CN110257251A - 一种利用磁场联合微波增强城市污水中藻类产氧性能的方法 - Google Patents

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涂仁杰
周旭
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Abstract

本发明涉及一种利用磁场联合微波增强城市污水中藻类产氧性能的方法，包括以下步骤：步骤A：微藻培养，利用城市污水培养高油脂微藻；步骤B：磁处理，将正在处于对数期的藻液通过水泵引入磁处理池，在一定的磁场强度和磁处理时间进行磁处理。步骤C：微波辐射，将经过磁处理的藻液引入微波处理池，在低功率微波辐射条件促进小球藻产氧、生物量和净光合速率。用城市污水培养小球藻既可以处理污水，解决环境问题，也可以生产生物柴油，缓解能源危机，为污水净化提供新的思路。将微波加入到微藻产生物柴油系统中，能够进一步促进菌藻共生体系达到最优效果，有利于降低曝气的能源消耗，进一步促进微藻生物产油的产业化。

Description

一种利用磁场联合微波增强城市污水中藻类产氧性能的方法
技术领域
本发明属于微藻收获领域，尤其是一种利用磁场联合微波增强城市污水中藻类产氧性能的方法。
背景技术
目前能源危机与环境污染越来越受到广泛关注，而城市污水培养微藻收获生物柴油技术却可以缓解这个问题。一些兼性异养的微藻可以利用水中的有机物等营养物质快速生长并且获得很高的生物量、生长速率和油脂产率。同时污水中的有机和无机碳源符合一些兼性异养微藻的混合/异养生长模式。这种生长模式相比于传统的自养生长模式有很多优点：(1)更快的生长速率和更高的生产力；(2)低光照条件；(3)污染物去除率高。技术的核心是菌藻共生体系，而体系中溶解氧的含量则至关重要。
现有技术例如，CN103045479A公开了一种利用磁性絮凝纳米微粒快速收集藻体的方法与应用。该方法首先将微藻培养液的pH值调至≥6.0，加入磁性絮凝纳米微粒，混合搅拌，得到微藻细胞和磁性絮凝纳米微粒的聚合物；接着通过磁场发生器对微藻细胞和磁性絮凝纳米微粒的聚合物进行磁性吸附，分离得到微藻细胞和磁性絮凝纳米微粒的聚合物。但是，对于微藻产氧性能还有待提高。
目前，微波在微藻生物柴油领域的应用主要是辅助油脂提取，例如CN106404590A。频率在2450MHz左右的微波可以用于细胞破碎，原因是该频率下的微波在水或者醇类中可以促使氢氧键的偶极转动，破坏氢键，迅速加热生物质，破坏细胞膜。而另一方面，微波辐射对藻产生生物效应也被广泛研究关注。多名学者研究发现微波辐射对藻的生长产生了促进影响。
但在之前的研究中，很少有学者研究微波对微藻产氧性能的影响，更没有学者将微波对微藻的生物效应应用于微藻培养当中来，故而这方面的研究还有较大的空间前景。
发明内容
鉴于现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提供一种利用磁场联合微波增强城市污水中藻类产氧性能的方法，用以提高藻的生物量及光合产氧速率，使得小球藻产氧量提高，生物量提高，光合产氧速率提高。能够降低污水中COD和氨氮的浓度，促进污水中细菌的生长，有利于藻菌共生系统的平衡。
本发明是通过这样的技术方案来实现的：
一种利用磁场联合微波增强城市污水中藻类产氧性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：微藻培养，在室外跑道池中利用城市污水培养产油微藻，微藻在高N、P环境下迅速繁殖；
步骤B：磁处理，将正在处于对数期的藻液通过水泵引入磁处理池，在一定的磁场强度和磁处理时间进行磁处理。
步骤C：微波辐射，将经过磁处理的藻液引入微波处理池，在低功率微波辐射条件促进小球藻产氧、生物量和净光合速率。
本发明的进一步技术方案是：步骤A微藻培养时选用经沉淀的城市污水上层清液为培养基，总氮含量为40-60mg/L，总磷含量为4.5-5.5g/L，pH值为6.8-7.2。
本发明的进一步技术方案是：步骤A特征在于：微藻培养时接种10％的蛋白核小球藻，藻液在光强4000lux，温度24±1℃，光暗周期12L:12D下培养7天。
该技术方案的选择依据是：藻种扩大培养方法相比于藻种保存方法的区别仅在于培养条件。扩大培养在恒温室内进行，光照强度2000-4000lux、温度23±2℃、光暗周期12L:12D、每7天转接一次。模拟出在室外条件下的适宜的生长条件。
本发明的进一步技术方案是：步骤B磁处理时将正在处于对数期的藻液通过水泵引入搅拌池，磁处理条件为1000GS的磁场对小球藻处理1小时。
通过大量的实验研究表明磁处理可以提高藻类的生物量和产氧量。从产氧效果和经济性考虑，对数期开始磁处理优于从培养初期开始磁处理。藻液在1000GS磁场下处理0.5h可提高产氧量15％以上，强磁则会抑制其生长。1小时的磁化效果最佳，长时间的磁化并不能提高磁作用的效果。
本发明的进一步技术方案是：若只进行步骤C微波辐射功率350W处辐射30s。
