CN111100883B - 一种利用烟气生产微藻油脂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用烟气生产微藻油脂的方法，是将培养基与斜生栅藻FSH‑Y2或/和凯氏拟小球藻（Parachlorella kessleri）FSH‑Y3种子液加入到光生物反应器中，调节pH为10‑12，光暗交替培养一段时间；调节pH为8‑10，接入纤维藻SS‑B7种子液，同时接入栅藻MH‑04或/和单针藻SS‑B1种子液，持续光照培养一段时间；再接入单针藻SHJ‑02或/和栅藻HCS‑02种子液，在低光照强度、光暗交替培养至稳定期，收获微藻细胞。本发明利用烟气生产微藻油脂，在抑制杂菌污染的同时，提高了微藻培养体系对高浓度CO2的耐受性和溶解性，提高了固碳效率，微藻油脂的收获量明显提高。
Description
技术领域
本发明属于生物技术和生物能源领域，具体涉及一种利用烟气生产微藻油脂的方法。
背景技术
由于化石能源的日趋减少和使用化石能源造成温室效应的增加，越来越多的科研工作者把目光集中到可再生能源的开发和利用上。生物质能作为地球上最重要的可再生能源，它包括林业生物质、农作物、水生植物、农业废弃物等。在诸多的生物质能源中，微藻是重要的可再生资源。它们具有分布广泛、生物量大、光合作用效率高、环境适应能力强、生长周期短、生物量产量高等特点。其细胞中含独特的初级或次级代谢产物，化学成分复杂。微藻的太阳能转化效率可达到3.5%，是生产药品、精细化工品和新型燃料的潜在资源，从微藻中得到的脂肪酸可转化成脂肪酸甲脂，即生物柴油。
随着世界经济的发展，大量的化石能源的使用和消耗，导致能源的短缺和环境的日益恶化，特别是CO2的急剧增加引起的温室效应越来越严重。微藻的生长周期短、光合效率高，CO2固定效率高，一定条件下可达陆生植物的10 倍以上，不仅可以减少CO2排放，同时也降低了培养成本；除CO2外，废气中的一些SOx、NOx 等成分也随着微藻的代谢被净化处理，有效减少有害气体排放。因此，利用微藻油脂作为原料生产的生物柴油是目前最有可能满足世界运输所需燃料的可再生能源。
目前对于小球藻、栅藻等产油微藻研究的较多。CN20110144545.6公开了一株栅藻藻株，该藻株的生长可利用人工培养基或经适当处理的废水生长，其特点是油脂产率高于目前大多数分藻株，该藻株应用领域包括CO2的固定，废水的净化，油脂、蛋白质、色素、淀粉、多糖、核酸的生产。CN102703326A公开了一种高CO2耐受性和固定率的微藻及其选育方法，但该专利所提供的藻株并未涉及该藻株的油脂含量。上述专利要么不能高效利用CO2产油脂，要么获得的生物质中油脂含量不够高。特别是在实际应用中，当CO2 的浓度高于5%时，大多数微藻的生长将受到抑制，而工业排放的气体中的CO2 浓度一般为10%-20%，并同时含有对微藻有毒害作用的物质，例如SOx、NOx 等。因此，用于直接固定工业排放的气体中的CO2 的微藻除了要求对CO2 的转化率高、生长速率快、耐受pH 范围宽之外，还要能够耐受高CO2 浓度和耐受SOx、NOx 等有害物质。
CN102229889A公开了一株小球藻藻株Chlorella sp. MRA-1，MRA-1的生长可适应多种培养基、温度、氮源浓度、CO2浓度条件，在低氮条件下的油脂含量和产率高，其应用领域包括CO2的固定，废水的净化，油脂、蛋白质、色素、淀粉、多糖、核酸等生物质的生产。但在实际应用中，当CO2的浓度高于5%时，大多数微藻的生长将受到抑制。而且，二氧化碳的溶解性与溶液的酸碱性有一定的关系，二氧化碳在碱性溶液中溶解度显著升高，而大多数微藻并不具有耐受高pH值能力，因此限制了二氧化碳的溶解性，影响藻株对二氧化碳的固定效率。
上述现有技术要么不能高效利用CO2生产油脂，要么获得的生物质中油脂含量不够高。特别是在实际应用中，当环境中CO2体积分数大于5v%时，大部分微藻的生长将受到抑制，固碳效率低；同时一般微藻在中性条件下适宜生长，在偏酸性或者偏碱性的条件下不利于微藻的生长，而微藻利用CO2一般是以溶解在水中的HCO3 -离子形式存在的，二氧化碳在中性环境下溶解度低，不利于藻类吸收利用。而且，如果通入的化石燃料废气中含有高浓度的SOx、NOx等气体也会抑制微藻生长和降低固碳效率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用烟气生产微藻油脂的方法。本发明利用烟气生产微藻油脂，在抑制培养过程中杂菌污染的同时，提高了微藻培养体系对高浓度CO2的耐受性和溶解性，提高了固碳效率，微藻油脂的收获量明显提高。
本发明利用烟气生产微藻油脂的方法，包括如下内容：
（1）将微藻培养基与斜生栅藻（Scenedesmus obliqnus）FSH-Y2种子液或/和凯氏拟小球藻（Parachlorella kessleri）FSH-Y3种子液加入到光生物反应器中，调节pH为10～12，通入含CO2的烟气，光暗交替培养一段时间；
（2）调节pH为8～10，接入纤维藻（Ankistrodesmus sp.）SS-B7种子液，同时接入栅藻（Desmodesmus sp.）MH-04种子液或/和单针藻（MonorapHidium sp）SS-B1种子液进行混合培养，通入含CO2的烟气，持续光照培养一段时间；
