CN110982859A - 一种利用养猪污水生产碳水化合物的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用养猪污水生产碳水化合物的方法，属于生物能源合成技术领域。针对目前用于污水处理的微藻生产碳水化合物水平低，净化污水效果差的问题，本发明提供了一种利用养猪污水生产碳水化合物的方法，以养猪污水为培养底物，将微藻经二阶段培养或半连续培养生产碳水化合物；所述微藻为凯氏拟小球藻Parachlorella kessleri QWY28、栅藻Desmodesmus sp.QWY36或衣藻Chlamydomonas sp.QWY37；上述微藻经二阶段培养或半连续培养可净化未经灭菌处理的养猪污水，同时高产碳水化合物。本发明有利于保护生态环境。

Description

一种利用养猪污水生产碳水化合物的方法
技术领域
本发明属于生物能源合成技术领域，具体涉及一种利用养猪污水生产碳水化合物的方法。
背景技术
猪污水因含有高浓度的有机物和氨，容易对环境和生态造成严重破坏，尤其是水体的富营养化。因此发展生态友好型的生物工艺来改善水质受到高度关注。然而，大多数细菌不能有效地去除化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、总氮(total nitrogen,TN)和总磷(total phosphate,TP)。并且处理污水后的含有细菌的污泥需要进行适当处理以避免二次环境污染，这在一定程度上提高了处理成本。大多数利用养猪污水培养微藻生产能源的研究都需要对污水进行预处理(例如灭菌或稀释)，以减少对微藻生长的抑制并提高能源产量，大大阻碍了其应用潜力。目前，只有极少数的研究侧重于利用未灭菌或未稀释的真实养猪污水培养微藻生产碳水化合物。然而，这些研究中微藻的生长在含有高浓度的有机/无机物的真实养猪污水中受到抑制，导致易受污染、污染物去除效率低和能源产量有限，不能满足实际需求。
发明内容
针对目前用于污水处理的微藻生产碳水化合物水平低，净化污水效果差的问题，本发明提供了一种利用养猪污水生产碳水化合物的方法，以养猪污水为培养底物，将微藻经二阶段培养或半连续培养生产碳水化合物；所述微藻为凯氏拟小球藻Parachlorellakessleri QWY28、栅藻Desmodesmus sp.QWY36或衣藻Chlamydomonas sp.QWY37；所述二阶段培养方法步骤如下：第一阶段：将微藻置于养猪污水中，20-35℃，光照强度为200-600μmol/m2·s，连续通入2.5％的CO2条件下，培养至藻液中微藻细胞浓度达到9.0g/L；第二阶段：将光照强度增加至700-800μmol/m2·s，20-35℃条件下进行培养；
所述半连续培养方法步骤如下：将微藻置于养猪污水中，20-35℃，光照强度为200-1000μmol/m2·s条件下，培养至藻液中微藻细胞浓度达到9.9-10.0g/L，利用养猪污水置换20-80％体积藻液，继续培养，相同置换体积的养猪污水重复置换3-6次。
进一步地限定，所述养猪污水中含有COD 814±34～970±47mg/L、
Figure BDA0002331742110000011
22±3～51±5mg/L、
Figure BDA0002331742110000012
425±23～493±42mg/L和
Figure BDA0002331742110000013
31±4～42±6mg/L中的一种或多种。
进一步地限定，所述二阶段培养中第一阶段微藻的培养温度为30℃，光照强度为500μmol/m2·s。
进一步地限定，所述二阶段培养中第二阶段微藻的培养温度为30℃，光照强度为750μmol/m2·s。
进一步地限定，以养猪污水体积计，所述二阶段培养中，微藻的接种量为80mg/L；所述半连续培养中，微藻的接种量为80mg/L。
进一步地限定，所述半连续培养时，微藻培养的温度为30℃，光照强度为500μmol/m2·s。
进一步地限定，所述半连续培养时，所述置换藻液是利用养猪污水置换20％体积藻液，重复置换5次，每次置换的间隔为47.8±2.7h。
进一步地限定，所述半连续培养时，所述置换藻液是利用养猪污水置换40％体积藻液，重复置换5次，每次置换的间隔为72.2±6.4h。