通过大量的实验研究同微波辐射功率对藻类产氧量有不同的影响效果，其中微波辐射功率为250W和350W处理组小球藻的产氧量较空白对照组有所提高，其他各功率条件下微波辐射都对小球藻产氧起到抑制作用。实验中发现辐射功率为350W条件下对小球藻产氧的促进效果最大，故优化出最佳的微波辐射功率即为350W。选择对数期一次微波辐射，功率固定为350W，设置了作用时间分别为10s，20s，30s，40s四组不同的处理组，并另设一组空白对照组，每组实验设置三个重复取平均值无论微波辐射时间为10s、20s、30s还是40s，均能提高小球藻的产氧量。其中微波辐射时间为30s时促进效果最大，此时小球藻的溶解氧含量提升了8.40％，优化出最佳的微波辐射时间为30s。
通过大量的实验研究发现，比未处理的小球藻方案，只进行步骤C微波辐射，小球藻的产氧量提高了10.71％，生物量提高了12.37％，光合产氧速率提高了5.79％。微波辐射使得类胡萝卜素、叶绿素a和叶绿素b的含量分别提高了53.16％、14.49％和43.56％。
本发明的进一步技术方案是：步骤C中微波与磁共同处理条件为1000GS的磁场对小球藻处理1小时，然后在功率400W处辐射30s。
通过采用大量实验选取小球藻的产氧量、生物量和光合产氧速率进行研究，设置9组不同的处理条件，并另设一组空白对照组，每组实验设置三个重复取平均值。实验用水采用取自深圳大学城污水管网，经2小时沉淀的上层污水。接种10％的蛋白核小球藻，藻液在光强4000lux，温度24±1℃，光暗周期12L:12D下培养7天。连续测定各组处理下小球藻的产氧量、生物量及光合产氧速率，发现预磁处理磁场强度是影响小球藻产量的最显著因素，而微波辐射功率的影响最小。在1000GS的磁场对小球藻处理1小时，然后在功率350W处辐射30s的条件下小球藻产氧量可以提高36.20％以上
通过大量的实验研究发现，微波与磁共同作用最佳条件下的小球藻比未处理的小球藻干重提高了4.62％，油脂产量提高了11.76％，总油脂含量提高了7.41％，小球藻产氧量可以提高36.20％以上。
本发明相对应现有技术的有益效果包括：
本发明利用微波辐射来增强蛋白核小球藻的产氧量，从而促进菌藻共生体系达到最优效果。同时将微藻引入污水处理系统也可以减少曝气带来的能源消耗。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的利用磁场联合微波增强城市污水中藻类产氧性能的方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明进行详细说明，但本发明不局限于此。
实施例1
如图1所示，一种利用磁场联合微波增强城市污水中藻类产氧性能的方法，包括1、户外跑道池；2、水泵；3、磁处理池；4、微波处理池，其中，在户外跑道池进行微藻培养，在磁处理池进行步骤B：磁处理，在微波处理池进行步骤C：微波辐射，之后可形成菌藻共生体系提高水处理能力，最后微藻分离。
具体实施过程如下：
步骤A：微藻培养，在室外跑道池1中用城市污水培养产油微藻，微藻在高N、P环境下迅速繁殖；将1中繁殖到生长稳定期的藻液通过水泵2引入磁处理池行步骤B：磁处理；步骤C：经处理后再进入微波处理池进行适当的微波处理，使微藻的产氧量提高，进而促进菌藻共生体系。
具体实施例中，步骤A微藻培养时选用经2小时沉淀的城市污水上层清液为培养基，总氮含量为50mg/L，总磷含量为5.0g/L，pH值为7.0。具体实施例中，步骤A时微藻培养时接种10％的蛋白核小球藻，藻液在光强4000lux，温度24±1℃，光暗周期12L:12D下培养7天。
具体实施例中，步骤B是将正在处于对数期的藻液通过水泵引入磁处理池，磁处理条件为1000GS的磁场对小球藻处理1小时。
具体实施例中，步骤C中采用微波辐射功率350W处辐射30s。具体实施例中，微波与磁共同作用最佳条件下的小球藻比未处理的小球藻干重提高了4.62％，油脂产量提高了11.76％，总油脂含量提高了7.41％。
实施例2
在实施例1的基础上，总氮含量为40mg/L，总磷含量为4.5g/L，pH值为6.8。
实施例3
在实施例1的基础上，总氮含量为60mg/L，总磷含量为5.5g/L，pH值为7.2。
对比实施例1
在实施例1的基础上，未有步骤B。
实施例1未有进行步骤B的情况下，对比实施例1仅进行微波作用条件为辐射功率400W，作用时间25s，实施例1方案相对于对比实施例1方案，小球藻的产氧量提高了10.71％，生物量提高了12.37％，光合产氧速率提高了5.79％。微波辐射使得类胡萝卜素、叶绿素a和叶绿素b的含量分别提高了53.16％、14.49％和43.56％。
对比实施例2
在实施例1的基础上，未有步骤B和C。
实施例1微波与磁共同作用最佳条件下的小球藻比未处理的小球藻干重(相对应对比实施例2)提高了4.62％，油脂产量提高了11.76％，总油脂含量提高了7.41％，小球藻产氧量可以提高36.20％以上。