（3）向步骤（2）培养体系中接入单针藻（Monoraphidium sp.）SHJ-02或/和栅藻（Scenedesmus sp.）HCS-02种子液，通入含CO2的烟气，在低光照强度、光暗交替培养至稳定期，收获微藻细胞。
本发明中，所述的斜生栅藻（Scenedesmus obliqnus）FSH-Y2、凯氏拟小球藻（Parachlorella kessleri）FSH-Y3、单针藻（MonorapHidium sp）SS-B1、纤维藻（Ankistrodesmus sp.）SS-B7、栅藻（Desmodesmus sp.）MH-04、单针藻SHJ-02（Monoraphidium sp.）、栅藻（Scenedesmus sp.）HCS-02，分别于2012年9月11日、2014年5月26日、2013年4月15日、2013年4月15日、2015年4月24日、2015年4月24日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号分别为CGMCC No. 6551、CGMCC No. 9238、CGMCC No. 7479、CGMCC No. 7478、CGMCC No. 10764、CGMCC No.10763和CGMCC No.10766，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所。以上所使用的微藻分别在CN104611227A、CN106467896A、CN104611228A、CN105713836A、CN106467897A、CN106635807A、CN107177505A中已公开，并提交了保藏及存活证明。
本发明中，步骤（1）微藻培养基采用本领域人员熟知的BG11、SE、BBM等培养微藻的液体培养基。
本发明中，步骤（1）斜生栅藻FSH-Y2、凯氏拟小球藻FSH-Y3种子液的制备方法如下：将微藻培养基的pH调节为10～12，在温度20～30℃，光照周期24h，光暗时间比14:10，光照强度2000～20000Lux的条件下，振荡培养至对数生长期。反应器中加入的凯氏拟小球藻FSH-Y3或/和斜生栅藻FSH-Y2种子液总量与微藻培养基的体积比1:20～1:10。当同时含两种微藻时，凯氏拟小球藻FSH-Y3和斜生栅藻FSH-Y2种子液的体积比为1:1～5:1。
本发明中，步骤（1）通入烟气中CO2体积含量为1v%～10v%，优选5v%～10v%；温度为20～30℃；光暗交替周期为24h，光暗时间比为14:10～10:14，光照强度为5000～20000Lux，培养时间为1-5天。
本发明中，步骤（2）的纤维藻SS-B7、栅藻MH-04、单针藻SS-B1种子液的制备方法如下：将培养基的pH调节为7～9，在温度为20～30℃，光照周期为24h，光暗时间比为14:10，光照强度为2000～20000Lux，振荡培养至对数生长期。反应器中加入纤维藻SS-B7种子液、栅藻MH-04种子液、单针藻SS-B1种子液的总量与微藻培养基的体积比1:25～1:10。其中，纤维藻SS-B7种子液与栅藻MH-04种子液或/和单针藻SS-B1种子液体积比为1:1～1:5。
进一步的，在步骤（2）中同时接入小球藻（Chlorella sp.）SF-B1，该藻株已经于2015年7月6日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCCNo. 11005，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所。小球藻SF-B1能利用含CO2和NOx的废气或烟气进行光照自养生长获取富含油脂的生物质，固碳效率高，耐受能力强。通过加入小球藻SF-B1，有助于提升微藻培养体系的固碳效率，更适应于极端环境，特别是有助于NOx的高效去除，有助于后续微藻生长及油脂积累。小球藻SF-B1种子液的制备方法如下：将培养基pH调节为7～9，在温度10～30℃，光照周期24h，光暗时间比14:10，光照强度2000～20000Lux，振荡培养至对数生长期。反应器中加入的小球藻SF-B1种子液与微藻培养基的体积比为1:20～1:100。
本发明中，步骤（2）通入烟气中CO2体积含量为5v%～45v%，优选5v%～30v%。光暗交替改为持续光照，光照强度为5000～20000Lux，在连续光照条件下培养至1-5天。进一步的，在步骤（1）培养温度基础上步骤（2）将温度提高5～15℃，从而有利于抑制杂菌污染和油脂积累。
本发明中，步骤（3）的单针藻SHJ-02、栅藻HCS-02种子液的制备方法如下：将培养基pH调节为7～9，在温度10～25℃，光照周期24h，光暗时间比14:10，光照强度2000～10000Lux，振荡培养至对数生长期。反应器中加入单针藻SHJ-02、栅藻HCS-02种子液的总量与微藻培养基的体积比1:25～1:10。其中，单针藻SHJ-02种子液与栅藻HCS-02种子液的体积比为1:1～5:1。
本发明中，步骤（3）通入烟气中CO2体积含量为5v%～45v%，优选5v%～30v%。低光照强度为1000-4500Lux，光暗交替反应周期为0.5～5s，光暗时间比为1:1-5。