进一步地限定，所述半连续培养时，所述置换藻液是利用养猪污水置换60％体积藻液，重复置换5次，每次置换的间隔为96.2±5.2h。
进一步地限定，所述半连续培养时，所述置换藻液是利用养猪污水置换80％体积藻液，重复置换5次，每次置换的间隔为144.2±6.2h。
有益效果
本发明提供了一种利用原始养猪污水(未经任何灭菌等净化处理的养猪污水)生产碳水化合物的方法，衣藻QWY37利用养猪污水生产碳水化合物过程中，其生物量浓度和养猪污水的污染物去除率随着光照强度从250μmol/m2·s增加到500μmol/m2·s而增加，光照强度为500μmol/m2·s时，生物量浓度和生产力最高，分别为9.9g/L和1238mg/L·d，在500μmol/m2·s的光照强度下，COD和TN的去除率明显提高，分别达到71％和86％。并且污水中COD的TN的出水浓度分别约为270mg/L和60mg/L，符合《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596-2001)，表明衣藻QWY37在适宜的培养条件下可以直接用于处理真实养猪污水，无需结合其他生物工艺。当光照强度增加到750μmol/m2·s时，衣藻QWY37中的碳水化合物含量显著增加到68％，表明高光照强度可能刺激碳水化合物的积累。因此，衣藻QWY37在光照强度为500μmol/m2·s时的碳水化合物生产力最高，为781mg/L·d，碳水化合物含量为63％，明显高于大多数文献。而且碳水化合物含量主要在稳定期(低氮浓度期)增加，表明低氮浓度能够有效促进衣藻QWY37积累碳水化合物。
本发明采用的二阶段培养法中，在养猪污水中培养衣藻QWY37，第一阶段光照强度为500μmol/m2·s以促进细胞生长，第6天增加光照强度至750μmol/m2·s以增加生物量浓度和碳水化合物积累。如图3和表6所示，二阶段系统在真实养猪污水中非常稳定，具有较高的污染物去除能力(COD：76％、TN：81％、TP：100％)。最高碳水化合物含量和生产力分别为74％和890mg/L·d，比单批次培养高出约15％。而且在第二阶段，衣藻QWY37的葡萄糖含量从40％明显增加到62％(占总碳水化合物的84％)，结果表明，在真实养猪污水中，可以用二阶段培养策略培养衣藻QWY37，污染物去除率略有提升。
半连续培养系统既能保持指数生长、避免光抑制，又可重复操作，能够更好地满足实际需求，提高污水处理和高价值产品的生产效率。本发明在真实养猪污水中采用半连续培养微藻，得到了较高的处理污水同时生产碳水化合物的技术效果，60％的置换率使碳水化合物含量达到65％，并且碳水化合物生产力为944mg/L·d，出水水质可以达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的一级标准，无需进一步处理。
附图说明
图1 3株微藻细胞的(a)光学显微镜照片、(b)扫描电子显微镜照片；
图2 3株微藻在真实养猪污水中，在异养(a,b,c中标记符号为空心，d中标记符号为空心或白底带划线)和混合营养条件(a,b,c中标记符号带填充，d中标记符号为带填充或填充带划线)下培养的(a)生物量浓度、(b)COD浓度、(c)TN浓度和(d)碳水化合物含量；
图3衣藻QWY37在二阶段培养下的(a)生物量和COD浓度、(b)TN浓度和碳水化合物含量的变化；
图4衣藻QWY37在半连续培养下的不同置换体积下(a-d)生物量浓度、(e-h)COD浓度、(i-l)TP浓度和(m-p)TN浓度和碳水化合物含量的变化。
具体实施方式
本发明所述的微藻：凯氏拟小球藻Parachlorella kessleri QWY28、栅藻Desmodesmus sp.QWY36或衣藻Chlamydomonas sp.QWY37是从中国哈尔滨市养猪场附近的河流中分离出细胞，细胞在30℃、250μmol/m2·s的光照条件下培养24h，使用BG-11固体培养基，藻株每2周进行一次传代培养，经形态观察和18S rDNA序列对比等鉴定，确定为凯氏拟小球藻Parachlorella kessleri QWY28、栅藻Desmodesmus sp.QWY36或衣藻Chlamydomonas sp.QWY37(如图1所示)。藻株QWY28、QWY36和QWY37的18S rDNA序列已提交至美国国立生物技术信息中心，序列号分别为MK367466、MK367467和MK367468。
