CN117925406A - 一种利用烟气培养产油微藻的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用烟气培养产油微藻的方法，在光生物反应器中加入微藻培养基和微藻种子液，通入含有CO2、SOx和NOx的烟气进行微藻培养，培养温度为5‑15℃，所述微藻为微芒藻（Micractinium sp.）FSH‑BY1和油球藻（Graesiella emersonii）SZLSi‑3，保藏编号分别为CGMCC No.19983和CGMCC No.22392。本发明利用烟气培养产油微藻，不仅可以实现烟气的资源化利用，而且可以提高油脂含量，抑制杂菌污染。
Description
技术领域
本发明属于生物质能源技术领域，具体涉及一种利用烟气培养产油微藻的方法。
背景技术
烟气中由于含有二氧化碳，因此可以用于微藻培养，一方面通过微藻固碳实现CO2减排，而且可以获得产油脂、淀粉等的微藻。但是，大部分烟气中同时含有SOx、NOx等有害物质，对微藻固碳及生长具有一定的抑制作用。研究人员在实际应用中发现，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；而工业排放的气体中CO2浓度一般为10v%-20v%，并同时含有对微藻有毒害作用的物质，例如SOx、NOx 等。因此，利用烟气培养微藻，或者是需要事先脱除或者降低烟气中的CO2、SOx、NOx等污染物，或者所培养微藻需要具备耐受高浓度CO2，并耐受SOx、NOx 等有害物质的功能。
CN109939548A公开了一种烟气脱硫脱硝方法，将烟气通入脱硫反应器中进行氨法脱硫，得到吸收液；脱硫烟气通入光生物反应器中用于微藻培养，收集排放气，所述微藻为耐受NOx的微藻；将微藻培养体系固液分离，分别收获微藻细胞和滤液；在滤液中加入过氧化钠，并将收集的排放气通入滤液中，得到净化气；氧化得到的滤液与脱硫吸收液混合，进行厌氧氨氧化处理。该发明将湿法脱硫与微藻培养过程相结合处理含CO2、SO2、NOx的烟气，实现了烟气的高效处理，无需使用催化剂，具有脱除效果好、处理成本低、经济环保等优点。但是，由于该微藻不耐受SO2，因此需要提前脱SO2。
CN111100883A公开了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。该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。但由于所采用微藻不能同时耐受烟气中的污染物和耐受低温，因此需要采用多种功能的微藻混合培养，所需微藻种类较多，操作较复杂。
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培养产油微藻的方法。本发明利用烟气培养产油微藻，不仅可以实现烟气的资源化利用，而且可以提高油脂含量，抑制杂菌污染。
一种利用烟气培养产油微藻的方法，包括如下内容：
在光生物反应器中加入微藻培养基和微藻种子液，通入含有CO2、SOx和NOx的烟气进行微藻培养，培养温度为5～15℃，优选为5～12℃，所述微藻为微芒藻（Micractinium sp.）FSH-BY1和油球藻（Graesiella emersonii）SZLSi-3，保藏编号分别为CGMCC No.19983和CGMCC No. 22392。
本发明中，所述的微芒藻（Micractinium sp.）FSH-BY1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. 19983；保藏日期：2020年05月12日；保藏地址：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。能够耐受CO2的浓度可达40v%，能够耐受SO2浓度可达0.04v%，能够耐受的温度低至5℃。
本发明中，所述的油球藻（Graesiella emersonii）SZLSi-3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. 22392；保藏日期：2021年04月23日；保藏地址：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。油球藻SZLSi-3在显微镜下藻细胞为绿色，细胞为球形或椭球型，细胞直径为6-8μm，细胞内有色素，细胞表面无鞭毛。该油球藻能够耐受的CO2浓度可达40v%，能够耐受的NOx浓度可达0.09v%，能够耐受的温度低至5℃。
本发明中，所述的微藻培养基采用BG11培养基、SE培养基、BBM培养基等中的任意一种。
本发明中，所述的光生物反应器中加入的微藻种子液与微藻培养基的体积比为1:20～1:5。