本发明中，在步骤（2）反应温度基础上，步骤（3）采用逐步降温的方式进行培养，降温至0～20℃，每0.5～2h降低0.1～5℃。
本发明中，所述的烟气来源于硫磺回收装置焚烧尾气、催化裂化再生尾气或S-zorb再生尾气，其中CO2含量为1v%～45v%，SO2含量为不超过600×10-6（v/v），NOx含量不超过800×10-6（v/v）。
本发明中，步骤（3）微藻培养至生长稳定期结束，通过离心、沉降等方式收获微藻细胞，测定细胞干重和油脂含量，细胞干重可达到12g/L以上，油脂含量可达到细胞干重的50%以上，烟气中二氧化碳脱除率提高到50%以上，NOx脱除率达到70%以上。
与现有技术相比，本发明可以带来以下有益效果：
（1）采用三步法生产微藻油脂，第一阶段在高pH、间歇光照下培养，可以高效溶解CO2，同时抑制培养初期杂菌和病虫害的生长，使微藻生长处于优势；第二阶段在持续光照下培养，有助于微藻迅速增长，增加生物量；第三阶段在低温、低光照强度和光暗快速交替下培养，有利于微藻的油脂积累，提高油脂含量。
（2）采用三段变温法，特别是在步骤（2）反应温度基础上，采用逐步降温方式培养，进一步提升了微藻油脂含量，避免杂菌污染。
（3）配合接入不同的微藻，采用不同的光照条件，由光暗缓慢交替到持续光照，再到低光照强度和光暗快速交替，使这几种藻可以互相配合，比单一藻种培养具有更高的固碳效率，二氧化碳脱除率更高，获得的生物质含有更多的油脂含量。
（4）利用烟气生产微藻油脂，不仅能够耐受高浓度的CO2、SO2和NOx，而且可以脱除部分CO2和NOx，环境效益和经济效益显著提升。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。本发明中，wt%为质量分数，v%为体积分数，v/v为体积比。
以下实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为本领域常规方法。下述实施例中所用的实验材料，如无特殊说明，均从常规生化试剂商店购买得到。
本发明培养结束后，离心收获微藻细胞，在-60℃下真空冷冻干燥至恒重后测量藻粉干重，计算生物质产量，并采用正己烷:乙酸乙酯法测得总脂含量。所述生物质产率为收获的藻粉质量g/(藻液体积L×培养时间d)，脱除率为(通入气含量-排出气含量)/通入气含量。
本发明微藻培养采用BG11培养基，配方如表1和表2所示。
表1 BG11培养基
| 成分 | Working solution[g/L] |
| NaNO<sub>3</sub> | 1.5 |
| K<sub>2</sub>HPO<sub>4</sub>·3H<sub>2</sub>O | 0.04 |
| MgSO<sub>4</sub>·7H<sub>2</sub>O | 0.075 |
| CaCl<sub>2</sub>·2H<sub>2</sub>O | 0.036 |
| Citric acid | 0.006 |
| Ferric ammonium citrate | 0.006 |
| EDTA | 0.001 |
| Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> | 0.02 |
| A5+Co solution* | 1mL |
| Distilled water | 919 |
*表2 表1中A5+Co solution的组成
| 成分 | 含量（g/L） |
| H<sub>3</sub>BO<sub>3</sub> | 2.86 |
| MnCl<sub>2</sub>·H<sub>2</sub>O | 1.81 |
| ZnSO<sub>4</sub>·7H<sub>2</sub>O | 0.222 |
| CuSO<sub>4</sub>·5H<sub>2</sub>O | 0.079 |
| Na<sub>2</sub>MoO<sub>4</sub>·2H<sub>2</sub>O | 0.390 |
| Co(NO<sub>3</sub>) ·6H<sub>2</sub>O | 0.049 |
首先按照表1和表2制备BG11液体培养基，将培养凯氏拟小球藻FSH-Y3和斜生栅藻FSH-Y2的培养基的pH调节为10，将培养栅藻MH-04、单针藻SS-B1、纤维藻SS-B7、小球藻SF-B1、单针藻SHJ-02、栅藻HCS-02的培养基的pH调节为8.0，然后将凯氏拟小球藻FSH-Y3、斜生栅藻FSH-Y2、栅藻MH-04、单针藻SS-B1、小球藻SF-B1、纤维藻SS-B7、单针藻SHJ-02和栅藻HCS-02分别接种于上述培养基中。在恒温光照摇床中培养，培养温度为25℃，光照周期为24h，光暗时间比为14:10，光照强度为5000Lux，120rpm振荡培养至对数生长期，获得凯氏拟小球藻FSH-Y3种子液、斜生栅藻FSH-Y2种子液、栅藻MH-04种子液、单针藻SS-B1种子液、小球藻SF-B1种子液、纤维藻SS-B7种子液、单针藻SHJ-02种子液和栅藻HCS-02种子液，将上述种子液在15℃弱光下保存备用。
实施例1
