CN110029065A - 一种利用养牛场废水培养小球藻的方法 - Google Patents

一种利用养牛场废水培养小球藻的方法 Download PDF

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Abstract

一种利用养牛场废水培养小球藻的方法，具体步骤为：将养牛场废水进行厌氧发酵，发酵后得到的沼液用水稀释，沼液与水的体积比为1∶(1～3)，调节pH值为5～9，以此溶液作为培养基培养小球藻FACHB‑1227，初始接种量以小球藻干重计0.025～0.075g/L)，光照强度为3000～5000lx，培养周期为7～17天。该方法基于养牛场废水中含有丰富的营养物质，把小球藻的培养与养牛场废水处理相结合，实现废水处理与资源化利用，同时收获高生物量小球藻生物质。

Description

一种利用养牛场废水培养小球藻的方法
技术领域
本发明涉及利用养牛场废水发酵沼液培养小球藻的方法，属于沼液净化和微藻生产技术领域。
背景技术
随着人类生活水平不断提高，对肉类的需求量也与日俱增。集约化牛的养殖越来越多，随之而来的是养牛场废水如何达标处理也成为一个棘手的难题。养殖场废水，主要由牲畜的尿液、粪便、饲草残渣及圈舍冲刷水构成，其中冲刷水及尿液占了大多部分。养殖场废水污染物浓度极高、危害性大，任其排放将对地表水、地下水体造成污染，使养殖场临近水域和江湖水质恶化，严重影响人畜饮水安全。
传统处理养殖场废水的技术主要有物理化学法、好氧厌氧反应器法和生物法。物理化学法主要是过滤、吸附、沉淀、中和这些步骤，虽然方便、见效快，但是浪费大量试剂，需要使用到的仪器和设备费用高，还会造成二次污染；反应器法一般是厌氧接触法与好氧氧化法结合，但是对各方面要求较高，运行起来复杂，需要严格地控制条件，同时水体中的养分没有得到很好地利用；通过厌氧发酵产生沼气，沼液用于微生物培养，运行成本低、操作相对简单、安全性也高。
微藻是自然界中广泛分布、种类多样、数目巨大的微生物群之一，具有对生存环境要求简单、不受气候控制、占地少等优势。微藻在污水处理中有很大的优点：除去氮和磷，分解有机物，吸收重金属，另一方面微藻也可以用于制备生物能源和作为养殖业饲料以及食品业原料。使用污水进行微藻培育的优点在于，第一，微藻能够将污水中过量的富营养成分作为营养源加以吸收，有效去除污水中富营养物，达到净化污水的目的；第二，藻类作为生物能源和化学工业的原料，可以用来制造高附加价值产品。用污水养殖微藻，需符合以下条件：第一，污水中必须有能被微藻生长利用的营养源，同时这些就是污水中的主要污染物；第二，污水中的有碍微藻生长的有毒有害物质含量低，否则微藻很有可能不生长甚至死亡。
微藻培养条件在很大程度上能影响微藻的生长，例如生长特征、营养成分的构成及其比例。微藻生长的环境因子包括温度、光照、pH值、碳源、氮源、盐度等。因此，调整废水培养基的组成，选择适当的微藻类型和环境条件是有效净化养牛场废水同时提高微藻生物量的关键问题。
发明内容
本发明提供一种利用养牛场废水培养小球藻的方法，基于养牛场废水中含有丰富的营养物质，把小球藻的培养与养牛场废水处理结合起来，实现废水资源化利用，同时收获高生物量的小球藻。
为实现上述目的，本发明包括如下技术方案：
一种利用养牛场废水培养小球藻的方法，该方法包括：
I.将养牛场废水进行厌氧发酵，发酵后得到沼液；
II.步骤I获得的沼液用水稀释，沼液与水的体积比为1∶(1～3)，调节pH值为5～9，以此溶液作为培养基培养小球藻FACHB-1227，初始接种量为每升0.025～0.075g小球藻干重，光照强度为3000～50001x，培养周期为7～17天。
如上所述的方法，优选地，所述步骤I获得的沼液中COD为13000～15000mg/L、氨氮为400～700mg/L、总氮为800～1500mg/L，总磷为80～110mg/L。
如上所述的方法，优选地，所述方法包括：
I.将养牛场废水进行厌氧发酵，发酵后得到沼液；
II.步骤I获得的沼液用水稀释，沼液与水的体积比为1∶(2～3)，调节pH值为6.5～8，以此溶液作为培养基培养小球藻FACHB-1227，初始接种量为每升0.025～0.075g小球藻干重，光照强度为3000～50001x，培养周期为10～17天。
如上所述的方法，优选地，所述方法包括：
I.将养牛场废水进行厌氧发酵，发酵后得到沼液；
II.步骤I获得的沼液用水稀释，沼液与水的体积比为1∶2，调节pH值为7，以此溶液作为培养基培养小球藻FACHB-1227，初始接种量为每升0.05g小球藻干重，光照强度为50001x，培养周期为10天。
本发明以养牛场废水为基础，研究了影响微藻生长和污染物去除的各种因素，确定了利用养牛场废水发酵沼液培育微藻同时获得清洁水源的主要条件参数。其中，影响藻类生长和污染物去除的主要因素包括：微藻种类、沼液浓度、初始接种量、初始pH和光照强度。
首先，不同种类的微藻对污水的适应性和生长速度(正比于污染物去除率)不同。本发明研究者对比不同种类微藻在沼液中的生长环境，发现FACHB-1227对污水COD和氨氮的净化效果总体高于其它藻类，确定FACHB-1227作为净化养牛场沼液的藻类。
其次，养牛场废水中含有大量有机物、氮、磷等富营养物质，用沼液原液培养微藻由于养分浓度过高，导致微藻在污水中不能适应高浓度的富营养物质而死亡，因此，需要先对污水进行稀释或其他前期处理。
第三，初始藻接种量的多少会影响微藻的生命周期，接种量太少，在菌藻共生体系中由于菌占优势而生长缓慢，或者生长周期延长，接种太多会导致营养物质过快的被耗尽，最后反而抑制藻的生长。因此选择适量的接种藻浓度可以缩短微藻繁育周期。
第四，pH会先影响小球藻细胞膜表面附有的电荷和培养基中营养物质的解离状况，进一步影响微藻利用所需营养物质。同时，pH也会影响小球藻生长代谢过程所需的各种酶的活性。
第五，小球藻是光能兼养型微生物，在生长过程中可以光合自养光照。光合作用包括光作用和暗作用，这是微藻的“生物钟”现象。所以当持续光照时，暗作用的那部分受到了抑制，所以选择适当光强才能获得最高生物量；也可以通过调节环境因子，吸收水体中的养分进行异养生长。
本发明的有益效果在于：本发明以养牛场废水发酵沼液为基础培养基，通过比较藻细胞干重大小和对污水的COD、氨氮、总氮和总磷的去除率高低，筛选出最优藻种FACHB-1227，并且研究了该藻种的最优化的生长条件。该方法获得小球藻的生物量可以达到6.2g/L，养牛场废水中主要污染物的最高去除率分别为：COD：63.6％，氨氮：73.56％，总氮：65.4％，总磷：76.48％。说明该方法不仅能对养牛场废水进行处理，同时也能增加小球藻的生物量，降低养殖生产成本。经过微藻培养处理后的污水养分浓度较低，可以进入一般污水处理环节。
具体实施方式
以下实施例使用相同的实验材料：
(一)养牛场厌氧发酵后的沼液
本实验所用的污水来自北京某养牛场厌氧处理后的沼液。
经过测定，该沼液的COD含量为13857mg/L，总磷含量为104.4mg/L，氨氮含量为621mg/L，总氮含量为896mg/L。
(三)微藻
FACHB-1227(普通小球藻)购自中科院淡水藻种库。
实施例1
将沼液与水按照体积比1∶2混合，调节pH值为7，以此溶液作为培养基培养小球藻FACHB-1227，藻种原液浓度为1g干重/L，初始藻接种量为每100mL培养基接种5mL藻种液，然后密封放在培养箱内进行培养。培养条件为：培养温度25℃、光照强度5000k，培养周期为10天。
实施例2
采用与实施例1相同的养牛场沼液和小球藻，将沼液与水按照体积比1∶1混合，调节pH值为9，以此溶液作为培养基培养小球藻FACHB-1227，藻种液浓度为1g干重/L，初始藻接种量为每100mL培养基接种7.5mL藻种液，然后密封放在培养箱内进行培养。培养条件为：培养温度25℃、光照强度4000k，培养周期为17天。
实施例3
采用与实施例1相同的养牛场沼液和小球藻，将沼液与水按照体积比1∶3混合，调节pH值为5，以此溶液作为培养基培养小球藻FACHB-1227，藻种液浓度为1g干重/L，初始藻接种量为每100mL培养基接种2.5mL藻种液，然后密封放在培养箱内进行培养。培养条件为：培养温度25℃、光照强度3000k，培养周期为7天。
实施例4
采用与实施例1相同的养牛场沼液和小球藻，将沼液与水按照体积比1∶3混合，调节pH值为6.5，以此溶液作为培养基培养小球藻FACHB-1227，藻种液浓度为1g干重/L，初始藻接种量为每100mL培养基接种5mL藻种液，然后密封放在培养箱内进行培养。培养条件为：培养温度25℃、光照强度4500k，培养周期为17天。
实施例5
采用与实施例1相同的养牛场沼液和小球藻，将沼液与水按照体积比1∶2混合，调节pH值为8，以此溶液作为培养基培养小球藻FACHB-1227，藻种液浓度为1g干重/L，初始藻接种量为每100mL培养基接种5mL藻种液，然后密封放在培养箱内进行培养。培养条件为：培养温度25℃、光照强度5000k，培养周期为14天。
实施例6
在培养周期结束后，对实施例1-3的培养基测定小球藻细胞干重和培养基中污染物的浓度。每个实验条件下均进行3次重复。结果如表1所示。
表1