本发明中，所述的微藻种子液中，微芒藻FSH-BY1种子液和油球藻SZLSi-3种子液的体积比为1:1～5:1，优选为2:1～3:1。
本发明中，所述的微藻种子液的制备方法为：将微藻接种至微藻培养基，在pH值6.0～8.5，温度为15～30℃，光照周期24h，光暗时间比为14:10～10:14，光照强度为2000～20000Lux条件下，振荡培养至对数生长期，制得微藻种子液。
本发明中，所述的烟气来源于FCC再生烟气、燃煤烟气等中的至少一种，其中SOx浓度≤0.04v%，NOx浓度≤0.09v%，CO2浓度≤40v%，优选SOx浓度为0.02v%～0.04v%，NOx浓度0.05v%～0.09v%，CO2浓度10v%～20v%。
本发明中，所述的光生物反应器为常规培养微藻的反应器，可以进行光暗交替培养。
本发明中，所述的光生物反应器中培养条件为：光照强度为1500～20000Lux，pH值为6.0～9.0，光暗周期为24h，光暗时间比为14:10～10:14。
与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：
（1）针对工业烟气特点以及所培养微藻特性，将烟气通入光生物反应器中进行微藻培养，通过两种微藻的协同作用，可以避免烟气中污染物对微藻的不利影响，保证微藻的生长速率。
（2）利用烟气在低温下进行微藻混合培养，提高了油脂含量，可以抑制微藻培养过程中杂菌和病虫害生长。
（3）微芒藻FSH-BY1和油球藻SZLSi-3混合培养，能够同时耐受SO2和NOx，使烟气得到资源化利用，减少了预处理工序，降低了培养成本。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明技术方案及其效果作进一步详细说明。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实施例。本发明中，v%为体积分数。
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。
本发明实施例采用的微藻培养基为BG11培养基，配方见表1和表2。
表1 BG11培养基
*表2表1中A5+Co solution的组成
本发明中，所述的微芒藻FSH-BY1和油球藻SZLSi-3是发明人选育的新藻种，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，微芒藻FSH-BY1的保藏编号为CGMCCNo. 19983，油球藻SZLSi-3保藏编号为CGMCC No. 22392。
首先按照表1和表2制备BG11液体培养基，将培养基的pH调节为8.0，然后将微芒藻FSH-BY1和油球藻SZLSi-3分别接种于培养基中。在恒温光照摇床中培养，培养温度为20℃，光照周期为24h，光暗时间比为14:10，光照强度为8000Lux，120rpm振荡培养至对数生长期，获得微芒藻FSH-BY1种子液和油球藻SZLSi-3种子液。
本发明中烟气来源于某炼厂FCC装置再生烟气，其中SOx浓度为0.01v%～0.04v%，NOx浓度0.01v%～0.09v%，CO2浓度10v%～40v%。
实施例1
在20L光生物反应器中，加入8L微藻培养基，600mL微芒藻FSH-BY1种子液和600mL油球藻SZLSi-3种子液，通入烟气进行培养，烟气中SO2含量为0.04v%，NO含量为0.09v%，CO2含量为20v%。光暗周期为24h，光暗时间比为14:10，光照强度为5000Lux，培养温度为10℃，pH值为8.0左右。
光暗交替培养7天后结束，离心收获微藻细胞，测定细胞干重和油脂含量。在-60℃条件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。经检测，杂菌数为1.1×103个/mL，细胞干重为9.3g/L，油脂含量为细胞干重的49.52%，
实施例2
在20L光生物反应器中，加入8L微藻培养基，800mL微芒藻FSH-BY1种子液和400mL油球藻SZLSi-3种子液，通入烟气进行培养，烟气中SO2含量为0.03v%，NO含量为0.05v%，CO2含量为30v%。光暗周期为24h，光暗时间比为14:10，光照强度为5000Lux，培养温度为10℃，pH值为8.5左右。
光暗交替培养7天后结束，离心收获微藻细胞，测定细胞干重和油脂含量。在-60℃条件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。经检测，杂菌数为1.2×103个/mL，细胞干重为9.4g/L，油脂含量为细胞干重的48.91%。
实施例3
