIEGIFACGWOD-UHFFFAOYSA-N ethanethiol Chemical compound CCS DNJIEGIFACGWOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012851 eutrophication Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 description 1
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000006372 lipid accumulation Effects 0.000 description 1
- 244000144972 livestock Species 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 210000003463 organelle Anatomy 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000002686 phosphate fertilizer Substances 0.000 description 1
- DLYUQMMRRRQYAE-UHFFFAOYSA-N phosphorus pentoxide Inorganic materials O1P(O2)(=O)OP3(=O)OP1(=O)OP2(=O)O3 DLYUQMMRRRQYAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000258 photobiological effect Effects 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 230000000243 photosynthetic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 239000002574 poison Substances 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 239000001205 polyphosphate Substances 0.000 description 1
- 235000011176 polyphosphates Nutrition 0.000 description 1
- 229920000137 polyphosphoric acid Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 235000021003 saturated fats Nutrition 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 1
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 231100000033 toxigenic Toxicity 0.000 description 1
- 230000001551 toxigenic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003053 toxin Substances 0.000 description 1
- 231100000765 toxin Toxicity 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/105—Phosphorus compounds
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
本发明涉及一种利用微藻处理含磷废水的方法：1.选取处于对数生长期的微藻作为种源，控制初始细胞密度>0.5×106cells/mL；2.微藻自养培养条件为：温度20‑32℃，光照2,000‑20,000Lux，光暗周期10‑24h:14‑0h；3.含磷废水PO4 3‑‑P≤50mg/L时含磷废水一次添加；含磷废水PO4 3‑‑P>50mg/L时分批次投加含磷废水，投加时间点均匀分布于培养周期内，每次投加后保证磷浓度最大值<100mg/L。本发明实现了将磷浓度较高的废水直接用于微藻的培养，避免高浓度底物引起的渗透或毒性作用，保证微藻生长周期内对营养物质的需求，不需要补充有机碳源，微藻还可回收利用。
Description
技术领域
本发明属于含磷废水的生物处理领域，具体涉及一种利用微藻处理含磷废水的方法。
背景技术
磷是生物生长所需的主要营养元素，也是水体富营养化的重要指标。当水体中磷含量超过20mg/L，藻类迅速地生长繁殖并漂浮于水面形成一层蓝绿色或红黄色的水花或薄膜，即藻类水华现象，从而导致水中溶解氧降低、藻毒素等有机物质释放，使水体浑浊恶臭、水质严重下降，甚至造成饮用水安全隐患。由于工农业生产的发展和人口的增加，出现含磷农药和农肥的大量使用，导致水体磷污染日益严重的问题。地表水中磷污染有相当一部分来自于工农业生产活动，如磷矿开采加工、磷肥生产、制药工业、禽畜养殖等工农业生产中产生大量的含磷废水，其中磷的主要存在形式是磷酸根(PO4 3-)，其浓度范围在3-300mg/L。我国《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中磷酸盐(以P计)的一级标准为≤0.5mg/L，二级标准≤1.0mg/L，环保部门要求废水进入城市污水管网前必须达到二级标准。
