CN110885755B - 利用小麦淀粉加工废水混养培养小球藻的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用小麦淀粉加工废水强化培养产油小球藻的方法，包括以下步骤：(1)小麦淀粉加工废水的厌氧消化处理，得到富含溶解态氨氮和磷酸盐的厌氧发酵液；(2)小麦淀粉加工废水酸化水解，得到酸化液；(3)将厌氧发酵液与酸化液混合，成为小球藻混养培养基，小球藻在混养培养基中混养培养。该方法将原废水中颗粒态物质分别转化为产油小球藻可利用的有机酸、氨氮、磷酸盐等营养物质，无需添加任何人工有机碳源和营养元素，显著降低了培养成本，藻干重浓度可达5～6g/L，是二级出水等无机废水培养的6～10倍；同时该混养培养模式显著提高了藻生物质油脂含量和饱和度，其油脂含量可达35％以上，饱和脂肪酸占到总脂比例达到50％以上。

Description

利用小麦淀粉加工废水混养培养小球藻的方法
技术领域
本发明涉及一种利用小麦淀粉加工废水混养培养产油小球藻的方法，属于微藻培养技术领域。
背景技术
随着化石能源的快速消耗，全球正面临着能源耗竭及温室效应等严峻问题，寻求可替代的绿色能源成为各国研究的热点，其中微藻生物质能源被认为是缓解能源危机的理想生物质能源之一。然而藻生物质过高的生产成本阻碍了其大规模应用，其培养过程中水和营养元素的消耗是主要因素。人类生活或生产废水排放量巨大，部分废水含有丰富的氮磷及微量元素，是能源微藻可利用的天然培养基，因此从废水中寻求替代水资源、氮磷等营养物质是降低藻生物质生产成本的有效途径。
鉴于藻类深度处理塘的成功经验，目前常采用二级出水等无机废水与能源微藻培养相结合。但由于二级出水中营养物质浓度过低，同时藻类生长以光合自养生长为主，藻细胞生长速率及油脂含量低。因此，将富含营养物质的高浓度有机废水与能源微藻混养培养相结合以实现藻细胞高生长速率及油脂积累，更具优势和实际应用意义。淀粉加工废水是典型的食品加工类高浓度有机废水，含有藻类生长所需的各类营养元素，同时不含重金属等有害物质，是能源微藻可潜在利用的优质培养基。
但预培养结果表明微藻难以在未经处理的淀粉加工废水中正常生长，一方面原废水中氮磷等营养元素主要以有机颗粒态存在，能源微藻无法直接利用其生长；另一方面，能源微藻无法利用原废水中的大分子有机物作为有机碳源进行混养生长，同时过高的有机物浓度亦可显著抑制能源微藻的生长。
因此，上述问题的解决是实现淀粉加工废水产油微藻高密度培养的关键。
CN105039163A公开的一种利用方便面厂排放的废水废气培养小球藻的方法，未能解决上述问题。
发明内容
本发明为解决现有淀粉加工废水产油微藻培养存在的技术问题，提供一种能够高密度培养产油微藻的利用小麦淀粉加工废水强化产油小球藻混养生长的方法。
本发明的利用小麦淀粉加工废水强化培养产油小球藻的方法，包括以下步骤：
(1)小麦淀粉加工废水的厌氧消化处理：
将小麦淀粉加工废水进行厌氧消化处理，使淀粉加工废水(原废水)中的有机氮和有机磷转化为溶解态氨氮和磷酸盐，成为富含溶解态氨氮和磷酸盐的厌氧发酵液(ADSW)；
(2)小麦淀粉加工废水的酸化水解处理：
将小麦淀粉加工废水进行酸化水解处理，获得小分子有机酸(乙酸、丁酸等)，作为产油小球藻混养生长所需的有机碳源，得到酸化液(ASW)；
(3)产油小球藻混养培养：
将步骤(1)产生的厌氧发酵液(富含溶解态氨氮和磷酸盐)与步骤(2)产生的酸化液(富含有机酸)沉淀过滤后混合，成为小球藻混养培养基，小球藻在混养培养基中混养培养，实现高密度产油小球藻混养培养。
所述步骤(1)中厌氧消化处理的控制条件为温度30～32℃，容积负荷9.6kg CODCr/(m3·d)，水力停留时间5～7小时，pH为6.5～7.5(通过1M盐酸和氢氧化钠调节)。
