CN115418336A - 一种复合微藻固碳体系及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种复合微藻固碳体系及其制备方法和应用，属于温室气体处理技术领域。本发明通过将螺旋藻、念珠藻和小球藻组成复合微藻体系，克服了现有技术中微藻固碳效果较差的问题。本发明提供的复合微藻固碳体系具有更强的固碳活性与稳定性，并且此性能应用至烟气净化中能够实现显著效果。对烟气中的CO2能够实现较高去除率，能够将烟气中CO2含量降低至2.64(最小值)～4.00(最大值)之间，去除率可达85％，持续通入烟气14d的过程中固碳效果稳定，藻细胞仍处于不断生长的状态，并不会受到环境的影响，实现较高的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及温室气体处理技术领域，尤其涉及一种复合微藻固碳体系及其制备方法和应用。
背景技术
煤炭中的主量元素在燃烧过程中产生CO2、NOx、SOx和挥发性有机化合物等，排放量大且浓度较高，由燃煤电厂排放烟气带来的环境问题较为严重。煤炭的消耗有近一半集中在电力生产行业，煤电作为CO2排放大而集中的固定排放源，减排空间巨大。
微藻可通过光合作用固定大量CO2并用于自身生长和繁殖，相比其他物理化学方法，应用于煤炭烟气减排具有独特的优势：微藻生长周期短、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；微藻含油量高，还可积累多种活性物质(蛋白、多糖、色素等)，开发潜力大；环境适应能力强，可在滩涂、盐碱地等区域进行养殖，开放式培养模式较为成熟等等。
但是在实际应用中，微藻固定效果往往并不能满足产业需求，微藻固碳效果有限且较容易受时间影响，微藻反应池的更换则会增加额外成本，得不偿失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合微藻固碳体系及其制备方法和应用，以解决现有技术中微藻固碳效果较差的问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种复合微藻固碳体系，所述复合微藻固碳体系中包括螺旋藻、念珠藻和小球藻；
所述复合微藻固碳体系中螺旋藻、念珠藻和小球藻的藻细胞浓度独立的为5×104～8×104个/mL。
本发明还提供了上述复合微藻固碳体系的制备方法，包括以下步骤：
分别将螺旋藻、念珠藻和小球藻进行扩大培养，得到螺旋藻培养液、念珠藻培养液和小球藻培养液；
将螺旋藻培养液、念珠藻培养液和小球藻培养液混合培养2～4d，即得复合微藻固碳体系；
所述螺旋藻培养液的藻细胞浓度为105～106个/mL；
念珠藻培养液的藻细胞浓度为106～107个/mL；
小球藻培养液的藻细胞浓度为5×106～5×107个/mL。
优选的，所述螺旋藻培养液、念珠藻培养液和小球藻培养液的体积比为0.8～1.2:0.8～1.2:0.8～1.2。
优选的，所述混合培养的温度为30～35℃。
本发明还提供了上述复合微藻固碳体系在烟气净化中的应用。
优选的，将复合微藻固碳体系稀释后通入烟气。
优选的，所述稀释采用水为稀释剂。
优选的，所述稀释的比例为1:40～60。
优选的，所述烟气的流速为200～300mL/min。
本发明的技术效果和优点：
本发明意外发现由螺旋藻、念珠藻和小球藻组成的复合微藻体系具有更强的固碳活性与稳定性，并且此性能应用至烟气净化中能够实现显著效果。本发明提供的复合微藻固碳体系对烟气中的CO2能够实现较高去除率，能够将烟气中CO2含量降低至2.64(最小值)～4.00(最大值)之间，去除率可达85％，持续通入烟气14d的过程中固碳效果稳定，藻细胞仍处于不断生长的状态，并不会受到环境的影响，实现较高的利用率。
具体实施方式
本发明提供了一种复合微藻固碳体系，所述复合微藻固碳体系中包括螺旋藻、念珠藻和小球藻；所述复合微藻固碳体系中螺旋藻、念珠藻和小球藻的藻细胞浓度独立的为5×104～8×104个/mL，在本发明中所述复合微藻固碳体系中螺旋藻的藻细胞浓度优选为6×104～7×104个/mL，所述复合微藻固碳体系中念珠藻的藻细胞浓度优选为6×104～7×104个/mL；所述复合微藻固碳体系中小球藻的藻细胞浓度优选为6×104～7×104个/mL。