如何有效地降低污水中的磷含量、减轻环境负荷已经引起了业界专业人士的高度关注。含磷废水的处理方法分为物化法和生物法。物化法的缺陷是需要投加化学药剂、制备特殊材料和外加电能等，导致除磷费用较高，并产生二次污染。目前，生物法与物化方法相比可降低含磷废水的处理成本，其主要利用聚磷菌“好氧吸磷厌氧释磷”的特性，通过排泥实现除磷目的，但是排放的剩余污泥仍然需要后续处置。
微藻通过光合作用利用CO2自养生长的同时吸收氮和磷等营养物质，是一种适应能力很强的单细胞微生物，是制备生物柴油的绝佳原料。微藻正常培养过程中，磷浓度为5.4mg/L，当环境中的磷过量(≤45mg/L)时，微藻细胞吸收过量的磷并将其转化成多聚磷酸盐(聚磷，Poly-P)储存在细胞内。由于聚磷富含储存能量的磷酸酐键，可以为细胞生长和油脂合成提供额外的能量。因此，磷过量对微藻的生长代谢具有积极的促进作用。然而，采用磷过量策略势必会增加微藻培养成本，将含磷废水作为过量磷的来源，不仅可以降低微藻培养成本，同时实现含磷废水的资源化。所以，近年来研究者普遍认为将微藻培养与废水处理相结合是降低生物柴油成本、实现废水资源化的有效途径。
但实际应用时存在如下难以实现的问题：一、研究发现高浓度的磷(≥150mg/L)具有细胞毒性，通过与胞内组分结合破坏细胞器，从而抑制微藻细胞生长。实际含磷废水中，磷浓度高达300mg/L以上；二、在常规的微藻培养方法中，在细胞密度较低的初始阶段加入高浓度的营养物质，会产生一定抑制作用；随着细胞数量增加和营养物质消耗，导致后期高密度细胞营养物质供给不足，同样不利于细胞生长代谢，营养物质的供需不平衡导致微藻生长和脂质积累难以达到最优状态。三、微藻的自养生长速率相对较低，易受到光照、温度、pH、CO2浓度和气液传质效率等多种因素的影响。
基于上述原因，含磷废水，尤其是磷浓度较高的废水不能直接用于微藻的培养。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种利用微藻处理含磷废水的方法，实现了将含磷废水尤其是磷浓度较高的废水直接用于微藻的培养，有效避免高浓度底物引起的渗透或毒性作用，并充分保证微藻生长周期内对营养物质的需求，不需要补充有机碳源，微藻还可回收利用，实现了废水资源化。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种利用微藻处理含磷废水的方法，其步骤如下：
1.选取处于对数生长期的微藻作为种源，将其接种至自养培养体系，控制初始细胞密度>0.5×106cells/mL；
2.在温度20-32℃，光照2,000-20,000Lux，光暗周期10-24h:14-0h的条件下进行微藻的自养培养；
3.当含磷废水PO4 3--P≤50mg/L时，直接一次性将含磷废水添加到微藻培养体系；当含磷废水PO4 3--P>50mg/L时，在微藻培养周期内分批多次投加含磷废水，投加时间点均匀分布于培养周期内，每次投加后保证磷浓度最大值<100mg/L；
4.监测磷浓度变化及其去除情况，含磷废水浓度达标排放；同时测定微藻生物量、油脂含量、油脂组分，回收微藻。
本发明另一个目的是提供一种封闭式光合自养培养装置，实现自动调节装置控制光照、温度、pH、补料，通过搅拌和气体分散器促进气液传质，包括反应器主体15、光照装置8、光照调节控制系统9、搅拌转子6、搅拌机温控装置7、气体混合装置3和气体分散器5，所述的光照装置8设置在反应器主体15的两侧，光照装置8与光照调节控制系统9控制连接，所述的反应器主体15的下端设置有搅拌机温控装置7，所述的搅拌及温控装置7上端安装有搅拌转子6，搅拌转子6位于反应器主体15内部，反应器主体15的内部设置有pH探头12，pH探头12与反应器主体15外部的pH在线监测及调节系统13控制连接，反应器主体15的入口上设置有进料口10，进料口10与自动补料装置11连通，反应器主体15的入口连接有排气管16，排气管16与尾气吸收装置17连接，所述的反应器主体15内部设置有气体分散器5，所述的气体分散器5与气体混合装置3连通，气体分散器5与气体混合装置3之间的管路上设置有气体除菌净化器4，气体混合装置3上连接有气体流量调节阀1和气体流量计2。封闭式光合自养培养装置能够克服敞开式系统存在的细胞密度低、易污染、水分蒸发、CO2供给不足、受环境影响较大等缺点，其培养条件稳定且可精确控制、可进行无菌操作有效防止污染、占地面积小、易于高密度培养、藻细胞更易于收获。
本发明还有一个目的是提供一种基于上述封闭式光合自养培养装置的微藻处理含磷废水方法，步骤如下：
1.选取处于对数生长期的微藻作为种源，通过取样口将微藻接种至封闭式光合自养系统的反应器主体内，初始细胞密度>0.5×106cells/mL；