所述步骤(2)中酸化水解处理的控制参数为水力停留时间时间为3.5～4.5小时，水温为28～32℃，pH为5～6.5(通过1M盐酸和氢氧化钠调节)。
所述步骤(3)中小球藻混养培养采用玻璃平板光生物反应器(尺寸为长0.65m×宽0.30m×高0.90m，总体积为175L，有效工作体积为160L)。
所述步骤(3)小球藻混养培养基中酸化液(ASW)和厌氧发酵液(ADSW)添加体积比为0.1～3:1，最佳为1:1。
所述步骤(3)中小球藻混养培养的控制条件为温度30～34℃，pH为7.0～7.2(通过1M盐酸和氢氧化钠调节)，CO2与空气混合曝气，CO2体积分数为5～7％，曝气气水比为1.6～2.2:1，光照强度为100～150μmol/(m2·s)，光暗比时间为10～14:14～10，培养时间为10～14天。
本发明通过将部分淀粉加工废水分别进行厌氧和酸化处理相结合，将原废水中颗粒态物质分别转化为产油小球藻可利用的有机酸、氨氮、磷酸盐等营养物质，实现了能源小球藻自养和异养混合生长，该培养过程无需添加任何人工有机碳源和营养元素，与人工培养基相比显著降低了培养成本，实现了废水产油小球藻高密度培养，藻干重浓度可达5～6g/L，是二级出水等无机废水培养的6～10倍，可显著降低后续藻液的浓缩成本；同时该混养培养模式显著提高了藻生物质油脂含量和饱和度，其油脂含量可达35％以上，饱和脂肪酸占到总脂比例达到50％以上。另一方面，混合淀粉废水中氨氮、磷酸盐等污染物得到了高效去除和利用，实现了淀粉加工废水中碳氮磷的全过程资源化利用。
附图说明
图1是本发明利用小麦淀粉加工废水混养培养小球藻的方法的流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的利用小麦淀粉加工废水强化培养产油小球藻的方法，包括以下步骤：
1.淀粉废水酸化水解
将另一部分淀粉加工废水进行酸化水解，获得乙酸、丁酸等有机酸碳源，作为产油微藻混养生长所需的有机碳源，成为富含有机酸的酸化液。
2.淀粉废水厌氧消化
将一部分淀粉加工废水进行厌氧消化处理，将其中的颗粒态的有机氮和有机磷分别转化为溶解态氨氮和磷酸盐，作为产油微藻生长所需的营养元素，得到富含溶解态氨氮和磷酸盐的厌氧消化液。
3.产油小球藻混养培养
将厌氧发酵液与酸化液沉淀过滤后混合，利用有机酸碳源和无机氮磷营养元素，同时辅以合适的CO2供给、光照、温度和pH，进行产油小球藻混养培养。
以下给出具体实施例。
实施例1
(1)淀粉加工废水的厌氧消化处理
将淀粉加工废水总量的一半进行厌氧消化处理，控制条件为温度30℃，容积负荷9.6kg CODCr/(m3·d)，水力停留时间6小时，pH为7(通过1M盐酸和氢氧化钠调节)。最终得到富含溶解态氨氮和磷酸盐的厌氧发酵液。
(2)淀粉加工废水的酸化水解
将淀粉加工废水总量的另一半进行酸化水解处理，控制参数为水力停留时间时间为4小时，水温为30℃，pH为6。最终得到富含有机酸的酸化液。
(3)产油小球藻混养培养
采用玻璃平板光生物反应器进行小球藻混养培养，玻璃平板的尺寸为长0.65m×宽0.30m×高0.90m，总体积为175L，有效工作体积为160L。将步骤(1)产生的厌氧发酵液与步骤(2)产生的酸化液沉淀过滤后按1:1比例混合，添加到反应器中，并接种小球藻。控制条件为温度32℃，pH值为7.0～7.2，曝气中CO2体积分数为6％，曝气气水比为2:1，光照强度为127μmol/(m2·s)，光暗比时间为12小时:12小时，培养时间为12天。最终实现高密度产油小球藻混养培养。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：