以衣藻为例，可见细胞为椭圆形，其大小约为10μm。该细胞具有2个鞭毛，其大小与细胞的长度大致相同。细胞具有运动性。通过二分裂进行生长。生理或生化特征：①污水：可以在真实养猪污水中生长。②光合作用性能：利用光合作用可以进行光合自养生长。③所含色素：叶绿素a、叶绿素b和其他类胡萝卜素。④同化储存物质：淀粉。⑤生长温度范围：20-35℃(最佳温度为30℃)。⑥生长pH范围：pH6.0-10.0(最佳pH值为7.0)，为衣藻属绿藻。
上述菌藻均记载在：Qu,W.,Zhang,C.,Zhang,Y.,Ho,S.,2019.Optimizing realswine wastewater treatment with maximum carbohydrate production by a newlyisolated indigenous microalgaParachlorella kessleri QWY28.BIORESOURCETECHNOLOGY,289.公众可通过哈尔滨工业大学获得。
BG-11培养基配方如表1所示：
表1 BG-11培养基配方
Figure BDA0002331742110000041
本发明中所涉及的相应指标的检测方法：
(1)污水中藻类浓度的测量
每天通过测量细胞数，确定藻类细胞浓度。将用BG-11培养基培养的藻液通过纤维素醋酸膜过滤器过滤，预先精确称重过滤器的质量，过滤藻液后冷冻干燥，直到过滤后的样品重量恒定为止，然后精确称重。将过滤前后的过滤器质量差除以过滤后的液体样品量，计算藻类的干细胞重量(dry cell weight,DCW)。不同藻类的细胞数和DCW之间的关系分别用以下方程来描述：
藻株QWY28,DCW(g/L)＝5×10-8×细胞数(mL-1)+0.1082,R2＝0.9793(1)；
藻株QWY36,DCW(g/L)＝2×10-8×细胞数(mL-1)-1.7280,R2＝0.9121(2)；
藻株QWY37,DCW(g/L)＝8×10-7×细胞数(mL-1)+7.5718,R2＝0.9435(3)。
(2)污水中污染物含量的测量
使用具有0.22μm的孔径的过滤器过滤来自光生物反应器的液体样品，5000rpm/min离心4min以收集藻液，并用蒸馏水进行稀释。根据文献(APHA，1995)测定COD、
Figure BDA0002331742110000042
Figure BDA0002331742110000043
和
Figure BDA0002331742110000044
的浓度，污水中的氮还可以通过离子传感器测量硝酸盐或铵盐的含量进行评估。
(3)生物量浓度的测量
用生物量浓度(g/L)随时间变化的曲线计算基于干藻体重量的生长速率。
生物量生产速率(Pbiomass；mg/L·d)可以通过以下方程计算。
Pbiomass＝ΔX/Δt
式中，ΔX表示培养时间Δt(d)内生物量浓度的变化量(mg/L)。
(4)污染物去除能力分析
污染物去除率(％)可以通过以下方程计算。
污染物去除率(％)＝100×(C进水-C出水)/C进水
式中，C进水和C出水分别代表污染物的进水和出水浓度。
(5)藻体中碳水化合物成分的分析
培养后，从污水中回收的用作获取碳水化合物的藻体可以根据离心法进行收集，这是一种传统的方法，或使用滤纸或玻璃过滤器的过滤方法进行。以这种方式回收的藻体可以直接使用或可以根据冷冻干燥法或热风干燥法制成干藻体。从获得的藻体或干藻体中提取碳水化合物。用硫酸水解法测定微藻细胞中的碳水化合物含量和组成，具体方法为，将10mg冷冻干燥的藻体放入到250mL的耐热玻璃瓶中，在其中加入3％(w/w)的5mLH2SO4并使用灭菌锅进行高温高压处理20min。该处理液被转移到10mL的塑料离心管中，用CaCO3中和，以9000rpm/min的速度离心5min。用0.22μm的醋酸纤维素膜过滤1mL的上清液，将滤液放入到色谱瓶中，然后通过高效液相色谱仪进行分析。ICSep156ICE-COREGEL 87H3柱(环球基因，美国)安装在高效液相色谱分析仪(1260Infinity II，安捷伦)上，柱温保持在70℃，10μL的上述上清液注入该柱中，并根据标准物质的浓度进行定量，然后得到的定量结果为碳水化合物量。碳水化合物的含量和成分分别用阿拉伯糖、木糖和葡萄糖的标准曲线定量。