本发明还提供了上述复合微藻固碳体系的制备方法，包括以下步骤：分别将螺旋藻、念珠藻和小球藻进行扩大培养，得到螺旋藻培养液、念珠藻培养液和小球藻培养液；将螺旋藻培养液、念珠藻培养液和小球藻培养液混合培养2～4d，即得复合微藻固碳体系，在本发明中，所述螺旋藻培养液的藻细胞浓度为105～106个/mL，优选为4×105～6×105个/mL，念珠藻的培养液的藻细胞浓度为106～107个/mL，优选为4×106～6×106个/mL；小球藻培养液的藻细胞浓度为5×106～5×107个/mL，优选为8×106～2×107个/mL；在本发明中，所述螺旋藻、念珠藻和小球藻均为市售的普通藻种，本发明对所述扩大培养的方式没有特殊要求，采用常规培养参数和培养基即可；所述螺旋藻培养液、念珠藻培养液和小球藻培养液的体积比优选为0.8～1.2:0.8～1.2:0.8～1.2，进一步优选为0.9～1.1:0.9～1.1:0.9～1.1，所述混合培养的温度优选为30～35℃，进一步优选为32～34℃，在此温度范围内能满足各微藻的生长需要，所述混合培养的时间为2～4d，进一步优选为2.5～3.5d。
本发明还提供了上述复合微藻固碳体系在烟气净化中的应用，所述复合微藻固碳体系的使用方式优选为稀释后通入烟气，所述稀释优选采用水为稀释剂，所述水优选为无菌水，避免对藻体系造成影响，所述稀释的比例优选为1:40～60，进一步优选为1:45～55，所述烟气的流速优选为200～300mL/min，进一步优选为230～270mL/min；在产业应用中，本发明中的复合微藻固碳体系优选与微藻生物反应器配合使用，在微藻生物反应器中作为生物反应池的部分。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
下列实施方式中螺旋藻(Spirulina sp.、FACHB-971)、念珠藻(Nostoc sp.、FACHB-87)、栅藻(Scenedesmus sp.、FACHB-489)和索罗金小球藻(Chlorellasorokiniana、FACHB-26)的原始藻种购自中国科学院淡水藻种库。
实施例1
将螺旋藻培养至藻细胞浓度为5×105个/mL，将念珠藻培养至藻细胞浓度为106个/mL，将索罗金小球藻培养至藻细胞浓度为107个/mL，将得到的螺旋藻培养液、念珠藻培养液和索罗金小球藻培养液按照体积比1:1:1混合，采用大规模微藻培养用培养基(GY-M05-F，购自上海光语生物科技有限公司)在30℃条件下进行培养，3d后得到复合微藻体系原液。
将得到的复合微藻体系原液稀释使用，与灭菌水按照1:50的体积比稀释并搅拌均匀，作为反应池用于烟气CO2的转化。
实施例2
将螺旋藻培养至藻细胞浓度为5×105个/mL，将念珠藻培养至藻细胞浓度为106个/mL，将索罗金小球藻培养至藻细胞浓度为107个/mL，将得到的螺旋藻培养液、念珠藻培养液和索罗金小球藻培养液按照体积比0.8:1:1.2混合，采用大规模微藻培养用培养基(GY-M05-F，购自上海光语生物科技有限公司)在31℃条件下进行培养，4d后得到复合微藻体系原液。
将得到的复合微藻体系原液稀释使用，与灭菌水按照1:60的体积比稀释并搅拌均匀，作为反应池用于烟气CO2的转化。
实施例3
将螺旋藻培养至藻细胞浓度为5×105个/mL，将念珠藻培养至藻细胞浓度为106个/mL，将索罗金小球藻培养至藻细胞浓度为107个/mL，将得到的螺旋藻培养液、念珠藻培养液和索罗金小球藻培养液按照体积比1.2:0.8:1混合，采用大规模微藻培养用培养基(GY-M05-F，购自上海光语生物科技有限公司)在32℃条件下进行培养，2d后得到复合微藻体系原液。
将得到的复合微藻体系原液稀释使用，与灭菌水按照1:40的体积比稀释并搅拌均匀，作为反应池用于烟气CO2的转化。
对比例1
将螺旋藻培养至藻细胞浓度为5×105个/mL，采用大规模微藻培养用培养基(GY-M05-F，购自上海光语生物科技有限公司)在35℃条件下进行培养，3d后得到微藻体系原液。
将得到的微藻体系原液稀释使用，与灭菌水按照1:50的体积比稀释并搅拌均匀，作为反应池用于烟气CO2的转化。
对比例2
将念珠藻培养至藻细胞浓度为106个/mL，采用大规模微藻培养用培养基(GY-M05-F，购自上海光语生物科技有限公司)在37℃条件下进行培养，3d后得到微藻体系原液。
将得到的微藻体系原液稀释使用，与灭菌水按照1:50的体积比稀释并搅拌均匀，作为反应池用于烟气CO2的转化。
对比例3
将索罗金小球藻培养至藻细胞浓度为107个/mL，采用大规模微藻培养用培养基(GY-M05-F，购自上海光语生物科技有限公司)在28℃条件下进行培养，3d后得到微藻体系原液。
将得到的微藻体系原液稀释使用，与灭菌水按照1:50的体积比稀释并搅拌均匀，作为反应池用于烟气CO2的转化。
对比例4
将栅藻培养至藻细胞浓度为5×105个/mL，将念珠藻培养至藻细胞浓度为106个/mL，将索罗金小球藻培养至藻细胞浓度为107个/mL，将得到的螺旋藻培养液、念珠藻培养液和索罗金小球藻培养液按照体积比1:1:1混合，采用大规模微藻培养用培养基(GY-M05-F，购自上海光语生物科技有限公司)在30℃条件下进行培养，3d后得到复合微藻体系原液。