所述步骤(1)中厌氧消化处理的控制条件为温度32℃，容积负荷9.6kg CODCr/(m3·d)，水力停留时间7小时，pH为6.5。
所述步骤(2)中酸化水解处理的控制参数为水力停留时间时间为3.5小时，水温为32℃，pH为5。
所述步骤(3)中小球藻混养培养的控制条件为温度30℃，曝气中CO2体积分数为7％，曝气气水比为1.6:1，光照强度为100μmol/(m2·s)，光暗比时间为10小时:14小时，培养时间为10天。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于：
所述步骤(1)中厌氧消化处理的控制条件为温度31℃，容积负荷9.6kg CODCr/(m3·d)，水力停留时间5小时，pH为7.5。
所述步骤(2)中酸化水解处理的控制参数为水力停留时间时间为4.5小时，水温为28℃，pH为6.5。
所述步骤(3)中小球藻混养培养的控制条件为温度34℃，曝气中CO2体积分数为5％，曝气气水比为2.2:1，光照强度为150μmol/(m2·s)，光暗比时间为14小时:10小时，培养时间为10天。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于：小球藻混养培养基中淀粉加工废水水解酸化液和厌氧发酵液添加体积比为0.5:1。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处在于：小球藻混养培养基中淀粉加工废水水解酸化液和厌氧发酵液添加体积比为0.1:1。
实施例6
本实施例与实施例1的不同之处在于：小球藻混养培养基中淀粉加工废水水解酸化液和厌氧发酵液添加体积比为3:1。
实施例7
本实施例与实施例1的不同之处在于：小球藻混养培养基中淀粉加工废水水解酸化液和厌氧发酵液添加体积比为2:1。
上述实施例中小麦淀粉加工废水(原水)及其酸化液和厌氧消化液的水质特征参数如下表：
Figure GDA0004145436210000041

Claims (1)

1.一种利用小麦淀粉加工废水强化培养产油小球藻的方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)小麦淀粉加工废水的厌氧消化处理：
将小麦淀粉加工废水进行厌氧消化处理，使淀粉加工废水中的有机氮和有机磷转化为溶解态氨氮和磷酸盐，成为富含溶解态氨氮和磷酸盐的厌氧发酵液；
(2)小麦淀粉加工废水的酸化水解处理：
将小麦淀粉加工废水进行酸化水解处理，获得小分子有机酸，作为产油小球藻混养生长所需的有机碳源，得到酸化液；
(3)产油小球藻混养培养：
将步骤(1)产生的厌氧发酵液与步骤(2)产生的酸化液混合，成为小球藻混养培养基，小球藻在混养培养基中混养培养；
所述步骤(1)中厌氧消化处理的控制条件为温度30～32℃，容积负荷9.6kg CODCr/(m3·d)，水力停留时间5～7小时，pH为6.5～7.5；
所述步骤(2)中酸化水解处理的控制参数为水力停留时间时间为3.5～4.5小时，水温为28～32℃，pH为5.0～6.5；
所述步骤(3)中小球藻混养培养采用玻璃平板光生物反应器；所述步骤(3)小球藻混养培养基中酸化液和厌氧发酵液添加体积比为1:1；所述步骤(3)中小球藻混养培养的控制条件为温度30～34℃，pH为7.0～7.2，CO2与空气混合曝气，CO2体积分数为5～7％，曝气气水比为1.6～2.2:1，光照强度为100～150μmol/(m2·s)，光暗比时间为10～14:14～10，培养时间为10～14天。
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