（1）在20L光生物反应器中，加入凯氏拟小球藻FSH-Y3种子液和微藻培养基，种子液的加入量为800mL，微藻培养基的pH值调节为10，加入量为8L，培养温度为25℃，光暗交替反应周期为24h，光暗时间比为14:10，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为5v%，NO含量为50×10-6（v/v），SO2含量为60×10-6（v/v）。
（2）培养2天后，调节培养体系的pH为8，接入纤维藻SS-B7种子液400mL，单针藻SS-B1种子液400mL，培养温度为25℃，连续光照培养，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为40v%，NO含量为800×10-6（v/v），SO2含量为600×10-6（v/v）。
（3）培养5天后，向步骤（2）培养体系中接入单针藻SHJ-02种子液800mL，通入含CO2的烟气同步骤（2），持续光照改为光暗交替反应，光照周期为2s，光暗时间比为1:1，光照强度为3000Lux。培养8天后进入生长稳定期，结束培养，离心收获微藻细胞，测定细胞干重和油脂含量。
经检测，细胞干重可达到12.7g/L，油脂含量为细胞干重的53.3%，培养过程中CO2脱除率为53.4%，NO脱除率为72.3%。
实施例2
（1）在20L光生物反应器中，加入凯氏拟小球藻FSH-Y3种子液和微藻培养基，种子液的加入量为800mL，微藻培养基的pH值调节为12，加入量为8L，培养温度为30℃，光暗交替反应周期为24h，光暗时间比为14:10，光照强度为15000Lux，通入烟气中CO2的含量为5v%，NO含量为50×10-6（v/v），SO2含量为60×10-6（v/v）。
（2）培养2天后，调节培养体系的pH为9，接入纤维藻SS-B7种子液400mL，单针藻SS-B1种子液400mL，培养温度为30℃，连续光照培养，光照强度为15000Lux，通入烟气中CO2的含量为40v%，NO含量为800×10-6（v/v），SO2含量为600×10-6（v/v）。
（3）培养5天后，向步骤（2）培养体系中接入单针藻SHJ-02种子液800mL，通入含CO2的烟气同步骤（2），持续光照改为光暗交替反应，光照周期为3s，光暗时间比为1:1，光照强度为4500Lux。培养8天后进入生长稳定期，结束培养，离心收获微藻细胞，测定细胞干重和油脂含量。
经检测，细胞干重可达到13.7g/L，油脂含量为细胞干重的52.3%，培养过程中CO2脱除率为54.1%，NO脱除率为71.2%。
实施例3
（1）在20L光生物反应器中，加入凯氏拟小球藻FSH-Y3种子液和微藻培养基，种子液的加入量为800mL，微藻培养基的pH值调节为11，加入量为8L，培养温度为20℃，光暗交替反应周期为24h，光暗时间比为10:14，光照强度为5000Lux，通入烟气中CO2的含量为5v%，NO含量为50×10-6（v/v），SO2含量为60×10-6（v/v）。
（2）培养2天后，调节培养体系的pH为10，接入纤维藻SS-B7种子液400mL，单针藻SS-B1种子液400mL，培养温度为20℃，连续光照培养，光照强度为5000Lux，通入烟气中CO2的含量为40v%，NO含量为800×10-6（v/v），SO2含量为600×10-6（v/v）。
（3）培养5天后，向步骤（2）培养体系中接入单针藻SHJ-02种子液800mL，通入含CO2的烟气同步骤（2），持续光照改为光暗交替反应，光照周期为4s，光暗时间比为1:1，光照强度为2000Lux。培养8天后进入生长稳定期，结束培养，离心收获微藻细胞，测定细胞干重和油脂含量。
经检测，细胞干重可达到12.9g/L，油脂含量为细胞干重的54.3%，培养过程中CO2脱除率为52.1%，NO脱除率为71.9%。
实施例4
（1）在20L光生物反应器中，加入斜生栅藻FSH-Y2种子液和微藻培养基，种子液的加入量为800mL，微藻培养基的pH值调节为10，加入量为8L，培养温度为25℃，光暗交替反应周期为24h，光暗时间比为14:10，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为5v%，NO含量为50×10-6（v/v），SO2含量为60×10-6（v/v）。
（2）培养2天后，调节培养体系的pH为8，接入纤维藻SS-B7种子液400mL，单针藻SS-B1种子液400mL，培养温度为25℃，连续光照培养，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为40v%，NO含量为800×10-6（v/v），SO2含量为600×10-6（v/v）。
（3）培养5天后，向步骤（2）培养体系中接入单针藻SHJ-02种子液800mL，通入含CO2的烟气同步骤（2），持续光照改为光暗交替反应，光照周期为2s，光暗时间比为1:1，光照强度为3000Lux。培养8天后进入生长稳定期，结束培养，离心收获微藻细胞，测定细胞干重和油脂含量。
经检测，细胞干重可达到12.3g/L，油脂含量为细胞干重的51.9%，培养过程中CO2脱除率为52.1%，NO脱除率为70.3%。
实施例5