2.双方向植物灯采光，光照强度2,000-20,000Lux，光暗周期10-24h:14-0h，采用CO2和空气的混合气进行曝气，两者的体积比为1-20％，每升培养基的通气量为0.05-1L/min，温度范围为20-32℃，溶液搅拌速度200-500rpm，通过pH在线监测及调节系统控制液相pH为6.5-7.5；
3.设定自动补料装置的补料体积和时间，经过进料口向反应器主体内添加含磷废水，当含磷废水PO4 3--P≤50mg/L时，在微藻培养初期直接一次性将含磷废水添加到微藻培养体系；当含磷废水PO4 3--P>50mg/L时，在微藻培养周期内分批多次投加含磷废水，投加时间点均匀分布于培养周期内，保证磷浓度最大值<100mg/L。
4.监测磷浓度变化及其去除情况，含磷废水浓度达标排放；测定微藻生物量、油脂含量和油脂组分，回收的微藻可用于制备生物柴油。
本发明的有益效果如下：
本发明解决了含磷废水、尤其是磷浓度较高的废水不能直接用于微藻的培养的问题。有效避免了高浓度底物引起的渗透或毒性作用，并充分保证微藻生长周期内对营养物质的需求，不需要补充有机碳源，微藻还可回收利用，实现了废水资源化。
将对数期的微藻接种至自养装置，在微藻整个生长周期内，分批多次添加含磷废水，添加次数根据废水的磷浓度决定。采用磷分批补给方式培养微藻并处理含磷废水，可显著降低高浓度磷的毒性抑制作用，生物量增加0.9-2.3倍。随着磷补给次数的增加，微藻的油脂含量也逐渐增加(从23.5％增加至40.5％)；细胞更倾向于合成饱和脂肪酸(从30％增加至50％以上)，油脂稳定性提高；并且磷的去除率达到90％-100％。为了进一步提高微藻的生长速率和含磷废水的处理效率，设计并制作了一套封闭式光合自养培养装置，通过自动调节装置控制光照、温度、pH、补料，通过搅拌和气体分散器促进气液传质，基于上述封闭式光合自养培养装置的微藻处理含磷废水方法，微藻生长周期缩短为原来的2/3-1/4，最大生物量达到5.5g/L，增加了1-2倍，微藻生长速率增加2-3倍，磷的去除速率提高1-3倍。
附图说明
图1为本发明实施例提供的封闭式光合自养培养系统的结构示意图；
其中：1、气体流量调节阀，2、气体流量计，3、气体混合装置，4、气体除菌净化器，5、气体分散器，6、搅拌转子，7、搅拌及温控装置，8、光照装置，9、光照调节控制系统，10、进料口，11、自动补料装置，12、pH探头，13、pH在线监测及调节系统，14、取样口，15、反应器主体，16、排气管，17、尾气吸收装置。
具体实施实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
一、利用微藻处理含磷废水的方法
对照实施例1：
将小球藻Chlorella regularis作为实验藻种，在250mL锥形瓶培养体系，温度28℃，转速160rpm，光照强度为2,000Lux的条件下进行自养培养。培养基为含磷废水的BG11培养基，其中氮浓度为50mg/L，磷浓度为5.4mg/L。
在30-40天的培养周期内，微藻的最大生物量为1.8g/L，最大生长速率为0.23g/(L·d)，磷的去除率达到100％，去除速率为0.38mg/(L·d)。藻细胞油脂含量为23.5％，并且不饱和脂肪酸比例在70％以上。
对照实施例2：
将小球藻Chlorella regularis作为实验藻种，在250mL锥形瓶培养体系，温度28℃，转速160rpm，光照强度为2,000Lux的条件下进行自养培养。培养基为含磷废水的BG11培养基，其中氮浓度为50mg/L，磷浓度为45mg/L。
在30-40天的培养周期内，微藻的最大生物量为3.5g/L与对照实施例1相比增加了93％，最大生长速率增加近2倍，磷的去除率达到100％，去除速率增加了4倍。藻细胞油脂含量为35％，与对照组1相比增加了49％，并且不饱和脂肪酸比例在70％以上。
对照实施例3：
将小球藻Chlorella regularis作为实验藻种，在250mL锥形瓶培养体系，温度28℃，转速160rpm，光照强度为2,000Lux的条件下进行自养培养。培养基为含磷废水的BG11培养基，其中氮浓度为50mg/L，磷浓度为200mg/L。
在30-40天的培养周期内，微藻的最大生物量(1.1g/L)与对照实施例1相比降低了40％，最大生长速率降低了37.5％，油脂含量降低16％，磷的去除率为65％，去除速率与实验组1接近。藻细胞呈现变大、质壁分离、细胞壁破损等中毒症状。
实施例1：
将小球藻Chlorella regularis作为实验藻种，在250mL锥形瓶培养体系，温度28℃，转速160rpm，光照强度为2,000Lux的条件下进行自养培养。培养基为含磷废水的BG11培养基，其中氮浓度为50mg/L。在30-40天的培养周期内，分2次(初始、中间)添加含磷废水，每次添加后磷浓度均为100mg/L。
微藻的最大生物量为2.1g/L与对照实施例1相比增加了14％，最大生长速率增加了15％，磷的去除率为84％，去除速率与对照实施例3相比增加了29％，说明高浓度的磷采用分批投加的方式可缓解其生物毒性。藻细胞油脂含量为36.5％，与对照实施例2相比增加了4％，不饱和脂肪酸比例在70％以上。
实施例2：