本发明所述培养方法中，本发明采用振荡培养法或深层曝气搅拌培养法作为培养方法。振荡培养可以是往复震荡或旋转震荡，藻体通常可以在20-35℃的培养温度下生长。
如上所述，当根据本发明所述的方法培养耐污水藻类时，藻类可以稳定地生长，并且可以获得高碳水化合物比和污染物去除率。
此外，只要可以进行光合作用，光条件就没有特别的限制，但优选连续的光。
由于污水中存在营养物，因此无需添加营养物，此外，不必使用纯水。
由于污水中的微生物很多，因此不必担心培养液受到污染，本发明的优点在于，可以培养微藻，进行大规模培养，在大规模生产碳水化合物同时处理养猪污水。
下面具体描述本发明的所述的利用污水生产碳水化合物的方法。
实施例1.利用养猪污水生产碳水化合物的方法。
本实施例以衣藻QWY37为例，描述利用养猪污水生产碳水化合物的方法。
二阶段培养法：真实养猪污水采集于中国哈尔滨市的一家养猪场，本研究使用体积为500mL，高18cm，直径为8cm的光生物反应器。将衣藻QWY37在BG-11培养基中进行预培养，温度为27-30℃，连续通入2.5％的CO2，提供24h 250μmol/m2·s的光照。预培养后，将微藻细胞直接接种于真实养猪污水，无需任何预处理，接种量为80mg/L。
本发明中使用的真实养猪污水的组成如下所示。
表2真实养猪污水的成分
Figure BDA0002331742110000061
第一阶段：30℃，光照强度为500μmol/m2·s连续通入2.5％的CO2条件下，培养5-6天，至藻液中微藻细胞浓度达到9.0g/L；第二阶段：将光照强度增加至750μmol/m2·s，继续培养1天以上。
实施例2.利用微藻经半连续培养法进行污水处理的方法。
真实养猪污水采集于中国哈尔滨市的一家养猪场，本研究使用体积为500mL，高18cm，直径为8cm的光生物反应器。将衣藻QWY37在BG-11培养基中进行预培养，温度为27-30℃，连续通入2.5％的CO2，提供24h 250μmol/m2·s的光照。预培养后，将微藻细胞直接接种于真实养猪污水，无需任何预处理，接种量为80mg/L。30℃，光照强度为500μmol/m2·s条件下，培养至藻液中微藻细胞浓度达到9.9g/L(9.9-10.0g/L之间即可)，利用养猪污水置换60％体积藻液，继续培养，相同置换体积的污水重复置换5次，每次置换的间隔为96.2±5.2h，用于生产碳水化合物。
实施例3.重复实施例2，与实施例2的不同，本实施例中所述的半连续培养方法中，所述置换藻液是利用养猪污水置换20％体积藻液，重复置换5次，每次置换的间隔为47.8±2.7h。
实施例4.重复实施例2，与实施例2的不同，本实施例中所述的半连续培养方法中，所述置换藻液是利用养猪污水置换40％体积藻液，重复置换5次，每次置换的间隔为72.2±6.4h。
实施例5.重复实施例2，与实施例2的不同，本实施例中所述的半连续培养方法中，所述置换藻液是利用养猪污水80％体积置换藻液，重复置换5次，每次置换的间隔为144.2±6.2h。
实施例6.重复实施例1，与实施例1的不同在于，本实施例中所使用的微藻为凯氏拟小球藻Parachlorella kessleri QWY28。
实施例7.重复实施例2，与实施例2的不同在于，本实施例中所使用的微藻为凯氏拟小球藻Parachlorella kessleri QWY28。
实施例8.重复实施例1，与实施例1的不同在于，本实施例中所使用的微藻为栅藻Desmodesmus sp.QWY36。
实施例9.重复实施例2，与实施例2的不同在于，本实施例中所使用的微藻为栅藻Desmodesmus sp.QWY36。
考察上述方法中微藻以真实养猪污水为培养底物合成碳水化合物产量以及对于养猪污水的净化效果等指标，方法参见前文所述。
1.在本研究中，从养猪污水附近的河流中分离到的3株藻株QWY28、QWY36和QWY37在不经稀释和灭菌的真实养猪污水中生长良好，细胞生长没有受到抑制(表3和图2中a)，表明这些新分离到的藻株对于大规模处理养猪污水具有很高的应用潜力，这些藻株对COD和