在20L光生物反应器中，加入8L微藻培养基，900mL微芒藻FSH-BY1种子液和300mL油球藻SZLSi-3种子液，通入烟气进行培养，烟气中SO2含量为0.02v%，NO含量为0.05v%，CO2含量为15v%。光暗周期为24h，光暗时间比为14:10，光照强度为5000Lux，培养温度为10℃，pH值为7.5左右。
光暗交替培养7天后结束，离心收获微藻细胞，测定细胞干重和油脂含量。在-60℃条件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。经检测，杂菌数为1.0×103个/mL，细胞干重为9.5g/L，油脂含量为细胞干重的47.37%。
实施例4
同实施例1，不同在于：培养温度为15℃。经检测，杂菌数为2.1×103个/mL，细胞干重为9.8g/L，油脂含量为细胞干重的47.89%。
实施例5
同实施例1，不同在于：培养温度为5℃。经检测，杂菌数为1.0×102个/mL，细胞干重为9.1g/L，油脂含量为细胞干重的51.07%。
比较例1
同实施例1，不同在于：培养过程中温度为20℃。经检测，杂菌数为1.2×105个/mL，细胞干重为7.9g/L，油脂含量为细胞干重的47.23%。
比较例2
同实施例1，不同在于：微藻采用CN106635807 A中公开的单针藻SHJ-02，保藏编号为CGMCCNo.10763。经检测，杂菌数为1.2×103个/mL，细胞干重为2.5g/L，油脂含量为细胞干重的40.36%。由于该藻株不能耐受烟气中的污染物，因此生物量较低。
比较例3
同实施例1，不同在于：微藻采用CN105713836A中公开的栅藻TMJ-D3，保藏编号为CGMCC No. 15299。经检测，杂菌数为1.1×103个/mL，细胞干重为3.2g/L，油脂含量为细胞干重的38.69%。由于该藻株不能耐受低温，因此生物量较低，油脂含量也不高。
比较例4
同实施例1，不同在于：微藻采用CN 106467897A中公开的栅藻MH-04，保藏编号为CGMCC No. 10764。经检测，杂菌数为1.2×103个/mL，细胞干重为2.9g/L，油脂含量为细胞干重的30.51%。由于该藻株不能耐受低温，因此生物量较低，油脂含量也不高。
Claims (10)
1.一种利用烟气培养产油微藻的方法，其特征在于包括如下内容：在光生物反应器中加入微藻培养基和微藻种子液，通入含有CO2、SOx和NOx的烟气进行微藻培养，培养温度为5～15℃，优选为5～12℃，所述微藻为微芒藻（Micractinium sp.）FSH-BY1和油球藻（Graesiella emersonii）SZLSi-3，保藏编号分别为CGMCC No. 19983和CGMCC No. 22392。
2.根据权利要求1所述的培养方法，其特征在于：所述的微芒藻（Micractinium sp.）FSH-BY1能够耐受CO2的浓度可达40v%，能够耐受SO2浓度可达0.04v%，能够耐受的温度低至5℃。
3.根据权利要求1所述的培养方法，其特征在于：所述的油球藻（Graesiella emersonii）SZLSi-3能够耐受的CO2浓度可达40v%，能够耐受的NOx浓度可达0.09v%，能够耐受的温度低至5℃。
4.根据权利要求1所述的培养方法，其特征在于：所述的微藻培养基采用BG11培养基、SE培养基、BBM培养基中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的培养方法，其特征在于：所述的微藻种子液中，微芒藻FSH-BY1种子液和油球藻SZLSi-3种子液的体积比为1:1～5:1，优选为2:1～3:1。
6.根据权利要求1或5所述的培养方法，其特征在于：所述的微藻种子液的制备方法为：将微藻接种至微藻培养基，在pH值6.0～8.5，温度为15～30℃，光照周期24h，光暗时间比为14:10～10:14，光照强度为2000～20000Lux条件下，振荡培养至对数生长期，制得微藻种子液。
7.根据权利要求1或4或5或6所述的培养方法，其特征在于：所述的光生物反应器中加入的微藻种子液与微藻培养基的体积比为1:20～1:5。
8.根据权利要求1所述的培养方法，其特征在于：所述的烟气来源于FCC再生烟气、燃煤烟气中的至少一种。
9.根据权利要求1或8所述的培养方法，其特征在于：所述的烟气中SOx浓度≤0.04v%，NOx浓度≤0.09v%，CO2浓度≤40v%，优选SOx浓度为0.02v%～0.04v%，NOx浓度0.05v%～0.09v%，CO2浓度10v%～20v%。
10.根据权利要求1所述的培养方法，其特征在于：所述的光生物反应器中培养条件为：光照强度为1500～20000Lux，pH值为6.0～9.0，光暗周期为24h，光暗时间比为14:10～10:14。
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