利用富营养废水培养能源微藻布朗葡萄藻的研究

摘要

目前，全球能源短缺以及环境污染等问题促使开发和利用可再生、无污染的新型能源。而另一方面，水体的污染问题也十分突出，水体的营养负荷急剧增加和积累，使得水体的富营养化进程迅速加快，水质急剧恶化，水体功能丧失。布朗葡萄藻细胞中富含脂类、烃类等能源物质，并且布朗葡萄藻在生长过程中可吸收并利用水体中的营养元素，降低水体中的营养负荷。本研究以经过二次过滤的富营养化的鱼塘养殖污水作为培养液，采用单因素实验和正交实验，探讨了环境因素以及污水中营养元素的浓度对布朗葡萄藻生长和产能的影响，为优化污水中布朗葡萄藻的培养条件、获得高产能的布朗葡萄藻提供依据。
　　(1)光照强度和污水pH值对布朗葡萄藻生长以及产能的影响
　　用污水作为培养液，在25℃，光暗比12h：12h的培养条件下，设置五个光照强度：2000lux，4000lux，6000lux，8000lux，10000lux。结果表明：在光照强度为10000lux时，生物量达到最大，平均为0.7331g/L；在光照强度为4000lux时，总脂含量达到最大，平均值为20.20％；在光照强度为6000lux时，总烃含量达到最大，平均值为28.90％。
　　用污水作为培养液，在25℃，光照强度为5000lux，光暗比12h：12h的条件下，设置五个污水pH值梯度：5.5，6.5，7.5，8.5，9.5。结果表明：布朗葡萄藻对污水pH的耐受范围较广，当污水中pH值为6.5-8.5时，布朗葡萄藻不仅能够生长良好，并且均能获得较高的脂类和烃类产量。当污水pH值为7.5时布朗葡萄藻的生物量、总脂含量、总烃含量均达到最大，平均分别为0.6118g/L、19.84％、31.31％。
　　(2)不同碳源在不同浓度条件下对布朗葡萄藻生长以及产能的影响
　　以NaHCO3作为无机碳源时，设置污水中外源无机碳浓度分别为2mg/L、5mg/L、10mg/L、15mg/L、20mg/L。结果表明：当污水中外源无机碳浓度为5-10mg/L时，布朗葡萄藻的生物量和总脂含量最高，分别为0.6g/L、17.42％；当污水中外源无机碳浓度为15mg/L，总烃含量最高，为34.50％。
　　以葡萄糖作为碳源时，设置污水中葡萄糖浓度分别为5mg/L、12.5mg/L、25mg/L、37.5mg/L、50mg/L。结果表明：当污水中葡萄糖浓度为50mg/L时，生物量达到最大，平均为0.6921g/L；当污水中葡萄糖浓度为37.5mg/L时，总脂含量达到最大，平均为23.8％；当污水中葡萄糖浓度为25mg/L时，总烃含量达到最大，平均值为28.65％。与只添加无机碳源所得到最高数值相比，生物量与总脂含量分别增加了0.0921g/L和5.38％，总烃含量降低了5.9％。所以，葡萄糖与无机碳源相比能显著促进布朗葡萄藻的生长与脂类的积累，但不利于烃类的积累。
　　(3)不同氮源在不同浓度条件下对布朗葡萄藻生长以及产能的影响
　　以KNO3作为氮源时，设置污水中总氮浓度分别为2mg/L、5mg/L、10mg/L、15mg/L、20mg/L。结果表明：当污水中总氮浓度为15mg/L时，布朗葡萄藻的生物量最高，为0.588g/L；当污水中总氮浓度为2mg/L时，总脂含量最高为27.64％；当污水中总氮浓度为20mg/L时，总烃含量最高为35.10％。
　　以尿素作为氮源时，设置污水中尿素浓度分别为4mg/L、10mg/L、21mg/L、32mg/L、42mg/L。结果表明：当污水中尿素浓度为32mg/L时，布朗葡萄藻生物量达到最大，平均为0.4856g/L；当污水中尿素浓度为21mg/L时，总脂含量和总烃含量均达到最大，平均分别为18.68％、24.03％。与KNO3作为氮源培养得出的最高数值相比，分别相差0.1024g/L、8.96％和11.07％。所以，KNO3比尿素更适于布朗葡萄藻的生长以及脂类、烃类的积累。
　　(4)污水中不同磷浓度对布朗葡萄藻生长以及产能的影响
　　以KH2PO4作为磷源，设置污水中总磷浓度分别为0.2mg/L、0.5mg/L、1.0mg/L、1.5mg/L、2.0mg/L。当污水中总磷浓度为2mg/L时，布朗葡萄藻的生物量最高，为0.646g/L；总磷浓度为1.5mg/L时，总脂含量和总烃含量均最高，分别为27.40％、32.11％。
　　(5)在单因素实验的基础上，设计了三因素二水平的正交实验综合考察污水中外源无机碳浓度、总氮浓度、总磷浓度对布朗葡萄藻产能的影响，得出了污水中最适于布朗葡萄产能的碳氮磷浓度为：外源无机碳(NaHCO3)浓度在10-15mg/L，总氮浓度为15mg/L，总磷浓度为1.5mg/L。