将小球藻Chlorella regularis作为实验藻种，在250mL锥形瓶培养体系，温度28℃，转速160rpm，光照强度为2,000Lux的条件下进行自养培养。培养基为含磷废水的BG11培养基，其中氮浓度为50mg/L。在30-40天的培养周期内，分4次(0、1/4，1/2，3/4周期)添加含磷废水，每次添加后磷浓度均为50mg/L。
微藻的最大生物量为3.6g/L与对照实施例2相比增加了3％，磷的去除率为80-90％，与实施例1接近。藻细胞油脂含量为38.5％，与对照实施例2相比增加了10％，不饱和脂肪酸比例明显降低，饱和脂肪酸比例增加至50％以上。
实施例3：(实验组5，实施例4,8次投加)
将小球藻Chlorella regularis作为实验藻种，在250mL锥形瓶培养体系，温度28℃，转速160rpm，光照强度为2,000Lux的条件下进行自养培养。培养基为含磷废水的BG11培养基，其中氮浓度为50mg/L。在30-40天的培养周期内，分8次(0、1/8，1/4，3/8，1/2，5/8，3/4，7/8周期)添加含磷废水，每次添加后磷浓度均为25mg/L。
微藻的最大生物量为3.6g/L与对照实施例2相比增加了3％，磷的去除率为80-90％，与实施例1接近。藻细胞油脂含量为40.5％，与对照实施例2相比增加了16％，不饱和脂肪酸比例明显降低，饱和脂肪酸比例增加至50％以上，说明磷分批投加的培养方式有利于提高生物油含量，并且提高其稳定性和品质。
以上实施例的实验结果对比得出如下结论：
磷过量(45mg/L)显著促进微藻生长93％，油脂积累增加49％，但是磷浓度过高(200mg/L)反而对微藻产生细胞毒性，抑制生长40％，油脂含量降低16％。磷分批补给的方式不仅可以显著缓解高浓度磷的毒性，并且可以通过调节分批次数进一步提高微藻的生物量(3-14％)和油脂含量的(4-16％)，并且随着分批次数的增加，微藻更倾向于合成饱和脂肪酸，其比例逐渐增加至50％以上，从而提高生物油的稳定性和品质。在上述优选的条件下，磷的去除率可达到80-90％，去除速率为4-6mg/(L·d)，30-40天，去除磷160-180mg/L。
二、基于封闭式光合自养培养系统的利用微藻处理含磷废水处理方法
对照实施例4：
以小球藻Chlorella regularis为实验藻种，将其接种至封闭式光合自养培养系统。其中，所用培养基为添加含磷废水的BG11培养基，pH为6.5-7.5，其中氮浓度为50mg/L；初始藻密度为0.5×106-1×107cells/mL；采用双方向采光，平均光照强度为2,000-20,000Lux，光暗周期为10-24h:14-0h；温度控制在20-32℃；溶液的搅拌速度为200-500rpm。设定自动补料装置的补料体积和时间，经过进料口向反应器主体内添加含磷废水，在10-20天的培养周期内，分8次(0、1/8，1/4，3/8，1/2，5/8，3/4，7/8周期)添加含磷废水，每次添加后磷浓度均为25mg/L。
该封闭式光合自养培养系统在上述条件下运行，微藻的最大生物量为3.9g/L，最大生长速率为0.65g/(L·d)。磷的去除率为80-90％，去除速率为8-18mg/(L·d)，并且油脂含量及组分与实施例3类似。
对照实施例5：
以小球藻Chlorella regularis为实验藻种，将其接种至封闭式光合自养培养系统。其中，所用培养基为添加含磷废水的BG11培养基，pH为6.5-7.5，其中氮浓度为50mg/L；初始藻密度为0.5×106-1×107cells/mL；采用双方向采光，平均光照强度为2,000-20,000Lux，光暗周期为10-24h:14-0h；温度控制在20-32℃；采用CO2和空气的混合气进行曝气，两者的体积比为1-20％，每升培养基的通气量为0.05-1L/min。设定自动补料装置的补料体积和时间，经过进料口向反应器主体内添加含磷废水，在10-20天的培养周期内，分8次(0、1/8，1/4，3/8，1/2，5/8，3/4，7/8周期)添加含磷废水，每次添加后磷浓度均为25mg/L。
该封闭式光合自养培养系统在上述条件下运行，微藻的最大生物量为5.2g/L，最大生长速率为0.87g/(L·d)。磷的去除率为85-95％，去除速率为8.5-19mg/(L·d)，并且油脂含量及组分与实施例3类似。
实施例4：
以小球藻Chlorella regularis为实验藻种，将其接种至封闭式光合自养培养系统。其中，初始藻密度为0.5×106-1×107cells/mL；所用培养基为添加含磷废水的BG11培养基，pH为7，其中氮浓度为50mg/L；采用双方向采光，平均光照强度为2,000-20,000Lux，光暗周期为10-24h:14-0h；温度控制在20-32℃；采用CO2和空气的混合气进行曝气，两者的体积比为3％，每升培养基的通气量为0.05-1L/min；溶液的搅拌速度为200-500rpm。设定自动补料装置的补料体积和时间，经过进料口向反应器主体内添加含磷废水，在10-20天的培养周期内，分8次(0、1/8，1/4，3/8，1/2，5/8，3/4，7/8周期)添加含磷废水，每次添加后磷浓度均为25mg/L。
该封闭式光合自养培养系统在上述条件下运行，微藻的最大生物量为5.5g/L，最大生长速率为0.92g/(L·d)。磷的去除率为85-100％，去除速率为8.5-20mg/(L·d)，并且油脂含量及组分与实施例3类似。与对照实施例4相比，生物量和生长速率提高了40％，磷的去除速率增加了6-10％；与对照实施例5相比，生物量和生长速率提高了5％。