Figure BDA0002331742110000073
具有高耐受性，在混合营养模式下可以快速生长，CO2促进了微藻的光合作用，而且可以减轻氨的毒性，大大减少了氨抑制。在混合营养模式下藻株的生物量浓度和生产力最大，分别为QWY28(5.0g/L、625mg/L·d)、QWY36(3.1g/L、388mg/L·d)和QWY37(6.3g/L、788mg/L·d)(图2中a和表3)，明显高于其他文献(表4)。衣藻QWY37的生长速度高于其它2株微藻，表现出对真实养猪污水较强的适应性。如图2中b所示，微藻在前2-3天能够快速去除COD，混合营养模式下衣藻QWY37对COD的去除率达到53％，比藻株QWY28和QWY36分别高出约13％和39％；对TN的去除率达到65％，比藻株QWY28和QWY36分别高出约12％和23％(图2中c)。因此，用混合营养模式培养衣藻QWY37的污染物去除效率最高，表明CO2的存在改变了养猪污水中C、N、P的比例，促进了污染物的去除。3株微藻在2天内完全去除TP(数据未显示)，可能限制了真实养猪污水中COD和TN的去除。
在混合营养模式下，3株微藻的碳水化合物含量和生产力也高于异养模式(图2中d和表3)。在混合营养模式下藻株QWY37的碳水化合物生产力最高，为385mg/L·d，产生的碳水化合物组分主要为葡萄糖，明显高于其它2株微藻和相关研究(表4)
表3混合营养模式下藻株的生物量浓度和生产力检测
Figure BDA0002331742110000071
初始污染物浓度(mg/L)：COD＝965±34，N＝504±20，TP＝32±1；温度＝27-30℃，光照强度＝250μmol/m2·s。
表4其他微藻生物量浓度和生产力检测
Figure BDA0002331742110000072
Figure BDA0002331742110000081
表5不同温度下，不同光照强度下生物量浓度和生产力检测
Figure BDA0002331742110000082
Figure BDA0002331742110000091
温度优化的初始污染物浓度(mg/L)：COD＝814±36，N＝462±26，TP＝31±3；光照强度＝250μmol/m2·s。
光照强度优化的初始污染物浓度(mg/L)：COD＝956±53，N＝452±22，TP＝42±5；温度＝30℃。
2.实施例1二阶段培养法合成碳水化合物。
如图3和表6，用750μmol/m2·s的光照强度进行第二阶段培养，以衣藻QWY37为例，其污染物去除率为COD：76％、TN：81％和TP：100％，碳水化合物含量为74％，碳水化合物生产力为890mg/L·d。这些碳水化合物含量是第一阶段培养后获得的碳水化合物含量的约1.5倍，第一阶段约为48％。结果表明，二阶段培养法显著提高了衣藻QWY37的碳水化合物含量。
表6衣藻QWY37二阶段培养法实验结果
Figure BDA0002331742110000092
初始污染物浓度(mg/L)：COD＝937±45，N＝447±24，TP＝39±4；温度＝30℃。
3.实施例2半连续培养法合成碳水化合物。
衣藻QWY37的细胞生长及碳水化合物积累的研究。
用高强度的光照培养衣藻QWY37，可以提高衣藻的碳水化合物含量，但为了达到高碳水化合物生产力，进一步提高经济可行性，应研究更高效的培养策略。
分别使用20％，40％，60％和80％的污水置换率培养衣藻QWY37，在生物量浓度达到9.9-10.0g/L时置换污水。以恒定时间间隔测定其碳水化合物生产能力，其结果如图4所示。图4和表7表明，采用半连续的方法进行培养时，碳水化合物生产力增加。例如，在以60％的污水置换率的情况下进行培养时，最大污染物去除率为COD：81％、TN：96％和TP：100％，碳水化合物生产力为944mg/L·d，碳水化合物含量为65％。证实了衣藻QWY37是一株可用于工业污水净化的藻株，且具备较高的碳水化合物合成能力。
表7半连续培养法实验结果
Figure BDA0002331742110000093
初始污染物浓度(mg/L)：COD＝881±41，N＝537±23，TP＝37±2；温度＝30℃。
