CN112457992A

CN112457992A - 一株小球藻突变株及其培养方法和它在畜禽养殖废水处理中的应用

Info

Publication number: CN112457992A
Application number: CN202010994350.XA
Authority: CN
Inventors: 王艳
Original assignee: Yantai Institute of Coastal Zone Research of CAS
Current assignee: Yantai Institute of Coastal Zone Research of CAS
Priority date: 2020-09-21
Filing date: 2020-09-21
Publication date: 2021-03-09

Abstract

本发明公开了用于畜禽养殖废水处理技术领域的一株小球藻突变株及其培养方法。本发明的小球藻突变株菌种保藏登记号为CGMCC No.4917，分类命名小球藻（Chlorella kessleri）A1 CGMCC No.4917，2011年5月27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。该小球藻突变株的培养方法，可应用于沼液的深度处理工艺，以最大化地实现畜禽粪便的无害化、资源化利用。

Description

一株小球藻突变株及其培养方法和它在畜禽养殖废水处理中的应用

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及一株小球藻突变株及其培养方法和它在畜禽养殖废水处理中的应用。

背景技术

畜禽养殖业占我国农林牧渔业总产值三分之一，是关系食物供给与公共卫生安全、解决2亿多人就业、农民增收、带动多个相关产业发展的大产业。畜禽养殖业的迅猛发展以及规模化、集约化程度的不断提高，使得畜禽粪便与环境之间的矛盾逐渐凸显。为满足消费者对新鲜畜禽产品的需求，同时降低运输和销售成本，集约化畜禽养殖场在空间布局上日益向人口稠密、交通方便和水源充沛的东部沿海地区及大城市郊区集中。约30％的集约化畜禽养殖场距离居民区或水源地不到100 m。由于东部经济发达地区人口密集较大、耕地面积有限，畜禽粪便还田受到很大制约，增加了环境承载畜禽粪便的压力。目前有80％以上的集约化畜禽养殖场没有足够数量的配套耕地以消纳其产生的畜禽粪便。未处理的畜禽粪便含有大量的氮、磷，可随污水或雨水进入地表水，再通过土壤进入地下水，是污染水源的最主要有害成分，环境风险极高。

目前，国际上对畜禽粪便的处理较为广泛的方法是采用沼气工程，即利用厌氧微生物的发酵作用进行处理。畜禽粪便在厌氧发酵过程中通过厌氧菌的分解作用可去除大量的可溶性有机物和一部分氮磷，产生沼气、沼渣和沼液。沼气经简单处理后即可作为能源加以利用。沼渣随固体粪便做同样处理，可生产有机肥加以利用。但在微生物的厌氧消化过程中，沼液中会形成大量的氨氮，因此沼液中仍含有较高的COD、BOD、TN（总氮）、TP（总磷）。沼液不经深度处理，进行灌溉或肥料化利用直接还田，容易造成土地消纳超载形成二次污染。对沼液进行无害化、资源化的深度处理，为当前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明涉及一株小球藻突变株应用技术的改进，即该小球藻突变株的新用途。具体地，本发明的目的在于提供一株小球藻突变株及其培养方法和它在畜禽养殖废水处理中的应用，以满足上述背景技术中提出的沼液无害化、资源化深度处理的迫切需求。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一株小球藻突变株及其培养方法和它在畜禽养殖废水处理中的应用，该小球藻突变株菌种保藏登记号为CGMCC No. 4917，分类命名小球藻（Chlorella kessleri）A1 CGMCCNo.4917，2011年5月27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。该小球藻突变株的培养方法，可应用于沼液的深度处理工艺，以最大化地实现畜禽粪便的无害化、资源化利用。

所述小球藻突变株的培养方法：它以畜禽养殖场沼气工程的沼液作为培养基生长，不需要外加氮磷等营养元素，可减少小球藻的生产成本。人工控制培养温度20-30℃，连续光照20-200μmol m^-2 s^-1，pH值6-8。采取半连续补料策略，将培养体系的氨氮初始浓度调为200 mg L^-1及其以下，15-50%的培养液被定期收集并用沼液替换，培养液中的最小氨氮浓度值被用作每次收获的决定因素。培养液的日蒸发损失通过添加淡水补回，培养液的碳源损失通过外源添加有机和/或无机碳源提供。

优选的，所述外源添加的无机碳源为二氧化碳、碳酸盐和/或碳酸氢盐。

优选的，所述外源添加的有机碳源为葡萄糖、蔗糖、果糖、甘油、乙醇和/或醋酸盐。

优选的，所述培养体系为跑到池、管道式光生物反应器、光式发酵罐等能控制各项培养条件在藻细胞需求范围内的微藻养殖设施。

所述小球藻突变株的培养方法，主要用于畜禽养殖废水的处理。既可以对畜禽养殖场沼气工程副产物沼液进行深度处理，有效去除其中残留的NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N、PO₄ ^3--P等，还可以同时收获小球藻生物质进行高值化能源炼制，生产多元化产品。

优选的，收获的小球藻生物质可通过直接燃烧转换成电力、通过转酯化化学反应转换成生物柴油、通过热化学转化生产燃气和液体燃料、通过生物厌氧消化生产氢气、通过生物发酵生产乙醇/丙醇/丁醇等多种可再生能源。

本发明的技术效果和优点：本发明提供的一株小球藻突变株及其培养方法和它在畜禽养殖废水处理中的应用，与现有技术相比，具有以下优点：

1)无害化程度高：沼液中残留的畜禽粪便污水原液的氮和磷，以及沼气工程中厌氧微生物新产生的大量氨氮，可以被小球藻利用转化为无害的有机大分子物质储存在藻细胞内，作为营养物质支持藻细胞的生长和繁殖。深度处理沼液氮磷污染的同时无新的污染产生，因此无害化程度高。