以上利用封闭式光合自养培养系统实施例的实验结果对比表明，微藻的生长代谢过程显著得到促进，将生长周期缩短至原来的2/3-1/4，最大生物量增加了1-2倍，生长速率增加2-3倍，磷的去除速率增加1-3倍。
实施例5：
以小球藻Chlorella regularis为实验藻种，将其接种至封闭式光合自养培养系统。其中，初始藻密度为0.5×106-1×107cells/mL；所用培养基为添加含磷废水的BG11培养基，pH为6.5，其中氮浓度为50mg/L；采用双方向采光，平均光照强度为2,000-20,000Lux，光暗周期为10-24h:14-0h；温度控制在20-32℃；采用CO2和空气的混合气进行曝气，两者的体积比为20％，每升培养基的通气量为0.05-1L/min；溶液的搅拌速度为200-500rpm。设定自动补料装置的补料体积和时间，经过进料口向反应器主体内添加含磷废水，在10-20天的培养周期内，分8次(0、1/8，1/4，3/8，1/2，5/8，3/4，7/8周期)添加含磷废水，每次添加后磷浓度均为25mg/L。该封闭式光合自养培养系统在上述条件下运行，微藻的最大生物量为2.8g/L，最大生长速率为0.47g/(L·d)。磷的去除率为40-50％，去除速率为8-18mg/(L·d)，并且油脂含量及组分与实施例3类似。
实施例6：
以小球藻Chlorella regularis为实验藻种，将其接种至封闭式光合自养培养系统。其中，初始藻密度为0.5×106-1×107cells/mL；所用培养基为添加含磷废水的BG11培养基，pH为7.5，其中氮浓度为50mg/L；采用双方向采光，平均光照强度为2,000-20,000Lux，光暗周期为10-24h:14-0h；温度控制在20-32℃；采用CO2和空气的混合气进行曝气，两者的体积比为1％，每升培养基的通气量为0.05-1L/min；溶液的搅拌速度为200-500rpm。设定自动补料装置的补料体积和时间，经过进料口向反应器主体内添加含磷废水，在10-20天的培养周期内，分8次(0、1/8，1/4，3/8，1/2，5/8，3/4，7/8周期)添加含磷废水，每次添加后磷浓度均为25mg/L。该封闭式光合自养培养系统在上述条件下运行，微藻的最大生物量为4.5g/L，最大生长速率为0.75g/(L·d)。磷的去除率为80-90％，去除速率为8-18mg/(L·d)，并且油脂含量及组分与实施例3类似。
上述实施例表明，利用光生物细胞去除含磷废水的方法具有可行性，并且将封闭式光合自养系统应用于该方法，可进一步提高微藻生长速率和除磷效果。采用多次分批补给的方式，可明显降低高浓度磷的细胞毒性，并且促进微藻生长(3-14％)和油脂累积(4-16％)，处理的废水中磷浓度为≤300mg/L，磷的去除率可达90％-100％。本发明中的所有实施例中所用微藻未经过驯化处理，根据已有文献报道，通过藻种驯化、提高接种浓度、培养条件优化等手段能够进一步提高磷的去除效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，需要指出的是，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，而且，在阅读了本发明的内容之后，本领域相关技术人员可以对本发明做出各种改动或修改，这些等价形式同样落入本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (5)
1.一种利用微藻处理含磷废水的方法，其特征在于：
(1)选取处于对数生长期的微藻作为种源，将其接种至自养培养体系，控制初始细胞密度>0.5×106cells/mL；
(2)在温度20-32℃，光照2,000-20,000Lux，光暗周期10-24h:14-0h的条件下进行微藻的自养培养；
(3)当含磷废水PO4 3--P≤50mg/L时，直接一次性将含磷废水添加到微藻培养体系；当含磷废水PO4 3--P>50mg/L时，在微藻培养周期内分批次投加含磷废水，投加时间点均匀分布于培养周期内，每次投加后保证磷浓度最大值<100mg/L；
(4)监测磷浓度变化及其去除情况，含磷废水浓度达标排放，同时回收微藻。
2.如权利要求1所述的一种利用微藻处理含磷废水的方法，其特征在于：(3)中所述的在微藻培养周期内分批次投加含磷废水的次数为8次。
3.如权利要求1所述的一种利用微藻处理含磷废水的方法的封闭式光合自养培养装置，其特征在于：包括反应器主体(15)、光照装置(8)、光照调节控制系统(9)、搅拌转子(6)、搅拌机温控装置(7)、气体混合装置(3)和气体分散器(5)，所述的光照装置(8)设置在反应器主体(15)的两侧，光照装置(8)与光照调节控制系统(9)控制连接，所述的反应器主体(15)的下端设置有搅拌机温控装置(7)，所述的搅拌及温控装置(7)上端安装有搅拌转子(6)，搅拌转子(6)位于反应器主体(15)内部，反应器主体(15)的内部设置有pH探头(12)，pH探头(12)与反应器主体(15)外部的pH在线监测及调节系统(13)控制连接，反应器主体(15)的入口上设置有进料口(10)，进料口(10)与自动补料装置(11)连通，反应器主体(15)的入口连接有排气管(16)，排气管(16)与尾气吸收装置(17)连接，所述的反应器主体(15)内部设置有气体分散器(5)，所述的气体分散器(5)与气体混合装置(3)连通，气体分散器(5)与气体混合装置(3)之间的管路上设置有气体除菌净化器(4)，气体混合装置(3)上连接有气体流量调节阀(1)和气体流量计(2)。