（1）在20L光生物反应器中，加入凯氏拟小球藻FSH-Y3种子液和微藻培养基，种子液的加入量为800mL，微藻培养基的pH值调节为10，加入量为8L，培养温度为25℃，光暗交替反应周期为24h，光暗时间比为14:10，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为5v%，NO含量为50×10-6（v/v），SO2含量为60×10-6（v/v）。
（2）培养2天后，调节培养体系的pH为8，接入纤维藻SS-B7种子液400mL，栅藻MH-04种子液400mL，培养温度为25℃，连续光照培养，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为40v%，NO含量为800×10-6（v/v），SO2含量为600×10-6（v/v）。
（3）培养5天后，向步骤（2）培养体系中接入单针藻SHJ-02种子液800mL，通入含CO2的烟气同步骤（2），持续光照改为光暗交替反应，光照周期为2s，光暗时间比为1:1，光照强度为3000Lux。培养8天后进入生长稳定期，结束培养，离心收获微藻细胞，测定细胞干重和油脂含量。
经检测，细胞干重可达到12.9g/L，油脂含量为细胞干重的53.7%，培养过程中CO2脱除率为52.9%，NO脱除率为72.1%。
实施例6
（1）在20L光生物反应器中，加入凯氏拟小球藻FSH-Y3种子液和微藻培养基，种子液的加入量为800mL，微藻培养基的pH值调节为10，加入量为8L，培养温度为25℃，光暗交替反应周期为24h，光暗时间比为14:10，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为5v%，NO含量为50×10-6（v/v），SO2含量为60×10-6（v/v）。
（2）培养2天后，调节培养体系的pH为8，接入小球藻SF-B1种子液400mL，单针藻SS-B1种子液400mL，培养温度为25℃，连续光照培养，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为40v%，NO含量为800×10-6（v/v），SO2含量为600×10-6（v/v）。
（3）培养5天后，向步骤（2）培养体系中接入单针藻SHJ-02种子液800mL，通入含CO2的烟气同步骤（2），持续光照改为光暗交替反应，光照周期为2s，光暗时间比为1:1，光照强度为3000Lux。培养8天后进入生长稳定期，结束培养，离心收获微藻细胞，测定细胞干重和油脂含量。
经检测，细胞干重可达到13.3g/L，油脂含量为细胞干重的54.8%，培养过程中CO2脱除率为54.2%，NO脱除率为81.9%。
实施例7
（1）在20L光生物反应器中，加入凯氏拟小球藻FSH-Y3种子液和微藻培养基，种子液的加入量为800mL，微藻培养基的pH值调节为10，加入量为8L，培养温度为25℃，光暗交替反应周期为24h，光暗时间比为14:10，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为5v%，NO含量为50×10-6（v/v），SO2含量为60×10-6（v/v）。
（2）培养2天后，调节培养体系的pH为8，接入栅藻MH-04种子液、单针藻SS-B1种子液各200mL，接种小球藻SF-B1种子液400mL，培养温度为25℃，连续光照培养，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为40v%，NO含量为800×10-6（v/v），SO2含量为600×10-6（v/v）。
（3）培养5天后，向步骤（2）培养体系中接入单针藻SHJ-02种子液800mL，通入含CO2的烟气同步骤（2），持续光照改为光暗交替反应，光照周期为2s，光暗时间比为1:1，光照强度为3000Lux。培养8天后进入生长稳定期，结束培养，离心收获微藻细胞，测定细胞干重和油脂含量。
经检测，细胞干重可达到13.1g/L，油脂含量为细胞干重的53.7%，培养过程中CO2脱除率为53.8%，NO脱除率为78.9%。
实施例8
（1）在20L光生物反应器中，加入凯氏拟小球藻FSH-Y3种子液和微藻培养基，种子液的加入量为800mL，微藻培养基的pH值调节为10，加入量为8L，培养温度为25℃，光暗交替反应周期为24h，光暗时间比为14:10，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为5v%，NO含量为50×10-6（v/v），SO2含量为60×10-6（v/v）。
（2）培养2天后，调节培养体系的pH为8，接入栅藻MH-04种子液、单针藻SS-B1种子液、小球藻SF-B1种子液、纤维藻SS-B7种子液各200mL，培养温度为25℃，连续光照培养，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为40v%，NO含量为800×10-6（v/v），SO2含量为600×10-6（v/v）。
（3）培养5天后，向步骤（2）培养体系中接入单针藻SHJ-02种子液800mL，通入含CO2的烟气同步骤（2），持续光照改为光暗交替反应，光照周期为2s，光暗时间比为1:1，光照强度为3000Lux。培养8天后进入生长稳定期，结束培养，离心收获微藻细胞，测定细胞干重和油脂含量.