2)资源化增益高：对畜禽粪便的处理方式从单一的沼气工程形式变为藻-沼气工程联合施用，联产产品多元化，实现了污水处理系统从“处理工艺”向“生产工艺”的转化，带来新的经济增长点。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

藻株：小球藻突变株，菌种保藏登记号为CGMCC No. 4917，分类命名小球藻（Chlorella kessleri）A1 CGMCC No.4917，2011年5月27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。

培养方法和应用：培养体系选用室内轮桨式跑道池，培养温度25℃，连续光照100μmol m^-2 s^-1，pH值7。沼液原液氨氮初始浓度调为100 mg L^-1后作为小球藻生长初始培养基。空压机持续给藻液通入环境空气，为培养体系补充养殖所需的二氧化碳和氧气。培养液中的最小氨氮浓度值降为5 mg L^-1以下时，30%的培养液收集并用沼液原液替换。培养液的日蒸发损失通过添加淡水补回。培养结束后，NH₄ ⁺-N去除率70%，NO₃ ^--N去除率50%，PO₄ ^3--P去除率45%。收获藻体通过热解（氮气气氛，15℃/min的升温速率，加热到500℃）制得燃油。

实施例2

培养方法和应用：培养体系选用室内管道式光生物反应器，培养温度30℃，连续光照80μmol m^-2 s^-1，pH值6.5。沼液原液氨氮初始浓度调为50 mg L^-1后作为小球藻生长初始培养基。空压机持续给藻液通入环境空气，为培养体系补充养殖所需的二氧化碳和氧气。培养液中的最小氨氮浓度值降为1 mg L^-1以下时，15%的培养液收集并用沼液原液替换。培养液的日蒸发损失忽略不做补回。培养结束后，NH₄ ⁺-N去除率98%，NO₃ ^--N去除率80%，PO₄ ^3--P去除率70%。收获藻体通过热解（空气气氛，15℃/min的升温速率，加热到450℃）制得燃油。

实施例3

培养方法和应用：培养体系选用光式发酵罐，培养温度26℃，连续光照120μmol m^-2s^-1，pH值6.8。沼液原液氨氮初始浓度调为100 mg L^-1，添加葡萄糖至终浓度10 g L^-1，高压蒸汽灭菌后，作为小球藻生长初始培养基。空压机持续给藻液通入无菌环境空气，为培养体系补充养殖所需的二氧化碳和氧气。50%葡萄糖无菌液间歇式流加到培养液中，维持培养液葡萄糖浓度处于5-10 g L^-1。最小氨氮浓度值降为2 mg L^-1以下时，30%的培养液收集并用高压蒸汽灭菌的沼液原液替换。培养液的日蒸发损失忽略不做补回。培养结束后，NH₄ ⁺-N去除率98%，NO₃ ^--N去除率90%，PO₄ ^3--P去除率85%。收获藻体通过转酯化反应，将藻细胞内的脂转化为脂肪酸甲酯，制得生物柴油。

与现有技术相比，本发明提供的一株小球藻突变株及其培养方法和它在畜禽养殖废水处理中的应用，与现有技术相比，具有以下优点：

本说明书中每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的设备装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见设备装置标配使用说明书即可。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1. 一株小球藻突变株，其特征在于，所述小球藻突变株的藻种保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，菌种保藏号为CGMCC No. 4917。

2. 根据权利要求1所述的一株小球藻突变株，其特征在于：该小球藻突变株的培养方法：它以畜禽养殖场沼气工程的沼液作为培养基生长，不需要外加氮磷等营养元素，可减少小球藻的生产成本,人工控制培养温度20-30℃，连续光照20-200μmol m^-2 s^-1，pH值6-8,采取半连续补料策略，将培养体系的氨氮初始浓度调为200 mg L^-1及其以下，15-50%的培养液被定期收集并用沼液替换，培养液中的最小氨氮浓度值被用作每次收获的决定因素,培养液的日蒸发损失通过添加淡水补回，培养液的碳源损失通过外源添加有机和/或无机碳源提供。

3.根据权利要求2所述的该小球藻突变株的培养方法，其特征在于：所述外源添加的无机碳源为二氧化碳、碳酸盐和/或碳酸氢盐。

4.根据权利要求2所述的该小球藻突变株的培养方法，其特征在于：所述外源添加的有机碳源为葡萄糖、蔗糖、果糖、甘油、乙醇和/或醋酸盐。

5.根据权利要求2所述的该小球藻突变株的培养方法，其特征在于：所述培养体系为跑到池、管道式光生物反应器、光式发酵罐等能控制各项培养条件在藻细胞需求范围内的微藻养殖设施。

6.根据权利要求2所述的该小球藻突变株的培养方法，其特征在于：主要用于畜禽养殖废水的处理,既可以对畜禽养殖场沼气工程副产物沼液进行深度处理，有效去除其中残留的NH₄ ⁺-N、NO₃ ^—N、PO₄ ^3—P等，还可以同时收获小球藻生物质进行高值化能源炼制，生产多元化产品。

7.根据权利要求6所述的该小球藻突变株的培养方法和应用，其特征在于：所述的能源炼制，包括通过直接燃烧转换成电力、通过转酯化化学反应转换成生物柴油、通过热化学转化生产燃气和液体燃料、通过生物厌氧消化生产氢气、通过生物发酵生产乙醇/丙醇/丁醇等多种可再生能源形式。