综上所述，本发明所述的微藻利用养猪污水生产碳水化合物的方法，利用所述的3种微藻，在未消毒/未稀释的真实养猪污水中，通过优化温度(30℃)和光照强度(500μmol/m2·s)，可以显著提高衣藻QWY37的产碳水化合物量。值得注意的是，通过半连续操作获得的最高碳水化合物产量为944mg/L·d，同时具有优越的高污染物去除能力(COD：81％，TN：96％，TP：100％)。这些结果明显高于大多数相关研究。本发明显著提高了微藻对真实养猪污水的处理能力，为更好地满足实际需要提供了有益的信息。

Claims (10)

1.一种利用养猪污水生产碳水化合物的方法，其特征在于，以养猪污水为培养底物，将微藻经二阶段培养或半连续培养生产碳水化合物；所述微藻为凯氏拟小球藻Parachlorella kessleri QWY28、栅藻Desmodesmus sp.QWY36或衣藻Chlamydomonassp.QWY37；所述二阶段培养方法步骤如下：第一阶段：将微藻置于养猪污水中，20-35℃，光照强度为200-600μmol/m2·s，连续通入2.5％的CO2条件下，培养至藻液中微藻细胞浓度达到9.0g/L；第二阶段：将光照强度增加至700-800μmol/m2·s，20-35℃条件下进行培养；
所述半连续培养方法步骤如下：将微藻置于养猪污水中，20-35℃，光照强度为200-1000μmol/m2·s条件下，培养至藻液中微藻细胞浓度达到9.9-10.0g/L，利用养猪污水置换20-80％体积藻液，继续培养，相同置换体积的养猪污水重复置换3-6次。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述养猪污水中含有COD 814±34～970±47mg/L、NO3 --N 22±3～51±5mg/L、
Figure FDA0002331742100000011
425±23～493±42mg/L和
Figure FDA0002331742100000012
31±4～42±6mg/L中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二阶段培养中第一阶段微藻的培养温度为30℃，光照强度为500μmol/m2·s。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二阶段培养中第二阶段微藻的培养温度为30℃，光照强度为750μmol/m2·s。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以养猪污水体积计，所述二阶段培养中，微藻的接种量为80mg/L；所述半连续培养中，微藻的接种量为80mg/L。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半连续培养时，微藻培养的温度为30℃，光照强度为500μmol/m2·s。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半连续培养时，所述置换藻液是利用养猪污水置换20％体积藻液，重复置换5次，每次置换的间隔为47.8±2.7h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半连续培养时，所述置换藻液是利用养猪污水置换40％体积藻液，重复置换5次，每次置换的间隔为72.2±6.4h。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半连续培养时，所述置换藻液是利用养猪污水置换60％体积藻液，重复置换5次，每次置换的间隔为96.2±5.2h。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半连续培养时，所述置换藻液是利用养猪污水置换80％体积藻液，重复置换5次，每次置换的间隔为144.2±6.2h。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110894512A (zh) * 2019-12-23 2020-03-20 哈尔滨工业大学 一种利用微藻直接生产乙醇的方法