经检测，细胞干重可达到13.0g/L，油脂含量为细胞干重的53.6%，培养过程中CO2脱除率为54.1%，NO脱除率为75.6%。
实施例9
（1）在20L光生物反应器中，加入凯氏拟小球藻FSH-Y3种子液和微藻培养基，种子液的加入量为800mL，微藻培养基的pH值调节为10，加入量为8L，培养温度为25℃，光暗交替反应周期为24h，光暗时间比为14:10，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为5v%，NO含量为50×10-6（v/v），SO2含量为60×10-6（v/v）。
（2）培养2天后，调节培养体系的pH为8，接入纤维藻SS-B7种子液400mL，单针藻SS-B1种子液400mL，培养温度为25℃，连续光照培养，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为40v%，NO含量为800×10-6（v/v），SO2含量为600×10-6（v/v）。
（3）培养5天后，向步骤（2）培养体系中接入栅藻HCS-02种子液800mL，通入含CO2的烟气同步骤（2），持续光照改为光暗交替反应，光照周期为2s，光暗时间比为1:1，光照强度为3000Lux。培养8天后进入生长稳定期，结束培养，离心收获微藻细胞，测定细胞干重和油脂含量。
经检测，细胞干重可达到12.9g/L，油脂含量为细胞干重的53.4%，培养过程中CO2脱除率为53.5%，NO脱除率为71.6%。
实施例10
（1）在20L光生物反应器中，加入凯氏拟小球藻FSH-Y3种子液和微藻培养基，种子液的加入量为800mL，微藻培养基的pH值调节为10，加入量为8L，培养温度为25℃，光暗交替反应周期为24h，光暗时间比为14:10，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为5v%，NO含量为50×10-6（v/v），SO2含量为60×10-6（v/v）。
（2）培养2天后，调节培养体系的pH为8，接入纤维藻SS-B7种子液400mL，单针藻SS-B1种子液400mL，培养温度为25℃，连续光照培养，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为40v%，NO含量为800×10-6（v/v），SO2含量为600×10-6（v/v）。
（3）培养5天后，向步骤（2）培养体系中接种栅藻HCS-02种子液、单针藻SHJ-02种子液各400mL，通入含CO2的烟气同步骤（2），持续光照改为光暗交替反应，光照周期为2s，光暗时间比为1:1，光照强度为3000Lux。培养8天后进入生长稳定期，结束培养，离心收获微藻细胞，测定细胞干重和油脂含量。
经检测，细胞干重可达到12.9g/L，油脂含量为细胞干重的53.5%，培养过程中CO2脱除率为54.2%，NO脱除率为73.2%。
实施例11
（1）在20L光生物反应器中，加入凯氏拟小球藻FSH-Y3种子液和微藻培养基，种子液的加入量为800mL，微藻培养基的pH值调节为10，加入量为8L，培养温度为25℃，光暗交替反应周期为24h，光暗时间比为14:10，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为5v%，NO含量为50×10-6（v/v），SO2含量为60×10-6（v/v）。
（2）培养2天后，调节培养体系的pH为8，接入纤维藻SS-B7种子液400mL，单针藻SS-B1种子液400mL，培养温度为35℃，连续光照培养，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为40v%，NO含量为800×10-6（v/v），SO2含量为600×10-6（v/v）。
（3）培养5天后，向步骤（2）培养体系中接入单针藻SHJ-02种子液800mL，通入含CO2的烟气同步骤（2），持续光照改为光暗交替反应，光照周期为2s，光暗时间比为1:1，光照强度为3000Lux。培养8天后进入生长稳定期，结束培养，离心收获微藻细胞，测定细胞干重和油脂含量。
经检测，细胞干重可达到13.6g/L，油脂含量为细胞干重的53.9%，培养过程中CO2脱除率为55.6%，NO脱除率为72.4%。
实施例12
（1）在20L光生物反应器中，加入凯氏拟小球藻FSH-Y3种子液和微藻培养基，种子液的加入量为800mL，微藻培养基的pH值调节为11，加入量为8L，培养温度为20℃，光暗交替反应周期为24h，光暗时间比为10:14，光照强度为5000Lux，通入烟气中CO2的含量为5v%，NO含量为50×10-6（v/v），SO2含量为60×10-6（v/v）。
（2）培养2天后，调节培养体系的pH为10，接入纤维藻SS-B7种子液400mL，单针藻SS-B1种子液400mL，培养温度为35℃，连续光照培养，光照强度为5000Lux，通入烟气中CO2的含量为40v%，NO含量为800×10-6（v/v），SO2含量为600×10-6（v/v）。
（3）培养5天后，向步骤（2）培养体系中接入单针藻SHJ-02种子液800mL，通入含CO2的烟气同步骤（2），持续光照改为光暗交替反应，光照周期为4s，光暗时间比为1:1，光照强度为2000Lux。培养8天后进入生长稳定期，结束培养，离心收获微藻细胞，测定细胞干重和油脂含量。
经检测，细胞干重可达到13.4g/L，油脂含量为细胞干重的54.8%，培养过程中CO2脱除率为54.9%，NO脱除率为72.2%。
实施例13