将得到的复合微藻体系原液稀释使用，与灭菌水按照1:50的体积比稀释并搅拌均匀，作为反应池用于烟气CO2的转化。
实验例1烟气净化测试
分别取实施例1、对比例1～4中的稀释微藻体系液，放入带有进气口和出气口的容器中，记为实验组A、B、C、D、E，每组试样10L，测试方法如下：
通过蜂窝煤(市场购得)燃烧得到的烟气，冷却后以250mL/min的速率通入试样中，采用烟气分析仪(testo 350，德国)测定烟气中CO2含量为18.64％。
测试共进行14d，每天固定时间点检测出气口的气体中CO2含量，以及取样计算藻细胞浓度(采用血球计数板法进行统计)，结果如下表1和表2所示。
表1 CO2含量统计结果(单位：％)
表2藻细胞浓度统计结果(单位：×106cells/mL)
| 1d | 2d | 3d | 4d | 5d | 6d | 7d | 8d | 9d | 10d | 11d | 12d | 13d | 14d | |
| A | 0.38 | 0.85 | 1.02 | 1.57 | 2.03 | 2.74 | 3.27 | 3.46 | 3.82 | 4.50 | 5.07 | 6.05 | 7.15 | 8.33 |
| B | 0.53 | 0.65 | 0.83 | 1.34 | 1.40 | 1.72 | 2.27 | 2.45 | 2.42 | 2.18 | 1.68 | 1.70 | 1.23 | 0.74 |
| C | 0.66 | 0.98 | 1.88 | 2.47 | 3.44 | 3.95 | 4.74 | 5.83 | 6.16 | 6.81 | 6.48 | 6.00 | 5.73 | 4.90 |
| D | 0.88 | 0.93 | 1.66 | 2.61 | 3.92 | 4.03 | 5.32 | 5.09 | 4.28 | 3.79 | 2.31 | 2.93 | 2.60 | 1.71 |
| E | 0.70 | 1.40 | 2.44 | 2.87 | 3.72 | 3.87 | 3.17 | 4.88 | 5.71 | 4.76 | 2.60 | 1.98 | 1.22 | 0.43 |
对试验结果进行分析，本发明提供的复合微藻体系对烟气中的CO2能够实现较高去除率，也即固碳效果更好，能够将烟气中CO2含量降低至2.64(最小值)～4.00(最大值)之间，去除率可达85％，效果较佳，并且持续通入烟气14d的过程中固碳效果稳定。而螺旋藻、念珠藻、小球藻的单独培养实验以及栅藻、念珠藻和小球藻的藻组合则效果较差，并且实验后期出现固碳效果减退的现象。
结合藻细胞浓度统计结果可知，本发明提供的复合微藻体系在烟气处理过程中藻细胞仍处于不断生长的状态，并没有受到环境抑制，而各藻单独作用则呈现不同时期的先生长后下降的状态，处理中后期微藻生长受到抑制甚至出现死亡，相应的生长代谢途径也受到影响，进而导致影响烟气中CO2的净化效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种复合微藻固碳体系，其特征在于，所述复合微藻固碳体系中包括螺旋藻、念珠藻和小球藻；
所述复合微藻固碳体系中螺旋藻、念珠藻和小球藻的藻细胞浓度独立的为5×104～8×104个/mL。
2.权利要求1所述的复合微藻固碳体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
分别将螺旋藻、念珠藻和小球藻进行扩大培养，得到螺旋藻培养液、念珠藻培养液和小球藻培养液；
将螺旋藻培养液、念珠藻培养液和小球藻培养液混合培养2～4d，即得复合微藻固碳体系；
所述螺旋藻培养液的藻细胞浓度为105～106个/mL；
念珠藻培养液的藻细胞浓度为106～107个/mL；
小球藻培养液的藻细胞浓度为5×106～5×107个/mL。
3.根据权利要求2所述的复合微藻固碳体系的制备方法，其特征在于，所述螺旋藻培养液、念珠藻培养液和小球藻培养液混合的体积比为0.8～1.2:0.8～1.2:0.8～1.2。
4.根据权利要求3所述的复合微藻固碳体系的制备方法，其特征在于，所述混合培养的温度为30～35℃。
5.权利要求1所述的复合微藻固碳体系在烟气净化中的应用。
6.根据权利要求5所述的复合微藻固碳体系在烟气净化中的应用，其特征在于，将复合微藻固碳体系稀释后通入烟气。
7.根据权利要求6所述的复合微藻固碳体系在烟气净化中的应用，其特征在于，所述稀释采用水为稀释剂。
8.根据权利要求6所述的复合微藻固碳体系在烟气净化中的应用，其特征在于，所述稀释的比例为1:40～60。
9.根据权利要求5～8任一项所述的复合微藻固碳体系在烟气净化中的应用，其特征在于，所述烟气的流速为200～300mL/min。
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