CN113321312A (zh) * 2021-06-28 2021-08-31 重庆大学 高浓度co2氛围驯化微藻耐高氨氮沼液的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102978118A (zh) * 2012-11-20 2013-03-20 浙江大学 一种栅藻及其应用
KR20140025179A (ko) * 2012-08-21 2014-03-04 연세대학교 원주산학협력단 바이오디젤 생산용 담수미세조류를 이용한 폐수처리 및 유용물질 회수방법
CN103952314A (zh) * 2013-12-31 2014-07-30 上海交通大学 一株淡水栅列藻Desmodesmus communes GS05 及其应用
CN105985917A (zh) * 2015-02-06 2016-10-05 中国农业大学 一种提高小球藻在养猪废水中生物量的方法
CN110894512A (zh) * 2019-12-23 2020-03-20 哈尔滨工业大学 一种利用微藻直接生产乙醇的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140025179A (ko) * 2012-08-21 2014-03-04 연세대학교 원주산학협력단 바이오디젤 생산용 담수미세조류를 이용한 폐수처리 및 유용물질 회수방법
CN102978118A (zh) * 2012-11-20 2013-03-20 浙江大学 一种栅藻及其应用
CN103952314A (zh) * 2013-12-31 2014-07-30 上海交通大学 一株淡水栅列藻Desmodesmus communes GS05 及其应用
CN105985917A (zh) * 2015-02-06 2016-10-05 中国农业大学 一种提高小球藻在养猪废水中生物量的方法
CN110894512A (zh) * 2019-12-23 2020-03-20 哈尔滨工业大学 一种利用微藻直接生产乙醇的方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GENBANK: "Parachlorella kessleri strain QWY28 small subunit ribosomal RNA gene, partial sequence", 《GENBANK》 *
WENYING QU: "Optimizing real swine wastewater treatment efficiency and carbohydrate productivity of newly microalga Chlamydomonas sp. QWY37 used for cell celldisplayed", 《BIORESOURCE TECHNOLOGY》 *
WENYING QU: "Optimizing real swine wastewater treatment with maximum carbohydrate production by a newly isolated indigenous microalga Parachlorella kessleri QWY28", 《BIORESOURCE TECHNOLOGY》 *
程海翔: "一种栅藻的分离培养及其应用于养猪废水处理的潜力研究", 《万方》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110894512A (zh) * 2019-12-23 2020-03-20 哈尔滨工业大学 一种利用微藻直接生产乙醇的方法
CN113321312A (zh) * 2021-06-28 2021-08-31 重庆大学 高浓度co2氛围驯化微藻耐高氨氮沼液的方法
CN113321312B (zh) * 2021-06-28 2022-12-13 重庆大学 高浓度co2氛围驯化微藻耐高氨氮沼液的方法

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