（1）在20L光生物反应器中，加入凯氏拟小球藻FSH-Y3种子液和微藻培养基，种子液的加入量为800mL，微藻培养基的pH值调节为10，加入量为8L，培养温度为25℃，光暗交替反应周期为24h，光暗时间比为14:10，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为5v%，NO含量为50×10-6（v/v），SO2含量为60×10-6（v/v）。
（2）培养2天后，调节培养体系的pH为8，接入纤维藻SS-B7种子液400mL，单针藻SS-B1种子液400mL，培养温度为25℃，连续光照培养，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为40v%，NO含量为800×10-6（v/v），SO2含量为600×10-6（v/v）。
（3）培养5天后，向步骤（2）培养体系中接入单针藻SHJ-02种子液800mL，通入含CO2的烟气同步骤（2），持续光照改为光暗交替反应，光照周期为2s，光暗时间比为1:1，光照强度为3000Lux。采用逐步降温的方式进行培养，降温至17.8℃，每1h降低温度0.1℃。培养8天后进入生长稳定期，结束培养，离心收获微藻细胞，测定细胞干重和油脂含量。
经检测，细胞干重可达到12.9g/L，油脂含量为细胞干重的55.9%，培养过程中CO2脱除率为54.6%，NO脱除率为72.8%。
实施例14
（1）在20L光生物反应器中，加入凯氏拟小球藻FSH-Y3种子液和微藻培养基，种子液的加入量为800mL，微藻培养基的pH值调节为10，加入量为8L，培养温度为25℃，光暗交替反应周期为24h，光暗时间比为14:10，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为5v%，NO含量为50×10-6（v/v），SO2含量为60×10-6（v/v）。
（2）培养2天后，调节培养体系的pH为8，接入纤维藻SS-B7种子液400mL，单针藻SS-B1种子液400mL，培养温度为25℃，连续光照培养，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为40v%，NO含量为800×10-6（v/v），SO2含量为600×10-6（v/v）。
（3）培养5天后，向步骤（2）培养体系中接入单针藻SHJ-02种子液800mL，通入含CO2的烟气同步骤（2），持续光照改为光暗交替反应，光照周期为2s，光暗时间比为1:1，光照强度为3000Lux。采用逐步降温的方式进行培养，降温至7℃，每8h降低温度2℃。培养8天后进入生长稳定期，结束培养，离心收获微藻细胞，测定细胞干重和油脂含量。
经检测，细胞干重可达到13.1g/L，油脂含量为细胞干重的56.9%，培养过程中CO2脱除率为54.7%，NO脱除率为72.7%。
实施例15
（1）在20L光生物反应器中，加入凯氏拟小球藻FSH-Y3种子液和微藻培养基，种子液的加入量为800mL，微藻培养基的pH值调节为10，加入量为8L，培养温度为25℃，光暗交替反应周期为24h，光暗时间比为14:10，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为5v%，NO含量为50×10-6（v/v），SO2含量为60×10-6（v/v）。
（2）培养2天后，调节培养体系的pH为8，接入栅藻MH-04种子液、单针藻SS-B1种子液、小球藻SF-B1种子液、纤维藻SS-B7种子液各200mL，培养温度为25℃，连续光照培养，光照强度为8000Lux，通入烟气中CO2的含量为40v%，NO含量为800×10-6（v/v），SO2含量为600×10-6（v/v）。
（3）培养5天后，向步骤（2）培养体系中接入单针藻SHJ-02种子液800mL，通入含CO2的烟气同步骤（2），持续光照改为光暗交替反应，光照周期为2s，光暗时间比为1:1，光照强度为3000Lux。采用逐步降温的方式进行培养，降温至7℃，每8h降低温度2℃。培养8天后进入生长稳定期，结束培养，离心收获微藻细胞，测定细胞干重和油脂含量。
经检测，细胞干重可达到13.2g/L，油脂含量为细胞干重的57.7%，培养过程中CO2脱除率为54.6%，NO脱除率为76.8%。
比较例1
同实施例1，不同在于：步骤（1）、（2）、（3）都采用步骤（1）的培养条件。经检测，细胞干重为9.5g/L，油脂含量为细胞干重的42.1%，CO2脱除率为40.9%，NO脱除率为50.8%。
比较例2
同实施例1，不同在于：步骤（1）、（2）、（3）都采用步骤（2）的培养条件。经检测，细胞干重可为10.2g/L，油脂含量为细胞干重的43.1%，CO2脱除率为42.7%，NO脱除率为51.8%。
比较例3
同实施例1，不同在于：步骤（1）、（2）、（3）都采用步骤（3）的培养条件。经检测，细胞干重可为8.5g/L，油脂含量为细胞干重的45.3%，CO2脱除率为40.6%，NO脱除率为50.3%。
比较例4
同实施例1，不同在于：步骤（2）和步骤（3）的微藻对换。经检测，细胞干重可为12.3g/L，油脂含量为细胞干重的43.1%，CO2脱除率为42.7%，NO脱除率为57.8%。
比较例5
同实施例1，不同在于：步骤（1）采用CN 106467894A中的单针藻SS-06种子液替换单针藻SS-B1种子液。经检测，细胞干重可为11.9g/L，油脂含量为细胞干重的42.1%，CO2脱除率为50.3%，NO脱除率为58.6%。