Claims (4)

1.一种利用养牛场废水培养小球藻的方法，其特征在于，该方法包括：
I.将养牛场废水进行厌氧发酵，发酵后得到沼液；
II.步骤I获得的沼液用水稀释，沼液与水的体积比为1：(1～3)，调节pH值为5～9，以此溶液作为培养基培养小球藻FACHB-1227，初始接种量为每升0.025～0.075g小球藻干重，光照强度为3000～5000lx，培养周期为7～17天。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤I获得的沼液中COD为13000～15000mg/L、氨氮为400～700mg/L、总氮为800～1500mg/L，总磷为80～110mg/L。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
I.将养牛场废水进行厌氧发酵，发酵后得到沼液；
II.步骤I获得的沼液用水稀释，沼液与水的体积比为1：(2～3)，调节pH值为6.5～8，以此溶液作为培养基培养小球藻FACHB-1227，初始接种量为每升0.025～0.075g小球藻干重，光照强度为3000～5000lx，培养周期为10～17天。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
I.将养牛场废水进行厌氧发酵，发酵后得到沼液；
II.步骤I获得的沼液用水稀释，沼液与水的体积比为1∶2，调节pH值为7，以此溶液作为培养基培养小球藻FACHB-1227，初始接种量为每升0.05g小球藻干重，光照强度为50001x，培养周期为10天。
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