综上，本发明方案构建了一种高效率、低能耗的可以用于工业化提高微藻产氧、生物量和净光合速率的技术，选用微波辐射和磁处理共同作用收获城市污水培养体系中产油微藻，为微藻油脂提取提供了一种具有高效率、低污染、良好工业化前景的技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用磁场联合微波增强城市污水中藻类产氧性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：微藻培养，在室外跑道池中利用城市污水培养产油微藻，微藻在高N、P环境下迅速繁殖；
步骤B：磁处理，将正在处于对数期的藻液通过水泵引入磁处理池，在一定的磁场强度和磁处理时间进行磁处理；
步骤C：微波辐射，将经过磁处理的藻液引入微波处理池，在低功率微波辐射条件促进小球藻产氧、生物量和净光合速率。
2.根据权利要求1所述的利用磁场联合微波增强城市污水中藻类产氧性能的方法，其特征在于：步骤A中，微藻培养时选用城市污水上层清液为培养基，总氮含量为40-60mg/L，总磷含量为4.5-5.5g/L，pH值为6.8-7.2。
3.根据权利要求1所述的利用磁场联合微波增强城市污水中藻类产氧性能的方法，其特征在于：步骤A中，微藻培养时接种10％的蛋白核小球藻，藻液在光强4000lux，温度24±1℃，光暗周期12L:12D下培养7天。
4.根据权利要求1所述的利用磁场联合微波增强城市污水中藻类产氧性能的方法，其特征在于：步骤B中，将正在处于对数期的藻液通过水泵引入磁处理池，磁处理条件为1000GS的磁场对小球藻处理1小时。
5.根据权利要求1-4任一项所述的利用磁场联合微波增强城市污水中藻类产氧性能的方法，其特征在于：步骤C中，微波辐射功率350W处辐射30s。
6.根据权利要求1-4任一项所述的利用磁场联合微波增强城市污水中藻类产氧性能的方法，其特征在于：比只进行步骤C微波辐射小球藻的产氧量提高了10.71％，生物量提高了12.37％，光合产氧速率提高了5.79％。
7.根据权利要求1-4任一项所述的利用磁场联合微波增强城市污水中藻类产氧性能的方法，其特征在于：步骤C中，微波辐射使得类胡萝卜素、叶绿素a和叶绿素b的含量分别提高了53.16％、14.49％和43.56％。
8.根据权利要求1所述的利用磁场联合微波增强城市污水中藻类产氧性能的方法，其特征在于：步骤B和C，微波与磁共同处理条件为1000GS的磁场对小球藻处理1小时，然后在功率400W处辐射30s。
9.根据权利要求1所述的利用磁场联合微波增强城市污水中藻类产氧性能的方法，其特征在于：通过步骤B和C，比未处理的小球藻干重提高了4.62％，油脂产量提高了11.76％，总油脂含量提高了7.41％。
10.根据权利要求1所述的利用磁场联合微波增强城市污水中藻类产氧性能的方法，其特征在于：通过步骤B和C，小球藻产氧量可以提高36.20％以上。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112573670A (zh) * 2020-12-11 2021-03-30 复旦大学 一种利用静磁场促进藻菌共生系统处理水中污染物的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103113932A (zh) * 2013-02-01 2013-05-22 哈尔滨工业大学深圳研究生院 利用城市生活污水培养微藻生产生物柴油的方法及系统
CN109536484A (zh) * 2018-11-23 2019-03-29 江苏大学 一种利用磁场干预提高黄丝藻生物量及代谢物的方法
CN109628316A (zh) * 2019-01-23 2019-04-16 哈尔滨工业大学（深圳） 利用磁性粒子规模化收获城市污水培养体系中产油微藻的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103113932A (zh) * 2013-02-01 2013-05-22 哈尔滨工业大学深圳研究生院 利用城市生活污水培养微藻生产生物柴油的方法及系统
CN109536484A (zh) * 2018-11-23 2019-03-29 江苏大学 一种利用磁场干预提高黄丝藻生物量及代谢物的方法
CN109628316A (zh) * 2019-01-23 2019-04-16 哈尔滨工业大学（深圳） 利用磁性粒子规模化收获城市污水培养体系中产油微藻的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
曲韵甜: "城市污水培养藻类系统中微波增强藻类产氧性能的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112573670A (zh) * 2020-12-11 2021-03-30 复旦大学 一种利用静磁场促进藻菌共生系统处理水中污染物的方法

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