综上可知，采取三步法混合培养，有助于提高培养体系的耐受能力，而且可以获得更高的生物量和油脂含量。本发明利用烟气制备微藻油脂，即实现了油脂的生产，同时可以净化废气，经济效益和环境效益显著提高。
Claims (13)
1.一种利用烟气生产微藻油脂的方法，其特征在于包括如下内容：
（1）将微藻培养基与斜生栅藻（Scenedesmus obliqnus）FSH-Y2种子液或/和凯氏拟小球藻（Parachlorella kessleri）FSH-Y3种子液加入到光生物反应器中，调节pH为10～12，通入含CO2的烟气，光暗交替培养1-5天，光照周期为24h，光暗时间比为14:10～10:14，光照强度为5000～20000Lux；加入的凯氏拟小球藻FSH-Y3或/和斜生栅藻FSH-Y2种子液总量与微藻培养基的体积比1:20～1:10；当同时含两种微藻时，凯氏拟小球藻FSH-Y3和斜生栅藻FSH-Y2种子液的体积比为1:1～5:1；
（2）调节pH为8～10，接入纤维藻（Ankistrodesmus sp.）SS-B7种子液，同时接入栅藻（Desmodesmus sp.）MH-04种子液或/和单针藻（MonorapHidium sp）SS-B1种子液进行混合培养，通入含CO2的烟气，持续光照培养1-5天，光照强度为5000～20000Lux；加入纤维藻SS-B7种子液、栅藻MH-04种子液、单针藻SS-B1种子液的总量与微藻培养基的体积比1:25～1:1；其中纤维藻SS-B7种子液与栅藻MH-04种子液或/和单针藻SS-B1种子液体积比为1:1～1:5；
（3）向步骤（2）培养体系中接入单针藻（Monoraphidium sp.）SHJ-02或/和栅藻（Scenedesmus sp.）HCS-02种子液，通入含CO2的烟气，在低光照强度下，光暗交替培养至稳定期，收获微藻细胞；光照强度为1000-4500Lux，光暗交替反应周期为0.5～5s，光暗时间比为1:1-5；加入单针藻SHJ-02、栅藻HCS-02种子液的总量与微藻培养基的体积比1:25～1:10；其中单针藻SHJ-02种子液与栅藻HCS-02种子液的体积比为1:1～5:1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）微藻培养基采用BG11、SE、BBM培养微藻的液体培养基。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）斜生栅藻FSH-Y2、凯氏拟小球藻FSH-Y3种子液的制备方法如下：将微藻培养基的pH调节为10～12，在温度20～30℃，光照周期24h，光暗时间比14:10，光照强度2000～20000Lux的条件下，振荡培养至对数生长期。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）通入烟气中CO2体积含量为1v%～10v%；培养温度为20～30℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）的纤维藻SS-B7、栅藻MH-04、单针藻SS-B1种子液的制备方法如下：将培养基的pH调节为7～9，在温度为20～30℃，光照周期为24h，光暗时间比为14:10，光照强度为2000～20000Lux，振荡培养至对数生长期。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于：在步骤（2）中同时接入小球藻（Chlorella sp.）SF-B1，小球藻SF-B1种子液与微藻培养基的体积比为1:20～1:100。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：小球藻SF-B1种子液的制备方法如下：将培养基pH调节为7～9，在温度10～30℃，光照周期24h，光暗时间比14:10，光照强度2000～20000Lux，振荡培养至对数生长期。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）通入烟气中CO2体积含量为5v%～45v%。
9.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于：在步骤（1）培养温度基础上步骤（2）将温度提高5～15℃。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）的单针藻SHJ-02、栅藻HCS-02种子液的制备方法如下：将培养基pH调节为7～9，在温度10～25℃，光照周期24h，光暗时间比14:10，光照强度2000～10000Lux，振荡培养至对数生长期。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）通入烟气中CO2体积含量为5v%～45v%。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤（2）反应温度基础上，步骤（3）采用逐步降温的方式进行培养，降温至0～20℃，每0.5～2h降低0.1～5℃。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的烟气来源于硫磺回收装置焚烧尾气、催化裂化再生尾气或S-zorb再生尾气，其中CO2含量为1v%～45v%，SO2含量为不超过600×10-6v/v，NOx含量不超过800×10-6v/v。
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