CN117568178A - 一种高固碳微藻及一种微藻处理污水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高固碳紫外诱变微藻Chlorella sp.MHQ2及利用微藻处理污水的方法，属于微生物技术领域。突变藻株Chlorella sp.MHQ2，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏日期为2023年05月29日，保藏编号为CGMCC No.40691。本发明优点在于，所述藻株生长速率较野生株提升30.3±4.16％。本发明包括将特定接种量的微藻进行紫外辐照，依次经过暗培养、光修复、致死率达标后纯化分离高固碳藻株；取样测量其生长曲线、光合特性、生物质干重、油脂及水中葡萄糖含量；通过综合评价法选取较优微藻突变株处理污水。本发明通过多指标筛选固碳藻株，确保其固碳与净水效能。
Description
技术领域
本发明涉及微生物技术领域，具体涉及一种高固碳微藻及一种微藻处理污水的方法。
背景技术
微藻生长速度快，世代周期短，其光合作用系统在吸收无机碳并改善温室气体方面发挥重要作用。在当前碳减排大趋势下，国内外众多研究者开展微藻处理废水的研究。微藻可以用于生活污水、禽畜废水、餐厨污水、重金属废水和淀粉废水等不同浓度污水，具有净化水质和同化有机碳为高价值产物的功能，其丰富的高价值副产品可应用于能源、饲料、肥料、食品、医药和化妆品等领域。随着经济社会的不断发展，各类污水排放量逐年增加，其处理过程中系统碳排放占社会总碳排放约1-2％。微藻由于其较高的光合效率，处理污水脱氮除磷的同时可光合固碳产氧等特性受到广泛关注。
微藻固碳具有天然优势，目前研究者们从自然界分离出大量藻种用于污水处理，自然分离纯化费时费力且往往效果不及突变株。运用工程策略和特定环境驯化可以有效提高微藻固碳性能，但世代周期长且遗传特性不稳定，易产生藻种退化。诱变育种可改变其遗传特性，物理诱变快速灵活，且突变频率高，但不定向突变需耗费大量人力物力筛选。本专利申请辅助以有机碳驯化能够定向筛选高效固碳藻种突变株。污水有机碳含量高，通常富含大量土著细菌能进行自我吸收转化。高效固碳微藻突变株结合污水中优势菌种，构成藻菌共生系统，菌释放CO2供给藻，而藻产生氧补给菌，不但污染物去除效果好，成本低，还兼具环境和经济效益。鉴于此，本领域中需要高效固碳优势微藻突变株用于实际污水处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高固碳微藻及一种微藻处理污水的方法，以提升现有藻种净化水质及固碳效能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种高固碳微藻，所述高固碳微藻为紫外诱变微藻Chlorellasp.MHQ2，于2023年5月29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CGMCC No.40691。
本发明还提供了一种微藻处理污水的方法，采用高固碳微藻Chlorella sp.MHQ2对污水进行处理。
优选的，所述微藻的藻细胞浓度为1.25×106～1×107个/mL。
优选的，所述污水COD浓度为200～2000mg/L。
优选的，包括如下步骤：
1)收集污水，采用重铬酸钾法(HJ/T 399-2007)测试污水中的COD含量；采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(GB 11894-1989)测试污水中的TN含量；采用钼酸铵分光光度法(GB 11893-1989)测试污水中的TP含量；采用纳氏试剂分光光度法(HJ 535–2009)测试污水中的NH3-N含量，以确定污水的实际污染程度；
2)将经过步骤1)测试后的污水用于微藻培养，以便将污水进行减污降碳和脱氮除磷处理；
3)步骤2)处理后的污水经过过滤装置实现微藻分离后的中水回用。
优选的，所述步骤2)中的微藻培养的光照强度为1000～3000Lx，控制温度为20～30℃，pH在7～8之间。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种高固碳微藻及一种微藻处理污水的方法，生物量、脂质含量分别是相同条件下的野生株的1.91和7.6倍，实现了较高的营养去除能力，TP去除率达到92.9％，氨氮96.4％，COD95.8％，TN93.9％。操作简便，条件易于实现和控制，利于推进微藻产业化发展。
附图说明
图1是本发明一种高固碳微藻Cholorella sp.MHQ2生长吸光度变化图；
图2是本发明一种高固碳微藻Cholorella sp.MHQ2的干重和脂质含量图。
图3是本发明一种高固碳微藻及一种微藻处理污水的方法中实施例1污水微藻生长吸光度和COD、NH3-N、TP、NH3-N的净化示意图。
图4是本发明一种高固碳微藻及一种微藻处理污水的方法中实施例2污水微藻生长吸光度和COD、NH3-N、TP的净化示意图。
图5是本发明一种高固碳微藻及一种微藻处理污水的方法中实施例3污水微藻生长吸光度和COD、NH3-N、TP的净化示意图。
图6是本发明一种高固碳微藻及一种微藻处理污水的方法中实施例4污水微藻生长吸光度和COD、NH3-N、TP的净化示意图。
生物保藏说明
高固碳微藻Chlorella sp.MHQ2，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏日期为2023年5月29日，保藏编号为CGMCC No.40691。
具体实施方式
为了更好理解本发明，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明，本发明保护方案并不局限于文中的特定实施案例。
实施例1：
一种高固碳微藻及一种微藻处理污水的方法，包括以下步骤：
1)取小球藻(Cholorella sp.HQ)藻液转移至BG-11中，使得藻液浓度为5×106个/mL，取3mL上述藻液置于6孔板中，于254nm，30W紫外灯下进行诱变，辐照距离25cm，辐照时间为30min，经过暗培养1d和光恢复后进行致死率检测；