4.一种利用如权利要求3所述的封闭式光合自养培养装置的利用微藻处理含磷废水的方法，其特征在于：
(1)选取处于对数生长期的微藻作为种源，通过取样口将微藻接种至封闭式光合自养系统的反应器主体内，初始细胞密度>0.5×106cells/mL；
(2)双方向植物灯采光，光照强度2,000-20,000Lux，光暗周期10-24h:14-0h，采用CO2和空气的混合气进行曝气，两者的体积比为1-20％，每升培养基的通气量为0.05-1L/min，温度范围为20-32℃，溶液搅拌速度200-500rpm，通过pH在线监测及调节系统控制液相pH为6.5-7.5；
(3)设定自动补料装置的补料体积和时间，经过进料口向反应器主体内添加含磷废水，当含磷废水PO4 3--P≤50mg/L时，在微藻培养初期直接一次性将含磷废水添加到微藻培养体系；当含磷废水PO4 3--P>50mg/L时，在微藻培养周期内分批多次投加含磷废水，投加时间点均匀分布于培养周期内，保证磷浓度最大值<100mg/L。
5.如权利要求4所述的利用微藻处理含磷废水的方法，其特征在于：所述的(2)为双方向植物灯采光，光照强度2,000-20,000Lux，光暗周期10-24h:14-0h，采用CO2和空气的混合气进行曝气，两者的体积比为3％，每升培养基的通气量为0.05-1L/min，温度范围为20-32℃，溶液搅拌速度200-500rpm，通过pH在线监测及调节系统控制液相pH为7。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910041945.0A CN109650555B (zh) | 2019-01-17 | 2019-01-17 | 一种利用微藻处理含磷废水的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910041945.0A CN109650555B (zh) | 2019-01-17 | 2019-01-17 | 一种利用微藻处理含磷废水的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109650555A true CN109650555A (zh) | 2019-04-19 |
| CN109650555B CN109650555B (zh) | 2021-09-21 |
Family
ID=66120251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910041945.0A Active CN109650555B (zh) | 2019-01-17 | 2019-01-17 | 一种利用微藻处理含磷废水的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109650555B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110395848A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-11-01 | 西北农林科技大学 | 一种利用微藻治理黑臭水体的方法 |
| CN111747794A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-10-09 | 江苏省农业科学院 | 一种回收利用污水中磷制作缓释磷肥的方法及应用 |
| CN113735265A (zh) * | 2020-05-29 | 2021-12-03 | 中国石油化工股份有限公司 | 含磷废水的处理方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201040232Y (zh) * | 2006-12-12 | 2008-03-26 | 北京航空航天大学 | 用于空间再生氧气的光生物反应器 |
| US20110247977A1 (en) * | 2010-04-07 | 2011-10-13 | Korea Institute Of Science And Technology | Device for Treating Wastewater Comprising Nitrogen and Phosphorus and a Method for the Same |
| CN102443542A (zh) * | 2010-10-15 | 2012-05-09 | 江南大学 | 一种自养产油微藻的高密度培养工艺 |
