尿液和城市废水应用于微藻的培养

摘要

微藻具有生长速度快、光合效率高、固碳能力强等特点，能够利用光能合成多种生物活性物质，目前被广泛应用于能源、医药、化工等领域。目前微藻培养时对水和营养盐的巨大消耗是限制微藻大规模生产的瓶颈之一。利用城市生活废水培养微藻能够提供大量的水源及氮磷营养物，并能实现废水的净化。
　　 尿液作为城市生活废水中主要的氮磷来源，如果在源头分离就可以简化污水处理工艺，城市废水二级处理出水仍含有氮磷等营养物，要实现进一步的脱氮除磷仍是一个难点。因此，本文将尿液及城市二级处理出水用于微藻的培养，不但能降低微藻生产成本，还能回收废水中的营养盐。
　　 本文首先通过对螺旋藻在光生物反应器中，以生长速率、生物量及蛋白质含量为指标，以Zarrouk培养基中的生长为对照，进行了在尿液中的生长评价，并通过营养物质的投加考察了对其生长的改善。城市废水则首先采用电去离子技术对其进行了浓缩预处理，再将浓缩液用于螺旋藻的培养，并通过添加营养成分对其生长进行了优化。
　　 一次培养中，螺旋藻能够在稀释的尿液中生长，生长速率随稀释倍数增加而增大，但由于初期氨氮的抑制和后期营养物质的不足，获得的螺旋藻生物量、生长速率及蛋白质含量均小于Zarrouk培养条件下的值。经过培养，发现藻液最适接种体积为10％、初始吸光值OD560为0.1-0.18，螺旋藻可直接利用尿液中的氮磷及有机物，利用效率分别为87-95％、74-77％和50-60％。随后，对螺旋藻在尿液中进行了添加Zarrouk培养液、碳源和氮源的半连续培养，这提高了螺旋藻的生长速率和蛋白质含量，获得的微藻生物量增多。同时，在一次培养的基础上，在7天后重新补充尿液，并保留原来一部分培养液进行了螺旋藻的重复培养，发现当更新培养液体积与总培养液体积的比值R为0.8时，重复培养时螺旋藻几乎没有生长延滞期，且生长速率最大，这为大规模培养提供了初步依据。
　　 二沉池废水中不适合螺旋藻的直接培养，通过电去离子技术获得的浓缩液可以直接用于培养，但是获得的微藻生物量较低，生长速率小于Zarrouk培养基中的生长速率。在浓缩液中添加Zarrrouk培养基、NaHCO3、NaNO3及微量元素的研究发现，添加50％培养基时螺旋藻获得了最大的生长速率0.193d-1，当添加6.0g/LNaHCO3、2.0g/LNaNO3时获得了最高生物量(1.60g/L)。从经济和实际效果来看，接种20％原藻液或添加6.0g/LNaHCO3、1.0g/LNaNO3到浓缩液中，可以优化螺旋藻的培养。经过培养，浓缩液中的99.1％氨氮和84.6％总磷得到了回收，获得了56.8％的微藻蛋白质。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 前言

1．2 微藻的综合应用

1．2．1 微藻的特点

1．2．2 微藻的综合应用

1．3 微藻的培养技术

1．3．1 微藻培养的影响因素

1．3．2 微藻的培养方式

1．4 微藻生物质生产的瓶颈

1．5 利用废水培养微藻

1．5．1 微藻与废水处理

1．5．2 废水培养微藻的研究进展

1．5．3 尿液和城市废水的优势

1．6 本文的研究目的与内容

1．6．1 研究目的

1．6．2 研究内容

2 实验材料与方法

2．1 实验材料

2．1．1 藻种

2．1．2 主要试剂

2．1．3 离子交换树脂与离子交换膜

2．1．4 培养液

2．1．5 主要仪器

2．2 微藻的培养

2．3 分析方法

2．3．1 生物量浓度的测定

2．3．2 比生长速率μ及最大细胞产率Pmax

2．3．3 pH测定

2．3．4 氨氮的测定

2．3．5 硝氮的测定

2．3．6 尿素的测定

2．3．7 总磷及磷酸盐的测定

2．3．8 COD的测定

2．3．9 蛋白质的测定

2．3．10 螺旋藻形态观察

3 尿液应用于螺旋藻的培养

3．1 螺旋藻在尿液中的直接培养

3．1．1 前言

3．1．2 实验内容

3．1．3 结果与讨论

3．1．4 小结

3．2 螺旋藻在尿液中培养条件的改善

3．2．1 前言

3．2．2 实验内容

3．2．3 结果与讨论

3．2．4 小结

4 城市废水应用于螺旋藻的培养

4．1 城市废水的预处理

4．1．1 前言

4．1．2 实验内容

4．1．3 结果与讨论

4．1．4 小结

4．2 螺旋藻在浓缩液中的培养

4．2．1 前言

4．2．2 实验内容

4．2．3 结果与讨论

4．2．4 小结

5 结论及展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者简历