2)将经过步骤1)致死率达到70-80％的藻液置于0.15g/L葡萄糖溶液中驯化，采用平板涂布的方式接种于含糖BG11培养基平板表面，放入培养箱中，培养条件为稳定25±2℃，光照(荧光白光)3000Lux，暗周期12h/12h；
3)在无菌操作台用接种针从平板上刮取藻落在含糖BG11液体培养基中，然后通过测量吸光度确定微藻生长情况，如图1所示，计算平均生长速率和比生长速率，通过生物质干重和油脂等指标筛选出高效固碳藻种Cholorella sp.MHQ2，如图2所示；
4)采集污水，采用重铬酸钾法测试污水中的COD含量为402mg/L；采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测试污水中的TN含量为34.57mg/L；采用钼酸铵分光光度法测试污水中的TP含量为1.92mg/L；采用纳氏试剂分光光度法测试污水中的NH3-N含量为24.51mg/L；
5)经过步骤4)测试后的污水作为培养基，接种步骤3)筛选出高效固碳藻种Cholorellasp.MHQ2，藻液浓度为5×106个/mL，使污水中的氮、磷和有机物得到去除，如图3所示；
实施例2：除以下区别外，其他同实施例1。
采集污水，采用重铬酸钾法测试污水中的COD含量为902mg/L。经检测，微藻生长速度远高于COD含量为402mg/L的污水。在营养物质去除方面，微藻同化氮磷和有机物进行自身生物合成，氨氮去除效果一直优于COD含量为402mg/L的污水，表明较高的C/N有利于微藻细胞进行生命活动。如图4所示，在第2d微藻降解COD的浓度几乎追平COD含量为402mg/L污水的培养基浓度。在污水中磷的去除方面更是表现出了极强的去除能力，越过停滞期，在对数期吸收大量的磷用于细胞合成与生长代谢。
以上实施例中处理后的污水中各物质含量如图4。
实施例3：除以下区别外，其他同实施例1。
采集污水，采用重铬酸钾法测试污水中的COD含量为1402mg/L。
如图5所示，微藻生长速度优于COD含量为902mg/L的污水。碳源利于微藻进行生长代谢的同时，对污水中的土著细菌也具有极高的促进作用。细菌的快速繁殖产生大量CO2供给藻细胞，使藻细胞同化有机物与光合固碳同步进行，大大加快了微藻生长。随着微藻生长，碳氮磷的浓度均逐渐降低，氨氮在第6d得到快速去除。
以上实施例中处理后的污水中各物质含量如图5。
实施例4：除以下区别外，其他同实施例1。
采集污水，采用重铬酸钾法测试污水中的COD含量为4402mg/L。如图6所示，高碳浓度下微藻生长受抑制，细菌取代微藻占据优势地位。在培养后期，细菌快速增殖使得藻菌由共生关系转为竞争关系。大量的细菌使污水中的营养物质浓度变低，水中氨氮可能存在硝化和反硝化作用由硝酸盐氮转化为氨氮导致培养期间氨氮含量先增加后减少。同时，过多的细菌分泌大量菌毒素造成部分微藻死亡，被同化的氮、磷和有机物等大分子化合物释放出来又被细菌吸收利用，加剧了微藻密度的下降。
以上实施例中处理后的污水中各物质含量如图6。
经检测，在COD含量为1402mg/L的污水中，接种量为5×106个/mL时能达到最佳去除率，COD去除率为95.8％，氨氮去除率为96.4％，总氮去除率93.9％和总磷去除率92.9％。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种高固碳微藻，其特征在于，所述高固碳微藻为小球藻HQ突变株Chlorellasp.MHQ2，于2023年5月29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CGMCC No.40691。
2.根据权利要求1所述的高固碳微藻，其特征在于，包括以下步骤：
1)微藻细胞经紫外线辐照产生不定向突变，致死率达到70～80％；
2)将达到步骤1)要求的藻液添加葡萄糖使溶液中葡萄糖浓度达到0.15g/L以筛选驯化更耐有机碳的微藻突变株；
3)将步骤2)的藻液恢复培养一段时间后于固体琼脂平板分离纯化，经扩大培养后得到生长速度较快的多株高固碳微藻突变株；
4)取步骤3)藻液测量其生长曲线、生物质干重和油脂，确定所述高固碳微藻Chlorellasp.MHQ2。
3.根据权利要求2所述的一种高固碳微藻，其特征在于，所述高固碳微藻Chlorellasp.MHQ2在有机物浓度为1500mg/L的条件下培养。
4.一种高固碳微藻处理污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采集过膜格栅的实际污水，经8000r转速离心5min并取上清液用0.45μm滤膜过滤预处理；
2)将经过步骤1)处理后的污水采用重铬酸钾法测试污水中的COD含量；采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测试TN含量；采用钼酸铵分光光度法测试TP含量；采用纳氏试剂分光光度法测试NH3-N含量，以确定污水的水质情况；
3)步骤2)测试后的污水COD浓度为200-2000mg/L，接种微藻，实现污水的高效固碳及资源化利用；所述污水接种固碳微藻Chlorella sp.MHQ2接入量为500万个细胞/mL，LED灯的光照强度为1000～3000Lx，控制温度为20～30℃，pH在7～8之间。
5.根据权利要求4所述的一种高固碳微藻及一种微藻处理污水的方法，其特征在于：应用于摇瓶或光生物反应器中培养。
6.权利要求1-5中任一项的方法，所述微藻选自小球藻HQ(Chlorella sp.HQ)、普通小球藻(Chlorella vulgaris)、蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidesa)。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117844642A (zh) * | 2024-03-05 | 2024-04-09 | 北京林业大学 | 一种藻-菌协同净化餐厨污水的方法 |
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2023
- 2023-08-25 CN CN202311078684.2A patent/CN117568178A/zh active Pending
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