| WO2014076327A1 (es) * | 2012-11-16 | 2014-05-22 | Universidad De Cadiz | Proceso de eliminación de nutrientes de aguas residuales mediante fotobiotratamiento con microorganismos fotosintéticos. |
| CN105483013A (zh) * | 2015-12-25 | 2016-04-13 | 中国科学院武汉植物园 | 一种利用微藻同步产油、固碳、脱硫、除硝的方法和装置 |
| CN105621783A (zh) * | 2014-10-30 | 2016-06-01 | 中国科学院上海高等研究院 | 利用序批式微藻反应器去除污水中氮磷的方法 |
| CN108033564A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-05-15 | 天津大学 | 一种利用微藻培养净化豆腐废水的优化方法 |
-
2019
- 2019-01-17 CN CN201910041945.0A patent/CN109650555B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201040232Y (zh) * | 2006-12-12 | 2008-03-26 | 北京航空航天大学 | 用于空间再生氧气的光生物反应器 |
| US20110247977A1 (en) * | 2010-04-07 | 2011-10-13 | Korea Institute Of Science And Technology | Device for Treating Wastewater Comprising Nitrogen and Phosphorus and a Method for the Same |
| CN102443542A (zh) * | 2010-10-15 | 2012-05-09 | 江南大学 | 一种自养产油微藻的高密度培养工艺 |
| WO2014076327A1 (es) * | 2012-11-16 | 2014-05-22 | Universidad De Cadiz | Proceso de eliminación de nutrientes de aguas residuales mediante fotobiotratamiento con microorganismos fotosintéticos. |
| CN105621783A (zh) * | 2014-10-30 | 2016-06-01 | 中国科学院上海高等研究院 | 利用序批式微藻反应器去除污水中氮磷的方法 |
| CN105483013A (zh) * | 2015-12-25 | 2016-04-13 | 中国科学院武汉植物园 | 一种利用微藻同步产油、固碳、脱硫、除硝的方法和装置 |
| CN108033564A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-05-15 | 天津大学 | 一种利用微藻培养净化豆腐废水的优化方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110395848A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-11-01 | 西北农林科技大学 | 一种利用微藻治理黑臭水体的方法 |
| CN113735265A (zh) * | 2020-05-29 | 2021-12-03 | 中国石油化工股份有限公司 | 含磷废水的处理方法 |
| CN113735265B (zh) * | 2020-05-29 | 2022-12-13 | 中国石油化工股份有限公司 | 含磷废水的处理方法 |
| CN111747794A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-10-09 | 江苏省农业科学院 | 一种回收利用污水中磷制作缓释磷肥的方法及应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109650555B (zh) | 2021-09-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhu et al. | Treatment of low C/N ratio wastewater and biomass production using co-culture of Chlorella vulgaris and activated sludge in a batch photobioreactor | |
| Lu et al. | Critical processes and variables in microalgae biomass production coupled with bioremediation of nutrients and CO2 from livestock farms: A review | |
| Lee et al. | Microalgal-bacterial aggregates for wastewater treatment: A mini-review | |
| Jankowska et al. | Biogas from microalgae: Review on microalgae's cultivation, harvesting and pretreatment for anaerobic digestion | |
| CN105712490B (zh) | 一种兼养微生物营养转化处理高氨氮废水的方法 | |
| Hinken et al. | The valuation of malnutrition in the mono-digestion of maize silage by anaerobic batch tests | |
| Zhang et al. | Removal of pollutants from biogas slurry and CO 2 capture in biogas by microalgae-based technology: a systematic review | |
| Araujo et al. | Nutrient removal by Arthrospira platensis cyanobacteria in cassava processing wastewater | |
| CN101735440A (zh) | 一种利用水处理剩余污泥合成聚羟基烷酸脂的方法 | |
| CN106396112A (zh) | 一种藻菌共生结合生态浮床技术净化高氨氮养猪沼液的复合系统 | |
| Ma et al. | Alga-based dairy wastewater treatment scheme: Candidates screening, process advancement, and economic analysis | |
| CN109626584A (zh) | 一种微藻处理酱油废水的方法 | |
| CN109650555A (zh) | 一种利用微藻处理含磷废水的方法 | |
| Chang et al. | Performance of HABR+ MSABP system for the treatment of dairy wastewater and analyses of microbial community structure and low excess sludge production | |
| CN103224887A (zh) | 一种废水生化处理微生物营养剂的制备方法 | |
| CN103626302B (zh) | 一种脱氮除磷菌种在线提取培养及驯化的污水处理方法 | |
| Mohamadnia et al. | Valorization of potato starch wastewater using anaerobic acidification coupled with Chlorella sorokiniana cultivation | |
| Qian et al. | Enhancing algal growth and nutrient removal from nitrified anaerobic digestion piggery effluent through process optimization | |
| CN102659284B (zh) | 一种废纸造纸废水处理系统及工艺 | |
| AU2020103345A4 (en) | Method for treating phosphorus-containing wastewater with microalgae | |
| CN107236682A (zh) | 厌氧氨氧化污泥菌种的富集培养方法 | |
| CN109942091A (zh) | 菌藻附着型生物纤维床及其制备方法及其强化处理猪废水脱氮除磷的方法 | |
| CN219752089U (zh) | 一种基于能源小球藻净化沼液的资源化连续处理系统 | |
| Tran | Anaerobic digestion of microalgal biomass: effects of solid concentration and pre-treatment | |
| JPS602920B2 (ja) | 嫌気性汚泥消化法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhou Dandan Inventor after: Yan Ge Inventor after: Fu Liang Inventor after: Xie Yutong Inventor after: Zhao Zhenhao Inventor before: Fu Liang Inventor before: Zhou Dandan Inventor before: Yan Ge Inventor before: Xie Yutong Inventor before: Zhao Zhenhao |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |